晶体硅太阳电池设计-减反膜基础.doc

PECVD培训资料1、 镀膜的各种方式1、PVD=物理气相沉积(溅射)2、CVD=化学气相沉积 通过反应气体沉淀在固体层上3、APCVD=常压气相沉积 不需要真空泵 气体消耗量大 4、LPCVD 低压气相沉积 真空低压使得CVD过程更安全，效果更好 通过真空稀释：减少气体消耗5、PEVCD 等离子增强化学气相沉积 LPCVD的改良 通过等离子的释放来控制活化和沉积2、 LPCVD的特点LPCVD低压化学气相沉积，主要沉积多晶硅及各种无定形介质膜。压力控制在30mTorr2Torr温度控制在400-800热激活反应物平均自由行程 1mm-1cm热分子运动速率 1100-1300 m/s3、 PECVD的特点所有的LPCVD的特点 等离子提供激活能量，沉积也主要由等离子参数控制。 低温： 300-500间接等离子： 等离子没有直接和硅片接触（ Roth&Rau,岛津 ）直接等离子: 等离子直接接触硅片( Centrotherm )4、 什么是等离子？等离子体是由于物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就会使气体分子产生电离，这样物质就会变成自由运动并由相互作用的正离子、电子和中性粒子组成的混合物。5、 等离子体的形成 尾波功率从微波源输出后，传输到等离子体反应腔，在高压击穿的情况下激发携带气体或低压反应气体。气体分子一旦被加热，X和Y间的振动就会变得剧烈。当振动能超过结合能时，就会使用分子离解。如：Si-H键，N-H键. 若碰撞电子的能量足够高，分子中绕核运动的低能电子，就会在碰撞中获得充足的能量，使其脱离核的束缚而成为自由电子，即分子发生了电离。6、 基本CVD系统7、 直接与间接间接等离子直接等离子等离子不直接接触硅片等离子直接接触硅片，会对硅片表面造成轰击等离子高能量密度等离子低能量密度高效的间接激活方式point-of-use的激活方式downstream丧失有活性的反应物downstream短，反应物可以被激活高频限制沉积区域低频可以满足较大的沉积区域存在混合和沉积的均匀性问题混合和沉积降至最低的不均匀硅片不会影响等离子的控制硅片会影响等离子的控制，会造成色差等影响没有等离子加热等离子加热硅片，钝化效果会加强只会由于机器本身产生色差片除了机器本身，还有其他原因产生色差片8、 NH3分解NH3分裂产生激活能量 间接PECVD： NH3分解 直接PECVD： 过剩的NH3 形成SiHxNHy 热分解氢钝化9、 氮化硅膜的减反效果 减反膜是利用了光的干涉原理。两个振幅相同，波程相同的光波叠加，结果光波的振幅加强。如果有两个光波振幅相同，波程相差/2，则这两个光波叠加，结果相互抵消了。减反膜就是利用了这个原理。在硅片的表面镀上薄膜，使得在薄膜的前后两个表面产生的反射光相互干扰，从而抵消了反射光，达到减反射的效果。10、 计算最佳折射率以及膜厚为了得到最低的反射率，我们需要调整折射率来满足我们的要求。如图3.所示，理论上由多光束干涉可算出正入射情况下，对特定波长，单层减反射膜最优折射率为n = ，最优膜厚为 / 4n 。然而在斜入射条件下，这些公式并不适用。对两种不同偏振光，当反射光相消时有以下公式成立： (垂直偏振) (平行偏振)其中为入射角，膜厚要满足：E1和E2光程差为半波长而反相。所以可得：（由于半波损失，自动满足E2，E3，E4同相）11、氮化硅膜的氢钝化效果在SixNy薄膜的氮对固定正电荷的形成起重要作用，其主要原因是氮的含量决定k+离子的密度，也就间接决定了固定正电荷的密度。固定正电荷密度较高，会在硅片表面形成反型层，对硅片表面钝化起到一定的作用。少子寿命的增加和表面复合速度的减少，主要是因为界面态密度的减小、SixNy薄膜中正电荷对SixNy/Si界面状态的改善及体内缺陷等复合中心的减少。PECVD沉积SixNy薄膜有一定程度的表面损伤，同时薄膜中有较高含量的氢，容易和空位形成氢一空位对V. H+。空位还能增强氢的扩散，使氢与缺陷及晶界处的悬挂键结合，从而减少界面态密度和复合中心。正电荷V. H+也改善了SixNy/Si的界面状态。很多文献资料显示，有效少数载流子寿命和SixNy膜中的氢含量由一定的关系。多数情况下，氢含量较高，少子寿命也较大。但沉积温度改变时有所不同，可能是温度的升高更有利于粒子的运动，使SixNy膜中更多的氢溢出，到达界面或进入硅中，消除悬挂键的活性，从而获得更高的少子寿命。这样，博膜中的氢含量有可能降低。合适条件的后退火能够进一步增强氢和氢一空位对V. H+的扩散，从而降低表面复合速率，获得更好的钝化效果。但是退火温度过高时，SixNy膜和硅中的氢都会向外扩散溢出，使氢含量迅速减少，少子寿命急剧下降，钝化效果消失。PECVD沉积氮化硅膜后，单晶硅少子寿命的提高主要是因为好的表面钝化。对于多晶硅和其他低质量的硅片（如硅带），因为体内具有大量的空位、缺陷和晶界等，除了表面钝化效果。因此，低质量硅片的氢钝化效果更明显。12、改变各种条件比对膜的影响硅烷/氨气流量比增加，沉积到硅片表面的Si/N就越多，导致折射率升高，膜越致密，沉积速率减小。射频功率提高，气体等离子密度增加，沉积速度加快，膜越致密。折射率会略微上升。13、直接PECVD工作原理 Centrotherm机器等离子来源：40kHz脉冲射频射频电压范围为300W/I（10k）/150W/I(5k)射频电源E=30-40kV/m最高加热电压： 150W/I可容电极区域：5m2流动性能量 1 kW/m2 (1 sun)14、间接PECVD工作原理Roth&Rau机器15、管式PECVD的石墨舟的预处理以及舟刻蚀在管式PECVD中，石墨舟的作用为硅片载体以及形成电场所必需的电极。由于石墨舟具有良好的导电性、导热性和韧性，因此我们选用石墨来当载体。硅片承放在石墨舟上也起到了电极作用。因此如果硅片没有放好，没有完全接触到石墨舟上，电场就会产生改变导致镀膜厚度不均匀。对新的石墨舟，由于石墨表面有一定的粗糙度，而且石墨舟片的C-C键的能量不高，容易脱落，同时由于管式PECVD是直接式的PECVD，如果等离子体直接打在石墨舟片表面也会使石墨舟片的石墨粉脱落，而且表面有粗糙度会导致镀膜不均匀。因此我们需要对新的石墨舟进行预处理，就是在表面镀上一层一定厚度的SixNy膜，提高表面的平整度，同时由于SixNy存在应力，可以很好的保护石墨舟，减少石墨舟的石墨粉掉落。对于用了很长时间的石墨舟，由于石墨舟片上也会镀上SixNy膜，而SixNy膜的导电性没有石墨那么好，厚度过厚的SixNy膜会影响热传导，导致出现色差片，同时如果SixNy膜厚度过厚，应力引力，则SixNy膜会脱落，使表面平整度受到影响。因此需要对石墨舟上的SixNy膜进行刻蚀，可是方法分为两种：1、干法刻蚀。2、湿法刻蚀。干法刻蚀是采用CF4和O2，干法刻蚀也叫等离子体刻蚀，是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性反应物而被去除。干法刻蚀是首先，母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用下分解成多种中性基团或离子。其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到达石墨舟表面，并在表面上发生化学反应生产过程中，在CF4中掺入O2，这样有利于提高刻蚀速率。湿法刻蚀是采用HF酸腐蚀SixNy膜来完成刻蚀的。16、 不同厚度氮化硅膜的颜色。见下表：不同厚度对应的颜色颜色厚度(nm)颜色厚度(nm)颜色厚度(nm)硅本色0-2