PECVD工艺（课堂PPT）

1、1晶硅太阳能电池加工工艺 晶硅电池生产工艺流程晶硅电池生产工艺流程硅片检测硅片检测磷扩散磷扩散PECVD丝网印刷丝网印刷烧结烧结13567清洗制绒清洗制绒2洗磷刻蚀洗磷刻蚀4检测分选检测分选82目录工艺原理工艺原理1设备介绍设备介绍2工艺控制工艺控制3过程检验过程检验43PECVD工艺1 PECVD相关定义相关定义2 PECVD减反射膜的作用减反射膜的作用3 PECVD原理原理4 减反射膜的种类及特点减反射膜的种类及特点工艺原理工艺原理124PECVD工艺 PECVD -等离子增强的化学气相沉积 Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition 等离子体-气体

2、在一定条件下受到高能激发，发生电离，部分外层电子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合组成的一种形态，这种形态就称为等离子态。PECVD相关定义相关定义3 15 近代科学研究的结果表明，物质除了具有固态、液态和气态的这三种早为人们熟悉形态之外，在一定的条件下，还可能具有更高能量的第四种形态等离子体状态。普通气体由电中性的分子或原子组成，而等离子体则是带电粒子和中性粒子的集合体。等离子体和普通气体在性质上更是存在本质的区别，首先，等离子体是一种导电流体，但是又能在与气体体积相比拟的宏观尺度内维持电中性；其次，气体分子间不存在净电磁力，而等离子体中的带电粒子之间存在库仑力；再者，作为一个带电粒

3、子体系，等离子体的运动行为会受到电磁场的影响和支配。因此，等离子体是完全不同于普通气体的一种新的物质聚集态。PECVD工艺工艺6PECVD工艺n 为什么要做减反射膜为什么要做减反射膜 硅片经扩散到腐蚀周边工序后，已具备光电转换能力。但是，由于光在硅硅片经扩散到腐蚀周边工序后，已具备光电转换能力。但是，由于光在硅表面的反射使光损失约表面的反射使光损失约1/3，即使经绒面处理的硅表面，损失仍约为，即使经绒面处理的硅表面，损失仍约为11%。为减少反射损失，根据薄膜干涉原理，在电池表面制作一层减反射膜，使为减少反射损失，根据薄膜干涉原理，在电池表面制作一层减反射膜，使电池短路电流和输出增加。电池短路电

4、流和输出增加。PECVD减反射膜的作用减反射膜的作用3 27PECVD工艺8PECVD工艺n SiN膜的作用膜的作用 减反射作用减反射作用 照射到硅片上的光有相当一部分会被反射掉。如果在硅表面制备一照射到硅片上的光有相当一部分会被反射掉。如果在硅表面制备一层或多层薄膜，利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，这层或多层薄膜，利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，这种膜称为太阳电池的减反射膜种膜称为太阳电池的减反射膜ARC(antireflection coating)。制备减反。制备减反射膜后，电池的短路电流会有很大增加，转换效率相应也有很大提射膜后，电池的短路电流会有很大增加，转换效率

5、相应也有很大提高。高。9PECVD工艺 钝化作用 PECVD沉积SiN膜时，反应产生的气体中含氢，因此沉积的薄膜中有较高的氢含量，氢会从SiN薄膜中释放，扩散到界面和硅中，最终与悬挂键结合，起到钝化作用。 PECVD沉积SiN薄膜会有一定程度的表面损伤，形成较多空位。空位能增强氢的扩散，和氢形成氢空位对V、H。使氢更容易与缺陷及晶界处的悬挂键结合，从而减小界面态密度和复合中心。 对于多晶硅和其它低质量的硅片（如硅带），因为体内具有大量的空位、缺陷和晶界等，沉积SiN膜后能获得很好的表面和体内钝化效果。因此，SiN膜在低质量硅片制作的电池上的钝化效果更为明显。10PECVD工艺钝化太阳电池的体内

6、钝化太阳电池的体内在在SiN减反射膜中存在减反射膜中存在大量的大量的H，在烧结过，在烧结过程中会钝化晶体内部程中会钝化晶体内部悬挂键。悬挂键。11PECVD工艺PECVD的原理的原理3 3 硅基光伏电池有不同的光谱响应灵敏度，能够产生光伏效应的太阳辐射波长范围一般在0.4-1.2um左右，从图中可以看出硅基光伏电池光谱响应最大灵敏度在0.8-0.95um之间。硅基光伏电池的相对光谱响应曲线硅基光伏电池的相对光谱响应曲线12PECVD工艺一次反射R1 SiN N-Sin0n1ns二次反射R2通过调整薄膜厚度及折射率，使得两次反射产生相消干涉，反射光相位相差180度即光程差为1/2波长。薄膜的厚度

7、应该是1/4波长的光程，即光程差n1d1=/4。d1空气或玻璃 n0=1 or 1.5；硅 n2=3.87；SiN减反膜的最佳折射率n1为 1.9或2.3；13 一般说来,采用PECVD 技术制备薄膜材料时，薄膜的生长主要包含以下三个基本过程：l （一）在非平衡等离子体中，电子与反应气体发生初级反应，使得反应气体发生分解，形成离子和活性基团的混合物；l （二）各种活性基团向薄膜生长表面和管壁扩散输运，同时发生各反应物之间的次级反应；l （三）到达生长表面的各种初级反应和次级反应产物被吸附并与表面发生反应，同时伴随有气相分子物的再放出。PECVD工艺工艺14| （一）（一） 在辉光放电条件下，由

8、于硅烷等离子体中的电子具有几个ev 以上的能量，因此H2和SiH4受电子的碰撞会发生分解，此类反应属于初级反应。若不考虑分解时的中间激发态，可以得到如下一些生成SiHm（m=0,1,2,3）与原子H 的离解反应：PECVD工艺工艺15 按照基态分子的标准生产热计算，上述各离解过程(2.1)(2.5)所需的能量依次为2.1、4.1、4.4、5.9eV 和4.5eV。e+SiH4SiH2+H2+e (2.1)e+SiH4SiH3+H+e (2.2)e+SiH4Si+2H2+e (2.3)e+SiH4SiH+H2+H+e (2.4)e+H22H+e (2.5)PECVD工艺工艺16 等离子体内的高能

9、量电子还能够发生如下的电离反应： e+SiH4SiH2+H2+2e (2.6) e+SiH4SiH3+ H+2e (2.7) e+SiH4Si+2H2+2e (2.8) e+SiH4SiH+H2+H+2e (2.9) 以上各电离反应(2.6)(2.9)需要的能量分别为11.9，12.3，13.6和15.3eV，由于反应能量的差异，因此(2.1)(2.9)各反应发生的几率是极不均匀的。PECVD工艺工艺17 此外，随反应过程(2.1)(2.5)生成的SiHm也会发生下列的次级反应而电离，例如SiH+eSiH+2e (2.10)SiH2+eSiH2+2e (2.11)SiH3+eSiH3+2e (

10、2.12)PECVD工艺工艺18 上述反应如果借助于单电子过程进行，大约需要12eV 以上的能量。鉴于通常制备硅基薄膜的气压条件下（10100Pa）,电子密度约为1010cm-3的弱电离等离子体中10eV 以上的高能电子数目较少,累积电离的几率一般也比激发几率小，因此硅烷等离子体中，上述离化物的比例很小，SiHm的中性基团占支配地位，因为所需能量不同，SiHm的浓度按照SiH3,SiH2,Si,SiH 的顺序递减。PECVD工艺工艺19| （二） 除上述的离解反应和电离反应之外，离子分子之间的次级反应也很重要： SiH2+SiH4SiH3+SiH3 (2.13) 因此，就离子浓度而言，SiH3

11、+比SiH2+多。它可以说明在通常的SiH4 等离子体中SiH3+离子比SiH2+离子多的原因。 此外，还会发生由等离子体中氢原子夺取SiH4中氢的分子-原子碰撞反应： H+ SiH4SiH3+H2 (2.14) 这是一个放热反应，也是形成乙硅烷Si2H6的前驱反应。当然上述基团不仅仅处于基态，在等离子体中还会被激励到激发态。对硅烷等离子体的发射光谱研究的结果表明，存在有 Si, SiH, H 等的光学允许跃迁激发态11,也存在SiH2,SiH3的振动激发态。PECVD工艺工艺20|（三） 硅烷等离子体中的离化基团只是在低气压（400勒克斯，采用肉眼目勒克斯，采用肉眼目测测整个硅片表面呈深蓝色

12、，颜色均匀，无整个硅片表面呈深蓝色，颜色均匀，无明显花斑、白边与深度色差，即判明显花斑、白边与深度色差，即判定合格定合格SiN膜厚检测膜厚检测激光椭偏仪进行膜厚测量激光椭偏仪进行膜厚测量SiN膜厚在膜厚在70-90nm，即判定合格，即判定合格折射率折射率激光椭偏仪进行折射率测量激光椭偏仪进行折射率测量折射率在折射率在2.02.2，即判定合格，即判定合格反射率反射率积分反射仪进行反射率测量积分反射仪进行反射率测量反射率反射率6%，即判定合格，即判定合格86PECVD工艺氮化硅颜色与厚度的对照表氮化硅颜色与厚度的对照表颜色颜色厚度（厚度（nm）颜色颜色厚度（厚度（nm）颜颜 色色厚度（厚度（nm）硅本色硅本色0-20很淡蓝色很淡蓝色100-110蓝蓝 色色210-230褐褐 色色20-40硅本色硅本色110-120