晶體硅太陽能電池培訓(xùn)-PECVD

PECVD部門：生產(chǎn)技術(shù)部PECVD的介紹PECVD:PlasmaEnhanceChemicalVapourDeposition等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積等離子體：由于物質(zhì)分子熱運(yùn)動加劇，相互間的碰撞就會使氣體分子產(chǎn)生電離，這樣物質(zhì)就會變成自由運(yùn)動并由相互作用的正離子、電子和中性粒子組成的混合物。PECVD的目的在太陽電池表面沉積深藍(lán)色減反膜-SiN膜。減少光的反射，增加電池對光線的吸收。對電池的正表面進(jìn)行H鈍化對電池正表面進(jìn)行保護(hù)，防止氧化SiNx:HSiNx:H介紹正常的SiNx的Si/N之比為0.75，即Si3N4。但是PECVD沉積氮化硅的化學(xué)計(jì)量比會隨工藝不同而變化，Si/N變化的范圍在0.75-2左右。除了Si和N，PECVD的氮化硅一般還包含一定比例的氫原子，即SixNyHz或SiNx:HSi/N比對SiNx薄膜性質(zhì)的影響1.電阻率隨x增加而降低2.折射率n隨x增加而增加3.腐蝕速率隨密度增加而降低PECVD的鈍化作用由于太陽電池級硅材料中不可避免的含有大量的雜質(zhì)和缺陷，導(dǎo)致硅中少子壽命及擴(kuò)散長度降低從而影響電池的轉(zhuǎn)換效率。H的鈍化機(jī)理:主要原因是:H能與硅中的缺陷或雜質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，從而將禁帶中的能帶轉(zhuǎn)入價帶或者導(dǎo)帶。PECVD的鈍化作用鈍化太陽電池的受光面鈍化膜(介質(zhì))的主要作用是保護(hù)半導(dǎo)體器件表面不受污染物質(zhì)的影響，半導(dǎo)體表面鈍化可降低半導(dǎo)體表面態(tài)密度。鈍化太陽電池的體內(nèi)在SiN減反射膜中存在大量的H，在燒結(jié)過程中會鈍化晶體內(nèi)部懸掛鍵。PECVD對電性能影響1.減反射膜提高了對太陽光的利用率，有助于提高光生電流密度，起到提高電流進(jìn)而提高轉(zhuǎn)換效率的作用。2.薄膜中的氫對電池的表面鈍化降低了發(fā)射結(jié)的表面復(fù)合速率，減小了暗電流，提升了開路電壓，從而提高了光電轉(zhuǎn)換效率；在燒穿工藝中的高溫瞬時退火斷裂了一些Si-H、N-H鍵，游離出來的H進(jìn)一步加強(qiáng)了對電池的鈍化。PECVD:直接式PECVD:間接式間接PECVD的特點(diǎn)：在微波激發(fā)等離子的設(shè)備里，等離子產(chǎn)生在反應(yīng)腔之外，然后由石英管導(dǎo)入反應(yīng)腔中。在這種設(shè)備里微波只激發(fā)NH3，而SiH4直接進(jìn)入反應(yīng)腔。間接PECVD的沉積速率比直接的要高很多，這對大規(guī)模生產(chǎn)尤其重要。PECVD的工藝原理通入的特氣（硅烷和氨氣）在高溫和微波源的激發(fā)下電離，形成等離子態(tài)，并沉積在硅片的表面。膜的厚度主要與溫度，腔體內(nèi)微波源的功率和鍍膜時間有關(guān)。反應(yīng)室通入反應(yīng)氣體硅烷SiH4

氨氣NH3在微波源的激發(fā)下電離形成等離子態(tài)SiNx:H沉積在硅片上等離子體產(chǎn)生圖例SixNyHz的形成過程PECVD特氣的性質(zhì)（1）氨氣（NH3）:是一種刺激性、無色、氣體。氨氣會嚴(yán)重灼傷眼、皮膚及呼吸道。當(dāng)它在空氣中的濃度超過15%時有立即造成火災(zāi)及爆炸的危險。暴露在氨氣中會對眼睛造成中度到重度的刺激。氨氣強(qiáng)烈地刺激鼻子、喉嚨和肺。癥狀包括灼傷感、咳嗽、喘息加重、氣短、頭痛及惡心。過度暴露會影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)并會造成痙攣和失去知覺。暴露在5000ppm下5分鐘會造成死亡。緊急救助眼睛接觸：用大量的水沖洗，立即進(jìn)行醫(yī)療處理。吸入：將人員移到空氣清新處，若呼吸困難，則輸氧，并迅速進(jìn)行醫(yī)務(wù)處理。皮膚接觸：用大量水沖洗，立即脫掉被污染的衣服，并立即進(jìn)行藥物處理。PECVD特氣的性質(zhì)（2）硅烷(SiH4):是一種無色、與空氣反應(yīng)并會引起窒息的氣體。硅烷與空氣接觸會引起燃燒。它的首要危害是引起嚴(yán)重的熱灼傷。嚴(yán)重時會致命。如沒有自燃會非常危險，不要靠近，不要試圖在切斷氣源之前滅火。硅烷會刺激眼睛，硅烷分解產(chǎn)生的無定型二氧化硅顆粒會引起眼睛刺激。吸入高濃度的硅烷會引起頭痛、惡心、頭暈并刺激上呼吸道。過度吸入會引起肺炎和腎病。硅烷會刺激皮膚、硅烷分解產(chǎn)生無定型二氧化硅顆粒會引起皮膚刺激。緊急救助眼睛接觸：應(yīng)立即用水沖洗至少15分鐘，水流不要太快，同時翻開眼瞼，立即尋求眼科處理；皮膚接觸：用大量的水清洗至少15分鐘，脫掉被污染的衣服，如果患者有持續(xù)的刺激感或其他影響需立即進(jìn)行醫(yī)療處理。吸入：盡快移到空氣清新處，如有必要須進(jìn)行輸氧或人工呼吸。PECVD的影響因素1．頻率射頻PECVD系統(tǒng)大都采用50kHz~13.56MHz的工業(yè)頻段射頻電源。較高頻率（>4MHz）沉積的氮化硅薄膜具有更好的鈍化效果和穩(wěn)定性。2．射頻功率增加RF功率通常會改善SiN膜的質(zhì)量。但是，功率密度不宜過大，超過1W/cm2時器件會造成嚴(yán)重的射頻損傷。3．襯底溫度PECVD膜的沉積溫度一般為250～400℃。這樣能保證氮化硅薄膜在HF中有足夠低的腐蝕速率，并有較低的本征壓力，從而有良好的熱穩(wěn)定性和抗裂能力。低于200℃下沉積的氮化硅膜，本征應(yīng)力很大且為張應(yīng)力，而溫度高于450℃時膜容易龜裂。PECVD的影響因素4．氣體流量影響氮化硅膜沉積速率的主要?dú)怏w是SiH4。為了防止富硅膜，選擇NH3/SiH4=2~20（體積比）。氣體總流量直接影響沉積的均勻性。為了防止反應(yīng)區(qū)下游反應(yīng)氣體因耗盡而降低沉積速率，通常采用較大的氣體總流量，以保證沉積的均勻性。5．反應(yīng)氣體濃度SiH4的百分比濃度及SiH4/NH3流量比，對沉積速率、氮化硅膜的組分及物化性質(zhì)均有重大影響。理想Si3N4的Si/N＝0.75，而PECVD沉積的氮化硅的化學(xué)計(jì)量比會隨工藝不同而變化，但多為富硅膜，可寫成SiN。因此，必須控制氣體中的SiH4濃度，不宜過高，并采用較高的SiN比。除了Si和N外，PECVD的氮化硅一般還包含一定比例的氫原子，即SixNyHZ或SiNx:H。6．反應(yīng)壓力、和反應(yīng)室尺寸等都是影響氮化硅薄膜的性能工藝參數(shù)。PECVD設(shè)備設(shè)備結(jié)構(gòu)晶片裝載區(qū)爐體特氣柜真空系統(tǒng)控制系統(tǒng)PECVD設(shè)備結(jié)構(gòu)PECVD晶片裝載區(qū)槳、LIFT、抽風(fēng)系統(tǒng)、SLS系統(tǒng)。槳：由碳化硅材料制成，具有耐高溫、防變形等性能。作用是將石墨舟放入或取出石英管。LIFT：機(jī)械臂系統(tǒng)，使舟在機(jī)械臂作用下在小車、槳、儲存區(qū)之間互相移動。抽風(fēng)系統(tǒng)：位于晶片裝載區(qū)上方，初步的冷卻石墨舟和一定程度的過濾殘余氣體SLS系統(tǒng)：軟著落系統(tǒng)，控制槳的上下，移動范圍在2—3厘米PECVD爐體石英管、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)石英管：爐體內(nèi)有四根石英管，是鍍膜的作業(yè)區(qū)域，耐高溫、防反應(yīng)。加熱系統(tǒng)：位于石英管外，有五個溫區(qū)。冷卻系統(tǒng)：是一套封閉的循環(huán)水系統(tǒng)，位于加熱系統(tǒng)的金屬外殼，四進(jìn)四出并有一個主管道，可適量調(diào)節(jié)流量大小。冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn):沒有消耗凈室空氣不同管間無熱干涉爐環(huán)境的溫度沒有被熱空氣所提升空氣運(yùn)動（通風(fēng)裝置）沒有使房間污染噪音水平低PECVD真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)真空泵：每一根石英管配置一組泵，包括主泵和輔助泵。蝶閥：可以根據(jù)要求控制閥門的開關(guān)的大小，來調(diào)節(jié)管內(nèi)氣壓的PECVD控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)CMI:是Centrotherm研發(fā)的一個控制系統(tǒng)，其中界面包括Jobs（界面）、System（系統(tǒng)）、Catalog（目錄）、Setup（軟件）、Alarms（報警）、Help（幫助）.Jobs:機(jī)器的工作狀態(tài)。System:四根管子的工作狀態(tài)，舟的狀態(tài)以及手動操作機(jī)器臂的內(nèi)容。Datalog:機(jī)器運(yùn)行的每一步。PECVD控制系統(tǒng)Setup:舟的資料的更改，工藝內(nèi)容的更改，使用權(quán)限的更改，LIFT位置的更改，CMS安區(qū)系統(tǒng)（安裝的感應(yīng)器將監(jiān)控重要系統(tǒng)的運(yùn)行情況，而一旦不受管的計(jì)算機(jī)的控制，CMS將會發(fā)生作用，所有的錯誤信息也都會在CIM上得以簡潔的文本方式顯示出來）的更改等。Alarms：警報內(nèi)容Help:簡要的說了一下解除警報以及其他方面的方法CESAR:控制電腦，每一個系統(tǒng)都安裝了CESAR控制電腦及CESAR控制軟件，此控制電腦獨(dú)立于主電腦系統(tǒng)中。PECVD控制系統(tǒng)示意圖PECVD電池片檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)看顏色是否合格（合格的顏色為深藍(lán)，藍(lán)色，淡藍(lán)）色差和水印不超過整體面積的1%鍍膜后的折射率在1.95—2.10，膜厚在80±5nm（生產(chǎn)過程中取每批次任意6片進(jìn)行折射率和膜厚的測定）27光學(xué)參數(shù)厚度的均勻性(nominal約70nm)同一硅片+/-5%同一片盒內(nèi)的硅片

+/-5%不同片盒內(nèi)的硅片+/-5%折射率(nom