薄膜沉積完整版本

薄膜沉積工藝培訓(xùn)-梅曉東什么是薄膜沉積？在機(jī)械工業(yè)，電子工業(yè)或半導(dǎo)體工業(yè)領(lǐng)域，為了隊(duì)所使用的材料賦予某種特性在材料表面以各種方法形成被膜（一種薄膜），而加以使用，假如此被膜經(jīng)由原子層的過(guò)程所形成時(shí)，一般將此等薄膜沉積稱為蒸鍍處理，采用蒸鍍處理時(shí)，以原子或分子的層次控制蒸鍍粒子使其形成被膜，因此可以得到以熱平衡狀態(tài)無(wú)法得到得具有特殊構(gòu)造及功能的被膜．薄膜沉積的分類依據(jù)沉積過(guò)程中，是否含有化學(xué)反應(yīng)可區(qū)分為：１物理氣相沉積（PhysicalVaporDeposition）２化學(xué)氣相沉積（ChemicalVaporDeposition）薄膜沉積原理CVD的原理CVD是將反應(yīng)源以氣體形式通入反應(yīng)腔中，經(jīng)由氧化，還原或與基板反應(yīng)的方式進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，其生成物通過(guò)擴(kuò)散作用而沉積在基板表面上．CVD的反應(yīng)過(guò)程CVD的五個(gè)主要過(guò)程導(dǎo)入反應(yīng)物主氣流反應(yīng)物內(nèi)擴(kuò)散原子吸附表面化學(xué)反應(yīng)生成物外擴(kuò)散及移除CVD的分類工藝優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用APCVD反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單沉積速度快低溫工藝層覆蓋能力差粒子污染低溫氧化物L(fēng)PCVD高純度層覆蓋能力極佳可沉積大面積晶圓片高溫工藝低沉積速率高溫氧化物多晶硅鎢，硅化鎢PECVD低溫工藝高沉積速率層覆蓋能力良好化學(xué)污染粒子污染低溫絕緣體鈍化層APCVD原理APCVD結(jié)構(gòu)示意圖PECVD原理PECVD結(jié)構(gòu)示意圖PECVD的工藝過(guò)程SiH4分解產(chǎn)生活性粒子Si、H、SiH2

和SiH3等活性粒子在襯底表面的吸附和擴(kuò)散在襯底上被吸附的活性分子在表面上發(fā)生反應(yīng)生成Poly-Si層，并放出H2；

PECVD的優(yōu)點(diǎn)可以低溫成膜(最常用的溫度是300-350度),對(duì)基體影響小,并可以避免高溫成膜造成的膜層晶粒粗大以及膜層和基體間生成脆性相等問(wèn)題PECVD在較低的壓強(qiáng)下進(jìn)行,由于反應(yīng)物中的分子,原子,等離子粒子團(tuán)與電子之間的碰撞,散射,電離等作用,提高膜厚及成分的均勻性,得到的薄膜針孔少,組織致密,內(nèi)應(yīng)力小,不容易產(chǎn)生裂紋擴(kuò)大了化學(xué)氣相沉積的應(yīng)用范圍,特別是提供了在不同的基體上制取各種金屬薄膜,非晶態(tài)無(wú)機(jī)薄膜,有機(jī)聚合物薄膜的可能性膜層對(duì)基體的附著力大于普通CVDPECVD的原理SunTech-PowerPECVD

PECVD的作用PECVD工藝參數(shù)的調(diào)整安全PECVD：MicrowaveRemotePlasmaEnhanceChemicalVapourDeposition微波間接等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積定義等離子體：由于物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，相互間的碰撞就會(huì)使氣體分子產(chǎn)生電離，這樣物質(zhì)就會(huì)變成自由運(yùn)動(dòng)并由相互作用的正離子、電子和中性粒子組成的混合物。PECVD的作用在太陽(yáng)電池表面沉積深藍(lán)色減反膜-SiN膜。其還具有卓越的抗氧化和絕緣性能，同時(shí)具有良好的阻擋鈉離子、掩蔽金屬和水蒸汽擴(kuò)散的能力；它的化學(xué)穩(wěn)定性也很好，除氫氟酸和熱磷酸能緩慢腐蝕外，其它酸與它基本不起作用。

除SiN膜外，TiO2，SiO2也可作為減反膜PECVD的作用氮化硅顏色與厚度的對(duì)照表顏色厚度（nm）顏色厚度（nm）顏色厚度（nm）硅本色0-20很淡藍(lán)色100-110藍(lán)

色210-230褐

色20-40硅

本

色110-120藍(lán)綠色230-250黃褐色40-50淡

黃

色120-130淺綠色250-280紅

色55-73黃

色130-150橙黃色280-300深藍(lán)色73-77橙

黃

色150-180紅

色300-330藍(lán)

色77-93紅

色180-190

淡藍(lán)色93-100深

紅

色190-210

PECVD的作用空氣或玻璃n0=1or1.5SiN減反膜的最佳折射率n1為1.9或2.3硅n2=3.87

在左圖中示出了四分之一波長(zhǎng)減反射膜的原理。從第二個(gè)界面返回到第一個(gè)界面的反射光與從第一個(gè)界面的反射光相位相差180度，所以前者在一定程度上抵消了后者。即n1d1=λ/4PECVD的作用PECVD的作用PECVD的作用鈍化太陽(yáng)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。PECVD的作用鈍化太陽(yáng)電池的體內(nèi)在SiN減反射膜中存在大量的H，在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)鈍化晶體內(nèi)部懸掛鍵。PECVD的原理PECVD的原理PECVD工藝參數(shù)的調(diào)整在每一個(gè)過(guò)程中左右使用略微不同的脈沖周期（相差1-2ms）調(diào)整P-peak可改變等離子源的擴(kuò)散長(zhǎng)度，沉積率隨著P-mean輕微增加（通過(guò)Ton，Toff控制），如果不均勻通過(guò)左/右微波功率調(diào)節(jié)左/右沉積率。P-peak=2500…3200…3600W

Ton=3…8…12ms

Toff=12…18…25ms

Meanpower=750…1000…1500W

微波功率

（對(duì)一個(gè)微波源）

隨著溫度增加輕微減少沉積率250…325…400℃反應(yīng)溫度最佳值為80cm/min速度的調(diào)整用作對(duì)膜厚的最終調(diào)整15…20…30cm/min/PS承載框傳輸速度高的硅含量（低于1.2）開始在SiN膜中產(chǎn)生光吸收較多的SiH4會(huì)導(dǎo)致較多的Si含量、更高的折射率1.5…2.0…4工作氣體比

（QNH3/QSiH4)

沉積率隨著總氣體流量增加（在1000sccm/PS時(shí)飽和），但在高流量時(shí)等離子體分裂態(tài)少150…300…500sccm/PS總氣體流量

超過(guò)0.25mbar降低沉積率；低壓增加H鈍化效果0.05…0.1-0.2…0.5mbar沉積腔壓力備注對(duì)SiN膜的作用范圍參數(shù)PPtttmeanpeakononoff=+*SiN膜對(duì)太陽(yáng)電池參數(shù)的影響參數(shù)范圍SiN膜的作用備注膜的厚度70…75…80nm對(duì)最大的光吸收為最佳的減反膜參數(shù)在燒結(jié)后膜的光學(xué)特性有一些改變折射率1.9…2.0…2.1…2.2對(duì)最大的光吸收為最佳的減反膜參數(shù)在燒結(jié)后膜的光學(xué)特性有一些改變膜的均勻性+-1…+-3…+-5%

氫對(duì)硅表面的鈍化

強(qiáng)烈依賴燒結(jié)工藝氫對(duì)體內(nèi)的鈍化

強(qiáng)烈依賴硅片的體材料安全無(wú)水氨氣是一種刺激性、無(wú)色、可燃的儲(chǔ)存于鋼瓶的液化壓縮氣體。其存儲(chǔ)壓力為其蒸汽壓14psig(70℉)。氨氣會(huì)嚴(yán)重灼傷眼、皮膚及呼吸道。當(dāng)它在空氣中的濃度超過(guò)15%時(shí)有立即造成火災(zāi)及爆炸的危險(xiǎn)，因此進(jìn)入這樣的區(qū)域前必須排空。進(jìn)入濃度超過(guò)暴露極限的區(qū)域要佩戴自給式呼吸器。大規(guī)模泄露時(shí)需要全身防護(hù)服，并應(yīng)隨時(shí)意識(shí)到潛在的火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)。暴露在氨氣中會(huì)對(duì)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(guò)度暴露會(huì)影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)并會(huì)造成痙攣和失去知覺。上呼吸道易受傷害并導(dǎo)致氣管炎。聲帶在高濃度下特別容易受到腐蝕，下呼吸道傷害會(huì)造成水腫和出血，暴露在5000ppm下5分鐘會(huì)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。安全火災(zāi)撲救滅火劑：干粉、二氧化碳或水從泄漏區(qū)疏散所有的人，切斷氨氣泄漏源，然后根據(jù)燃燒的物質(zhì)進(jìn)行滅火。由于受熱鋼瓶?jī)?nèi)壓力會(huì)升高，如果泄壓裝置功能失靈，會(huì)引起鋼瓶爆炸。硅烷是一種無(wú)色、與空氣反應(yīng)并會(huì)引起窒息的氣體。該氣體通常與空氣接觸會(huì)引起燃燒并放出很濃的白色無(wú)定型二氧化硅煙霧。它對(duì)健康的首要危害是它自燃的火焰會(huì)引起嚴(yán)重的熱灼傷。如果嚴(yán)重甚至?xí)旅?。如果火焰或高溫作用在硅烷鋼瓶的某一部分?huì)使鋼瓶在安全閥啟動(dòng)之前爆炸，如果泄放硅烷時(shí)壓力過(guò)高或速度過(guò)快，會(huì)引起滯后性的爆炸。泄漏的硅烷如沒(méi)有自燃會(huì)非常危險(xiǎn)，不要靠近，不要試圖在切斷氣源之前滅火。硅烷會(huì)刺激眼睛，硅烷分解產(chǎn)生的無(wú)定型二氧化硅顆粒會(huì)引起眼睛刺激。吸入高濃度的硅烷會(huì)引起頭痛、惡心、頭暈并刺激上呼吸道。硅烷會(huì)刺激呼吸系統(tǒng)及粘膜。過(guò)度吸入硅烷會(huì)引起肺炎和腎病。硅烷會(huì)刺激皮膚、硅烷分解產(chǎn)生無(wú)定型二氧化硅顆粒會(huì)引起皮膚刺激。安全火災(zāi)撲救切斷氣源滅火，用水霧減少空氣中形成的燃燒產(chǎn)物，不要用鹵化物類滅火器。從最遠(yuǎn)的距離用水冷卻暴露在火焰中的鋼瓶。從泄漏區(qū)疏散所有人，切斷氣源，根據(jù)燃燒的物質(zhì)滅火。由于熱量的作用氣瓶?jī)?nèi)壓力會(huì)升高，如果泄壓裝置失靈會(huì)引起鋼瓶爆炸。緊急救助由于硅烷泄漏引起人員灼傷應(yīng)由受過(guò)培訓(xùn)的人員進(jìn)行