【光伏科普】一文通PECVD工序工艺

2、等离子体

所谓等离子体，是指气体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。

等离子体在化学气相沉积中有如下作用：

(1).将反应物中的气体分子激活成活性离子，降低反应所需的温度;

(2).加速反应物在基片表面的扩散作用(表面迁移作用)，提高成膜速度;

(3).对于基体表面及膜层表面具有溅射清洗作用，溅射掉那些结合不牢的粒子，从而加强了形成的薄膜和基片的附着力;

(4).由于反应物中的原子、分子、离子和电子之间的碰撞、散射作用，使形成的薄膜厚度均匀

3、镀膜的方式分类

间接等离子：等离子没有直接和硅片接触，基片不接触激发电极( Roth&Rau)

直接等离子：等离子直接接触硅片，基片位于一个电极上，直接接触等离子体( Centrotherm 、岛津)

四、影响镀膜效果的主要参数

影响镀膜效果主要的机器本身工艺参数有：

(1).镀膜工艺时候真空压力

(2).镀膜工艺温度

(3).镀膜工艺

气体流量比

(4).镀膜工艺

总气体流量

(5).射频功率以及脉冲开关时间

(6).等离子体的沉积方向

由于管式PECVD 是直接镀膜过程，镀膜效果会受到很多外界因素的干扰，

并且这些干扰对膜的质量产生很严重的影响;

(1).石墨舟本身的使用状况

(2).硅片表面形貌的差异

管式PECVD 镀膜的各工艺参数具体控制范围

1.镀膜工艺时候真空压力

真空压力对镀膜速率而言很重要，是成膜较为关键的因素，目前在尚德镀膜

工艺保持稳定的情况下，管式PECVD 的真空压力为;

156 多晶：1700 mTorr ，大约相当于226.65 Pa。

125 单晶：1700 mTorr ，大约相当于226.65 Pa。

2.镀膜工艺温度

管式PECVD 工艺时温度为430℃--450℃

5.射频功率以及脉冲开关时间

射频功率也是影响镀膜成膜的较重要的因素，也是优化工艺时必须考虑的因素，目前射频功率新工艺射频功率为;

6.等离子体的沉积方向

插片时硅片载体被工艺点固定，在硅片和石墨舟片接触很紧密的情况下(即硅片本身不弯曲，插片不翘起)，等离子基本上是垂直撞击到硅片表面。

PECVD 膜的作用、简述膜的特性

1、氮化硅膜的减反原理

光照射在硅片表面时，反射会使光损失约三分之一。如果在硅表面有一层或

多层合适的薄膜，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(ARC，antireflection coating)。

照射到硅片上的光因为反射不能全部被硅吸收。反射百分率的大小取决于硅

和外界透明介质的折射率。垂直入射时，硅片表面的反射率R 为:

在真空或大气中，如果硅表面没有减反射膜，长波范围(1.1μ m)入射光损失

总量的34%，短波范围(0.4 μ m)为54%。即使在硅表面制作了绒面，由于入射光产生多次反射而增加了吸收，但也有约14%以上的反射损失。

如果在硅的表面制备一层透明的介质膜，由于介质膜的两个界面上的反射光

相互干涉，可以在很宽的波长范围内降低反射率。此时反射率由下式给出：

式中, r1、r2 分别是外界介质一膜和膜一硅界面上的菲涅尔反射系数;△为

膜层厚度引起的相位角。它们可分别表示为:

其中，n0, n 和ns:分别为外界介质、膜层和硅的折射率，λ 0 是入射光的

波长，d 是膜层的厚度。

当波 长 为λ 0 的光垂直入射时，如果当nd= λ 0 /4 ，则由式

为了使反射损失减到最小，即希望Rλ 0 =0, 应有：

硅的折射率nsi=3.9，n0=1 :

从裸露的硅表面和从覆盖有折射率为1.9 和2.3 的减反射膜的硅表面反射

的正常入射光的百分比与波长的关系：

2、氮化硅膜的钝化效果

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，薄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。

3、氮化硅膜的抗干扰效果

氮化规的主要性质是对 H O 2 、O、Na、Al、Ga、In 等都具有极强的扩散阻

挡能力，使它成为一种较理想的保护电池的材料。

4、膜的特性

5、氮化硅颜色与厚度对照表:

管P常见的异常情况

边缘水纹

原因：因2#HF槽吹干效果不佳，导致正面边缘生产洛合物，再加上碱洗不干净最终导致边缘水纹;

解决：改善2#槽吹干效果，将碱槽浓度加大

2.红片

原因：(1).沉积时间过短;

(2).减薄量过低;

(3).石墨舟使用次数过多

(4).石墨舟预处理效果不佳

解决：(1).根据实际情况调整镀膜时间;

(2).根据已镀膜完片子的情况，结合对应的减薄量，实时调整镀膜时间;

(3).检查操作记录，确认舟已使用多少次，如果使用次数过多就要求员工将石墨舟作刻蚀处理

(4).对该石墨舟尽早做刻蚀处理

3.淡蓝

原因：(1).沉积时间过长;

(2).减薄量过高;

解决：(1). 根据实际情况调整镀膜时间;

(2).根据已镀膜完片子的情况，结合对应的减薄量，实时调整镀膜时间;

4.镀膜呈彩虹状

原因：弯曲片;

解决：对于弯曲片，因Centrotherm工艺原理所限，没有办法，所以弯曲片只能在平板机器上做;

5.石墨舟掉片子，如下图所示：

原因：员工上料不牢，在机内碎片;

解决：掉了一片，就导致了上面两片异常片，对于右边这片肯定是要返工的;而左边这片，图中所看到的是硅片的背面，而它的正面是好的，所以员工常会将这样的片子留下面，下面是这种片子的电性能：

从上面的数据中可以看出，这样的片子肯定是Jo片，所以这种片子也是一定要返工的;

6.异常色差，如下图所示：

原因：制绒槽的风刀堵住所致;

解决：更换风刀;

7.边缘色斑印，

如下图所示，镀膜后该区域依然较明显：

原因：(1).清洗间出来的片子吹不干;

(2).石英舟不干净;

解决：(1).检查到底是什么原因导致，是酸洗不脱水还是风刀吹不干导致，视实际情况解决;

(2).从上图可以看出，边缘的色斑形状规则，是石英舟的支撑杆处出现的，须跟踪是哪个石英舟导致，将该石英舟停用作清洗;

8.工艺圆点大

原因：石墨舟的固定点磨损过深导致

解决：让设备人员将石墨舟拆洗，更换石墨片;

平板部分

9.Roth&Rau的可控参数

(1). 压强0.2mbar～0.3mbar

温度350℃～400℃

微波功率2800W～3600W

SiH4(0sccm～2000sccm)和NH3(0sccm～2000sccm)，SiH4和NH3总气流量控制在2000sccm，而NH3和SiH4的比率控制在2.9～3.6;

带速150cm/min～170 cm/min

上面这些参数是常规调整参数，可对单框整体的膜厚和折射率进行控制;

(2).进料腔的加热时间，进料腔和出料腔冲NH3的时间和流量，进料腔、预热腔和工艺腔的加热器的输出功率，微波发生器的开关时间(基本没修改过);

第二组这些参数主要是调整温度、压强和等离子体浓度的均匀性;

10.膜厚与折射率不匹配

原因：(1).工艺腔压强异常;

(2).总气流和气流比率超出界限;

(3).工艺腔严重漏气(具体参看15) ;

解决：(1).检查工艺参数，是否被在线修改，工艺腔的压强基本都是0.25mbar，不能过低，比如不能小于0.2mbar，如果压强过低的话，膜的折射率会很小1.8～1.9,且膜厚反而会偏厚;压强为0.1mbar时，电性能如下：

(2).也需检查工艺参数是否被修改，

11.石墨框有一边边缘或一道出现发红现象(沿进框方向)

原因：(1).石英管的使用时间

(2).工艺腔内掉片

(3).石英管因其它原因导致其表面残留的氮化硅厚度不均，从而导致微波受到削减

(4).特气气孔堵塞

(5).实际微波功率偏低

解决：(1).如果是石英管已用时间过长，督促尽早更换石英管

(2).开腔将碎片去除

(3).更换石英管

(4).这种情况较难发现，所以只能督促设备人员在维护时，清理干净，用直径1mm左右的器具将气孔清理;

(5).如(3).中说的，并不一定是微波功率本身偏低，但可以调整其解决已有的问题，如果是左边偏红的话，可以适当提高右边微波的功率;

12.机器导致掉片

原因：(1).如果是机器内部掉片，内部压强差异导致的可能性更大，

(2).机器外部掉片，则原因主要是传输带不平整导致

(3).石墨框的钩子和档针变形也会导致

(4).员工放片不到位也会导致

措施：(1).检查各腔体单周期内的压强变化趋势，特别是四个腔门在开关前后的压强变化

(2).让设备人员排除传输带问题

(3).跟踪确切是哪个框在特定位置掉片，将其停用;

(4).要求员工进框前，轻敲石墨框检查一下;

13.沿进框方向出现单框最前面2～3排或最后面2～3排整体发红，如下图所示;

原因：因预热腔或冷却腔传动速度出现异常，和工艺腔匹配出现问题;

解决：让设备人员将设备软件重新运行后即可解决;(属于软件问题)

14.单框五道之间出现严重色差;

原因：工艺腔与外部连通，出现轻微漏气;

解决：开腔后会发现膜较厚的那道对应的工艺腔的腔壁处也会有发白物质，更换石英管;

也可以在电脑操作界面上确认各个腔体的漏气情况，先将要确认的腔体抽成真空，然后将其处于待机状态，察看压强升高的速度，标准是