非晶硅薄膜PECVD沉积装置
PECVD原理及设备结构
真空度检测器
用于实时监测PECVD腔室的真空度 ，一般采用电离规或电容规等源
为PECVD设备提供高电压，一般采用直流 电源，输出电压范围为几千伏至几十千伏。
为PECVD设备提供射频能量，一般采用大 功率射频放大器，输出频率为13.56 MHz 。
偏压电源
电源控制系统
pecvd原理及设备结构
2023-11-06
目录
• 引言 • pecvd原理 • pecvd设备结构 • pecvd工艺控制 • pecvd应用领域 • 结论
01
引言
目的和背景
目的
PECVD是一种用于制备薄膜材料的方法，具有较高的质量和 均匀性，同时具有较低的成本和更广泛的适用范围。
背景
随着科技的发展，对于薄膜材料的需求不断增加，而PECVD 作为一种制备薄膜材料的有效方法，得到了广泛的应用和推 广。
薄膜的结构对它的性能也有重要影响。例如，多晶硅薄膜具有较高的导电性能和机械强度，而单晶硅薄膜则具 有较高的光学性能和电子迁移率。
工艺流程优化
工艺流程设计
为了获得高质量、高性能的薄膜，需要对PECVD工艺流程进行精心设计。这包括前处理、沉积过程、 后处理等各个环节的优化和控制。
设备维护与保养
为了保持设备稳定性和生产效率，需要定期对设备进行维护和保养。例如，清洗反应室、更换电极等 。
06
结论
研究成果总结
01
PECVD原理的发现
PECVD是一种基于等离子体放电的化学气相沉积技术，其原理是利用
辉光放电产生的高能等离子体对薄膜进行沉积。
02 03
PECVD设备结构的研究
PECVD设备通常由反应室、电源、进气系统、排灰系统等组成。反应 室是设备的主要组成部分，其内部结构包括电极、放电空间和沉积表 面。
PECVD的工作原理
PECVD的工作原理PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）是一种常用的薄膜沉积技术，广泛应用于半导体、光电子、纳米材料等领域。
本文将详细介绍PECVD的工作原理。
一、PECVD的基本原理PECVD是一种在低压等离子体环境下进行的化学气相沉积技术。
其基本原理是利用等离子体产生的高能粒子激活气体份子，使其发生化学反应并沉积在基底表面上，形成所需的薄膜。
二、PECVD的装置结构PECVD的基本装置由气体供给系统、等离子体激发系统和基底台组成。
1. 气体供给系统：负责提供所需的沉积气体。
常用的沉积气体包括硅源气体（如SiH4）、硅氟化物（如SiF4）、氨气（NH3）等。
2. 等离子体激发系统：通过高频电源产生等离子体。
高频电源将气体供给系统提供的气体引入反应室，并在电场作用下激发气体份子形成等离子体。
3. 基底台：用于放置待沉积的基底材料。
基底材料可以是硅片、玻璃基板或者其他材料。
三、PECVD的工作过程PECVD的工作过程主要包括气体供给、等离子体激发和薄膜沉积三个阶段。
1. 气体供给阶段：沉积气体由气体供给系统提供，并通过气体通道引入反应室。
通常使用多个气体通道，以便同时供给多种沉积气体。
2. 等离子体激发阶段：高频电源产生的电场作用下，沉积气体份子被激发形成等离子体。
等离子体中的高能粒子与气体份子发生碰撞，使其发生化学反应。
3. 薄膜沉积阶段：激发的气体份子在等离子体的作用下，沉积在基底表面上形成薄膜。
沉积过程中，气体份子会发生解离、重组、聚合等反应，最终形成所需的薄膜。
四、PECVD的应用PECVD技术具有广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：1. 半导体工业：PECVD可用于制备薄膜晶体管（TFT）等半导体器件的绝缘层、导电层和保护层，提高器件性能。
2. 光电子领域：PECVD可用于制备光学薄膜，如反射膜、透镜膜、滤波膜等。
3. 纳米材料研究：PECVD可用于制备纳米结构材料，如纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜等。
PECVD设备介绍
PECVD设备介绍PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）即等离子体增强化学气相沉积技术，是一种常用于制备薄膜的工艺方法。
该方法利用等离子体激活气体分子，使其在室温下与固体表面反应，形成薄膜。
PECVD设备是实现PECVD技术的关键设备之一，本文将对PECVD设备的工作原理、主要组成部分和应用领域进行详细介绍。
【工作原理】PECVD设备主要由气体输送系统、真空系统、等离子体激发系统、基底加热系统和反应室组成。
其工作原理是将气体通过气体输送系统进入反应室，然后通过真空系统将反应室抽成高真空状态，再利用等离子体激发系统将气体分子激发形成等离子体，最后将等离子体中的活性物种沉积在基底上，形成薄膜。
【主要组成部分】1.气体输送系统：由气体缸、气体流量计和气体控制阀等组成，用于控制和输送反应气体。
2.真空系统：由机械泵和分子泵等组成，用于将反应室抽成高真空状态，以保证薄膜质量。
3.等离子体激发系统：主要包括高频电源、等离子体发生器和电极等，用于产生等离子体并激发气体分子。
4.基底加热系统：由加热源和温度控制器等组成，用于加热基底，提供合适的反应条件。
5.反应室：是进行气体反应的空间，通常采用石英制成，具有良好的耐高温、耐腐蚀性能。
【应用领域】1.半导体器件制备：PECVD设备可用于生长SiO2、SiNx等材料，用于制备MOSFET等半导体器件的绝缘层和通道层。
2.光伏电池制备：PECVD设备可用于制备非晶硅、多晶硅等薄膜，用于制备光伏电池的光吸收层和透明导电层。
3.平板显示器制备：PECVD设备可用于制备低温多晶硅薄膜，用于制备薄膜晶体管面板的薄膜电晶体。
4.光学涂层制备：PECVD设备可用于制备SiO2、Si3N4等材料，用于制备抗反射膜、硬质涂层、光学滤波器等光学涂层。
5.纳米材料合成：PECVD设备可用于合成纳米碳管、纳米颗粒等纳米材料，应用于传感器、催化剂等领域。
pecvd设备
PECVD设备在当今先进科技领域中，PECVD设备扮演着至关重要的角色。
PECVD代表等离子体增强化学气相沉积，是一种重要的薄膜沉积技术，广泛应用于半导体、光伏、显示器件等领域。
PECVD设备的基本原理PECVD设备利用等离子体产生的活性物种，通过气相反应在基片表面沉积薄膜。
基本原理包括：•等离子体生成：在反应室中建立高频射频电场，使气体放电产生等离子体。
•沉积过程：活性物种在等离子体作用下与基片反应，形成所需薄膜。
PECVD设备的组成一般而言，PECVD设备由以下部分组成：1.反应室：容纳气体并产生等离子体的空间。
2.真空系统：维持反应室内的低压环境。
3.进气系统：引入反应气体。
4.电源系统：提供等离子体产生的电场能量。
5.温控系统：控制基片温度。
6.底座：支撑基片并提供加热功能。
PECVD在半导体工业中的应用PECVD在半导体制造领域有着广泛的应用，主要体现在：1.氧化膜制备：用于晶体管的绝缘层制备。
2.氮化硅膜：在隔离栅结构中的应用。
3.光刻胶薄膜：用于对器件进行光影形成。
4.多晶硅膜：应用于太阳能电池等领域。
未来发展趋势随着技术不断更新迭代，PECVD设备也在不断改进和发展：•高温PECVD：增加设备的操作温度范围。
•多室PECVD：实现多层薄膜的连续沉积。
•高效PECVD：提高沉积速率和材料利用率。
结语PECVD设备在现代工业领域扮演着不可或缺的角色，其应用范围和重要性不断扩大。
未来，随着科技的进步和需求的不断增长，PECVD设备将继续发挥重要作用，推动着产业的发展和创新。
PECVD法沉积氢化非晶硅薄膜内应力的研究
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟PECVD 法沉积氢化非晶硅薄膜内应力的研究利用等离子体增强化学气相沉积技术在硅基底上沉积了氢化非晶硅(α2Si∶H) 薄膜,通过纳米压入仪、电子薄膜应力分布仪、傅里叶变换红外光谱仪等表征技术,研究了沉积时的工艺参数(射频功率、沉积温度、工作压强)对薄膜内应力的影响,对薄膜的本征应力、热应力进行分析,并探讨了射频功率对薄膜红外吸收光谱的影响。
研究结果表明,提高射频功率能够使薄膜从张应力转变为压应力,且压应力随射频功率的增大而增大;提高工作压强能够使薄膜从压应力转变为张应力;应力随沉积温度的升高而增大;薄膜中氢含量、SiH 组态、SiH2 组态含量随射频功率的增大而增大。
通过优化工艺,得到了沉积具有较小张应力薄膜的工艺参数(射频功率30 W,沉积温度250 ℃,气体流量80 cm3/ min(标准状态) ,工作压强67 Pa) ,并将其成功应用于非晶硅薄膜自支撑悬空结构。
氢化非晶硅( Hydrogenated Amorphous Silicon ,α-Si∶H) 薄膜由于具有良好的光电性能,被广泛应用于制造太阳能电池及制造液晶显示器中的薄膜晶体管(α-Si∶H TFT) 。
同时,α-Si∶H 薄膜在各种微机电系统(MEMS) 中得到应用,如作为红外敏感材料制造红外焦平面探测器,作为压敏电阻制造压力传感器,也可作为微加工工艺中的掩膜层或牺牲层。
α-Si∶H 薄膜作为MEMS 中的一种基本结构材料, 其自身应力直接影响着器件的性能、稳定性和可靠性。
薄膜内应力是薄膜生长和制造过程中,在薄膜内部产生的应力。
薄膜的内应力包括热应力和本征应力两部分。
内应力在力的外部效应来看分为压应力和张应力,常用薄膜应力测试方法有悬臂梁法、环-梁测试结构法、光学测曲率法、X 射线衍射法与激光拉曼法。
PECVD简介
PECVD简介等离子体增强型化学气相沉积（简称PECVD），是一种在较低的压力下，利用电磁场产生放电，通过电子碰撞使通入气体分解成高活性的粒子，从而在气相和基板表面发生化学反应而沉积薄膜的方法。
PECVD技术可用于沉积非晶硅、微晶硅、硅锗、氮化硅等薄膜。
设备在叠层硅薄膜电池、硅基异质结（Hetero Junction）电池、OLED等领域有广泛运用。
理想能源PECVD设备具备以下特点∙等离子体稳定时间小于1s∙采用甚高频电源，极大提高沉积速率∙双层真空设计，保持稳定、清洁的成膜环境∙电极优化设计，薄膜均匀性指标达到5%∙无交叉污染∙适用于大面积生产及研发（第五代线尺寸）∙设备反应腔可同时叠层生产，有效提升产能∙控制系统的界面友善、操作简单、数据采集方便产品单腔室PECVD（PE-800TB）理想能源开发成功的单腔室研发设备（图一）适用于各高校、研究所及企业研发机构。
产品已成功通过客户的各项功能测试，交付使用。
产品特点：∙采用与理想能源量产设备相同的反应腔，研发工艺结果可直接导入大规模生产∙已开发出硅基叠层薄膜电池及异质结电池技术∙样机已运行3年，性能稳定、可靠多腔室PECVD（PE-800）产品特点：∙适用于硅基叠层薄膜电池生产，电池稳定效率超过11% ∙各反应腔之间电池效率偏差低于2%∙微晶硅晶化率可调范围：40%-80%∙设备年产能：o非晶/微晶硅叠层薄膜电池20MWo非晶硅单节薄膜电池30MW在线式单腔PECVD（HJ-1200）产品特点：∙重复、稳定、可靠，特别适用于高质量异质结晶体硅电池∙与客户合作完成异质结电池光电转换效率已经超过21.3%；∙本设备已在客户方投入量产；∙高产能：>1200片/小时（125mm*125mm）；∙甚高频（40MHz）等离子体源，基片损伤低；∙无移动原件射频匹配技术，等离子体稳定时间<0.5秒；∙在线式设计可同时满足研发和量产需求图三. 理想能源异质结电池非晶层生产设。
非晶硅薄膜太阳能电池工艺-PECVD
激光划线机2（重要设备）
• 工艺：这一步主要是划刻非晶硅a-Si，使用的532 纳米波长的绿激光器
• 要求：刻蚀速度、激光源寿命、操作系统是否简 单且方便操作、Dead area无用区域大小（三条 刻膜线总线宽）、划非刻晶硅线薄膜P宽太EC阳V、能D电系池工统艺- 产能（MW/年）
磁控溅射系统（主要设备）
TCO
• TCO（Transparent conducting oxide）玻璃，即透明导电 氧化物镀膜玻璃，是在平板玻璃表面通过物理或者化学镀 膜的方法均匀镀上一层透明的导电氧化物薄膜，主要包括 In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料。
• TCO玻璃首先被应用于平板显示器中，现在ITO类型的导 电玻璃仍是平板显示器行业的主流玻璃电极产品。近几年， 晶体硅价格的上涨极大地推动了薄膜太阳能电池的发展， 目前薄膜太阳能电池占世界光伏市场份额已超过10％，光 伏用TCO玻璃作为电池前电极的必要构件，市场需求迅速 增长，成为了一个炙手可热的高科技镀膜玻璃产品。
非晶硅薄膜太阳能电池工艺PECVD
光伏电池对TCO镀膜玻璃的性能要求
• 1.光谱透过率 • 2.导电性能 • 3.雾度 • 4.激光刻蚀性能 • 5.耐气候性与耐久性
非晶硅薄膜太阳能电池工艺PECVD
光谱透过率
• 为了能够充分地利用太阳光，TCO镀膜 玻璃一定要保持相对较高的透过率。目前， 产量最多的薄膜电池是双结非晶硅电池， 并且已经开始向非晶/微晶复合电池转化。 因此，非晶/微晶复合叠层能够吸收利用更 多的太阳光，提高转换效率，即将成为薄 膜电池的主流产品。
• 参考文献： • 陈冶明． 非晶半导体材料和器件EM]． 北京：科学出版
社，1991．166～415． • Ying Xuantong，Feldman A ，Farabaugh E N．Fitting of
CVD工艺原理及设备介绍
1.CVD的介 绍
一种利用化学反应方式,将反应物(气体)生成固态的产物,并 沉积在基片表面的薄膜沉积技术. 如可生成: 导体: W(钨)等; 半导体:Poly-Si(多晶硅), 非晶硅等; 绝缘体(介电材质): SiO2, Si3N4等.
2.PECVD的介绍
为了使化学反应能在较低的温度下进行, 利用了等离子体的活 性来促进反应, 因而这种CVD称为等离子体增强化学气相沉积 (PECVD).
6. 绝缘膜、有源膜成膜机 理
(1) SiNX绝缘膜: 通过SiH4与NH3混合气体作为反应气体, (2) 辉光放电生成等离子体在衬底上成膜。
(3) a-Si:H有源层膜: SiH4气体在反应室中通过辉光放电，经 过一系列初级、次级反应，生成包括离子、子活性团等较 复杂的反应产物，最终生成a-Si:H薄膜沉积在衬底上，其 中直接参与薄膜 生长的主要是一些中性产物SiHn（n为0～ 3）
➢ 4个Cassette Stage:A,B,C,D(向外从左向右) ➢ 层流净化罩(Laminar Flow Hood):Class 10 ➢ 最大能力:24(目前20 Slot/Cassette) ➢ Light Curtain(红外线):防止设备自动进行时有人接近 Stage ➢ 设备状态指示器
Lid Cart
Process Chamber要在必须的真空和温度环境下 打开Slit阀门
真空机械手end-effector把在Lift Pins上的 玻璃放进 process chamber以及缩回后放进transfer chamber slit阀关闭及密封 susceptor举起玻璃偏离lift pins而放之于 diffuser下方 工艺气体和射频能量打开, 产生等离子体通过 diffuser到达process chamber. 想要的材料沉积在玻璃上 susceptor按需要上升或下降到达必要的电极距
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非晶硅薄膜PECVD沉积装置（专有技术）参示指标1、设备外形
2、装片腔体结构
3、应用：
非晶硅太阳能电池生产线主要用于生产大型光电玻璃模板，以普通玻璃为基底经过常压CVD制备氧化锡,PECVD制备各类非晶硅膜层，磁控溅射制备铝膜电极，中间利用激光对膜系进行刻槽，再经过检测和封装，完成大面积电池组件的制造过程，整个工艺流程不超过十道。
比晶体硅电池制作工艺更简单，硅材料利用率提高了几十倍，制造成本大约只有晶体硅电池的1/3。
4、非晶硅电池生产流程：
整条生产线主要包括：玻璃磨边、玻璃清洗、玻璃钻孔、预热炉、冷却炉、老化炉、PECVD设备、PVD设备、激光刻膜设备、封装层压设备、电池I-V检测设备等。
5、设备形式： PECVD设备采用集装箱式装夹方式，可一次装夹生产48片单片
规格
6、装片规格： 1245mm×635mm
7、设备极限真空度:可达到5×10-4Pa
8、温度控制：设备采用PID温控，具有外部隔热保护
9、等离子体：射频方式
10、控制方式：采用计算机系统控制
11、工艺气体：硅烷、磷烷、硼烷气、氢气、氩气、氮气
12、 PIN 淀积厚度：0.3-0.5um
13、设备详细参数：
设备组成：真空室，真空系统，电极盒，电极盒承载输送专用车，工件承载输送专用车，电极维修专用车，预热炉，冷却炉；
主要技术规格：被加工玻璃尺寸＝1245 x 635 mm 单次处理组件数量＝48；
电极盒结构：两个磁极之间是真空室。
里面装有两个半圆形空盒状的金属电极，通称为“D形电极”。
D形电极接在高频电源的输出端上，2个D形电极之间的空隙（加速间隙）有高频电场产生。
粒子源安装在真空室中心的加速间隙中。
D形电极内部没有高频电场，粒子进入D形电极之内就不再被加速，在恒定的主导磁场作用下做圆周运动。
只要粒子回旋半圆的时间等于加速电压半周期的奇整数倍，就能够得到谐振加速。
用一个表达式可以表示成：Tc=KTrt 式中Tc是粒子的回旋周期，Trt是加速电压的周期，K应该是奇整数；
电极盒材料：100％高强度航空铝材；
电极盒制造：高精度大型加工中心；
电极材料防变形工艺： 1）辉光放电(Glow Discharge)，属于低气压放电(low pressure discharge)，工作压力一般都低于10mbar，其构造是在封闭的容器內放置两个平行的电极板，利用电子将中性原子和分子激发，当粒子由激发态(excited state)降回至基态(ground state)时会以光的形式释放出能量。
电
源可以为直流电源也可以是交流电源。
2）电晕放电(Corona Discharge)：辉光放电只能在低气压下工作，而电晕放电可以在大气压下工作，但需要足够高的电压以增加电晕部位的电场；
高温高真空获取泵：涡轮分子泵，本底真空：《10－3 pa,工艺真空获取泵：英制工艺无油泵，工艺压力控制：美制碟阀与压力传感器，工件加温制式：防污染红外线外加热，温度控制：美制测温元件与日温控器，温度工件温度》250 C，射频电源（含匹配器）数量＝24套，半导体气体精密控制系统一套，半导体气体微量探测系统4套，非晶硅双结电池制备工艺＋公司专有技术。