PECVD简介及色差

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PECVD设备简介
PECVD-间接法：
间接法—基片不接触激发电极（如2.45GHz微波激发等离子）
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PECVD-间接法： Roth&Rau
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折射率 n1取2.0-2.2，膜厚取80nm~90nm。
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PECVD膜厚、折射率设计
双层膜介绍：
除了单层膜工艺，一般在利用Centrotherm管式PECVD制备SiN膜时，会使用双层膜工 艺，在双层膜方案中，将底层膜的折射率控制在2.3、膜厚10nm左右，第二层膜的折射率 控制在2.06，膜厚75nm左右。
折射率
7000/730 7000/730 7000/730
2.0596 2.0645 2.0669
（其中气体流量的单位为sccm，1bar=1×105Pa，文中其它数据相同） 由上表数据可以看出，射频功率的大小可以决定薄膜的厚度，对折射率的 影响较小。当射频功率增加时，可以增加淀积速率，但是过高的淀积速率可 能造成薄膜生长不均匀，结构疏松，针孔密度增大。
PECVD原理 PECVD作用 PECVD膜厚、折射率设计 PECVD设备简介
PECVD膜厚、折射率影响因素
PECVD与色差
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PECVD原理
PECVD： Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition 等离子 增强 化学 气相 沉积 等离子体：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物组成的一种形态，这种形态 就称为等离子态即第四态。 PECVD等离子反应方程式：
n n0 nsi d n /4
相消干涉原理
不同波长在硅片及镀膜片的反射率
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PECVD作用
2.钝化 由于生成的氮化硅薄膜含有大量的氢,可以很好的钝化硅中的位错、表面悬挂键，从 而提高了硅片中载流子迁移率，一般要提高20%左右，同时由于SiN薄膜对单晶硅表面 有非常明显钝化作用。 面钝化的主要作用是保护半导体器件表面不受污染物质的影响，表面钝化可降低表 面态密度。 体钝化在SiN减反射膜中存在大量的H，在烧结过程中会钝化晶体内部悬挂键。 氢 键 钝 化 示 意 图
PECVD设备简介
PECVD分类：
管式PECVD （Centrotherm，四十八所、七 星华创） 直接法（Direct） 板式PECVD （Shimadzu日本岛津）
PECVD
微波法 （Roth&Rau，2.45GHz） 间接法（Remote） 直流法 （OTB）
PECVD根据基片是否接触电极即基片是否直接处于激发电场中，分为 直接法和间接法。
PECVD简介及色差
September 14, 2013
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目
PECVD原理 PECVD作用
录
PECVD膜厚、折射率设计 PECVD设备简介
PECVD膜厚、折射率影响因素
PECVD与色差
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PECVD原理 PECVD作用 PECVD膜厚、折射率设计 PECVD设备简介
PECVD膜厚、折射率影响因素
PECVD与色差
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PECVD作用
1、减反射 利用光的干涉原理，通过调整膜厚与折射率，使得R1和R2相消干涉， 达到减反射目的。要达到此目的，对膜厚与折射率的要求如下：
在这种结构中，底层膜折射率增加，SiN中Si含量提高，可以提高材料对光的吸收，另 一方面，两层膜的折射率差距拉大，可以减少反射，最终对电池Isc有提升作用;
镀膜方案 N6M216单膜 Isc 8.224 Uoc 0.616 Rs 2.26 Rsh 187.98 FF 78.26 Eta 16.297 IRev2 0.166
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PECVD设备简介
PECVD-直接法：
直接法—基片位于电极上，直接接触等离子体（低频放电10-500kHz或高频 13.56MHz）
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PECVD设备简介
PECVD-直接法：Centrotherm
左右，但是随着折射率的增加，减反膜的消光系数也将升高，这 些光对Isc无益，而折射率太低又会导致反射率增加，因此在实际 工艺控制中，折射率的值一般控制在2.1左右；将λ和n1的值代入 n1d1=λ/4中，λ取700nm，可以得到厚度d1=83.3nm； 所以我们得到适用于组件系统的电池片单层膜厚的设计参数 ：
AM1.5 太 阳 光 辐 照 强 度
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PECVD膜厚、折射率设计
组件中电池片的膜厚折射率设计：
但考虑到组件生产时电池片与空气之间还有封装材料（EVA/玻璃）的影响：又有： 玻璃/EVA 的折射率 n² =n0n1 (n0=1为空气折射率，n1 为氮化硅薄膜折射率)， 又： n1 ² =nn2 (n为玻璃/EVA的折射率，n2=3.85为本征硅折射率) 联合解得： 玻璃/EVA 的折射率 ：n=1.57 ，氮化硅薄膜折射率： n1 =2.46 实际玻璃生产中，玻璃的折射率在1.5左右，而EVA的折射率 为1.4-1.5，按照折射率计算公式，SiN膜的折射率应控制在2.35
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PECVD膜厚折射率影响因素
镀膜时间对薄膜的影响
镀膜时间 （s） 675 700 725 NH3/SiH4
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PECVD膜厚折射率影响因素
NH3/SiH4流量比对薄膜的影响
NH3/SiH4
(sccm)
射频功率 (w)
工艺腔压强 (mbar)
镀膜时间 (s)
膜厚 (nm)
折射率
7000/680 7000/730 7000/780
5650 5650 5650
如右图所示，随着温度的升高膜厚增加，但是温度要控制在一个相对理想的状况 下，如果温度偏大，沉积速率太快，薄膜来不及排列就成膜，导致薄膜针孔多， 钝化性能差；再者由于应力作用，薄膜生长不均匀，容易使薄膜发生龟裂。从工
艺上说，温度低可避免由于水蒸气造成的针孔，温度太低，沉积的薄膜质量无保
证。因此在实际的生长过程中可综合考虑上述两个因素，选择合适的生长温度， 使薄膜的结晶程度达到最佳。本工艺中基片温度大约在350-400℃
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PECVD原理 PECVD作用 PECVD膜厚、折射率设计 PECVD设备简介
PECVD膜厚、折射率影响因素
PECVD与色差
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PECVD膜厚、折射率设计
下图显示了四分之一波长减反射膜的原理。从薄膜下表面返回到薄膜上表面的反 射光与从上表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。这样 就减少了光能的反射部分能量而更多的能量则进入到半导体中。假设光线垂直入射， 分析如下： 由于反射存在半波损失， 所以上、下表面的反射光光程差为： =(2n1d1+λ/2) - λ/2=2n1d1
两光干涉相消时： =2n1d1=(2k+1)λ/2 (k=0,1,2……) 取k=0时，全反射对定值λ有最薄的d1， n1d1=λ/4 相消干涉与全反射
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PECVD膜厚、折射率设计
电池片的膜厚折射率设计：
下图中太阳光约在波长λ=500nm处能量最强，但硅电池的相对相应峰值波长在800900nm左右，综合考虑这两点，一般要求减反膜对500-900nm之间的光有最佳 减反射效果。 根据公式：n12=n0n2 (n0=1为空气折射率，n2=3.85为本征硅折射率)， 解得氮化硅薄膜折射率n1=1.98； 将λ和n1的值代入n1d1=λ/4中，λ取700nm，可以得到厚度d1=88.38nm；
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PECVD原理 PECVD作用 PECVD膜厚、折射率设计 PECVD设备简介
PECVD膜厚、折射率影响因素
PECVD与色差
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PECVD膜厚折射率影响因素
温度对沉积速率的影响 如图所示，温度在较低温度时沉积速率变化率快，而沉积速率比高温的速率要低 （淀积速率随衬底温度的增加略有上升，但变化不显著）。
PECVD:借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成 等离子体，而等离子化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期 望的薄膜。
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PECVD原理
PECVD工艺过程 PECVD:借助微波或射频等使含有薄膜 组成原子的气体电离，在局部形成等离子 体，而等离子化学活性很强，很容易发生 反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。
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PECVD膜厚折射率影响因素
工艺腔压强对薄膜的影响
工艺腔压强 (mbar) 1400 1500 1600 NH3/SiH4
(sccm)
射频功率 (w) 5650 5650 5650
镀膜时间 (s) 700 700 700