氮化硅薄膜2007
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薄膜选择 氮化硅薄膜的制备方法 LPCVD和PECVD的比较
总结
薄膜选择
当上式分子为0，即n0 ns ＝n12时，反射最小。 对于电池片，n0 =1， ns ＝3.42，则n1 ＝1.86。 对于组件, n0 =1.46,ns ＝3.42，则n1＝2.23。 考虑到实际情况，一 般选择薄膜的折射率 在2.0~2.1之间。
体钝化不像表面钝化那 样，在制成氮化硅薄膜 后就能起到表面钝化作 用。 体钝化需要热退火来催 化，由于热退火，大量 的H原子从表面扩散到内 部，钝化内部的晶界、 缺陷。
从上表看出：烧结前后，N－H降低约30％；Si－H提高约 20％，总H含量降低约10％。说明了20％的H进入材料内 部，起体钝化作用。
I. I.
基底材料与膜层材料之 间在高温下也会相互扩 散，影响界面结构，从 而削弱两者之间的结合 力。 高温下，基板中的缺陷 会继续生长和蔓延，杂 志也会发生再分布，在 不同程度上影响了薄膜 的界面特性。LPCVD方 法不能用于非耐热基片 上薄膜的沉积。
容易引起基板结构上的 变形和组织上的变化， 从而会降低基板材料的 机械性能
THANK YOU
照射进入电池的光越 多，相对转换的电也 就越多，在太阳能电 池上镀一层膜也是为 了实现这一目的。 镀膜对太阳能电池的 两大优点是：光学减 反射和钝化。
低压化学气相沉积
常压化学气相沉积的不足 当工作压力从1.0×105Pa降
之处在于沉积速率低，薄膜 污染严重，起原因在于反应 室中较高压强降低了分子的 扩散速率和排出污染物的能 力。
由热力学知识知道，低压
至70~130Pa时，扩散系数 增加了约1000倍。
低压下气体分子在输运过பைடு நூலகம்
下气体分子的平均自由程增 大，从而提高了薄膜在基片 表面的沉积速率。
钝化作用
1、表面钝化 晶片表面存在很多的表 面态。 在PECVD沉积过 程中，大量的H原子进入 薄膜，饱和了大量的悬 挂 键 。 （ 正 常 的 SiNx 的 Si/N 之 比 为 0.75 。 但 是 PECVD 沉 积 的 氮 化 硅 一 般还包含一定比例的氢 原子，即SiNx：H）
2、体钝化
薄膜选择
薄膜 几种常用薄膜 折射率对比 SiO2 Si3N4 TiO2 折射率 1.46 2.1 2.43
薄膜选择
目的：通过调整薄膜 的厚度及折射率，使 n0 得R1和R2相消干涉， n1 即光程差为1/2波长， 薄膜的厚度应该是1/4 ns 波长的光程。
d 厚度公式：
一次反射R1 二次反射R2
等离子体增强化学气相沉积
1、PECVD工艺温度大约 在400°C。 低温工艺优点：淀积速 率高；容易获得比较均 匀的组分；通过改变气 流比可以使薄膜组分连 续变化；节省能源，降 低成本；提高产能；减 少了高温导致的硅片中 少子寿命衰减。
2、提高了膜厚及成分的 均匀性、得到的薄膜针 孔少、组织致密、内应 力小、不易产生裂纹。 3、薄膜对基体的附着力 大于普通CVD。
在LPCVD中技术中，减压作用的目的是为了减少副反应以及改善 薄膜的均匀性，然而LPCVD方法通常要求样品达到1000-1100K 的高温，在进行复杂器件工艺时，高温工艺可能会破坏前几道工 艺的结果。例如：不能用LPCVD方法沉积氮化硅，因为Al的熔点 是933K。相比之下PECVD沉积氮化硅的过程仅需600-700K。因 此，应用PECVD方法沉积氮化硅就不会出现因温度过高而引起器 失效的问题。此外LPCVD反应通常是热壁的，在反应过程中有大 量的颗粒沉积在反应器的内壁上，这会污染了反应系统。另外， PECVD反应沉积的氮化硅内含的氢对于器件表面钝化是LPCVD 沉积的氮化硅所不具备的。PECVD借助等离子体的电激活作用实 现了低温下沉积优质薄膜，其操作方法灵活，工艺重复性好，尤 其是可以在不同复杂形状的基板上沉积各种薄膜。此外，PECVD 同溅射法一样，可以通过改变沉积参数的方法制备不同应力状态 的薄膜以满足不同的需要。这种方法适应了当前大规模集成电路 生产由高温工艺向低温工艺发展的趋势。
但是，由于反应在常压
II. 这种沉积是在常压下 进行 的，仅仅依靠 热量来激活反应气体 实现薄膜的沉积
下进行的，在生成薄膜 材料的同时也产生各种 副产物。 常压下分子扩散速率小， 不能及时排除副产物， 这既限制了沉积速率， 同时又增加了膜层污染 的可能性，导致薄膜的 质量下降。 逐渐被后来的低压化学 气相沉积和等离子体增 强化学气相沉积所取代
程中碰撞几率减小，即在 空间生成污染物的可能性 小，减小了薄膜受污染的 可能性。
低压化学气相沉积
低压下气体分子的平均自
由程增大，提高了薄膜在基 片表面的沉积速率，由此可 以推断：低压CVD在一般情 况下能提供更好的膜厚均匀 性、阶梯覆盖性和结构完整 性。
反应速率与反应气体的分
以硅烷和氨气分别做为硅
目前，氮化硅薄膜的主要制备技 术主要有： 1.常压化学气相沉积 （APCVD） 2.低压化学气相沉积 （LPCVD） 3.等离子体增强化学气相沉积 （PECVD）
常压化学气相沉积
I.
常压化学气相沉积是 在常压环境下，反应 气体受热后被N2或Ar 输运到高温基片上经 化合反应或热分解生 成固态薄膜。
源和氮源,以高纯氮气为载 气,采用热壁式管式反应炉
制备出的氮化硅薄膜均匀
压成正比，因此，系统工作 压力的降低应主要依靠减少 载气用量来完成。
性好、缺陷少、质量高。 并且LPCVD能够处理数目 较多的薄膜基片，成本低， 沉积的氮化硅薄膜强度高， 抗化学腐蚀能力强。
低压化学气相沉积
LPCVD仍有不足之处，其中 最重要的一点就是沉积温度 一般要高于1000K，仍然属于 高温沉积工艺。高温沉积会 带来以下主要问题：
学生：郝奕舟 学号：21026043
氮化硅的性质
1、结构致密,硬度大,机 械性能好
2、能抵御碱金属离子 的侵蚀 3、介电强度高、高电 阻率,耐高温,有抗热冲 击能力 4、耐一般的酸碱，除HF 和热H3PO4
5、高效光学减反射性能 （光学匹配）
6、钝化作用
内容提纲
为什么要镀膜： 表面平整的硅片在很宽 的波长范围（400～ 1050nm）内对入射光的 反射均高于30%。该反射 可以通过表面绒面来降 低。但是，减反的效果 只能低到接近10%；需要 在硅片表面制备一层或 多层介质膜。
薄膜
P－Si
4 * n1
薄膜选择
地面太阳光谱能量的 峰值在波长500nm。 硅太阳能电池的相应 峰值在800-900nm。 所以要求减反射膜对 500-900nm的光有最 佳减反效果。
选择适当的介质层厚度和折 射率可以将某一特定波长的 入射光反射降低到零。然而， 太阳光的光谱范围包含许多 各种不同的波长，零反射条 件的选择只能针对某一波长， 其它波长的光的反射会随与 此特定波长的偏离的增大而 增加。因此，减反介质层的 设计要根据太阳光波长的分 布特征和硅材料的吸收特点 而作总体考虑。基于这些考 虑，对于折射率为2.0～2.1的 介质层，厚度为80nm左右。
II.
等离子体增强化学气相沉积
在真空下，加上射频或微波 电场，使反应室气体发生辉 光放电，在辉光放电所形成 的等离子体场中，由于电子 和离子的质量相差悬殊，两 者通过碰撞交换能量的过程 比较慢，所以在等离子体内 部没有统一的温度，就只有 电子气温度和离子温度。此 时，电子气的温度约比普通 气体分子的平均温度高10100倍，电子能量为1-10eV， 相当于温度100000K，而气 体温度都在1000K一下。 从宏观上看来，这种等离子 体温度不高，但其内部却处 于受激发状态，其电子能量 足以使分子键断裂，并导致 具有化学活性的物质（活化 分子、原子、离子、原子团 等）产生，使本来需要在高 温下才能进行的化学反应， 当处于等离子体场中时，在 较低温下甚至在常温下就能 在基片上形成固态薄膜。
总结
薄膜选择
当上式分子为0，即n0 ns ＝n12时，反射最小。 对于电池片，n0 =1， ns ＝3.42，则n1 ＝1.86。 对于组件, n0 =1.46,ns ＝3.42，则n1＝2.23。 考虑到实际情况，一 般选择薄膜的折射率 在2.0~2.1之间。
体钝化不像表面钝化那 样，在制成氮化硅薄膜 后就能起到表面钝化作 用。 体钝化需要热退火来催 化，由于热退火，大量 的H原子从表面扩散到内 部，钝化内部的晶界、 缺陷。
从上表看出：烧结前后，N－H降低约30％；Si－H提高约 20％，总H含量降低约10％。说明了20％的H进入材料内 部，起体钝化作用。
I. I.
基底材料与膜层材料之 间在高温下也会相互扩 散，影响界面结构，从 而削弱两者之间的结合 力。 高温下，基板中的缺陷 会继续生长和蔓延，杂 志也会发生再分布，在 不同程度上影响了薄膜 的界面特性。LPCVD方 法不能用于非耐热基片 上薄膜的沉积。
容易引起基板结构上的 变形和组织上的变化， 从而会降低基板材料的 机械性能
THANK YOU
照射进入电池的光越 多，相对转换的电也 就越多，在太阳能电 池上镀一层膜也是为 了实现这一目的。 镀膜对太阳能电池的 两大优点是：光学减 反射和钝化。
低压化学气相沉积
常压化学气相沉积的不足 当工作压力从1.0×105Pa降
之处在于沉积速率低，薄膜 污染严重，起原因在于反应 室中较高压强降低了分子的 扩散速率和排出污染物的能 力。
由热力学知识知道，低压
至70~130Pa时，扩散系数 增加了约1000倍。
低压下气体分子在输运过பைடு நூலகம்
下气体分子的平均自由程增 大，从而提高了薄膜在基片 表面的沉积速率。
钝化作用
1、表面钝化 晶片表面存在很多的表 面态。 在PECVD沉积过 程中，大量的H原子进入 薄膜，饱和了大量的悬 挂 键 。 （ 正 常 的 SiNx 的 Si/N 之 比 为 0.75 。 但 是 PECVD 沉 积 的 氮 化 硅 一 般还包含一定比例的氢 原子，即SiNx：H）
2、体钝化
薄膜选择
薄膜 几种常用薄膜 折射率对比 SiO2 Si3N4 TiO2 折射率 1.46 2.1 2.43
薄膜选择
目的：通过调整薄膜 的厚度及折射率，使 n0 得R1和R2相消干涉， n1 即光程差为1/2波长， 薄膜的厚度应该是1/4 ns 波长的光程。
d 厚度公式：
一次反射R1 二次反射R2
等离子体增强化学气相沉积
1、PECVD工艺温度大约 在400°C。 低温工艺优点：淀积速 率高；容易获得比较均 匀的组分；通过改变气 流比可以使薄膜组分连 续变化；节省能源，降 低成本；提高产能；减 少了高温导致的硅片中 少子寿命衰减。
2、提高了膜厚及成分的 均匀性、得到的薄膜针 孔少、组织致密、内应 力小、不易产生裂纹。 3、薄膜对基体的附着力 大于普通CVD。
在LPCVD中技术中，减压作用的目的是为了减少副反应以及改善 薄膜的均匀性，然而LPCVD方法通常要求样品达到1000-1100K 的高温，在进行复杂器件工艺时，高温工艺可能会破坏前几道工 艺的结果。例如：不能用LPCVD方法沉积氮化硅，因为Al的熔点 是933K。相比之下PECVD沉积氮化硅的过程仅需600-700K。因 此，应用PECVD方法沉积氮化硅就不会出现因温度过高而引起器 失效的问题。此外LPCVD反应通常是热壁的，在反应过程中有大 量的颗粒沉积在反应器的内壁上，这会污染了反应系统。另外， PECVD反应沉积的氮化硅内含的氢对于器件表面钝化是LPCVD 沉积的氮化硅所不具备的。PECVD借助等离子体的电激活作用实 现了低温下沉积优质薄膜，其操作方法灵活，工艺重复性好，尤 其是可以在不同复杂形状的基板上沉积各种薄膜。此外，PECVD 同溅射法一样，可以通过改变沉积参数的方法制备不同应力状态 的薄膜以满足不同的需要。这种方法适应了当前大规模集成电路 生产由高温工艺向低温工艺发展的趋势。
但是，由于反应在常压
II. 这种沉积是在常压下 进行 的，仅仅依靠 热量来激活反应气体 实现薄膜的沉积
下进行的，在生成薄膜 材料的同时也产生各种 副产物。 常压下分子扩散速率小， 不能及时排除副产物， 这既限制了沉积速率， 同时又增加了膜层污染 的可能性，导致薄膜的 质量下降。 逐渐被后来的低压化学 气相沉积和等离子体增 强化学气相沉积所取代
程中碰撞几率减小，即在 空间生成污染物的可能性 小，减小了薄膜受污染的 可能性。
低压化学气相沉积
低压下气体分子的平均自
由程增大，提高了薄膜在基 片表面的沉积速率，由此可 以推断：低压CVD在一般情 况下能提供更好的膜厚均匀 性、阶梯覆盖性和结构完整 性。
反应速率与反应气体的分
以硅烷和氨气分别做为硅
目前，氮化硅薄膜的主要制备技 术主要有： 1.常压化学气相沉积 （APCVD） 2.低压化学气相沉积 （LPCVD） 3.等离子体增强化学气相沉积 （PECVD）
常压化学气相沉积
I.
常压化学气相沉积是 在常压环境下，反应 气体受热后被N2或Ar 输运到高温基片上经 化合反应或热分解生 成固态薄膜。
源和氮源,以高纯氮气为载 气,采用热壁式管式反应炉
制备出的氮化硅薄膜均匀
压成正比，因此，系统工作 压力的降低应主要依靠减少 载气用量来完成。
性好、缺陷少、质量高。 并且LPCVD能够处理数目 较多的薄膜基片，成本低， 沉积的氮化硅薄膜强度高， 抗化学腐蚀能力强。
低压化学气相沉积
LPCVD仍有不足之处，其中 最重要的一点就是沉积温度 一般要高于1000K，仍然属于 高温沉积工艺。高温沉积会 带来以下主要问题：
学生：郝奕舟 学号：21026043
氮化硅的性质
1、结构致密,硬度大,机 械性能好
2、能抵御碱金属离子 的侵蚀 3、介电强度高、高电 阻率,耐高温,有抗热冲 击能力 4、耐一般的酸碱，除HF 和热H3PO4
5、高效光学减反射性能 （光学匹配）
6、钝化作用
内容提纲
为什么要镀膜： 表面平整的硅片在很宽 的波长范围（400～ 1050nm）内对入射光的 反射均高于30%。该反射 可以通过表面绒面来降 低。但是，减反的效果 只能低到接近10%；需要 在硅片表面制备一层或 多层介质膜。
薄膜
P－Si
4 * n1
薄膜选择
地面太阳光谱能量的 峰值在波长500nm。 硅太阳能电池的相应 峰值在800-900nm。 所以要求减反射膜对 500-900nm的光有最 佳减反效果。
选择适当的介质层厚度和折 射率可以将某一特定波长的 入射光反射降低到零。然而， 太阳光的光谱范围包含许多 各种不同的波长，零反射条 件的选择只能针对某一波长， 其它波长的光的反射会随与 此特定波长的偏离的增大而 增加。因此，减反介质层的 设计要根据太阳光波长的分 布特征和硅材料的吸收特点 而作总体考虑。基于这些考 虑，对于折射率为2.0～2.1的 介质层，厚度为80nm左右。
II.
等离子体增强化学气相沉积
在真空下，加上射频或微波 电场，使反应室气体发生辉 光放电，在辉光放电所形成 的等离子体场中，由于电子 和离子的质量相差悬殊，两 者通过碰撞交换能量的过程 比较慢，所以在等离子体内 部没有统一的温度，就只有 电子气温度和离子温度。此 时，电子气的温度约比普通 气体分子的平均温度高10100倍，电子能量为1-10eV， 相当于温度100000K，而气 体温度都在1000K一下。 从宏观上看来，这种等离子 体温度不高，但其内部却处 于受激发状态，其电子能量 足以使分子键断裂，并导致 具有化学活性的物质（活化 分子、原子、离子、原子团 等）产生，使本来需要在高 温下才能进行的化学反应， 当处于等离子体场中时，在 较低温下甚至在常温下就能 在基片上形成固态薄膜。