太阳能电池片PECVD
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3SiH4 SiH3 SiH2 SiH 3 6H
400 ℃ 等离子体 2
2 NH 3 NH2 NH2 3H
400 ℃
wk.baidu.com等离子体
SiH4 NH 3 Six N y H z H 2
400 ℃
PECVD特气的性质（1）
氨气（NH3）: 是一种刺激性、无色、气体。 氨气会严重灼伤眼、皮肤及呼吸道。当它在空气中的浓度超过 15%时有立即造成火灾及爆炸的危险。 暴露在氨气中会对眼睛造成中度到重度的刺激。氨气强烈地刺 激鼻子、喉咙和肺。症状包括灼伤感、咳嗽、喘息加重、气短、 头痛及恶心。过度暴露会影响中枢神经系统并会造成痉挛和失 去知觉。暴露在5000ppm下5分钟会造成死亡。 紧急救助 眼睛接触：用大量的水冲洗，立即进行医疗处理。 吸入：将人员移到空气清新处，若呼吸困难，则输氧，并迅速 进行医务处理。 皮肤接触：用大量水冲洗，立即脱掉被污染的衣服，并立即进 行药物处理。
1.电阻率随x增加而降低 2.折射率n随x增加而增加 3.腐蚀速率随密度增加而降低
PECVD的钝化作用
由于太阳电池级硅材料中不可避免的含有大 量的杂质和缺陷，导致硅中少子寿命及扩散 长度降低从而影响电池的转换效率。 H的钝化机理:
主要原因是:H能与硅中的缺陷或杂质进行反应， 从而将禁带中的能带转入价带或者导带。
PECVD
部门：电池片部
PECVD的介绍
PECVD:
Plasma Enhance Chemical Vapour Deposition 等离子增强化学气相沉积
等离子体：
由于物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就会 使气体分子产生电离，这样物质就会变成自由 运动并由相互作用的正离子、电子和中性粒子 组成的混合物。
镀膜后电池片
正常片
常见缺陷
水纹片
表面发白
表面脏片
色差
白点
PECVD异常处理
异常
整体镀膜颜色不 符合要求 镀膜颜色不稳定 沉压后颜色异常 压强达不到工艺 要求
诊断
氮化硅层厚度偏离正常范 围 微波反射功率异常，或微 波有泄漏 折射率不在范围内 腔体有漏气
措施
调整带速至颜色符合要求，偏紫增加 带速，偏蓝降低带速。 停止工艺，重新安装微波天线或更换 石英管。 调整NH3和SiH4流量比例使折射率达 到要求。 重新开腔擦拭密封圈或更换密封圈、 更换或重装石英管或其管口密封圈， 严重时用氦检仪做漏气点检查并排除 异常。 有挂钩变形的载板要及时更换，传动 轴擦拭或有异常请设备检修。
Jobs:机器的工作状态。 System:四根管子的工作状态，舟的状态以及 手动操作机器臂的内容。 Datalog:机器运行的每一步。
PECVD控制系统
Setup: 舟的资料的更改，工艺内容的更改，使用权限 的更改，LIFT位置的更改，CMS安区系统 （安装的感应器 将监控重要系统的运行情况，而一旦不受管的计算机的控制， CMS将会发生作用，所有的错误信息也都会在CIM上得以简洁 的文本方式显示出来）的更改等。 Alarms：警报内容 Help:简要的说了一下解除警报以及其他方面的方法 CESAR:控制电脑，每一个系统都安装了CESAR控制电脑及 CESAR 控制软件，此控制电脑独立于主电脑系统中。
PECVD炉体
石英管、加热系统、冷却系统 石英管：炉体内有四根石英管，是镀膜的作业区域，耐高温、 防反应。 加热系统：位于石英管外，有五个温区。 冷却系统：是一套封闭的循环水系统，位于加热系统的金属外 壳，四进四出并有一个主管道，可适量调节流量大小。 冷却系统的优点: 没有消耗净室空气 不同管间无热干涉 炉环境的温度没有被热空气所提升 空气运动（通风装置）没有使房间污染 噪音水平低
腔体内有硅片碎 片
载板挂钩变形或传动轴异 常
Thank you!
罗茨泵 机械泵
EH4200是一种大排水量真空 泵，这种泵由一个三相电机通 返回运输马达 过液态流进行驱动，其允许在 和sensors 较高的压力下进行操作。
PECVD过程
进料腔(1) 进料腔：有预热的作用,在载板进入腔体后, 先冲入N2,再进行抽真空;
加热腔(2)
加热腔： 在工艺中起着加热的作用; 工艺腔 ： 在等离子及真空条件下,硅烷与氨 气在400 ˚C时反应生成Si3N4,覆盖在硅片表 面上;
通入的特气（硅烷和氨气）在高温和微波源 的激发下电离，形成等离子态，并沉积在硅 片的表面。膜的厚度主要与温度，腔体内微 波源的功率和镀膜时间有关。
反应室通入反应气体
硅烷 SiH4 氨气 NH3
在微波源的激发下电离形成等离子态 SiNx:H沉积在硅片上
等离子体产生图例
SixNyHz的形成过程
PECVD设备
PECVD设备
PECVD设备
设备结构
晶片装载区 炉体 特气柜 真空系统 控制系统
PECVD设备结构
PECVD晶片装载区
桨、LIFT、抽风系统、SLS系统。
桨：由碳化硅材料制成，具有耐高温、防变形 等性能。作用是将石墨舟放入或取出石英管。 LIFT：机械臂系统，使舟在机械臂作用下在小 车、桨、储存区之间互相移动。 抽风系统：位于晶片装载区上方，初步的冷却 石墨舟和一定程度的过滤残余气体 SLS系统：软着落系统，控制桨的上下，移动范 围在2—3厘米
PECVD冷却系统示意图
PECVD真空系统
真空系统
真空泵：每一根石英管配置一组泵，包括主泵 和辅助泵。 蝶阀：可以根据要求控制阀门的开关的大小， 来调节管内气压的
PECVD控制系统
控制系统 CMI:是 Centrotherm 研发 的一个控制系统，其中界面包括 Jobs（界 面） 、System（系统）、Catalog（目 录）、Setup（软件）、Alarms（报警）、 Help（帮助）.
oxide
SiNx:H
SiNx:H介绍
正常的SiNx的Si/N之比为0.75，即Si3N4。但是 PECVD沉积氮化硅的化学计量比会随工艺不同而 变化，Si/N变化的范围在0.75-2左右。除了Si和N， PECVD的氮化硅一般还包含一定比例的氢原子， 即SixNyHz或SiNx:H Si/N比对SiNx薄膜性质的影响
PECVD膜的沉积温度一般为250～400℃。这样能保证 氮化硅薄膜在HF中有足够低的腐蚀速率，并有较低的本 征压力，从而有良好的热稳定性和抗裂能力。低于 200℃下沉积的氮化硅膜，本征应力很大且为张应力， 而温度高于450℃时膜容易龟裂。
PECVD的影响因素
4．气体流量 影响氮化硅膜沉积速率的主要气体是SiH4。为了防止富硅膜， 选择NH3/SiH4=2~20（体积比）。气体总流量直接影响沉 积的均匀性。为了防止反应区下游反应气体因耗尽而降低沉积 速率，通常采用较大的气体总流量，以保证沉积的均匀性。 5．反应气体浓度 SiH4的百分比浓度及SiH4/NH3流量比，对沉积速率、氮化 硅膜的组分及物化性质均有重大影响。 理想Si3N4的Si/N＝0.75，而PECVD沉积的氮化硅的化学计 量比会随工艺不同而变化，但多为富硅膜，可写成SiN。因此， 必须控制气体中的SiH4浓度，不宜过高，并采用较高的SiN比。 除了Si和N外，PECVD的氮化硅一般还包含一定比例的氢原子， 即SixNyHZ或SiNx :H。 6．反应压力、和反应室尺寸等都是影响氮化硅薄膜的性能工 艺参数。
PECVD特气的性质（2）
硅烷(SiH4): 是一种无色、与空气反应并会引起窒息的气体。 硅烷与空气接触会引起燃烧。它的首要危害是引起严重的热灼 伤。严重时会致命。如没有自燃会非常危险，不要靠近，不要 试图在切断气源之前灭火。 硅烷会刺激眼睛，硅烷分解产生的无定型二氧化硅颗粒会引起 眼睛刺激。 吸入高浓度的硅烷会引起头痛、恶心、头晕并刺激上呼吸道。 过度吸入会引起肺炎和肾病。硅烷会刺激皮肤、硅烷分解产生 无定型二氧化硅颗粒会引起皮肤刺激。 紧急救助 眼睛接触：应立即用水冲洗至少15分钟，水流不要太快，同 时翻开眼睑，立即寻求眼科处理； 皮肤接触：用大量的水清洗至少15分钟，脱掉被污染的衣服， 如果患者有持续的刺激感或其他影响需立即进行医疗处理。 吸入：尽快移到空气清新处，如有必要须进行输氧或人工呼吸。
PECVD的钝化作用
钝化太阳电池的受光面
钝化膜(介质)的主要作 用是保护半导体器件表 面不受污染物质的影响， 半导体表面钝化可降低 半导体表面态密度。
钝化太阳电池的体内
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。
PECVD对电性能影响
1.减反射膜提高了对太阳光 的利用率，有助于提高光生 电流密度，起到提高电流进 而提高转换效率的作用。 2.薄膜中的氢对电池的表面 钝化降低了发射结的表面复 合速率，减小了暗电流，提 升了开路电压，从而提高了 光电转换效率；在烧穿工艺 中的高温瞬时退火断裂了一 些Si-H、N-H键，游离出来 的H进一步加强了对电池的 钝化。
PECVD的目的
在太阳电池表面沉积 深蓝色减反膜-SiN膜。 减少光的反射，增加 电池对光线的吸收。 对电池的正表面进行H 钝化 对电池正表面进行保 护，防止氧化
finger "inverted" pyramids
+ p n+ + n psilicon p + oxide + p
p
rear contact
工艺腔(3)
冷却腔(4)
使电池片体逐渐降低温度 进料腔与出料腔 防止特色气体溢出, 增加安全性.
出料腔(5)
设置功率 实际功率 反射比率
气体流量
冷却水＊４ 石英管＊６ 冷却水＊６
温度设置 角阀
速度设置 气压设置
PECVD等离子体源简图
基片
微波发生器
真空腔
PECVD电池片检验标准
看颜色是否合格（合格的颜色为深蓝，蓝色 ，淡蓝） 色差和水印不超过整体面积的5% 镀膜后的折射率在2.0—2.20，膜厚在80 ±5nm（生产过程中取每批次任意6片进行 折射率和膜厚的测定）
PECVD:直接式
PECVD:间接式
间接PECVD的特点：
在微波激发等离子的设 备里，等离子产生在反 应腔之外，然后由石英 管导入反应腔中。在这 种设备里微波只激发 NH3，而SiH4直接进 入反应腔。 间接PECVD的沉积速率 比直接的要高很多，这 对大规模生产尤其重要。
PECVD的工艺原理
PECVD的影响因素
1．频率
射频PECVD系统大都采用50kHz~13.56 MHz的工业频 段射频电源。较高频率（>4MHz）沉积的氮化硅薄膜具 有更好的钝化效果和稳定性。 增加RF功率通常会改善SiN膜的质量。但是，功率密度 不宜过大，超过1W/cm2时器件会造成严重的射频损伤。
2．射频功率 3．衬底温度
PECVD控制系统示意图
设备结构
进料腔-加热腔气压 2.01*10-2mbar
温度计 气压计 气压开关
温度：400摄氏度 进料腔：红外加热 加热腔、工艺腔：电阻丝加热
工 艺 腔 冷 却 腔 出 料 Position sensors 腔 Driver
红外加热
电阻丝加热
进 料 腔
加 热 腔
机械泵、罗茨泵抽真空： GV600 无水泵是一个装有3 对凸轮爪马达的4 冲程泵，包 括一台主泵和一台备用泵。
400 ℃ 等离子体 2
2 NH 3 NH2 NH2 3H
400 ℃
wk.baidu.com等离子体
SiH4 NH 3 Six N y H z H 2
400 ℃
PECVD特气的性质（1）
氨气（NH3）: 是一种刺激性、无色、气体。 氨气会严重灼伤眼、皮肤及呼吸道。当它在空气中的浓度超过 15%时有立即造成火灾及爆炸的危险。 暴露在氨气中会对眼睛造成中度到重度的刺激。氨气强烈地刺 激鼻子、喉咙和肺。症状包括灼伤感、咳嗽、喘息加重、气短、 头痛及恶心。过度暴露会影响中枢神经系统并会造成痉挛和失 去知觉。暴露在5000ppm下5分钟会造成死亡。 紧急救助 眼睛接触：用大量的水冲洗，立即进行医疗处理。 吸入：将人员移到空气清新处，若呼吸困难，则输氧，并迅速 进行医务处理。 皮肤接触：用大量水冲洗，立即脱掉被污染的衣服，并立即进 行药物处理。
1.电阻率随x增加而降低 2.折射率n随x增加而增加 3.腐蚀速率随密度增加而降低
PECVD的钝化作用
由于太阳电池级硅材料中不可避免的含有大 量的杂质和缺陷，导致硅中少子寿命及扩散 长度降低从而影响电池的转换效率。 H的钝化机理:
主要原因是:H能与硅中的缺陷或杂质进行反应， 从而将禁带中的能带转入价带或者导带。
PECVD
部门：电池片部
PECVD的介绍
PECVD:
Plasma Enhance Chemical Vapour Deposition 等离子增强化学气相沉积
等离子体：
由于物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就会 使气体分子产生电离，这样物质就会变成自由 运动并由相互作用的正离子、电子和中性粒子 组成的混合物。
镀膜后电池片
正常片
常见缺陷
水纹片
表面发白
表面脏片
色差
白点
PECVD异常处理
异常
整体镀膜颜色不 符合要求 镀膜颜色不稳定 沉压后颜色异常 压强达不到工艺 要求
诊断
氮化硅层厚度偏离正常范 围 微波反射功率异常，或微 波有泄漏 折射率不在范围内 腔体有漏气
措施
调整带速至颜色符合要求，偏紫增加 带速，偏蓝降低带速。 停止工艺，重新安装微波天线或更换 石英管。 调整NH3和SiH4流量比例使折射率达 到要求。 重新开腔擦拭密封圈或更换密封圈、 更换或重装石英管或其管口密封圈， 严重时用氦检仪做漏气点检查并排除 异常。 有挂钩变形的载板要及时更换，传动 轴擦拭或有异常请设备检修。
Jobs:机器的工作状态。 System:四根管子的工作状态，舟的状态以及 手动操作机器臂的内容。 Datalog:机器运行的每一步。
PECVD控制系统
Setup: 舟的资料的更改，工艺内容的更改，使用权限 的更改，LIFT位置的更改，CMS安区系统 （安装的感应器 将监控重要系统的运行情况，而一旦不受管的计算机的控制， CMS将会发生作用，所有的错误信息也都会在CIM上得以简洁 的文本方式显示出来）的更改等。 Alarms：警报内容 Help:简要的说了一下解除警报以及其他方面的方法 CESAR:控制电脑，每一个系统都安装了CESAR控制电脑及 CESAR 控制软件，此控制电脑独立于主电脑系统中。
PECVD炉体
石英管、加热系统、冷却系统 石英管：炉体内有四根石英管，是镀膜的作业区域，耐高温、 防反应。 加热系统：位于石英管外，有五个温区。 冷却系统：是一套封闭的循环水系统，位于加热系统的金属外 壳，四进四出并有一个主管道，可适量调节流量大小。 冷却系统的优点: 没有消耗净室空气 不同管间无热干涉 炉环境的温度没有被热空气所提升 空气运动（通风装置）没有使房间污染 噪音水平低
腔体内有硅片碎 片
载板挂钩变形或传动轴异 常
Thank you!
罗茨泵 机械泵
EH4200是一种大排水量真空 泵，这种泵由一个三相电机通 返回运输马达 过液态流进行驱动，其允许在 和sensors 较高的压力下进行操作。
PECVD过程
进料腔(1) 进料腔：有预热的作用,在载板进入腔体后, 先冲入N2,再进行抽真空;
加热腔(2)
加热腔： 在工艺中起着加热的作用; 工艺腔 ： 在等离子及真空条件下,硅烷与氨 气在400 ˚C时反应生成Si3N4,覆盖在硅片表 面上;
通入的特气（硅烷和氨气）在高温和微波源 的激发下电离，形成等离子态，并沉积在硅 片的表面。膜的厚度主要与温度，腔体内微 波源的功率和镀膜时间有关。
反应室通入反应气体
硅烷 SiH4 氨气 NH3
在微波源的激发下电离形成等离子态 SiNx:H沉积在硅片上
等离子体产生图例
SixNyHz的形成过程
PECVD设备
PECVD设备
PECVD设备
设备结构
晶片装载区 炉体 特气柜 真空系统 控制系统
PECVD设备结构
PECVD晶片装载区
桨、LIFT、抽风系统、SLS系统。
桨：由碳化硅材料制成，具有耐高温、防变形 等性能。作用是将石墨舟放入或取出石英管。 LIFT：机械臂系统，使舟在机械臂作用下在小 车、桨、储存区之间互相移动。 抽风系统：位于晶片装载区上方，初步的冷却 石墨舟和一定程度的过滤残余气体 SLS系统：软着落系统，控制桨的上下，移动范 围在2—3厘米
PECVD冷却系统示意图
PECVD真空系统
真空系统
真空泵：每一根石英管配置一组泵，包括主泵 和辅助泵。 蝶阀：可以根据要求控制阀门的开关的大小， 来调节管内气压的
PECVD控制系统
控制系统 CMI:是 Centrotherm 研发 的一个控制系统，其中界面包括 Jobs（界 面） 、System（系统）、Catalog（目 录）、Setup（软件）、Alarms（报警）、 Help（帮助）.
oxide
SiNx:H
SiNx:H介绍
正常的SiNx的Si/N之比为0.75，即Si3N4。但是 PECVD沉积氮化硅的化学计量比会随工艺不同而 变化，Si/N变化的范围在0.75-2左右。除了Si和N， PECVD的氮化硅一般还包含一定比例的氢原子， 即SixNyHz或SiNx:H Si/N比对SiNx薄膜性质的影响
PECVD膜的沉积温度一般为250～400℃。这样能保证 氮化硅薄膜在HF中有足够低的腐蚀速率，并有较低的本 征压力，从而有良好的热稳定性和抗裂能力。低于 200℃下沉积的氮化硅膜，本征应力很大且为张应力， 而温度高于450℃时膜容易龟裂。
PECVD的影响因素
4．气体流量 影响氮化硅膜沉积速率的主要气体是SiH4。为了防止富硅膜， 选择NH3/SiH4=2~20（体积比）。气体总流量直接影响沉 积的均匀性。为了防止反应区下游反应气体因耗尽而降低沉积 速率，通常采用较大的气体总流量，以保证沉积的均匀性。 5．反应气体浓度 SiH4的百分比浓度及SiH4/NH3流量比，对沉积速率、氮化 硅膜的组分及物化性质均有重大影响。 理想Si3N4的Si/N＝0.75，而PECVD沉积的氮化硅的化学计 量比会随工艺不同而变化，但多为富硅膜，可写成SiN。因此， 必须控制气体中的SiH4浓度，不宜过高，并采用较高的SiN比。 除了Si和N外，PECVD的氮化硅一般还包含一定比例的氢原子， 即SixNyHZ或SiNx :H。 6．反应压力、和反应室尺寸等都是影响氮化硅薄膜的性能工 艺参数。
PECVD特气的性质（2）
硅烷(SiH4): 是一种无色、与空气反应并会引起窒息的气体。 硅烷与空气接触会引起燃烧。它的首要危害是引起严重的热灼 伤。严重时会致命。如没有自燃会非常危险，不要靠近，不要 试图在切断气源之前灭火。 硅烷会刺激眼睛，硅烷分解产生的无定型二氧化硅颗粒会引起 眼睛刺激。 吸入高浓度的硅烷会引起头痛、恶心、头晕并刺激上呼吸道。 过度吸入会引起肺炎和肾病。硅烷会刺激皮肤、硅烷分解产生 无定型二氧化硅颗粒会引起皮肤刺激。 紧急救助 眼睛接触：应立即用水冲洗至少15分钟，水流不要太快，同 时翻开眼睑，立即寻求眼科处理； 皮肤接触：用大量的水清洗至少15分钟，脱掉被污染的衣服， 如果患者有持续的刺激感或其他影响需立即进行医疗处理。 吸入：尽快移到空气清新处，如有必要须进行输氧或人工呼吸。
PECVD的钝化作用
钝化太阳电池的受光面
钝化膜(介质)的主要作 用是保护半导体器件表 面不受污染物质的影响， 半导体表面钝化可降低 半导体表面态密度。
钝化太阳电池的体内
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。
PECVD对电性能影响
1.减反射膜提高了对太阳光 的利用率，有助于提高光生 电流密度，起到提高电流进 而提高转换效率的作用。 2.薄膜中的氢对电池的表面 钝化降低了发射结的表面复 合速率，减小了暗电流，提 升了开路电压，从而提高了 光电转换效率；在烧穿工艺 中的高温瞬时退火断裂了一 些Si-H、N-H键，游离出来 的H进一步加强了对电池的 钝化。
PECVD的目的
在太阳电池表面沉积 深蓝色减反膜-SiN膜。 减少光的反射，增加 电池对光线的吸收。 对电池的正表面进行H 钝化 对电池正表面进行保 护，防止氧化
finger "inverted" pyramids
+ p n+ + n psilicon p + oxide + p
p
rear contact
工艺腔(3)
冷却腔(4)
使电池片体逐渐降低温度 进料腔与出料腔 防止特色气体溢出, 增加安全性.
出料腔(5)
设置功率 实际功率 反射比率
气体流量
冷却水＊４ 石英管＊６ 冷却水＊６
温度设置 角阀
速度设置 气压设置
PECVD等离子体源简图
基片
微波发生器
真空腔
PECVD电池片检验标准
看颜色是否合格（合格的颜色为深蓝，蓝色 ，淡蓝） 色差和水印不超过整体面积的5% 镀膜后的折射率在2.0—2.20，膜厚在80 ±5nm（生产过程中取每批次任意6片进行 折射率和膜厚的测定）
PECVD:直接式
PECVD:间接式
间接PECVD的特点：
在微波激发等离子的设 备里，等离子产生在反 应腔之外，然后由石英 管导入反应腔中。在这 种设备里微波只激发 NH3，而SiH4直接进 入反应腔。 间接PECVD的沉积速率 比直接的要高很多，这 对大规模生产尤其重要。
PECVD的工艺原理
PECVD的影响因素
1．频率
射频PECVD系统大都采用50kHz~13.56 MHz的工业频 段射频电源。较高频率（>4MHz）沉积的氮化硅薄膜具 有更好的钝化效果和稳定性。 增加RF功率通常会改善SiN膜的质量。但是，功率密度 不宜过大，超过1W/cm2时器件会造成严重的射频损伤。
2．射频功率 3．衬底温度
PECVD控制系统示意图
设备结构
进料腔-加热腔气压 2.01*10-2mbar
温度计 气压计 气压开关
温度：400摄氏度 进料腔：红外加热 加热腔、工艺腔：电阻丝加热
工 艺 腔 冷 却 腔 出 料 Position sensors 腔 Driver
红外加热
电阻丝加热
进 料 腔
加 热 腔
机械泵、罗茨泵抽真空： GV600 无水泵是一个装有3 对凸轮爪马达的4 冲程泵，包 括一台主泵和一台备用泵。