一文通PECVD工序工艺

 PECVD目的

在硅片表面沉积一层氮化硅减反射膜，以增加入射在硅片上的光的透射，减少反射，氢原子搀杂在氮化硅中附加了氢的钝化作用。

镀膜原理

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)。

管式PECVD的原理就是通过脉冲射频激发受热的稀薄气体进行辉光放电形成等离子体，通过两片相对应的石墨片加相反的交变电压使等离子在极板间加速撞击气体，运动到硅片表面完成镀膜过程。

三、镀膜的相关介绍

1、机台照片与工作原理图

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<0.0026mbar/min;

15.整框片子的膜颜色偏暗、发紫;

原因：工艺腔与外部连通，出现较严重的漏气;

解决：首先从外观上看，就能发现很异常了，测试其膜厚和折射率会发现它们之间不匹配，比如膜厚85而折射率只有1.8～1.9。出现这种情况一般是因石英管的密封圈损坏和石英管爆裂导致，具体导致上面两个原因的原因有冷却水问题导致期间烧坏、石英管使用时间过长、石英管质量较差等等;

上面这张图片就是在石英管的密封圈烧坏后，腔盖的外观，在第四根和第八根石英管处明显有发白的氧化硅类物质;

上面的两张图片是检验膜好坏较方便的方法，即用酒精滴到膜上面，如果如左图所示，酒精下膜颜色变化不大的话说明膜的致密性还正常;如果膜有异常的话，颜色会变化很大，比如右图都已经变为硅本色了;

16.单片色差、单片发红或单片偏淡

原因：沉积时间、绒面差异导致;

解决：如果整框发红或偏淡，那么多数是沉积时间过短或过长所致;但如果是随机的某一位置发红、偏淡或单片色差，则主要是片与片之间或单片的绒面差异导致，且在镀膜前，仔细观察就可以看出绒面的差异;

17.卡框

原因：(1).碎片挡住传感器;

(2).传输系统在手动模式下，各个马达就不会按自动程序运行了;

(3).出料腔的气压达不到要求;

(4).其它特殊异常情况，比如：冷却水停、加热器报警、微波报警等;

(5).腔体之间的传感器匹配出现问题，

解决：(1).如果碎片挡住传感器，传感器会处于常亮状态，这就需要设备人员来

解决;

(2).出现卡框情况，自己先检查一下传输系统是否在手动模式下，如果是则将其切换为自动模式;

(3).可能是出料腔的密封性不佳，让设备人员检查出口出是否有碎片，有的话将其清理;

(4).这些特殊异常情况就需要联系设备、设施人员共同解决;

(5). 传感器的匹配问题属于软件问题，软件升级后就没有出现这个问题;

18.折射率低

原因：(1).NH3和SiH4流量比不恰当;

(2).工艺腔的压强过低;

(3).工艺腔的压强过高;

解决：(1).出现流量比不恰当的可能较小，如果是这一部分出现问题的话，估计是特气的流量计或者特气的压力流量出现问题;

(2).如果工艺腔的压强低于0.2mbar后，压强对折射率的影响将会非常明显;

(3).这里说的工艺腔压强过高，主要是指工艺腔的情况;

19.如下图所示：

镀膜前 镀膜后

原因：硅片表面未吹干，有残留水液;

解决：调整风刀;

20.一种色斑，如下图所示：

原因：手指印;

解决：目前主要认为是清洗的上下料和刻蚀的上下料，上面的两张图片就是清洗下料手摸导致的，解决方法员工技能和员工意识;

特殊气体的特性介绍

氨气 (NH3)

1、特性:

无色有刺激性恶臭的气体。易溶于水、乙醇、乙醚。主要用作制冷剂及制取氨盐和氮肥。

2、危险性

易燃，燃烧产物为氧化氮、氨。与空气混合能形成爆炸性混合物，若遇明火或高热能引起燃烧爆炸。与氟、氯等能发生剧烈的化学反应。若遇高热，容器内压增大，有开列和爆炸的危险。

低浓度氨对粘膜有刺激作用，高浓度可造成组织溶解性坏死，引起化学性肺炎及灼伤。急性中毒，轻者表现为皮肤、粘膜刺激反应，出现鼻炎、咽炎、器官及支气管炎，可有角膜及皮肤灼伤。重度者出现喉头水肿，声音狭窄，呼吸道粘膜细胞脱落，器官阻塞而窒息，可有中毒性肺水肿和肝损伤。氨可引起发射性呼吸停止。如氨溅入眼内，可致晶体浑浊，角膜穿孔，甚至失明。

3、灭火方法

切断气源。若不能立即切断气源，则不允许熄灭正在燃烧的气体，喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。

4、储运注意事项

易燃、腐蚀性压缩气体。禁忌卤素、酰基氯，酸类、氯仿，强氧化剂。储存于阴凉、干燥、通风处。远离火种、热源。防止阳光直射。应与卤素、酸类等分开存放。罐储时要有防火防暴技术措施。配备相应品种和数量的消防器材。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。验收时要注意品名。注意验瓶日期，先进仓的先发用。槽车运送时要罐装适量，不可超压超量运输。搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及部件破坏。运输按规定路线行驶，中途不得停驶。

5、急救措施

皮肤接触:立即脱去污染的衣着,用大量流动的清水彻底清洗。或用3%硼酸溶液冲洗。若有灼伤，就医治疗。

眼睛接触：立即提起眼帘，用流动清水或生理盐水冲洗至少15分钟。立即就医。

吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。呼吸困难时给输氧。呼吸停止时，立即进行人工呼吸。就医。

空气中浓度超标时，必须佩戴防毒口罩，戴化学安全防护眼睛，穿工作服，必要时戴防护手套，紧急事态抢救或逃生时建议佩带自给式呼吸器，工作现场禁止吸烟，进食和引水，工作后淋浴更衣。保持良好的工作习惯。

甲硅烷(SIH4)

1、特性

无色气体，有恶臭。易溶于苯，四氯化碳。

2、危险性

遇明火、高热极易燃烧，暴露在空气能自燃。与氟、氯等能发生剧烈的化学反应。吸入甲烷蒸气后，引起头痛、头晕、发热、恶心、多汗，严重者面色苍白，脉搏微弱，陷入半昏迷状态。

3、灭火方法

切断气源，若立即不能切断气源，则不允许熄灭正在燃烧的气体，喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。灭火剂用二氧化碳。禁止用卤代烷灭火剂。

4、操作处置与存储

穿戴一般防护用品。确保钢瓶、设备及管路严密不泄漏。工作间为甲类防火防暴单元，电气设施为防暴型，严禁火种入内，禁用易产生火花的机械及工具、通风良好、保持干燥。遵守气瓶安全检查规程有关规定。存储于阴凉通风仓间内，远离火种、热源，钢瓶温度不大于52℃，防止阳光直射，保持容器密封，应与氧化剂分开存放。存储间内的照明/通风等设施应采用防暴型，开关设在仓外。配备相应品种和数量的消防器材。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。禁止撞击和震荡。搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及部件破坏。

5、泄露应急处理

迅速撤离泄露污染区，人员至上风处，并隔离至气体散去，切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿一般消防护符，切断气源，喷洒雾状水稀释、抽排(室内)或强力通风(室外)。如有可能，将残余气或漏出气用排风机送至水洗塔或与塔相连的通风橱内，漏气容器不能再用，且要经过技术处理，以除去可能剩下的气体。

工程控制：生产过程密闭。全面通风。

吸入:脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。必要时进行人工呼吸。就医。

呼吸系统防护：空气中浓度超标时，应佩带防毒口罩。必要时佩带自给式呼吸器。

眼睛防护：一般不需特殊防护。高浓度接触时可戴安全防护眼镜。

手防护：一般不需特殊。

其它： 工作现场禁止吸烟。进入罐或其它高浓度区作业，必须有人监护。