PECVD减反膜技术知识讲解

抛光硅表面的反射率为35%,为了减少表面反射,提高电池的转换效率,需要沉积一层氮化硅减反射膜。

现在工业生产中常采用PECVD设备制备减反射膜。

PECVD即等离子增强型化学气相沉积。

它的技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体SiH4和NH3，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜即氮化硅薄膜。

一般情况下，使用这种等离子增强型化学气相沉积的方法沉积的薄膜厚度在70nm左右。

这样厚度的薄膜具有光学的功能性。

利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，电池的短路电流和输出就有很大增加，效率也有相当的提高。

PECVD （CT ）工艺培训一．管P 的原理及作用PECVD =Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ，即“等离子体增强的化学气相沉积”。

管式PECVD 技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。

（下图所示）所用的活性气体为硅烷SiH4和氨NH3。

可以根据改变硅烷对氨的比率，来得到不同的折射指数。

在沉积工艺中，伴有大量的氢原子和氢离子的产生，使得晶片的氢钝化性十分良好。

+---+++→HSiHSi S SiH℃6H iH332233504等离子体+--++→HN N NH℃3HH 2223503等离子体总反应式：作用：防氧化，减少反射，增强电池片对太阳光线的吸收，从而一定程度上提高了电池片转换效率。

二．原辅料简介设备运行使用以下气体：氮（N2）---高浓度的氮会造成窒息，如发生氮逸出，要关闭气体出口并确保通风。

主要起到清洁、抽空作用。

氨（NH3）---氨吸入式具有毒性，会腐蚀眼睛、呼吸系统和皮肤。

作为反应气体之一及预清洗作用。

硅烷（SiH4）---硅烷在与空气接触时会燃烧，高浓度时会造成窒息，。

是反应气体之一。

三．镀膜的作用与膜的要求Si 3N 4的认识:Si 3N 4膜的颜色随着它的厚度的变化而变化，其理想的厚度 是77—93nm 之间，表面呈现的颜色是深蓝色，Si 3N 4膜的折射率在1.9—2.1之间为最佳，与酒精的折射率相乎，通常用酒精来测其折射率。

目前我们使用量拓椭偏仪对膜厚、折射率进行监控。

Si/N比对SiNx薄膜性质的影响: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。

SiNx的优点：优良的表面钝化效果；高效的光学减反射性能（厚度折射率匹配）；低温工艺（有效降低成本）；反应生成的H离子对硅片表面进行钝化。

&1 PECVD:(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 等离子增强的化学气相沉积 &1.1工艺目的介绍：在太阳电池表面沉积深蓝色减反膜-SiN 膜。

其作用如下：*在电池片正表面镀一层减反增透膜，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。

除Si 3N 4膜外，TiO2，SiO2也可作为减反膜。

&1.1.1减反射膜：f v •=λ211221sin sin v v n n ==θθ21λλ= v c n v c n n =⇒=0n cv =⇒ 如果膜层的光学厚度是某一波长的四分之一，相邻两束光的光程差恰好为 π ，即振动方向相反，叠加的结果使光学表面对该波长的反射光减少。

适当选择膜层折射率，这时光学表面的反射光可以完全消除。

标志氮化硅膜的两个参数：膜厚、折射率减反射膜的测量对于一个顶角为θ、折射率为n 待测的棱镜,将它放在空气中(n1=n2=1)。

当棱镜第一表面的入射(2)角i1等于在第二表面的折射角折射率测量时，偏向角达到最小值δmin ，则 (2) 用测角仪测定 δmin(图1)和θ，便可算出n 。

&1.1.2氢钝化：钝化硅体内的悬挂键等缺陷。

在晶体生长中受应力等影响造成缺陷越多的硅材料，氢钝化的效果越好。

氢钝化可采用离子注入或等离子体处理，在多晶硅太阳电池表面采用PECVD 法镀上一层氮化硅减反射膜，由于反应物分解时产生氢离子，对多晶硅可产生氢钝化的效果。

应用PECVD ，Si 3N 4可使表面复合速度小于20cm/s&1.1.2表面保护：SiN 膜具有卓越的抗氧化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离子、掩蔽金属和水蒸汽扩散的能力；它的化学稳定性也很好，除氢氟酸和热磷酸能缓慢腐蚀外，其它酸与它基本不起作用。

&1.2 PECVD 的原理：等离子体：↑+→+24335034H 12N i 43S NH SiH ℃等离子体+---+++→H SiH Si S SiH ℃6H iH 332233504等离子体+--++→H N N NH ℃3H H 2223503等离子体PECVD 技术原理是利用强电场或者磁场使所需的气体源分子电离产生等离子体，等离子体中含有很多活性很高的化学基团，这些集团经一系列化学和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。

PECVD（RothRau）⼯艺培训PECVD （Roth&Rau ）⼯艺培训⼀、PECVD ⼯序的原理及作⽤PECVD ，即微波间接等离⼦增强化学⽓相沉积，英⽂全称为 Microwave Remote Plasma Enhance Chemical Vapour Deposition 。

PECVD 主要是在硅⽚表⾯（扩散⾯）沉积⼀层深蓝⾊的SiNx 膜。

⽽这层SiNx 膜的作⽤是：a ）减少电池表⾯光的反射；b ）进⾏表⾯及体钝化，减少电池的反向漏电流；c ）具有良好的抗氧化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离⼦、阻挡⾦属和⽔蒸汽扩散的能⼒。

为了改善太阳能电池⽚的功率，可以通过在多晶硅表⾯及内部的电⼦空⽳对上沉积⼀层很薄的氮化硅来实现，⼜称为钝化。

由于此氮化硅沉积层所具有⾼硬度，抗化学反应性，折射性强等优点使得它成为当之⽆愧的保护性抗反射层。

通过微波激发的等离⼦体具有很⾼的载电荷浓度（其中离⼦和电⼦能量级可10eV ），这样也正好满⾜薄膜淀积⼯艺中对于离⼦撞击所需的要求。

⼯艺腔中的NH 3和SiH 4分⼦在⾼频微波源的作⽤下热运动加剧，相互间碰撞使其分⼦电离，这些离⼦反应⽣成SiNx 。

+---+++→H SiH Si S SiH ℃6H iH 332233504等离⼦体 +--++→H N N NH ℃3H H 2223503等离⼦体总反应式：↑+→+24335034H 12N i 43S NH SiH ℃等离⼦体在左图中⽰出了四分之⼀波长减反射膜的原理。

从第⼆个界⾯返回到第⼀个界⾯的反射光与从第⼀个界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。

即n 1d 1=λ/4。

SiN 减反膜的最佳折射率n 1为 1.9或2.3。

膜厚控制在77-93nm ，硅⽚镀膜⾯颜⾊呈PECVD 镀膜后的减反射效果明显。

0.000.100.200.300.400.500.600.70300400500600700800900100011001200Wavelength(nm)R e f l e c t a n c e (0-1)¯§′oó1è??·′é??ê3á?ySiN ?¤oóµ?·′é??ê⼆、设备简介设备跟产品的质量联系最为密切，PECVD主要使⽤的设备分为板式跟管式。

毕业论文题目晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究目录摘要 (1)绪论 (3)第一章 PECVD淀积氮化硅薄膜的基本原理 (6)1.1化学气相淀积技术 (6)1.2 PECVD原理和结构 (6)1.3 PECVD薄膜淀积的微观过程 (8)1.4 PECVD淀积氮化硅的性质 (9)1.5表面钝化与体钝化 (9)第二章实验 (11)2.1 PECVD设备简介 (11)2.2 PECVD设备操作流程 (13)2.3 SiN 减反射膜PECVD淀积工艺流程 (13)2.4最佳薄膜厚度和折射率的理论计算 (13)2.5 理论实验总结 (15)结束语 (16)参考文献 (17)晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究摘要等离子增强化学气相淀积氮化硅减反射薄膜已经普遍应用于光伏工业中，其目的是在晶体硅太阳能电池表面形成减反射薄膜，同时达到了良好的钝化作用。

氮化硅膜的厚度和折射率对电池性能都有重要的影响。

探索最佳的工艺条件来制备最佳的薄膜具有重要意义。

本课题是利用Roth&Rau的SiNA设备进行淀积氮化硅薄膜的实验，介绍了几种工艺参数对薄膜生长的影响，获得了生长氮化硅薄膜的最佳工艺条件，制作出了高质量的氮化硅薄膜。

实验中使用了椭偏仪对样品进行膜厚以及折射率的测量。

关键词：等离子增强化学气相淀积，氮化硅薄膜，太阳能电池，光伏效应，钝化ABSTRACTSiN Film plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is widely used in P-V industry as an antireflection thinfilm on the surface of crystal silicon solar cell. In addition this process takes advantage of an exellent passivation effect. Both the thickness and refractive index of the SiN film make important influences to the performance of solar cells. So it is very important to find the best process parameters to deposit the best film. In this paper, the experiment of SiN film deposition was completed with the equipment named SiNA produced by Roth&Rau. The influence of the parameters to the gowth of the film was introduced based on the experiment, and the best parameters to produce the top-quality SiN film were obtainted. The Spectroscopic ellipsometry was used to test the thickness and refractive index of the samples during the experiment.Key words:PECVD, SiN film, solar cell, photovoltaic effect, passivation第一章绪论从2003年开始，全球化石能源的缺乏引发了能源价格不断攀升，可再生能源也因此得到了更多的重视，太阳能光伏行业迎来了发展的春天。

PECVD原理01引言太阳能电池工艺中，镀减反射膜是关键的工艺段。

减反射膜可以减少光的反射率，增加电池片的少子寿命，从而提高电池转换效率。

减反射膜的制作有多种方法，等离子体增强化学气相沉积法（PlasmaEnhancedChemicalVapourDeposition，简称PECVD）制备的氮化硅薄膜具有良好的绝缘性、致密性、稳定性，并能有效地阻止B、P、Na、As、Sb、Ge、A1、Zn等杂质的扩散［1］。

本文通过调节相关工艺设备参数，使氮化硅膜的均匀性得到有效控制，颜色的一致性大大改观，在实际生产中取得良好的效果。

02PECVD原理图1为管式PECVD的原理图。

工艺气体通过流量控制器进入炉管，真空泵用来调节气压，化学气体在加热器及等离子体的作用下于硅片表面形成SIN层。

图2为等离子原理图。

等离子体发生器的两电极分别与石墨舟舟片相连，通过舟片给电池片通电，从而在硅片表面产生等离子体。

03实验方案沉积装置使用CT管式PECVD，样片使用制绒后p型多晶硅片，等离子体的频率为40kHz，化学气体为硅烷、氨气、氮气。

实验中保持第一层膜工艺参数不变，调节第二层膜气压、温度、等离子体功率等工艺参数，利用椭偏仪、GPsolar相机测试膜厚，衡量其镀膜的均匀性；调整PECVD装载端设备参数，观察调整后电池片边缘颜色情况。

04实验结果分析讨论3．1实验结果3．1．1工艺参数调整实验时选取国电硅片，分9组，每组400片，按正常工艺流程送至PECVD工艺段。

（1）保持NH3与SiH4比例不变的情况下，不同的气体总流量下，观察氮化硅膜的颜色均匀性，如表1、图3所示。

（2）保持NH3与SiH4比例与气体总流量不变的情况下，调高各温区温度，观察氮化硅膜的颜色均匀性，如表2、图4所示。

（3）保持NH3与SiH4比例与气体总流量、温度不变的情况下，调高等离子体功率，观察氮化硅膜的颜色均匀性，如图5所示。

3．1．2设备参数调整实验时选取国电硅片，分4组，每组400片，按正常工艺流程送至PECVD工艺段。

PECVD的原理及作用概述什么是PECVDPECVD是一种化学气相沉积技术，全称为Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition，即等离子体增强化学气相沉积。

它是一种在低压等离子体中使用化学气相沉积技术的过程，通过将半导体材料薄膜沉积在基底上来制备新材料。

PECVD的原理PECVD基于化学气相沉积（CVD）技术，通过在化学气相反应中引入等离子体来增强反应速率和程度。

等离子体可以通过加热气体来激发，或者通过在气体中施加高频电场来产生。

这种等离子体激发的化学气相反应可以在较低的温度下进行，从而减少了对基底材料的热应力。

PECVD的过程中，一个带有反应气体的封闭室被置于真空室中，产生的等离子体用于激活反应气体。

激活的气体与基材表面发生化学反应，并沉积在基底上形成薄膜。

PECVD的作用PECVD技术在半导体工业中起着重要的作用。

其主要作用包括：1. 薄膜沉积PECVD可用于在基底表面沉积各种类型的薄膜。

这些薄膜可以具有不同的性质，如电绝缘性、导电性、透明性等。

薄膜的沉积过程可以通过调整反应气体的组合和流量来控制，从而实现所需薄膜的生长。

2. 导电薄膜制备PECVD可以通过在基底上沉积导电性材料薄膜来制备导电层。

这对于制作晶体管、电容器、光电二极管等器件非常重要。

常用的导电材料包括多晶硅和金属。

3. 绝缘薄膜制备PECVD还可用于制备绝缘性材料薄膜，用于电子器件的电绝缘。

这些绝缘薄膜可以用于隔离电路中的不同器件，从而减少器件之间的相互干扰。

4. 光学薄膜制备PECVD可以制备用于光学器件的薄膜，如太阳能电池、光纤和光学涂层等。

这些光学薄膜具有特殊的光学性质，用于改变光的传输和反射特性。

5. 量子点的制备PECVD也可以用来制备量子点。

量子点是具有特殊的量子大小效应的半导体纳米晶体。

PECVD在量子点的制备过程中可以控制其尺寸和形貌，以调节其光学和电学性质。

总结PECVD是一种使用等离子体增强的化学气相沉积技术，用于在基底上沉积薄膜。

PECVD （捷家伟创）工艺培训一、PECVD 工序的原理及作用PECVD （Plasma Enhance Chemical Vapour Deposition ），即等离子体增强化学气相沉积。

PECVD 是借助射频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。

本工序的主要作用是在硅片表面（扩散面）沉积一层深蓝色的SiNx 膜（如图1所示）。

而这层SiNx 膜的作用是： • a ）减少电池表面光的反射；• b ）进行表面及体钝化，减少电池的反向漏电流；c ）具有良好的抗氧化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离子、阻挡金属和水蒸汽扩散的能力，它的化学稳定性也很好，除氢氟酸和热磷酸能缓慢腐蚀外，其它酸与它基本不起作用， 可以有效的延长电池片的使用寿命。

PECVD 镀膜前 PECVD 镀膜后 图1捷佳伟创的镀膜原理与CT 相同，为直接式PECVD ，其原理为将基片置于电极上，直接接触等离子体（低频放电10-500kHz 或高频13.56MHz ），工艺腔中的NH 3和SiH 4分子在高频微波源的作用下热运动加剧，相互间碰撞使其分子电离，这些离子反应生成SiNx 。

+---+++→H SiH Si S SiH ℃6H iH 332233504等离子体+--++→H N N NH ℃3H H 2223503等离子体• 总反应式：↑+→+24335034H 12N i 43S NH SiH ℃等离子体在左图中示出了四分之一波长减反射膜的原理。

从第二个界面返回到第一个界面的反射光与从第一个界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。

即n 1d 1=λ/4 。

空气或玻璃 n 0=1 or 1.5SiN 减反膜的最佳折射率n 1为 1.9或2.3硅 n 2=3.87 图2太阳能电池所能吸收的光的波长范围是300~1100nm ，从图3看出经PECVD 镀膜后，在太阳能电池的有效波长范围内，电池表面的反射率明显下降。