PECVD工藝原理與操作課件(PPT 43頁)

1、PECVD工藝原理及操作2010.3.20第1頁，共43頁。2目錄基本原理工藝流程設備結構基本操作異常處理第2頁，共43頁。3基本原理PECVD： Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition 等離子 增強 化學 氣相 沉積等離子體：氣體在一定條件下受到高能激發(fā)，發(fā)生電離，部分外層電子脫離原子核，形成電子、正離子和中性粒子混合物組成的一種形態(tài)，這種形態(tài)就稱為等離子態(tài)即第四態(tài)。第3頁，共43頁。 直流濺射 射頻濺射 磁控濺射 離子束濺射 真空蒸發(fā)濺射沉積離子鍍物理氣相沉積 （PVD） 電阻加熱 感應加熱 電子束加熱 激光加熱 直流二極型離子鍍 射頻放電離子

2、鍍 等離子體離子鍍 基本原理第4頁，共43頁。5工作原理 3SiH4+4NH3 Si3N4+12H2 利用低溫等離子體作能量源，利用一定方式使硅片升溫到預定的溫度，然后通入適量的反應氣體，氣體經一系列化學反應和等離子體反應，在硅片表面形成固態(tài)薄膜。PECVD方法區(qū)別于其它CVD方法的特點在于等離子體中含有大量高能量的電子，它們可以提供化學氣相沉積過程所需的激活能。電子與氣相分子的碰撞可以促進氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離過程，生成活性很高的各種化學基團，因而顯著降低CVD薄膜沉積的溫度范圍，使得原來需要在高溫下才能進行的CVD過程得以在低溫下實現?；驹淼?頁，共43頁。6其它方法的沉積溫

3、度： APCVD 常壓CVD，700-1000 LPCVD 低壓CVD， 750，0.1mbar PECVD 300-450 ，0.1mbarPECVD的一個基本特征是實現了薄膜沉積工藝的低溫化（450）。因此帶來的好處：節(jié)省能源，降低成本提高產能減少了高溫導致的硅片中少子壽命衰減其他優(yōu)點：沉積速率快成膜質量好缺點：設備投資大、成本高，對氣體的純度要求高鍍膜過程中產生的劇烈噪音、輻射、粉塵等對人體有害基本原理第6頁，共43頁。7PECVD種類:基本原理間接式基片不接觸激發(fā)電極（如2.45GHz微波激發(fā)等離子）第7頁，共43頁。8基本原理PECVD種類:直接式基片位于電極上，直接接觸等離子體（低

4、頻放電10-500kHz或高頻13.56MHz）第8頁，共43頁。PECVD直接法間接法管式PECVD系統(tǒng)板式PECVD系統(tǒng)微波法直流法Centrotherm、四十八所、七星華創(chuàng)日本島津Roth&RauOTB基本原理第9頁，共43頁。10PECVD 的作用在硅片表面沉積一層氮化硅減反射膜，以增加入射在硅片上的光的透射，減少反射。氫原子攙雜在氮化硅中附加了氫的鈍化作用?；驹淼?0頁，共43頁。王松11工作原理_板P SiNA 系統(tǒng)采用的是一種間接微波等離子體增強化學氣相沉積的方法沉積硅太陽能電池的氮化硅（SiN）減反射膜。它具有非常好的薄膜均勻性，而且具有大規(guī)模生產的能力。在PECVD工序中

5、，等離子體中的H（氫）對硅表面的鈍化和在燒結工序中SiN中的氫原子向硅內擴散，使H（氫）鈍化了硅表面和體內的晶界，懸掛鍵等缺陷，使它們不再起復合中心的作用，減少了少數載流子的復合，提高了少數載流子的壽命，從而改善了硅片質量，提高了太陽能電池的效率。 基本原理第11頁，共43頁。12工作原理_管P Centrotherm PECVD 系統(tǒng)是一組利用平行板鍍膜舟和低頻等離子激發(fā)器的系列發(fā)生器。在低壓和升溫的情況下，等離子發(fā)生器直接在裝在鍍膜板中間的介質中間發(fā)生反應。所用的活性氣體為硅烷SiH4和氨氣NH3。可以改變硅烷對氨的比率，來得到不同的折射率。在沉積工藝中，伴有大量的氫原子和氫離子的產生，使

6、得硅片的氫鈍化性十分良好?；驹淼?2頁，共43頁。131. processing started 工藝開始2. fill tube with N2 充氮3. loading boat (paddle in upper position) 進舟（槳在高位）4. paddle moves downwards 槳降至低位5. move out (paddle in lower position ) 槳在低位移出管外鍍膜工藝流程第13頁，共43頁。14鍍膜工藝流程6. evacuate tube and pressure test 管內抽真空并作壓力測試7. plasma preclean and

7、 check with NH3 通過高頻電源用氨氣預清理和檢查8. purge cycle 1 清洗管路19. leak test 測漏10. wait until all zones are on min temperature 恒溫第14頁，共43頁。15鍍膜工藝流程11. ammonia plasma preclean 通過高頻電源用氨氣清理12. deposition 鍍膜13. end of deposition 結束鍍膜14. evacuate tube and pressure test 抽真空及測試壓力15. purge cycle 1 清洗管路1第15頁，共43頁。16鍍膜工

8、藝流程16. fill tube with N2 充氮17. move in paddle lower position 槳在低位進入管內18. SLS moving to upper position SLS移到高位19. unloading boat 退舟20. end of process 結束工藝第16頁，共43頁。 管式PECVD系統(tǒng)板式PECVD系統(tǒng)設備結構第17頁，共43頁。王松18設備結構設備結構_板P第18頁，共43頁。王松19設備結構設備結構_板P第19頁，共43頁。王松20設備結構設備結構_板P第20頁，共43頁。壓力壓力壓力傳送帶速度上載預熱反應冷卻下載傳送帶1設備結構

9、設備結構_板P第21頁，共43頁。22設備結構設備結構_板P溫度壓力冷卻水工藝名稱運行狀態(tài)時間日期賬號第22頁，共43頁。23設備結構_管P設備結構第23頁，共43頁。24 設備結構 裝載區(qū)爐體特氣柜真空系統(tǒng)控制系統(tǒng)設備結構第24頁，共43頁。25設備結構：裝載區(qū)： 槳、LIFT、抽風系統(tǒng)、SLS系統(tǒng)。 槳： 由碳化硅材料制成，具有耐高溫、防 變形等性能。作用是將石墨舟放入或 取出石英管。 LIFT： 機械臂系統(tǒng)，使舟在機械臂作用下在 小車、槳、儲存區(qū)之間互相移動。抽風系統(tǒng) : 位于晶片裝載區(qū)上方，初步的冷卻石 墨舟和一定程度的過濾殘余氣體 SLS系統(tǒng)： 軟著陸系統(tǒng)，控制槳的上下，移動范 圍在

10、23厘米設備結構第25頁，共43頁。26爐體：爐管、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)爐管： 爐體內有四根爐管,由石英制作，是鍍膜 的作業(yè)區(qū)域，耐高溫、防反應。加熱系統(tǒng)： 位于石英管外，有五個溫區(qū)。設備結構第26頁，共43頁。27加熱系統(tǒng)：設備結構CMS模塊 3 電源連接外罩熱電偶 4 溫度測量模塊第27頁，共43頁。28冷卻系統(tǒng)：設備結構第28頁，共43頁。29特氣柜：MFC 氣動閥 MFC：氣體流量計（NH3、 SiH4 、O2 、 N2） 氣動閥：之所以不用電磁閥是因為電磁閥在工作時容易 1 產生火花，而氣動閥可以最大程度的避免火花。設備結構第29頁，共43頁。30真空系統(tǒng) 真空泵 蝶閥真空泵：每一根石

11、英管配置一組泵，包 括主泵和輔助泵。蝶閥： 可以根據要求控制閥門的開關 的大小，來調節(jié)管內氣壓的 高低設備結構第30頁，共43頁。31控制系統(tǒng) CMI：是 Centrotherm 研發(fā)的一個控制系統(tǒng)，其中界面包括 Jobs 、System 、 Datalog 、Setup 、Alarms 、 Help. Jobs: 機器的工作狀態(tài)。System: 四根爐管的工作狀態(tài)，舟的狀態(tài)以及手動操 作機器臂的內容。Datalog: 機器運行的每一步。設備結構第31頁，共43頁。32Setup: 舟的資料的更改，工藝內容的更改，使用權限的更 改，LIFT位置的更改，CMS安全系統(tǒng)（安裝的感應器 將監(jiān)控重要系

12、統(tǒng)的運行情況，而一旦不受計算機 的控制，CMS將會發(fā)生作用，所有的錯誤信息也都會 在CMI上以簡潔的文本方式顯示出來）的更改等。 Alarms：警報內容 Help: 簡要的說明解除警報以及其他方面的方法 CESAR：控制電腦，每一個系統(tǒng)都安裝了CESAR控制電腦及 CESAR 控制軟件設備結構第32頁，共43頁。33基本操作_板P1、準備工作：雙手配帶,PVC手套，佩戴活性炭口罩。2、領片:從烘干機中小心取一組硅片，將硅片籃傾斜45度，仔細檢查硅片是否有損壞現象，是否仍有有水珠存在。將檢查好的硅片整齊的放于小推車上，并核查流程單記錄籃號是否與實際相符，將核查好的流程單放于小車旁邊的工具盒里面。

13、注意事項：從烘干機領片時，確保硅片表面沒有水珠后，再進行裝片。帶實驗單的流程單一定要看清楚實驗要求。第33頁，共43頁。34基本操作_板P3、裝片：查看吸筆（吸球）是否完好，吸頭是否干凈，吸筆氣的大小是否適中,能否正常使用 ,卸片處要將印刷上載籃放于卸片臺上.籃向正面傾斜（有籃號一側）。右手(或左手)拿起吸筆使吸頭輕放于硅片表面，用吸筆自然吸住硅片表面中間的邊緣部分，平行從籃中取出，對準石墨框平行下移硅片，直到將硅片放到低于石墨框下沿時中指按下吸筆按鈕將硅片平行放在石墨框鉤子上，重復進行上述操作直至裝滿,兩組片間要有交接片。注意事項：要保持放片時的聲音最小，減小對硅片的碰撞而產生的損傷。第34

14、頁，共43頁。35基本操作_板P4、檢查：裝滿一框后左手輕輕拍打石墨框（以檢查石墨框內硅片是否裝好），觀察框內硅片是否自由活動。確認后按下裝載按鈕，輕推石墨框進入設備。5、卸片: 左手拿吸筆輕放于硅片上，把硅片豎立從石墨框中吸出，轉動吸筆使硅片正面向內接近石墨框并與之成45度角。同時吸盤接近吸住吸筆放開，吸盤與硅片上邊成45度，抬起吸盤，讓硅片兩邊對準黑籃兩邊齒縫平行裝入其中，注意一定要裝到底，才能松開吸盤。注意事項：一定要時刻關注鍍膜片的顏色是否正常，如有異常，及時反饋給工藝；卸片過程中切忌用手觸摸鍍膜面。第35頁，共43頁。36基本操作_板P6、測量：選取每組隨機一個石墨框的第三列，按順序

15、送至質檢處測量反射率、最低波長以及膜厚、折射率；7、送片：裝滿一組后，在流程單上記清籃號，測反射率，填寫匯總表后，雙手提籃，送至印刷車間。注意事項：1、操作過程中，嚴禁用手接觸硅片；2、一定要時刻關注鍍膜面的顏色是否正常，如有異常，及時反饋給工藝；3、嚴禁用手直接接觸石墨框。 第36頁，共43頁。37基本操作_管P1、準備、領片：嚴格佩戴勞保用品，戴好活性炭口罩和PVC手套；檢查真空吸盤是否完好，能否正常使用；檢查每個石墨舟是否有損壞，能否正常使用；把裝有清洗干凈硅片的硅片籃放在指定的載物桌上2、裝片：把經檢查后可以正常使用的石墨舟放在小推車上，然后用力壓小推車上的機械臂，使石墨舟與水平面成4

16、5角。右手拿真空吸盤（反之亦可），將硅片從硅片籃中取出，按順序將硅片裝于石墨舟中，將石墨舟的一面全部裝好之后，將小推車的載物平臺旋轉180，然后重復上述取片裝片操作，將石墨舟的另一面裝好硅片；待石墨舟裝完硅片后，將石墨舟放平，仔細檢查是否有遺漏，在檢查無漏裝、重片之后，裝片完畢。注意事項：嚴禁用手直接接觸石墨舟。第37頁，共43頁。38基本操作_管P3、裝片：右手拿真空吸盤（反之亦可），將硅片從硅片籃中取出，按順序將硅片裝于石墨舟中，將石墨舟的一面全部裝好之后，將小推車的載物平臺旋轉180，然后重復上述取片裝片操作，將石墨舟的另一面裝好硅片；待石墨舟裝完硅片后，將石墨舟放平，仔細檢查是否有遺漏

17、，在檢查無漏裝、重片之后，裝片完畢。注意事項：裝片時硅片要靠緊三個鉤點；裝片完畢后，要仔細檢查石墨舟每一邊的硅片傾斜度是否一致，以防掉片造成鍍膜失敗片。第38頁，共43頁。39基本操作_管P4、進舟：檢查石墨舟在小推車上放置的方向和小推車載舟平臺的方向，正確放置方法為石墨舟有兩小孔的一端在小推車的左端，小推車載舟平臺上有黑色或紅色標記的一端朝向顯示器所在方向，。檢查完畢，將小推車推入管式PECVD設備中，當聽到有“噗”的聲響后，表示小推車已經進入設備，此時設備顯示屏上會出現的界面。5、運行工藝：在輸入界面中，在”lot 1”中輸入操作員的名字，”lot 2”忽略不填寫，在”Boat”欄中輸入石墨舟的編號，在”Recipe”欄中選擇當前運行的工藝，”Tube”欄中選擇石墨舟所要進入的爐管，上述操作均點擊回車鍵進入下步操作，填寫完畢后，點擊”O(jiān)K”，最后點擊”Run”，設備即可在自動模式下運行。注意事項：認真檢查電極口的方向，以免進錯舟；第39頁，共43頁。40基本操作_管P6、退舟：待鍍好膜的石墨舟出來后，在自動運行模式下，當聽見有連續(xù)的提示聲音響起的時候，且”Unlock Trolly”按鈕變亮時，用力按住此按鈕，待小推車退出后松開手即