PECVD颜色均匀性的研究

2015-03-17贾彦科杨飞飞山西潞安太阳能科技有限责任公司山西长治046000

通信电源技术 2015年3期

贾彦科，杨飞飞（山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西长治046000）

0 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（Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition，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。

1 PECVD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。

2 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40 k Hz，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。

图1 直接等离子体PECVD

图2 等离子体特征

3 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。

表1 流量对颜色偏差的影响

图3 气体流量对颜色均匀性的影响

（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。

表2 炉区温度对颜色偏差的影响

图4 炉区温度对颜色均匀性的影响

（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。

图5 等离子功率对颜色均匀性的影响

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。

（1）更换石墨舟卡点，由原来间距0.35 cm调整为0.25 cm，跟踪查看调整前后颜色均匀性的变化，如表3所示。

表3 卡点间距对边缘色差的影响

（2）修改加载端机械手位置，使硅片位置更贴近卡点处，如表4所示。

表4 机械手位置对边缘偏差的影响

3.2 实验分析与讨论

由图2、图3可以看出，颜色偏差随温度、流量的升高而降低，颜色均匀性得到改善。温度升高、流量增大，气体分子的扩散速度增大，炉管内各处气体的浓度一致性变好，有利于整舟颜色均匀性，同时衬底温度的升高，提高了原子的活性，硅片表面原子的迁移率增大，有利于单片镀膜的均匀性。由图5可以看出，功率增大，颜色的均匀性变好，功率变大，舟片之间的电场随之变强，等离子体的运动速率增大，硅片表面的离子、中性分子、原子相互撞击频率变大，有利于镀膜的均匀性。

由表3看出，卡点直径的调整能够在很大程度上减少边缘色差，其主要原因为卡点直径变小后，硅片与舟之间的贴合更紧，不会影响舟边缘的导电性；机械手位置的调整对颜色影响不大，可能机械手位置调整范围有限，无法达到理想效果。