HIT電池的BACK-PECVD工段介紹

BACKPECVD介紹報(bào)告人：熊福民報(bào)告日期：2012-10-13BACKPECVDI作用I：保護(hù)N存底，I可以喝基底開(kāi)放的價(jià)鍵結(jié)合，另外由于N鍍膜功率較高〔4500W〕，為防止過(guò)高的功率對(duì)N存底的轟擊損傷，在N之間加一層I作為緩沖，能起到很好的保護(hù)作用，另外直接鍍N,N存底界面開(kāi)放的價(jià)鍵容易受摻雜影響，導(dǎo)致缺陷增多，影響PN結(jié)性能I特性要求：非晶硅相對(duì)單晶硅，結(jié)構(gòu)較為緊密穩(wěn)定，能夠很好的排除外界對(duì)其的影響。但非晶硅由于缺陷相對(duì)較多，，容易導(dǎo)致少子的損失，而且由于I非晶硅電導(dǎo)率較低，阻礙少子的運(yùn)動(dòng)，所I層非晶硅既要保證鈍化效果，又要兼顧缺陷和電阻對(duì)電池片的負(fù)面影響，目前主要通過(guò)控制I厚度〔保證鈍化效果〕和少量摻雜〔缺陷VS電導(dǎo)率〕，來(lái)盡可能減小I非晶硅的負(fù)面影響。工藝環(huán)境要求：等離子體壓力范圍，溫度230℃-250℃，功率2000W，期望配比的原料特氣N：N非晶硅為了保護(hù)N存底，由于MOCVD制備過(guò)程中存在摻雜B2H6，假設(shè)直接在N存底反面進(jìn)行，勢(shì)必會(huì)造成N存底結(jié)構(gòu)的改變，進(jìn)而影響PN性能；假設(shè)在N存底和ZnO:B之間只有I層，那么要求的I厚度到達(dá)19nm-25nm,但I(xiàn)電導(dǎo)率較N小，會(huì)增加電池RsBACKPECVDN作用N特性要求：非晶硅相對(duì)單晶硅，結(jié)構(gòu)較為緊密穩(wěn)定，19nm-25nm的N型非晶硅能夠很好的阻隔氧化層對(duì)N存底的影響。但非晶硅由于缺陷相對(duì)較多，，容易導(dǎo)致少子的損失，所N層非晶硅既要保證鈍化效果，又要兼顧缺陷和電阻對(duì)電池片的負(fù)面影響，目前主要通過(guò)控制N厚度〔保證鈍化效果〕和控制摻雜(缺陷VS電導(dǎo)率〕，來(lái)盡可能減小N非晶硅的負(fù)面影響。工藝環(huán)境要求：等離子體壓力范圍，溫度230℃-250℃，功率4500W，期望配比的原料特氣制備原理PECVD(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition)--等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法優(yōu)點(diǎn)：1.等離子體化學(xué)活性高，在較低的溫度下即可發(fā)生反響2.沉積速率快，成膜質(zhì)量好PECVD：是借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子體化學(xué)活性很強(qiáng)，很容易發(fā)生反響，在基片上沉積出所期望的薄膜。等離子體的形成：在電弧被激發(fā)以前，氣體作為絕緣體不會(huì)有電流產(chǎn)生，如果電壓足夠高，反響腔體中的電場(chǎng)高于氣體裂解所需的電場(chǎng)，在兩個(gè)電極間就會(huì)產(chǎn)生高壓電弧，這個(gè)電弧會(huì)產(chǎn)生大量的離子和自由電子由于腔內(nèi)場(chǎng)的作用，電子被加速移向正的陽(yáng)極，同時(shí)離子被被加速移向負(fù)的陰極。離子穿越反射區(qū)并最終打在陰極上。當(dāng)他們打在陰極上時(shí)，就會(huì)從陰極中釋放出大量的二級(jí)電子，這些電子向相反地方向加速?zèng)_向陽(yáng)極，如果加在電極之間的電壓足夠大，這些高能量的電子和中性粒子的非彈性碰撞將產(chǎn)生更多的離子，這個(gè)二次電子的釋放和離子的產(chǎn)生過(guò)程維持了等離子體。等離子體性質(zhì)電離：等離子體和普通氣體的最大區(qū)別是它是一種電離氣體。由于存在帶負(fù)電的自由電子和帶正電的離子，有很高的電導(dǎo)率，和電磁場(chǎng)的耦合作用也極強(qiáng)：帶電粒子可以同電場(chǎng)耦合，帶電粒子流可以和磁場(chǎng)耦合。組成粒子：等離子體包含兩到三種不同組成粒子：自由電子，帶正電的離子和未電離的原子。速率分布：一般氣體的速率分布滿足麥克斯韋分布，但等離子體由于與電場(chǎng)的耦合，可能偏離麥克斯韋分布，氣體中速率分布不穩(wěn)定性：呈現(xiàn)出高度激發(fā)的不穩(wěn)定態(tài)等離子體的控制F=qE=ma,V2=2aS,∈=1/2mV2∈=maS=mqES/m=qES∈為等離子體能量，反響等離子體活性；V為粒子碰撞前一刻速度，V越大，碰撞能越大；E為場(chǎng)強(qiáng)，S為粒子兩次碰撞之間運(yùn)動(dòng)的路程。等離子體的控制射頻電源頻率：假設(shè)射頻電源為方波，一個(gè)周期內(nèi)功率源開(kāi)關(guān)時(shí)間比不變〔有效功率不變〕，頻率越低，那么一個(gè)周期內(nèi)電場(chǎng)加速帶電粒子的時(shí)間越長(zhǎng)，那么V越大，碰撞時(shí)能量越大，等離子體中高能粒子比例增加，在鍍膜工藝中，鈍化效果增強(qiáng)。由于有效功率未變，等離子體整體活性不變，反響速度不變。反之那么鈍化效果減弱。等離子體的控制射頻電源功率：射頻電源功率越大，激發(fā)的等離子體整體能量增加，等離子體整體活性增強(qiáng)，鈍化效果加強(qiáng)和反響速度加快。反之那么鈍化效果減弱，反響速度減慢。單位：膜厚：nmRF:W等離子體的控制腔體壓力：腔體壓力表達(dá)腔體內(nèi)粒子密度和粒子間平均距離。假設(shè)壓力增加，那么粒子密度增加，根據(jù)∈=qES，由于S減小，碰撞能減小，等離子體鈍化能力減弱，由于粒子密度增加，反響速度明顯加快，不過(guò)壓力過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致粒子得不到充分的加速而無(wú)法激發(fā)等離子體。反之，由于S增加，碰撞能增加，鈍化效果增強(qiáng)，但粒子密度降低，反響速度降低。單位：膜厚：nm壓力:Torr圖中可以看見(jiàn)，壓力增加，膜厚呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這是由于功率水平較低，壓力的增加，自由程S減小，很多粒子不能獲得足夠的初始能激發(fā)等離子體。等離子體的控制單位：膜厚：nm流量:sccm特氣流量：BACKPECVD主要特氣流為SiH4和H2，當(dāng)增加任意一種特氣流量時(shí)，都會(huì)使另一種特氣得到更充分的利用；所以在一定的范圍內(nèi)，膜厚會(huì)呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，但假設(shè)增加到某個(gè)值，另一種特氣被完全利用后，再增加特氣流量不能增加膜厚，反而由于需要維持壓力而加快的泵的抽氣速度導(dǎo)致膜厚下降等離子體的控制單位：膜厚：nmGAP:mmGAP：GAP內(nèi)是主要的等離子區(qū)域，GAP的變化，影響了GAP區(qū)域空間的大小，在功率，壓力，溫度，特氣流量都不變的情況下，該區(qū)域的功率密度，特氣密度隨之變化，GAP增加，功率密度，特氣密度減小，等離子密度減小，膜厚減小，反之，膜厚增加。GAP增加，膜厚減小，反之，膜厚增加BACKPECVD機(jī)臺(tái)的功能實(shí)現(xiàn)BACKPECVD最主要的局部為以下圖中的三個(gè)腔體：L/C,PM1，U/C腔體溫度系統(tǒng)特氣系統(tǒng)功率系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)壓力系統(tǒng)控制系統(tǒng)反饋系統(tǒng)線路顯示L/C預(yù)熱N2,充氣/傳送分別與大氣壓和PM1等壓控制傳感器反饋

溫度、壓力傳電和信號(hào)顯示狀態(tài)PM1恒溫特氣，N2等離子激發(fā)功率源傳送，門恒壓狀態(tài)控制傳感器反饋

溫度、壓力傳遞信號(hào)的電顯示狀態(tài)U/C/N2,充氣/傳送，門分別與大氣壓和PM1等壓控制傳感器反饋

溫度、壓力傳遞信號(hào)的電顯示狀態(tài)BACKPECVD工藝介紹PM3-IN-40045mm.RCPstep1234567Time（s)201010181025.8430PH3(sccm)

400

2800

SiH4(sccm)

1800180020002000

H2(sccm)3000030000120001200089006100

Press(Torr)11110.60.6

GAP(mm)454538385545

RF(W)

1000

2000

4000

下表是最新的制作效率片的工藝文件，工藝步驟可劃分為三個(gè)局部：H2鈍化：主要是對(duì)硅片基底外表的價(jià)鍵的重新翻開(kāi)和組合，去除外表的少量雜質(zhì)，補(bǔ)足外表的斷鍵；鍍I-Layer：在基底外表鍍上預(yù)定厚度的I層非晶硅；鍍N-Layer：在I非晶硅的外表鍍上預(yù)定厚度和摻雜的N層非晶硅。H2鈍化鍍I-Layer鍍N-Layer關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)控：I單位膜測(cè)試由于BACKPECVD在工藝腔內(nèi)同時(shí)鍍了I和N非晶硅層，這對(duì)于單獨(dú)測(cè)試I和N非晶硅層厚度帶來(lái)了困難。解決方法是分別單獨(dú)為I和N非晶硅層建立一個(gè)確定的測(cè)試工藝，測(cè)試工藝與正常工藝相比，除了工藝時(shí)間不同外，其他條件均相同。測(cè)試工藝鍍膜的膜厚穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)，那么正常工藝鍍膜的膜厚也在正常范圍內(nèi)?！布俣▽?duì)應(yīng)的測(cè)試工藝沉積速率與正常工藝的沉積速率存在相同的變化趨勢(shì)〕正常的效率片工藝step1234567Time（s)201010181025.8430PH3(sccm)

400

2800

SiH4(sccm)

1800180020002000

H2(sccm)3000030000120001200089006100

Press(Torr)11110.60.6

GAP(mm)454538385545

RF(W)

1000

2000

4000

I-Layer單位膜測(cè)試工藝step347Time（s)106030PH3(sccm)

SiH4(sccm)18001800

H2(sccm)1200012000

Press(Torr)11

GAP(mm)3838

RF(W)

2000

N-Layer單位膜測(cè)試工藝step567Time（s)105030PH3(sccm)

2800

SiH4(sccm)20002000

H2(sccm)89006100

Press(Torr)0.60.6

GAP(mm)4545

RF(W)

4000

關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)控：I單位膜測(cè)試優(yōu)點(diǎn)：利用單位膜工藝分別測(cè)試I和N非晶硅層，很好的克服了I和N在一起無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題由于正常工藝鍍的膜厚度較小〔I：6nm,N:17nm),測(cè)量?jī)x器測(cè)試較小量總是會(huì)形成較大的測(cè)試誤差〔或要求更高的精度〕，而調(diào)整單位膜的時(shí)間，可以放大單位膜的厚度，從而減小測(cè)試的誤差〔或降低對(duì)測(cè)試設(shè)備的精度要求〕缺點(diǎn)：由于測(cè)試工藝與正常工藝的別離，正常生產(chǎn)時(shí)只能間歇的測(cè)試〔測(cè)試次數(shù)受限〕，這樣就無(wú)法監(jiān)控每一批硅片的鍍膜正常工藝中I和N的厚度都比較小〔I只有6nm),對(duì)工藝環(huán)境的變化相對(duì)較敏感，而單位膜測(cè)試工藝的膜厚較厚，對(duì)工藝環(huán)境的變化較遲鈍，這就導(dǎo)致對(duì)相同的工藝環(huán)境變化量對(duì)正常工藝影響更大，單位膜測(cè)試工藝的監(jiān)控就存在偏差I(lǐng)電導(dǎo)率測(cè)試關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)控：由于在太陽(yáng)能電池正常工作時(shí)，I和N層非晶硅也參與電流的傳導(dǎo)，所以非晶硅層的電阻也會(huì)包含到電池片的內(nèi)阻上，很好的控制非晶硅層的電阻率，對(duì)減小電池片的內(nèi)阻有重要的意義。實(shí)際測(cè)試中是通過(guò)測(cè)試電導(dǎo)率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即在特定的玻璃上分別鍍100nm左右的I和N層非晶硅，然后分別測(cè)試I和N層非晶硅的電導(dǎo)率電導(dǎo)率的變化與工藝中摻雜濃度存在很大的關(guān)系，左圖顯示了摻PH3的濃度越大，電導(dǎo)率越大特氣性質(zhì)和平安BACKPECVD使用的氣體有N2，H2，SiH4,PH3,NF3,其中H2,PH3和SiH4是反響氣體,NF3是清洗氣體，N2作為飽和腔體壓力的氣體。氮?dú)猓撼r下是一種無(wú)色無(wú)味無(wú)嗅的氣體，且通常無(wú)毒。氮?dú)庹即髿饪偭康?8.12%〔體積分?jǐn)?shù)〕，是空氣的主要成份。常溫下為氣體，但在密閉空間，過(guò)多的氮?dú)鈺?huì)導(dǎo)致窒息。氫氣：常況下是無(wú)色無(wú)味難溶于水的氣體，在空