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1、PECVD工艺原理及操作,毛振乐2010.3.20,2,目录,基本原理工艺流程设备结构基本操作异常处理,3,基本原理,PECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition 等离子 增强 化学 气相 沉积等离子体：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物组成的一种形态，这种形态就称为等离子态即第四态。,基本原理,5,工作原理 3SiH4+4NH3 Si3N4+12H2 利用低温等离子体作能量源，利用一定方式使硅片升温到预定的温度，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，在硅片表
2、面形成固态薄膜。PECVD方法区别于其它CVD方法的特点在于等离子体中含有大量高能量的电子，它们可以提供化学气相沉积过程所需的激活能。电子与气相分子的碰撞可以促进气体分子的分解、化合、激发和电离过程，生成活性很高的各种化学基团，因而显著降低CVD薄膜沉积的温度范围，使得原来需要在高温下才能进行的CVD过程得以在低温下实现。,基本原理,6,其它方法的沉积温度：APCVD 常压CVD，700-1000 LPCVD 低压CVD，750，0.1mbar PECVD 300-450，0.1mbarPECVD的一个基本特征是实现了薄膜沉积工艺的低温化（450）。因此带来的好处：节省能源，降低成本提高产能减
3、少了高温导致的硅片中少子寿命衰减其他优点：沉积速率快成膜质量好缺点：设备投资大、成本高，对气体的纯度要求高镀膜过程中产生的剧烈噪音、辐射、粉尘等对人体有害,基本原理,7,PECVD种类:,基本原理,间接式基片不接触激发电极（如2.45GHz微波激发等离子）,8,基本原理,PECVD种类:,直接式基片位于电极上，直接接触等离子体（低频放电10-500kHz或高频13.56MHz）,PECVD,直接法,间接法,管式PECVD系统,板式PECVD系统,微波法,直流法,Centrotherm、四十八所、七星华创,日本岛津,Roth&Rau,OTB,基本原理,10,PECVD 的作用在硅片表面沉积一层氮
4、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。,基本原理,王松,11,工作原理_板P SiNA 系统采用的是一种间接微波等离子体增强化学气相沉积的方法沉积硅太阳能电池的氮化硅（SiN）减反射膜。它具有非常好的薄膜均匀性，而且具有大规模生产的能力。在PECVD工序中，等离子体中的H（氢）对硅表面的钝化和在烧结工序中SiN中的氢原子向硅内扩散，使H（氢）钝化了硅表面和体内的晶界，悬挂键等缺陷，使它们不再起复合中心的作用，减少了少数载流子的复合，提高了少数载流子的寿命，从而改善了硅片质量，提高了太阳能电池的效率。,基本原理,12,工作原理_管P Cen
5、trotherm PECVD 系统是一组利用平行板镀膜舟和低频等离子激发器的系列发生器。在低压和升温的情况下，等离子发生器直接在装在镀膜板中间的介质中间发生反应。所用的活性气体为硅烷SiH4和氨气NH3。可以改变硅烷对氨的比率，来得到不同的折射率。在沉积工艺中，伴有大量的氢原子和氢离子的产生，使得硅片的氢钝化性十分良好。,基本原理,13,1.processing started 工艺开始2.fill tube with N2 充氮3.loading boat(paddle in upper position)进舟（桨在高位）4.paddle moves downwards 桨降至低位5.mov
6、e out(paddle in lower position)桨在低位移出管外,镀膜工艺流程,14,镀膜工艺流程,6.evacuate tube and pressure test 管内抽真空并作压力测试7.plasma preclean and check with NH3 通过高频电源用氨气预清理和检查8.purge cycle 1 清洗管路19.leak test 测漏10.wait until all zones are on min temperature 恒温,15,镀膜工艺流程,11.ammonia plasma preclean 通过高频电源用氨气清理12.deposition
7、 镀膜13.end of deposition 结束镀膜14.evacuate tube and pressure test 抽真空及测试压力15.purge cycle 1 清洗管路1,16,镀膜工艺流程,16.fill tube with N2 充氮17.move in paddle lower position 桨在低位进入管内18.SLS moving to upper position SLS移到高位19.unloading boat 退舟20.end of process 结束工艺,管式PECVD系统,板式PECVD系统,设备结构,王松,18,设备结构,设备结构_板P,王松,19,
8、设备结构,设备结构_板P,王松,20,设备结构,设备结构_板P,设备结构,设备结构_板P,22,设备结构,设备结构_板P,温度,压力,冷却水,工艺名称,运行状态,时间,日期,账号,23,设备结构_管P,设备结构,24,设备结构 装载区炉体特气柜真空系统控制系统,设备结构,25,设备结构：装载区：桨、LIFT、抽风系统、SLS系统。桨：由碳化硅材料制成，具有耐高温、防 变形等性能。作用是将石墨舟放入或 取出石英管。LIFT：机械臂系统，使舟在机械臂作用下在 小车、桨、储存区之间互相移动。抽风系统:位于晶片装载区上方，初步的冷却石 墨舟和一定程度的过滤残余气体 SLS系统：软着陆系统，控制桨的上下
9、，移动范 围在23厘米,设备结构,26,炉体：炉管、加热系统、冷却系统炉管：炉体内有四根炉管,由石英制作，是镀膜 的作业区域，耐高温、防反应。加热系统：位于石英管外，有五个温区。,设备结构,27,加热系统：,设备结构,CMS模块 3 电源连接外罩热电偶 4 温度测量模块,28,冷却系统：,设备结构,29,特气柜：MFC 气动阀 MFC：气体流量计（NH3、SiH4、O2、N2）气动阀：之所以不用电磁阀是因为电磁阀在工作时容易 1 产生火花，而气动阀可以最大程度的避免火花。,设备结构,30,真空系统 真空泵 蝶阀真空泵：每一根石英管配置一组泵，包 括主泵和辅助泵。蝶阀：可以根据要求控制阀门的开关
10、 的大小，来调节管内气压的 高低,设备结构,31,控制系统 CMI：是 Centrotherm 研发的一个控制系统，其中界面包括 Jobs、System、Datalog、Setup、Alarms、Help.Jobs:机器的工作状态。System:四根炉管的工作状态，舟的状态以及手动操 作机器臂的内容。Datalog:机器运行的每一步。,设备结构,32,Setup:舟的资料的更改，工艺内容的更改，使用权限的更 改，LIFT位置的更改，CMS安全系统（安装的感应器 将监控重要系统的运行情况，而一旦不受计算机 的控制，CMS将会发生作用，所有的错误信息也都会 在CMI上以简洁的文本方式显示出来）的更
11、改等。Alarms：警报内容 Help:简要的说明解除警报以及其他方面的方法 CESAR：控制电脑，每一个系统都安装了CESAR控制电脑及 CESAR 控制软件,设备结构,33,基本操作_板P,1、准备工作：双手配带,PVC手套，佩戴活性炭口罩。2、领片:从烘干机中小心取一组硅片，将硅片篮倾斜45度，仔细检查硅片是否有损坏现象，是否仍有有水珠存在。将检查好的硅片整齐的放于小推车上，并核查流程单记录篮号是否与实际相符，将核查好的流程单放于小车旁边的工具盒里面。注意事项：从烘干机领片时，确保硅片表面没有水珠后，再进行装片。带实验单的流程单一定要看清楚实验要求。,34,基本操作_板P,3、装片：查看
12、吸笔（吸球）是否完好，吸头是否干净，吸笔气的大小是否适中,能否正常使用,卸片处要将印刷上载篮放于卸片台上.篮向正面倾斜（有篮号一侧）。右手(或左手)拿起吸笔使吸头轻放于硅片表面，用吸笔自然吸住硅片表面中间的边缘部分，平行从篮中取出，对准石墨框平行下移硅片，直到将硅片放到低于石墨框下沿时中指按下吸笔按钮将硅片平行放在石墨框钩子上，重复进行上述操作直至装满,两组片间要有交接片。注意事项：要保持放片时的声音最小，减小对硅片的碰撞而产生的损伤。,35,基本操作_板P,4、检查：装满一框后左手轻轻拍打石墨框（以检查石墨框内硅片是否装好），观察框内硅片是否自由活动。确认后按下装载按钮，轻推石墨框进入设备。
13、5、卸片:左手拿吸笔轻放于硅片上，把硅片竖立从石墨框中吸出，转动吸笔使硅片正面向内接近石墨框并与之成45度角。同时吸盘接近吸住吸笔放开，吸盘与硅片上边成45度，抬起吸盘，让硅片两边对准黑篮两边齿缝平行装入其中，注意一定要装到底，才能松开吸盘。注意事项：一定要时刻关注镀膜片的颜色是否正常，如有异常，及时反馈给工艺；卸片过程中切忌用手触摸镀膜面。,36,基本操作_板P,6、测量：选取每组随机一个石墨框的第三列，按顺序送至质检处测量反射率、最低波长以及膜厚、折射率；7、送片：装满一组后，在流程单上记清篮号，测反射率，填写汇总表后，双手提篮，送至印刷车间。,注意事项：1、操作过程中，严禁用手接触硅片；
14、2、一定要时刻关注镀膜面的颜色是否正常，如有异常，及时反馈给工艺；3、严禁用手直接接触石墨框。,37,基本操作_管P,1、准备、领片：严格佩戴劳保用品，戴好活性炭口罩和PVC手套；检查真空吸盘是否完好，能否正常使用；检查每个石墨舟是否有损坏，能否正常使用；把装有清洗干净硅片的硅片篮放在指定的载物桌上2、装片：把经检查后可以正常使用的石墨舟放在小推车上，然后用力压小推车上的机械臂，使石墨舟与水平面成45角。右手拿真空吸盘（反之亦可），将硅片从硅片篮中取出，按顺序将硅片装于石墨舟中，将石墨舟的一面全部装好之后，将小推车的载物平台旋转180，然后重复上述取片装片操作，将石墨舟的另一面装好硅片；待石墨
15、舟装完硅片后，将石墨舟放平，仔细检查是否有遗漏，在检查无漏装、重片之后，装片完毕。注意事项：严禁用手直接接触石墨舟。,38,基本操作_管P,3、装片：右手拿真空吸盘（反之亦可），将硅片从硅片篮中取出，按顺序将硅片装于石墨舟中，将石墨舟的一面全部装好之后，将小推车的载物平台旋转180，然后重复上述取片装片操作，将石墨舟的另一面装好硅片；待石墨舟装完硅片后，将石墨舟放平，仔细检查是否有遗漏，在检查无漏装、重片之后，装片完毕。注意事项：装片时硅片要靠紧三个钩点；装片完毕后，要仔细检查石墨舟每一边的硅片倾斜度是否一致，以防掉片造成镀膜失败片。,39,基本操作_管P,4、进舟：检查石墨舟在小推车上放置的
16、方向和小推车载舟平台的方向，正确放置方法为石墨舟有两小孔的一端在小推车的左端，小推车载舟平台上有黑色或红色标记的一端朝向显示器所在方向，。检查完毕，将小推车推入管式PECVD设备中，当听到有“噗”的声响后，表示小推车已经进入设备，此时设备显示屏上会出现的界面。5、运行工艺：在输入界面中，在”lot 1”中输入操作员的名字，”lot 2”忽略不填写，在”Boat”栏中输入石墨舟的编号，在”Recipe”栏中选择当前运行的工艺，”Tube”栏中选择石墨舟所要进入的炉管，上述操作均点击回车键进入下步操作，填写完毕后，点击”OK”，最后点击”Run”，设备即可在自动模式下运行。注意事项：认真检查电极口的方向，以免进错舟；,40,基本操作_管P,6、退舟：待镀好膜的石墨舟出来后，在自动运行模式下，当听见有连续的提示声音响起的时候，且”Unlock Trolly”按钮变亮时，用力按住此按钮，待小推车退出后松开手即可。7、卸舟：用真空吸盘把镀好膜的硅片从石墨舟中取出，放在铺有纤维纸的托盘上；正确填写流程单，将镀好氮化硅膜的硅片送往印刷，库存硅片放入N2柜放好。,注意事项：1、操作过程中，严禁用手接触硅片；2、一定要时刻关注镀膜面的颜色是否正常，如有异常，及时反馈给工艺；3、严禁用手直接接触石墨舟。,白圈,小白点,色差,失败片,镀膜异常片,镀膜异常片,43,Thank you!,
