[发明专利]一种PECVD低温镀膜工艺研究

说明书

技术领域

本研究公开了一种中国电子科技集团第四十八研究所PECVD一种低温氮化硅薄膜的工艺，属于半导体制造领域。

背景技术

能源已经成为影响人们日常生活的主要因素，由于矿石能源的日渐枯竭，可再生能源与绿色能源逐渐成为引领世界能源潮流的主导力量。其中太阳能光伏技术和生产成为国内外高度重视的研究方向。太阳电池工艺中重要设备之一的PECVD设备，通过其沉积氮化硅薄膜提高太阳电池的使用效率，PECVD法氮化硅薄膜生长的工艺研究具有极其重要意义。

氮化硅薄膜具有高介电常数、高绝缘强度、漏电低、抗氧化等优良的物理性能。作为钝化、隔离、电容介质等，广泛应用于微电子工艺中，MOSFET，HEMT等。另外氮化硅薄膜还具有优良的机械性能和良好的稳定性，在新兴的微机械加工工艺中的应用也越来越广泛。目前的氮化硅薄膜沉积方式有反应溅射法、热化学CVD法、等离子CVD法以及PECVD法等。用PECVD技术制备的氮化硅薄膜，具有沉积温度低、均匀性好、台阶覆盖性强的优点。

本文研究了PECVD法生长氮化硅薄膜低温工艺参数对薄膜的生长速率、折射率、少子寿命等性能的影响，并分析了工艺条件与生长速率、薄膜性关系。

发明内容

太阳电池减反射钝化技术在太阳电池的发展中起着相当重要的作用。低温等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)制备的氮化硅薄膜已在硅基太阳电池中广泛应用。氮化硅之所以被广泛应用是因为它有独特的无可比拟的优点：

(1)介电常数高，其值为8F.m-1，而二氧化硅或二氧化钛的均为3.9F；

(2)碱离子(如Na+)的阻挡能力强，并具有捕获Na+的作用；

(3)氮化硅质硬耐磨，疏水性好，针孔密度低，气体和水汽极难穿透；

(4)减反射效果好，氮化硅薄膜的折射率接近2.0，比二氧化硅(n＝1.46)更接近太阳电池所需的最佳折射率2.35，是所有己应用的介质膜中最符合太阳电池减反射层要求的材料；

(5)等离子体增强化学气相沉积法制备的薄膜同时为太阳电池提供较为理想的表面钝化和体钝化。二氧化硅只有表面钝化作用，而氮化硅薄膜有相当好的表面和体钝化作用，可使硅表面复合速度降至0cm.s-1，改善电池性能，可有效地提高电池效率。在PECVD工艺中，反应动力来自被高频电场加速的电子和离子，它们与反应气体分子碰撞，电离或激活成活性基团，因而可以在远低于热反应的温度下沉积薄膜。在PECVD工艺中，沉积参数会影响薄膜的表面形貌和减反射性能。本文通过PECVD方法在化学蚀刻后的多晶硅片上采用不同的沉积参数制备了氮化硅薄膜，对氮化硅的表面形貌和减反射性能进行分析研究，以得到减反射性能优良的氮化硅薄膜。

PECVD法制备氮化硅薄膜的原理：PECVD法制备氮化硅薄膜是利用非平衡等离子体的一个重要特性，即等离子体中的分子、原子、离子或激活基团与周围环境相同，而其非平衡电子则由于电子质量很小，其平均温度可以比其他粒子高1～2个数量级，因此在通常条件下，引入的等离子体使得沉积反应腔体中的反应气体被活化，并吸附在表面进行化学反应，从而能在低温下制备出新的介质薄膜。如通常需要800℃以上才能制备的氮化硅薄膜，用PECVD法只需380～450℃就能制备，而沉积反应中的副产物则被解吸出来并随主气流由真空泵抽出反应腔体。这是目前唯一能在低温条件下制备氮化硅的PECVD工艺。由以下3种反应能制备出氮化硅薄膜：

3SiH₄+4NH₃→Si₃N₄+12H₂  (1)

3SiHCl₄+4NH₃→Si₃N₄+12HCl  (2)

3SiH₂Cl₂+4NH₃→Si₃N₄+6HCl+6H₂  (3)

在硅片表面沉积一层深蓝色的SiNx膜，这层SiNx膜的作用是：

1)减少电池表面光的反射；

2)进行表明及体的钝化，减少电池的反向漏电流；

3)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，阻挡金属和水蒸气扩散的能力。