专利名称：用等离子激发形成氮化硅膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种用等离子激发形成氮化硅膜的方法，主要用于晶硅太阳能生产中氮化硅钝化膜的生产使用。
背景技术：
目前，氮化硅膜广泛应用在晶硅太阳能的生产，它沉积在太阳光入射一面能够大大减少光在表面发射，同时它又能钝化硅电子结构，使光生电子寿命更长。两种效果都使电池片光电转换效率大大提升。随着太阳能发电的成熟，电池片制造成本需要越来越低，使发电成本降低，使用更加普及。降低每一步制造的成本包括沉积氮化硅的成本，是业界追求目标。氮化硅膜的形成可用等离子加强的气相沉积法(以下简称PECVD)和物理溅射沉积法。其中PECVD法由于其钝化效果好，受到了广泛运用。PECVD的反应方程式如下
等离子
SiH4+N2+NH3-----------aSiNxHy
其中硅烷(SiH4),氮气(N2)，氨气(NH3)都是气体，含氢氮化硅(SiNxHy)是固体。反应在真空中进行，通过不断通入气体，余气不断抽走，氮化硅薄膜沉积就不断长厚，直到满足电池片厚度要求。等离子体的形成是通过射频(Radiao Frequency, RF)或微波源(Microwave, MW) 等能量输入气体中，激发产生等离子体，它的功能是用电能去激发化学反应，使本来不易发生的化学反应得以快速进行，就如这里的氮化硅成膜反应。利用PECVD技术沉积氮化硅，在晶硅太阳能工业上有两种设备理念，管式结构和链式结构。在管式结构里，形成等离子是用电容耦合平行板式电极，预先混合的气体通入电极之间，当受到射频电场的激发时，形成氮化硅薄膜。具体应用又有两种情形，一种情形是电极板很大，用载板放在电极上，一块载板可以放很多硅片，以此来增加产出；另一种情形是硅片直接放在电极一面或上下两面，很多电极可以平行放置，他们同时产生等离子体成膜。在第一种情形里，由于电极很大，气体必须从第二个电极通下来，才能达到均匀分布。在沉积一段时间后，通气体的电极上会沉积很多氮化硅，影响电极性能，为了保证镀膜的稳定性，电极必须清理，往往清理的方法有停机或开腔清理或干法自动清理。干法清洗是利用氟气或其自由基可以跟SiN反应，形成气相的SiF4,让真空抽走。氟气可以通过其化合物(NF3, C2F6, SF6, F2等)在等离子体里面产生，同时可以加入一定比例的氧气或N2O来辅助反应。利用电容耦合平行板式电极PECVD技术，目前成膜都是在静态下完成的，也就是说，基板位于电极中不动，直到成膜完成后再取出来。在链式结构里，成膜是在动态完成的，也就是说基板是在离子源下走动，当它走过离子源区时，成膜厚度就满足了要求。所以，链式结构需要一个线性离子源，放置于基板走动方向，而且离子源的长度必须足够覆盖基本镀膜宽度。目前市场上用的通常线性离子源是由微波激发产生的。在经过一段时间成膜后，在线性离子源上会积累很多成膜，也需要停机清洗腔体。链式结构的优点是它的产能容易增加，硅片放置在载板上，比较稳定，不易破片，它的缺点是氮化硅质量不好，以至于电池片效率比平行板电极差，这与等离子的性质有关。这两种方法通常氨气的利用率都很小，只有5-10%，大量氨气会被释放到环境里，形成环境污染，即使用尾气处理，也需要花费很大成本，而且不能有效处理氨气。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种不需要使用氨气，能够减少环境污染和增加生产时间的用等离子激发形成氮化硅膜的方法。为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 这种用等离子激发形成氮化硅膜的方法，该方法由一个自动传送装置实现，具体包括硅片载板、硅片上料、抽真空腔、恒温腔、工艺沉积腔、冷却腔、放气腔和硅片下料，具体的工艺步骤如下
一、自动传送装置带动硅片载板，通过硅片上料将需镀氮化硅膜的硅片置于硅片载板
上；
二、载有硅片的硅片载板在自动传输装置的带动下进入抽真空腔进行抽真空，并在真空腔中进行预热；
三、达到设定真空后，经过抽真空后的载板在自动传输装置的带动下进入恒温腔进行恒温处理；
四、经过恒温后的载板进入工艺沉积腔，工艺沉积腔内设置有平行放置的等离子源、工艺气体、腔体清洁系统和抽真空，形成氮化硅膜覆在硅片上；
五、由工艺沉积腔出来的硅片载板进入冷却腔冷却；
六、冷却后的硅片载板进入放气腔，并对放气腔中充入大气，直至产生大气压；
七、从放气腔出来的硅片载板经过硅片下料装置使硅片下料，得成品氮化硅膜，载板回到上料处原点，循环使用。根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述工艺沉积腔上还设置有等离子源射频电源，射频电源连接匹配器，连接电极，等离子源射频电源加磁场强化使它形成高密度的等离子体。根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述等离子源至少为一个。根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述工艺沉积腔上还设置有工艺气体通入，所述的工艺气体为娃烧以及由氮气和氢气组成的混合气体，娃烧以及由氮气和氢气组成的混合气体分别进入工艺沉积腔，通入的气体在等离子体的激发下反应形成氮化硅膜覆在硅片上，在连续经过等离子源后，硅片上氮化硅膜的厚度达到工艺要求的厚度。根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的工艺沉积腔中还设置有在线腔体清洁系统，当所述的载板和工艺沉积腔中沉积氮化硅膜达到一定厚度后，利用氟化合物通入氧气或一氧化二氮在等离子体的激发下产生氟气，利用氟气去除载板和工艺沉积腔上沉积的氮化硅膜，完成在线腔体清洁。本发明的有益效果是这种用等离子激发形成氮化硅膜的方法采用了上述技术方案后，本发明能够不用氨气，使环境污染减少，同时在工艺沉积腔内氮化硅膜沉积较少，使它能连续生产，连续生产时间更长；本发明是用一种链式成膜法，它用一种新型线性等离子源体系，这种等离子源用射频激发和磁场强化，它能生成高密度的等离子体，它不需要氨气；同时离子源能够把硅烷以及氮气和氢气的混合气体通过不同管道输入，使它们在工艺沉积腔内的电极上沉积也很少；本方法的工艺沉积腔中还设置有在线腔体清洁系统，避免了下线清洁腔体，进一步增加了设备的连续生产时间，本发明具有以下优点
1、本发明是一种连续沉积法，硅片可以平躺在载板上，这样硅片就不易破碎。2、成膜面积可以加大，使载板上可以放更多硅片，从而在不增加成本的前提下增加产能。3、成膜过程中不需要用氨气。4、分离式气体输入，使工艺沉积腔内的电极沉积很小，减小清洁需求。5、本发明能够在线时自动清洁载板和工艺沉积腔，增加了设备的连续生产时间。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1为本发明的氮化硅成膜载板流程图2为本发明的工艺沉积腔成膜示意图3为本发明的工艺沉积腔自动清洗示意图。
具体实施例方式为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据附图和具体实施例，对本发明作进一步详细的说明，
如图1、2所示，一种用等离子激发形成氮化硅膜的方法，该方法由一个自动传送装置实现，包括硅片载板、硅片上料、抽真空腔、恒温腔、工艺沉积腔、冷却腔、放气腔和硅片下料，具体的工艺步骤如下
一、自动传送装置带动硅片载板，通过硅片上料将需镀氮化硅膜的硅片置于硅片载板上，由自动传送装置带动的1*1平方米的载板，载板走动速度I米/分钟，通过上料装置将需镀氮化娃膜的娃片上到载板上，一块娃体载板放置36块156*156平方毫米的娃片。二、载有硅片的硅片载板在自动传输装置的带动下进入抽真空腔进行抽真空，并在真空腔中进行预热。三、达到设定真空后，经过抽真空后的硅片载板在自动传输装置的带动下进入恒温腔进行恒温处理，恒温腔内温度保持350°C。四、经过恒温后的硅片载板进入工艺沉积腔，工艺沉积腔内设置有平行放置的等离子源、工艺气体、腔体清洁系统和抽真空，形成氮化硅膜覆在硅片上，工艺沉积腔内设置有8个平行放置的等离子源，每个等离子源的功率为500W，工艺沉积腔上还设置有使等离子源形成高密度等离子体的射频能源输入系统，射频源的频率为13. 5Mhz，工艺沉积腔上还设置有工艺气体通入和分布系统，工艺气体为娃烧以及由氮气和氢气组成的混合气体，娃烷流量2升/分钟，氮气流量5标准升/分钟，氢气流量5标准升/分钟，硅烷以及由氮气和氢气组成的混合气体分别进入工艺沉积腔，通入的气体在等离子体的激发下反应形成氮化硅膜覆在硅片上，在连续经过8个等离子源后，硅片上氮化硅膜的厚度达到工艺要求的厚度，载板可以朝上，硅片位于载板上方，离子源位于硅片上方，成膜从上到下；或者载板可以朝下，硅片位于载板下方，离子源位于硅片下方，成膜从下到上。在电极板下同时加有一个磁场，磁力线的方向要宽度的方向、平行于电极板表面。 磁场可以通过放置具有永久磁性的材料实现。五、由工艺沉积腔出来的硅片载板进入冷却腔冷却，由工艺沉积腔出来的覆有氮化娃膜的载板进入冷却腔冷却，米用冷却水对载板进行冷却处理。六、冷却后的硅片载板进入放气腔，并对放气腔中充入大气，直至产生大气压。七、从放气腔出来的硅片载板经过硅片下料装置使硅片下料，得成品氮化硅膜，载板回到上料处原点，循环使用。氮化硅膜的厚度为83纳米。上述参数可以根据需要进行修改。所制成氮化硅太阳能多晶硅片可以达到转换效率17. 6%，和其他方法相比，转换效率提升O. 1%。工艺沉积腔中还设置有在线腔体清洁系统，当所述的载板和工艺沉积腔中沉积氮化硅膜达到一定厚度后，利用氟化合物和通入氧气或一氧化二氮的混合物在等离子体的激发下产生氟气，利用氟气去除载板和工艺沉积腔上沉积的氮化硅膜，完成在线腔体清洁。如图3所示，工艺沉积腔中设置有在线腔体清洁系统，当所述的载板和工艺沉积腔中沉积氮化硅膜达到IOOum后，利用SF6和氧气在等离子体的激发下去除工艺沉积腔上沉积的氮化硅膜，完成在线腔体清洁。在自清洁过程中，载板还可同样传输，但不放硅片，使载板也得到清洁，自清洁在正常成膜运营后每12个小时举行一次，自清洁时间是I小时。在自清洁过程中，六氟化硫的流量2标准升/分钟，氧气流量O. 5标准升/分钟， 每个离子源用1000W的功率，射频源用13. 5Mhz的频率。上述参数可以根据需要进行修改。工艺沉积腔与抽真空系统连接在一起。本发明是用一种链式成膜法，它用一种新型线性等离子源体系，这种等离子源用射频激发，并且用磁场加强，使它能生成高密度的等离子体，这种高密度等离子体能够有效地分解N2气和H2，使它生产NH自由基，并和硅反应生产氮化硅，它不需要氨气；同时离子源能够把硅烷以及氮气和氢气的混合气体通过不同管道输入，使它们在工艺沉积腔内沉积也很少；本方法的工艺沉积腔中还设置有在线腔体清洁系统，避免了下线清洁腔体，进一步增加了设备的生产时间。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用等离子激发形成氮化硅膜的方法，其特征在于该方法由一个自动传送装置实现，包括硅片载板、硅片上料、抽真空腔、恒温腔、工艺沉积腔、冷却腔、放气腔和硅片下料，具体的工艺步骤如下一、自动传送装置带动硅片载板，通过硅片上料将需镀氮化硅膜的硅片置于硅片载板上；二、载有硅片的硅片载板在自动传输装置的带动下进入抽真空腔进行抽真空，并在真空腔中进行预热；三、达到设定真空后，经过抽真空后的硅片载板在自动传输装置的带动下进入恒温腔进行恒温处理；四、经过恒温后的硅片载板进入工艺沉积腔，工艺沉积腔内设置有平行放置的等离子源、工艺气体、腔体清洁系统和抽真空，形成氮化硅膜覆在硅片上；五、由工艺沉积腔出来的硅片载板进入冷却腔冷却；六、冷却后的硅片载板进入放气腔，并对放气腔中充入大气，直至产生大气压；七、从放气腔出来的硅片载板经过硅片下料装置使硅片下料，得成品氮化硅膜，载板回到上料处原点，循环使用。
2.如权利要求I所述的用等离子激发形成氮化硅膜的方法，其特征在于所述工艺沉积腔上还设置有等离子源射频电源，射频电源连接匹配器，匹配器连接电极，等离子源连接射频电源的电极加磁场使它形成高密度的等离子体。
3.如权利要求I所述的用等离子激发形成氮化硅膜的方法，其特征在于所述等离子源至少为一个。
4.如权利要求I所述的用等离子激发形成氮化硅膜的方法，其特征在于所述工艺沉积腔上设置有工艺气体通入和分布系统，所述的工艺气体为硅烷以及由氮气和氢气组成的混合气体，硅烷以及由氮气和氢气组成的混合气体通过两种管道分别进入工艺沉积腔，通入的气体在等离子体的激发下反应形成氮化硅膜覆在硅片上，在连续经过等离子源后，硅片上氮化硅膜的厚度达到工艺要求的厚度。
5.如权利要求I所述的用等离子激发形成氮化硅膜的方法，其特征在于所述的工艺沉积腔中还设置有在线腔体清洁系统，当所述的载板和工艺沉积腔中沉积氮化硅膜积累到 I IOOOum后，利用氟化合物和/或其氧气或一氧化二氮的混合物，在等离子体的激发下产生氟气，利用氟气去除载板和工艺沉积腔上沉积的氮化硅膜，完成在线腔体清洁。
全文摘要
本发明涉及一种氮化硅膜的方法，尤其涉及一种用等离子激发形成氮化硅膜的方法。该方法的核心是工艺沉积腔，工艺沉积腔内设置有一个或多个平行放置的等离子源，工艺沉积腔上还设置有使等离子源形成高密度等离子体的射频能源输入系统，工艺沉积腔上还设置有气体通入和分布系统，所述的气体为硅烷以及由氮气和氢气组成的混合气体，硅烷以及由氮气和氢气组成的混合气体分别进入工艺沉积腔，通入的气体在等离子体的激发下反应形成氮化硅膜覆在硅片上，在连续经过一个或多个平行的等离子源后，硅片上氮化硅膜的厚度达到工艺要求的厚度。本发明成膜不需要使用氨气，能够减少环境污染，同时本发明的设备不需要下线清洗腔体，增加了设备的生产时间。
文档编号C23C16/505GK102593260SQ201210064258
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月13日 优先权日2012年3月13日
发明者上官泉元 申请人:常州比太科技有限公司