CN107275190B - 一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法 - Google Patents
一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法,包括以下步骤:(1)准备材料:准备干净的半导体衬底;(2)制备底层薄膜:将所述的半导体衬底放入沉积设备中,在沉积腔中通入反应气体SiH4和NH3并通过设置第一沉积条件,在所述半导体衬底上沉积底层氮化硅薄膜;(3)制备外层薄膜:设置第二沉积条件控制SiH4反应气体的流量逐渐减小、NH3反应气体的流量均匀变化,在所述底层氮化硅薄膜的外表面形成外层氮化硅薄膜,最终形成双层氮化硅薄膜结构。本发明的一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法消除了传统双层氮化硅薄膜生产工艺中底层和外层薄膜间的界面差异,提高了光的吸收,提升了钝化和减反射效果,提高太阳电池的效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域,具体涉及一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法。
背景技术
随着光伏技术不断的发展,作为将太阳能转化为电能的半导体器件的太阳能电池产品得到了快速的开发。PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)工艺是硅晶太阳能电池制备过程中的重要环节,主要具有以下优点:减反射作用;钝化硅片表面从而降低表面复合速率;薄膜中丰富的氢可以起到钝化效果。但是单层氮化硅薄膜减反射和钝化效果较差,而现有技术中的双层氮化硅薄膜因为两层膜间的NH3/SiH4比例相差较大,导致了底层薄膜和顶层薄膜间的界面差异大,提高了返工片的比例,降低了产出。
发明内容
有鉴于此,为了克服现有技术的缺陷,本发明的目的是提供一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法,该制备方法消除了传统双层氮化硅薄膜生产工艺中底层和外层薄膜间的界面差异,并且提升了光吸收和钝化的效果。
为了达到上述目的,本发明采用以下的技术方案:
一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)准备材料:准备半导体衬底;
(2)制备底层薄膜:将所述的半导体衬底放入沉积设备中,在所述沉积设备的沉积腔中通入反应气体SiH4和NH3并通过设置第一沉积条件,在所述半导体衬底上沉积底层氮化硅薄膜;
(3)制备外层薄膜:在步骤(2)结束后继续在所述沉积腔中通入反应气体SiH4和NH3,设置第二沉积条件控制反应气体SiH4和NH3的流量呈线性变化,在所述底层氮化硅薄膜的外表面形成外层氮化硅薄膜,最终形成双层氮化硅薄膜结构。
优选地,步骤(2)中所述第一沉积条件为:沉积功率为6000-8000W,压强为1500-2000mTorr,时间为100-200s,NH3的流量为4-8slm,SiH4的流量为800-1800sccm。控制NH3和SiH4流量固定并淀积一定厚度的底层薄膜,保证底层薄膜的钝化效果。mTorr为压强单位,为微米汞柱的压强,即毫米汞柱压强的千分之一,1mTorr等于0.133Pa。slm和sccm都是气体质量流量单位, sccm(standard cubic centimeter per minute)是标准状态下(也就是1个大气压,25℃下)每分钟1立方厘米(1ml/min)的流量,slm(standard litre per minute)是标准状态下1L/min的流量。
更加优选地,步骤(2)中所述第一沉积条件为:沉积功率为6000W,压强为1500mTorr,时间为200s,NH3的流量为4 slm,SiH4的流量为1000sccm。
更加优选地,步骤(2)中所述第一沉积条件为:沉积功率为8000W,压强为2000mTorr,时间为100s,NH3的流量为8 slm,SiH4的流量为1800sccm。
更加优选地,步骤(2)中所述第一沉积条件为:沉积功率为7000W,压强为1700mTorr,时间为100s,NH3的流量为5 slm,SiH4的流量为1000sccm。
优选地,步骤(3)中所述第二沉积条件为:沉积功率为6000-8000W,压强为1500-2000mTorr,时间为450-550s,在沉积的过程中,NH3的流量呈线性变化,SiH4的流量线性减小,直到NH3流量为4-6slm,SiH4流量为450-1000sccm且达到沉积时间时沉积结束。
更加优选地,所述第二沉积条件中NH3的流量保持不变、线性增大或线性减小,SiH4的流量以0.01-3sccm/s的梯度均匀减小。控制NH3和SiH4流量以固定的梯度均匀变化,沉积外层薄膜,消除了底层和外层薄膜间的界面差异,形成的薄膜缺陷更少,内应力更小,并且增加了光子在薄膜中传播路程,进一步提高了光的吸收,从而提升了钝化和减反射效果。
进一步优选地,步骤(3)中所述第二沉积条件为:沉积功率为6000W,压强为1500mTorr,时间为550s。在外层薄膜沉积的过程中,NH3的流量保持4slm不变,SiH4流量从1000sccm以1sccm/s的梯度均匀减小至450sccm,直到沉积结束。
进一步优选地,步骤(3)中所述第二沉积条件为:沉积功率为8000W,压强为2000mTorr,时间为450s。在外层薄膜沉积的过程中,NH3的流量从8slm以0.005slm/s的梯度均匀减小至5.8slm,SiH4流量从1800sccm以3sccm/s的梯度均匀减小至450sccm,直到沉积结束。
进一步优选地,步骤(3)中所述第二沉积条件为:沉积功率为7000W,压强为1700mTorr,时间为500s。在外层薄膜沉积的过程中,NH3的流量从5slm以0.002slm/s的梯度均匀增加至6slm,SiH4流量从1000sccm以1sccm/s的梯度均匀减小至500sccm,直到沉积结束。
与现有技术相比,本发明的一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法,先控制反应气体NH3和SiH4流量固定并淀积一定厚度的底层薄膜,保证底层薄膜的钝化效果,再控制NH3和SiH4流量以固定的梯度均匀变化,沉积外层薄膜,得到双层氮化硅薄膜,该制备方法消除了传统双层氮化硅薄膜生产工艺中底层和外层薄膜间的界面差异,形成的薄膜缺陷更少,内应力更小,并且增加了光子在薄膜中传播路程,进一步提高了光的吸收,从而提升了钝化和减反射效果。本发明的一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法有利于改善电池片的外观,同时提升双层膜的的钝化和减反射效果,提高太阳电池的效率。
附图说明
图1为本发明实施例的双层氮化硅薄膜的制备步骤流程框图;
图2为实施例一中反应气体NH3和SiH4流量的变化图;
图3为实施例二中反应气体NH3和SiH4流量的变化图;
图4为实施例三中反应气体NH3和SiH4流量的变化图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。
以下实施例中,所采用的半导体衬底为硅片,为普通市售硅片,购自协鑫新能源控股有限公司;所采用的沉积设备型号为E2000HT 410-4,购自Centrotherm;检测光吸收效果的仪器为反射率测试仪,可在300-1100nm波段内对硅片的反射率进行测试(反射率低,说明减反射效果好)。
实施例一
参照图1至2,本实施例的一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法,包括以下步骤:
步骤S1:准备材料
准备干净的硅片。
步骤S2:制备底层薄膜
将硅片放入沉积设备中,在沉积腔中通入反应气体SiH4和NH3并通过设置第一沉积条件,在硅片上沉积底层氮化硅薄膜。
第一沉积条件为:沉积功率为6000W,压强为1500mTorr,时间为200s,NH3的流量为4 slm,SiH4的流量为1000sccm。控制NH3和SiH4流量固定并淀积一定厚度的底层薄膜,保证底层薄膜的钝化效果。
步骤S3:制备外层薄膜
在步骤S2结束后继续在沉积腔中通入反应气体SiH4和NH3,设置第二沉积条件控制反应气体SiH4和NH3的流量呈线性变化,在底层氮化硅薄膜的外表面形成外层氮化硅薄膜,最终形成双层氮化硅薄膜结构。
第二沉积条件为:沉积功率为6000W,压强为1500mTorr,时间为550s。在外层薄膜沉积的过程中,NH3的流量保持4slm不变,SiH4流量从1000sccm以1sccm/s的梯度均匀减小至450sccm,直到沉积结束。控制反应气体NH3和SiH4流量以固定的梯度均匀变化,沉积外层薄膜,消除了底层和外层薄膜间的界面差异,并且提升了光吸收和钝化的效果。
实施例二
参照图1和图3,本实施例的一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法,包括以下步骤:
步骤S1:准备材料
准备干净的硅片。
步骤S2:制备底层薄膜
将硅片放入沉积设备中,在沉积腔中通入反应气体SiH4和NH3并通过设置第一沉积条件,在硅片上沉积底层氮化硅薄膜。
第一沉积条件为:沉积功率为8000W,压强为2000mTorr,时间为100s,NH3的流量为8 slm,SiH4的流量为1800sccm。控制反应气体NH3和SiH4流量固定并淀积一定厚度的底层薄膜,保证底层薄膜的钝化效果。
步骤S3:制备外层薄膜
在步骤S2结束后继续在沉积腔中通入反应气体SiH4和NH3,设置第二沉积条件控制反应气体SiH4和NH3的流量都线性减小,在底层氮化硅薄膜的外表面形成外层氮化硅薄膜,最终形成双层氮化硅薄膜结构。
第二沉积条件为:沉积功率为8000W,压强为2000mTorr,时间为450s。在外层薄膜沉积的过程中,NH3的流量从8slm以0.005slm/s的梯度均匀减小至5.8slm,SiH4流量从1800sccm以3sccm/s的梯度均匀减小至450sccm,直到沉积结束。控制反应气体NH3和SiH4流量以固定的梯度均匀变化,沉积外层薄膜,消除了底层和外层薄膜间的界面差异,并且提升了光吸收和钝化的效果。
实施例三
参照图1和图4,本实施例的一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法,包括以下步骤:
步骤S1:准备材料
准备干净的硅片。
步骤S2:制备底层薄膜
将硅片放入沉积设备中,在沉积腔中通入反应气体SiH4和NH3并通过设置第一沉积条件,在硅片上沉积底层氮化硅薄膜。
第一沉积条件为:沉积功率为7000W,压强为1700mTorr,时间为100s,NH3的流量为5 slm,SiH4的流量为1000sccm。控制NH3和SiH4流量固定并淀积一定厚度的底层薄膜,保证底层薄膜的钝化效果。
步骤S3:制备外层薄膜
在步骤S2结束后继续在沉积腔中通入SiH4和NH3反应气体,设置第二沉积条件控制反应气体SiH4和NH3的流量呈线性变化,在底层氮化硅薄膜的外表面形成外层氮化硅薄膜,最终形成双层氮化硅薄膜结构。
第二沉积条件为:沉积功率为7000W,压强为1700mTorr,时间为500s。在外层薄膜沉积的过程中,NH3的流量从5slm以0.002slm/s的梯度均匀增加至6slm,SiH4流量从1000sccm以1sccm/s的梯度均匀减小至500sccm,直到沉积结束。控制反应气体NH3和SiH4流量以固定的梯度均匀变化,沉积外层薄膜,消除了底层和外层薄膜间的界面差异,并且提升了光吸收和钝化的效果。
本发明的一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法,先控制反应气体NH3和SiH4流量固定并淀积一定厚度的底层薄膜,保证底层薄膜的钝化效果,再控制反应气体NH3和SiH4流量以固定的梯度均匀变化,沉积外层薄膜,得到双层氮化硅薄膜,该制备方法消除了传统双层氮化硅薄膜生产工艺中底层和外层薄膜间的界面差异,形成的薄膜缺陷更少,内应力更小,并且增加了光子在薄膜中传播路程,进一步提高了光的吸收,从而提升了钝化和减反射效果。本发明的一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法有利于改善电池片的外观,同时提升双层膜的的钝化和减反射效果,提高太阳电池的效率。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围,凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)准备材料:准备半导体衬底;
(2)制备底层薄膜:将所述的半导体衬底放入沉积设备中,在所述沉积设备的沉积腔中通入反应气体SiH4和NH3并通过设置第一沉积条件,在所述半导体衬底上沉积底层氮化硅薄膜;
(3)制备外层薄膜:在步骤(2)结束后继续在所述沉积腔中通入反应气体SiH4和NH3,设置第二沉积条件控制反应气体SiH4和NH3的流量呈线性变化,在所述底层氮化硅薄膜的外表面形成外层氮化硅薄膜,最终形成双层氮化硅薄膜结构;
步骤(3)中所述第二沉积条件为:沉积功率为6000-8000W,压强为1500-2000mTorr,时间为450-550s,在沉积的过程中,NH3的流量呈线性变化,SiH4的流量线性减小,直到NH3流量为4-6slm,SiH4流量为450-1000sccm且达到沉积时间时沉积结束;
步骤(2)中所述第一沉积条件为:沉积功率为6000-8000W,压强为1500-2000mTorr,时间为100-200s,NH3的流量为4-8slm,SiH4的流量为800-1800sccm;
所述第二沉积条件中NH3的流量保持不变、线性增大或线性减小,SiH4的流量以0.01-3sccm/s的梯度均匀减小。
2.根据权利要求1所述的一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法,其特征在于,步骤(2)中所述第一沉积条件为:沉积功率为6000W,压强为1500mTorr,时间为200s,NH3的流量为4 slm,SiH4的流量为1000sccm。
3.根据权利要求1所述的一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法,其特征在于,步骤(2)中所述第一沉积条件为:沉积功率为8000W,压强为2000mTorr,时间为100s,NH3的流量为8 slm,SiH4的流量为1800sccm。
4.根据权利要求1所述的一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法,其特征在于,步骤(2)中所述第一沉积条件为:沉积功率为7000W,压强为1700mTorr,时间为100s,NH3的流量为5 slm,SiH4的流量为1000sccm。
5.根据权利要求1所述的一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法,其特征在于,步骤(3)中所述第二沉积条件为:沉积功率为6000W,压强为1500mTorr,时间为550s;在外层薄膜沉积的过程中,NH3的流量保持4slm不变,SiH4流量从1000sccm以1sccm/s的梯度均匀减小至450sccm,直到沉积结束。
6.根据权利要求1所述的一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法,其特征在于,步骤(3)中所述第二沉积条件为:沉积功率为8000W,压强为2000mTorr,时间为450s;在外层薄膜沉积的过程中,NH3的流量从8slm以0.005slm/s的梯度均匀减小至5.8slm,SiH4流量从1800sccm以3sccm/s的梯度均匀减小至450sccm,直到沉积结束。
7.根据权利要求1所述的一种在半导体衬底上制备双层氮化硅薄膜的方法,其特征在于,步骤(3)中所述第二沉积条件为:沉积功率为7000W,压强为1700mTorr,时间为500s;在外层薄膜沉积的过程中,NH3的流量从5slm以0.002slm/s的梯度均匀增加至6slm,SiH4流量从1000sccm以1sccm/s的梯度均匀减小至500sccm,直到沉积结束。
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