CN114622183A - 一种制备氧化硅薄膜的方法 - Google Patents
一种制备氧化硅薄膜的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114622183A CN114622183A CN202011452948.2A CN202011452948A CN114622183A CN 114622183 A CN114622183 A CN 114622183A CN 202011452948 A CN202011452948 A CN 202011452948A CN 114622183 A CN114622183 A CN 114622183A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- silicon oxide
- oxide film
- silicon
- spraying
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 77
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 77
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 70
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 66
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 66
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 64
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 52
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 51
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 51
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 51
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 claims description 56
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 23
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 21
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 18
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 claims description 8
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 6
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OWKFQWAGPHVFRF-UHFFFAOYSA-N n-(diethylaminosilyl)-n-ethylethanamine Chemical compound CCN(CC)[SiH2]N(CC)CC OWKFQWAGPHVFRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VEZYCISMGXNHOV-UHFFFAOYSA-N [dimethyl-[(trimethylsilylamino)silylamino]silyl]methane Chemical compound C[Si](C)(C)N[SiH2]N[Si](C)(C)C VEZYCISMGXNHOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VOSJXMPCFODQAR-UHFFFAOYSA-N ac1l3fa4 Chemical compound [SiH3]N([SiH3])[SiH3] VOSJXMPCFODQAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical compound [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OOXOBWDOWJBZHX-UHFFFAOYSA-N n-(dimethylaminosilyl)-n-methylmethanamine Chemical compound CN(C)[SiH2]N(C)C OOXOBWDOWJBZHX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VYIRVGYSUZPNLF-UHFFFAOYSA-N n-(tert-butylamino)silyl-2-methylpropan-2-amine Chemical compound CC(C)(C)N[SiH2]NC(C)(C)C VYIRVGYSUZPNLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000013842 nitrous oxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 7
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 65
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 20
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
- C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/40—Oxides
- C23C16/401—Oxides containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45563—Gas nozzles
- C23C16/45565—Shower nozzles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
Abstract
本发明公开了一种制备氧化硅薄膜的方法，该方法是利用等离子体增强原子层沉积在衬底表面制备氧化硅薄膜，包括以下步骤：将衬底置于反应腔体内，抽真空，加热；将氧等离子体与硅源喷向衬底表面，在喷淋过程中氧等离子体与硅源在硅片表面发生反应生成氧化硅，得到氧化硅薄膜。本发明制备氧化硅薄膜的方法，能够制备得到致密性高、厚度均匀可控的氧化硅薄膜，可广泛应用于光伏、半导体等领域，同时还具有工艺简单、操作方便、沉积速率快等优点，适合于氧化硅薄膜的大规模制备，利于工业化应用。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池片领域，涉及一种制备氧化硅薄膜的方法，具体涉及一种利用远程等离子体激发的等离子体增强原子层沉积制备氧化硅薄膜的方法。
背景技术
氧化硅薄膜在太阳能电池领域有着广泛应用，在钝化发射极和背面(PERC)电池、隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池等高效电池的制备过程中都需要在硅片表面制备一层氧化硅薄膜。常规氧化硅薄膜采用热氧化硅方式，在高温炉管中通入大量氧气，对硅片表面进行氧化。该方式制备的氧化硅薄膜，厚度难以精确控制，薄膜厚度有限，钝化效果较差；整个炉管的氧化硅薄膜均匀性分布较差，且设备难以构成二合一方式，降低了产品的良率。另外，现有制备氧化硅薄膜的方法是先将硅源吸附在硅片表面，进而引入氧等离子体使其与硅源在硅片表面发生反应制得氧化硅薄膜，该方法中必须先将硅源吸附在硅片表面，且每一步都需要对反应腔室进行清洗，以去除多余杂质气体，这不利于膜厚的精确控制，也不利于提高薄膜的均匀性和致密性，同时也会制约制膜效率的提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种沉积速率快、致密性高、厚度均匀可控的制备氧化硅薄膜的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种制备氧化硅薄膜的方法，所述方法是利用等离子体增强原子层沉积在衬底表面制备氧化硅薄膜，包括以下步骤：
S1、将衬底置于反应腔体内，抽真空，加热；
S2、将氧等离子体与硅源喷向衬底表面，在喷淋过程中氧等离子体与硅源发生反应生成氧化硅并沉积到衬底表面，得到氧化硅薄膜。
上述的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述反应过程中衬底在氧等离子体与硅源的下方水平来回运动；所述衬底在水平方向上的移动速率为40mm/s～200mm/s；所述氧等离子体与硅源的喷口与衬底表面之间的距离为5mm～50mm。
上述的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述反应过程中控制反应腔体内的压力为1mbar～6mbar，温度为150℃～500℃。
上述的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述氧等离子体由工艺气体激发后得到；所述激发采用的电源为射频电源或微波电源；所述电源为微波电源时，激发脉冲的打开时间为0～20ms，关闭时间为0～20ms；所述激发的功率为500W～2000W；所述激发采用的电流输出为直流输出或脉冲输出；所述工艺气体包括含氧气体和惰性气体；所述氧等离子体的激发过程中含氧气体的流量为5000sccm～10000sccm，惰性气体的流量为2000sccm～10000sccm。
上述的方法，进一步改进的，所述含氧气体为氧气、臭氧、笑气、二氧化碳中的至少一种；所述惰性气体为氩气、氦气、氮气中的至少一种。
上述的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述硅源在使用之前还包括以下处理：将硅源的源瓶加热到70℃～120℃，以氮气鼓泡的方式将硅源从源瓶中带出，与稀释氮气汇合，所得硅源与氧等离子体喷向衬底表面；所述硅源从源瓶中带出时，鼓泡氮气的流量为100sccm～1000sccm；所述稀释氮气的流量为3000sccm～15000sccm。
上述的方法，进一步改进的，所述硅源为双(二乙基氨基)硅烷、双(二甲氨基)硅烷、二甲硅烷基异丙胺、二甲硅烷基叔丁胺、双(叔丁氨基)硅烷、三甲硅烷基胺、二硅氧烷、二甲硅烷基甲胺、二甲硅烷基乙胺、双(三甲基甲硅烷基氨基)硅烷中的至少一种。
上述的方法，进一步改进的，步骤S1中，所述衬底的数量为至少一个；所述衬底为硅片；所述抽真空过程中控制反应腔体内的压力在0.3mbar以下；所述加热为将反应腔体内的温度升温至150℃～500℃。
上述的方法，进一步改进的，所述等离子体增强原子层沉积设备为远程等离子体激发的等离子体增强原子层沉积设备，包括用于在衬底上生长氧化硅薄膜的反应腔体，所述反应腔体内设有用于承载衬底的可移动载板，所述可移动载板上方设有喷淋板；所述喷淋板上设有至少一排用于向衬底表面喷淋氧等离子体的第一喷淋管和至少一排用于向衬底表面喷淋硅源的第二喷淋管，每排第一喷淋管与第二喷淋管之间设有一排用于去除多余工艺气体的抽真空管，所述第一喷淋管、第二喷淋管和抽真空管交替排列分布。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种制备氧化硅薄膜的方法，利用等离子体增强原子层沉积在衬底表面制备氧化硅薄膜。本发明中，通过将氧等离子体与硅源一起喷向衬底表面，使氧等离子体与硅源在衬底表面发生反应形成氧化硅的空间原子层沉积，同时生成的氧化硅不断沉积到衬底表面，从而获得了薄膜致密性高、薄膜厚度均匀可控的氧化硅薄膜。本发明中，在氧等离子体的激发下，能够加快氧化硅的沉积速率，从而有利于提高氧化硅薄膜的沉积速率。本发明制备氧化硅薄膜的方法，沉积速率最大可达到0.76nm/cycle；整个载板上，50nm氧化硅膜厚均匀性优于片内3％、片间3％、批间2％；在1％氢氟酸溶液中进行腐蚀测试氧化硅薄膜的致密性，腐蚀速率低于6nm/min。本发明制备氧化硅薄膜的方法，能够制备得到致密性高、厚度均匀可控的氧化硅薄膜，可广泛应用于光伏、半导体等领域，同时还具有工艺简单、操作方便、沉积速率快等优点，适合于氧化硅薄膜的大规模制备，利于工业化应用。
(2)本发明制备氧化硅薄膜的方法中，通过优化激发功率、激发脉冲占空比、工艺压力、加热温度、气体流量、源瓶温度、传输速度等工艺参数，更有利于制备得到致密性更高、膜厚均匀性更好的氧化硅薄膜，且沉积速率更快，同时上述工艺参数的优化是获得高致密性、高膜厚均匀性的氧化硅薄膜的重要保证，也是提高沉积速率的重要保证。
(3)本发明制备氧化硅薄膜的方法，利用远程等离子体激发的等离子体增强原子层沉积设备在衬底表面制备氧化硅薄膜，其中远程等离子体激发的等离子体增强原子层沉积设备包括用于在衬底上生长氧化硅薄膜的反应腔体，反应腔体内设有用于承载衬底的可移动载板，可移动载板上方设有喷淋板；喷淋板上设有至少一排用于向衬底表面喷淋氧等离子体的第一喷淋管和至少一排用于向衬底表面喷淋硅源的第二喷淋管，每排第一喷淋管与第二喷淋管之间设有一排抽真空管，第一喷淋管、第二喷淋管和抽真空管交替排列分布。本发明中，采用的远程等离子体激发的等离子体增强原子层沉积设备，可实现氧等离子体的远程激发，同时从喷淋板上不断喷出的氧等离子体与硅源，能够连续喷淋到衬底表面，进而通过控制可移动载板的来回运动实现衬底表面氧化硅薄膜的批量制备，同时通过控制可移动载板的来回运动次数有效地控制氧化硅薄膜的厚度，从而不仅能够实现对薄膜厚度的精确控制，而且能够实现氧化硅薄膜的批量制备，在提升制膜效率的前提下也能制备得到薄膜致密性高、薄膜厚度均匀可控的氧化硅薄膜，也有利于提高产品的良率。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1为本发明实施例1中远程等离子体激发的等离子体增强原子层沉积设备的截面结构示意图。
图2为本发明实施例1中单块载板中片间膜厚均匀性分布图。
图3为本发明实施例1中制得的厚度为38.75nm的氧化硅薄膜的抗腐蚀效果图。
图例说明：
1、可移动载板；2、第一喷淋管；3、第二喷淋管；4、抽真空管；5、衬底；a、工艺气体；b、硅源；c、多余工艺气体；d、多余硅源。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
本发明中，若无特别说明，采用的工艺和设备均为常规工艺和常规设备。
实施例1
一种制备氧化硅薄膜的方法，利用远程等离子体激发的等离子体增强原子层沉积设备在衬底表面制备氧化硅薄膜，如图1所示，采用的远程等离子体激发的等离子体增强原子层沉积设备(该设备由湖南红太阳光电科技有限公司制造)包括用于在衬底5上生长氧化硅薄膜的反应腔体，反应腔体内设有用于承载衬底5的可移动载板1，可移动载板1上方设有喷淋板，喷淋板上设有至少一排用于向衬底表面喷淋氧等离子体的第一喷淋管2和至少一排用于向衬底表面喷淋硅源的第二喷淋管3，每排第一喷淋管2与第二喷淋管3之间设有一排用于去除多余工艺气体的抽真空管4，第一喷淋管2、第二喷淋管3和抽真空管4交替排列分布。
本发明中，第一喷淋管2、第二喷淋管3、抽真空管4的排数根据反应腔体的实际空间进行常规调整，如本实施例中，第一喷淋管2、第二喷淋管3、抽真空管4的排数分别为2排、2排和4排。同时，每排第一喷淋管2、第二喷淋管3和抽真空管4对应的管道数量可根据实际需要进行调整。
利用上述的远程等离子体激发的等离子体增强原子层沉积设备在衬底表面制备氧化硅薄膜，包括以下步骤：
(1)将若干个衬底(硅片)平放在可移动载板上，其中喷淋板与可移动载板之间的距离为6mm，置于反应腔体内底部，抽真空至0.3mbar以下，加热至175℃，使得反应腔体内部温度均匀且维持在175℃。
(2)将氩气和氧气通入激发管道，设置射频电源的功率，开启射频电源对工艺气体(氩气和氧气)进行激发，其中工艺气体在吸收激发能量后产生氧等离子体，该氧等离子体沿喷淋板上的第一喷淋管喷向衬底(硅片)表面。射频电源激发功率为1600W，电流输出为直流输出，氩气流量为5000sccm，氧气流量为6000sccm。
(3)将双(二乙基氨基)硅烷源瓶加热到70℃，以氮气鼓泡的方式将硅源从源瓶中带出，然后与稀释氮气汇合，所得硅源通过喷淋板上的第二喷淋管喷向衬底(硅片)表面，其中硅源从源瓶中带出时，鼓泡氮气流量为200sccm，稀释氮气流量为13000sccm。
(4)步骤(2)中得到的氧等离子体和步骤(3)中得到的硅源在衬底(硅片)表面发生反应生成氧化硅并沉积到衬底(硅片)表面，得到氧化硅薄膜。该步骤中，在反应过程中，控制工艺压力为5mbar，可移动载板在喷淋板的下方水平来回运动且移动速率为85mm/s，可移动载板来回运动的循环次数为100次(即100个来回运动)。
对步骤(4)中制得的氧化硅薄膜进行均匀性测试和致密性测试，结果如图2和图3所示。
如图2所示，采用本发明方法在硅片表面制备的氧化硅薄膜，平均膜厚为39.67nm，片间均匀性为2.94％，沉积速率为0.0496nm/cycle，这说明本发明方法能够制备得到薄膜厚度均匀好且可控的氧化硅薄膜。
如图3所示，将沉积有厚度为38.75nm的氧化硅薄膜的硅片浸入质量浓度为1％浓度的氢氟酸溶液中，腐蚀速率为5.5nm/min，这说明本发明方法能够制备得到致密性高的氧化硅薄膜。
对比例1
一种制备氧化硅薄膜的方法，与实施例1基本相同，区别仅在于：对比例1中，射频电源激发功率为2000W，氩气流量为1000sccm，氧气流量为10000sccm。
对比例1中，无法制备得到氧化硅薄膜，其原因是：氧气流量过大，氩气流量过小，采用的射频电源激发功率无法完全激发氧气，产生的氧等离子体过少，因而制备得到氧化硅薄膜过薄，难以测试实际的膜厚。
实施例2
一种制备氧化硅薄膜的方法，利用实施例1中的远程等离子体激发的等离子体增强原子层沉积设备在衬底表面制备氧化硅薄膜，包括以下步骤：
(1)将若干个衬底(硅片)平放在可移动载板上，其中喷淋板与可移动载板之间的距离为6mm，置于反应腔体内底部，抽真空至0.3mbar以下，加热至175℃，使得反应腔体内部温度均匀且维持在175℃。
(2)将氩气和氧气通入激发管道，设置微波电源的功率，开启微波电源对工艺气体(氩气和氧气)进行激发，其中工艺气体在吸收激发能量后产生氧等离子体，该氧等离子体沿喷淋板上的第一喷淋管喷向衬底(硅片)表面。微波电源激发功率为2000W，输出为脉冲输出，占空比为：打开时间8ms，关闭时间10ms，氩气流量为8000sccm，氧气流量为8000sccm。
(3)将双(二乙基氨基)硅烷源瓶加热到70℃，以氮气鼓泡的方式将硅源从源瓶中带出，然后与稀释氮气汇合，所得硅源通过喷淋板上的第二喷淋管喷向衬底(硅片)表面，其中硅源从源瓶中带出时，鼓泡氮气流量为200sccm，稀释氮气流量为13000sccm。
(4)步骤(2)中得到的氧等离子体和步骤(3)中得到的硅源在衬底(硅片)表面发生反应生成氧化硅并沉积到衬底(硅片)表面，得到氧化硅薄膜。该步骤中，在反应过程中，控制工艺压力为5mbar，可移动载板在喷淋板的下方水平来回运动且移动速率为50mm/s，可移动载板来回运动的循环次数为100次(即100个来回运动)。
采用本发明实施例2中的方法在硅片表面制备的氧化硅薄膜，平均膜厚为60.83nm，片间均匀性为2.98％，沉积速率为0.0760nm/cycle，这说明本发明方法能够制备得到薄膜厚度均匀好且可控的氧化硅薄膜。
将沉积有厚度为60.83nm的氧化硅薄膜的硅片浸入质量浓度为1％浓度的氢氟酸溶液中，腐蚀速率为5.9nm/min，这说明本发明方法能够制备得到致密性高的氧化硅薄膜。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种制备氧化硅薄膜的方法，其特征在于，所述方法是利用等离子体增强原子层沉积在衬底表面制备氧化硅薄膜，包括以下步骤：
S1、将衬底置于反应腔体内，抽真空，加热；
S2、将氧等离子体与硅源喷向衬底表面，在喷淋过程中氧等离子体与硅源发生反应生成氧化硅并沉积到衬底表面，得到氧化硅薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述反应过程中衬底在氧等离子体与硅源的下方水平来回运动；所述衬底在水平方向上的移动速率为40mm/s～200mm/s；所述氧等离子体与硅源的喷口与衬底表面之间的距离为5mm～50mm。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述反应过程中控制反应腔体内的压力为1mbar～6mbar，温度为150℃～500℃。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述氧等离子体由工艺气体激发后得到；所述激发采用的电源为射频电源或微波电源；所述电源为微波电源时，激发脉冲的打开时间为0～20ms，关闭时间为0～20ms；所述激发的功率为500W～2000W；所述激发采用的电流输出为直流输出或脉冲输出；所述工艺气体包括含氧气体和惰性气体；所述氧等离子体的激发过程中含氧气体的流量为5000sccm～10000sccm，惰性气体的流量为2000sccm～10000sccm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述含氧气体为氧气、臭氧、笑气、二氧化碳中的至少一种；所述惰性气体为氩气、氦气、氮气中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述硅源在使用之前还包括以下处理：将硅源的源瓶加热到70℃～120℃，以氮气鼓泡的方式将硅源从源瓶中带出，与稀释氮气汇合，所得硅源与氧等离子体喷向衬底表面；所述硅源从源瓶中带出时，鼓泡氮气的流量为100sccm～1000sccm；所述稀释氮气的流量为3000sccm～15000sccm。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述硅源为双(二乙基氨基)硅烷、双(二甲氨基)硅烷、二甲硅烷基异丙胺、二甲硅烷基叔丁胺、双(叔丁氨基)硅烷、三甲硅烷基胺、二硅氧烷、二甲硅烷基甲胺、二甲硅烷基乙胺、双(三甲基甲硅烷基氨基)硅烷中的至少一种。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述衬底的数量为至少一个；所述衬底为硅片；所述抽真空过程中控制反应腔体内的压力在0.3mbar以下；所述加热为将反应腔体内的温度升温至150℃～500℃。
9.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其特征在于，所述等离子体增强原子层沉积设备为远程等离子体激发的等离子体增强原子层沉积设备，包括用于在衬底上生长氧化硅薄膜的反应腔体，所述反应腔体内设有用于承载衬底的可移动载板，所述可移动载板上方设有喷淋板；所述喷淋板上设有至少一排用于向衬底表面喷淋氧等离子体的第一喷淋管和至少一排用于向衬底表面喷淋硅源的第二喷淋管，每排第一喷淋管与第二喷淋管之间设有一排用于去除多余工艺气体的抽真空管，所述第一喷淋管、第二喷淋管和抽真空管交替排列分布。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011452948.2A CN114622183A (zh) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | 一种制备氧化硅薄膜的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011452948.2A CN114622183A (zh) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | 一种制备氧化硅薄膜的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114622183A true CN114622183A (zh) | 2022-06-14 |
Family
ID=81896303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011452948.2A Pending CN114622183A (zh) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | 一种制备氧化硅薄膜的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114622183A (zh) |
Citations (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1030615A (zh) * | 1987-07-15 | 1989-01-25 | 美国Boc集团有限公司 | 等离子体薄膜淀积过程的控制 |
| CN1030616A (zh) * | 1987-07-15 | 1989-01-25 | 美国Boc集团有限公司 | 用等离子体加强氧化硅淀积作用的方法 |
| US4920917A (en) * | 1987-03-18 | 1990-05-01 | Teijin Limited | Reactor for depositing a layer on a moving substrate |
| CN101158034A (zh) * | 2007-09-30 | 2008-04-09 | 南京大学 | 快速大面积制备薄膜材料的装置及设置方法 |
| US20090041952A1 (en) * | 2007-08-10 | 2009-02-12 | Asm Genitech Korea Ltd. | Method of depositing silicon oxide films |
| US20090075490A1 (en) * | 2007-09-18 | 2009-03-19 | L'air Liquite Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method of forming silicon-containing films |
| US20090325340A1 (en) * | 2008-06-30 | 2009-12-31 | Mohd Aslami | Plasma vapor deposition system and method for making multi-junction silicon thin film solar cell modules and panels |
| EP2484801A1 (en) * | 2011-02-07 | 2012-08-08 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method of deposition of Al2O3/SiO2 stacks, from TMA or TEA and silicon precursors |
| EP2484802A1 (en) * | 2011-02-07 | 2012-08-08 | L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Method of deposition of Al2O3/SiO2 stacks from DMAI and silicon precursors |
| EP2573097A1 (en) * | 2011-09-22 | 2013-03-27 | L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Niobium-organic compounds and their use for thin films deposition |
| JP2013216948A (ja) * | 2012-04-10 | 2013-10-24 | Kojima Press Industry Co Ltd | プラズマｃｖｄ装置 |
| CN103602958A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-02-26 | 李学耕 | 一种激光辅助制备薄膜的方法和设备 |
| CN103668120A (zh) * | 2013-12-02 | 2014-03-26 | 华中科技大学 | 一种多元物质原子层沉积膜制备方法及装置 |
| CN104233227A (zh) * | 2014-09-23 | 2014-12-24 | 上海华力微电子有限公司 | 一种原子层沉积设备及方法 |
| CN105154848A (zh) * | 2015-08-10 | 2015-12-16 | 沈阳拓荆科技有限公司 | 氮氧硅薄膜的制备方法 |
| US20160020092A1 (en) * | 2010-09-23 | 2016-01-21 | Lam Research Corporation | Methods for depositing silicon oxide |
| CN106158569A (zh) * | 2015-03-26 | 2016-11-23 | 理想晶延半导体设备（上海）有限公司 | 半导体处理设备 |
| CN106555171A (zh) * | 2015-09-28 | 2017-04-05 | 沈阳拓荆科技有限公司 | 一种改善连续沉积多片不清洗薄膜均匀性趋势的方法 |
| CN106555168A (zh) * | 2015-09-28 | 2017-04-05 | 沈阳拓荆科技有限公司 | 一种通过调整氮气流量改善低温氧化硅薄膜性能的方法 |
| CN107644805A (zh) * | 2017-08-15 | 2018-01-30 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 空穴钝化隧穿薄膜、制备方法及其在太阳电池中的应用 |
| CN108149224A (zh) * | 2018-01-08 | 2018-06-12 | 上海硕余精密机械设备有限公司 | 一种等离子体辅助原子层沉积装置 |
| CN108149225A (zh) * | 2018-02-06 | 2018-06-12 | 江苏微导纳米装备科技有限公司 | 一种真空反应装置及反应方法 |
| CN109536921A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-03-29 | 复旦大学 | 一种利用等离子体增强原子层沉积调控氧化硅薄膜化学计量比的方法 |
| CN109943826A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-06-28 | 东南大学 | 一种多功能复合沉积设备及其制备工艺 |
| CN111893461A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-11-06 | 山东大学 | 一种类氧化硅柔性薄膜的生长方法 |
| US20200395211A1 (en) * | 2017-05-05 | 2020-12-17 | Asm Ip Holding B.V. | Plasma enhanced deposition processes for controlled formation of oxygen containing thin films |
-
2020
- 2020-12-11 CN CN202011452948.2A patent/CN114622183A/zh active Pending
Patent Citations (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4920917A (en) * | 1987-03-18 | 1990-05-01 | Teijin Limited | Reactor for depositing a layer on a moving substrate |
| CN1030615A (zh) * | 1987-07-15 | 1989-01-25 | 美国Boc集团有限公司 | 等离子体薄膜淀积过程的控制 |
| CN1030616A (zh) * | 1987-07-15 | 1989-01-25 | 美国Boc集团有限公司 | 用等离子体加强氧化硅淀积作用的方法 |
| US20090041952A1 (en) * | 2007-08-10 | 2009-02-12 | Asm Genitech Korea Ltd. | Method of depositing silicon oxide films |
| US20090075490A1 (en) * | 2007-09-18 | 2009-03-19 | L'air Liquite Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method of forming silicon-containing films |
| CN101158034A (zh) * | 2007-09-30 | 2008-04-09 | 南京大学 | 快速大面积制备薄膜材料的装置及设置方法 |
| US20090325340A1 (en) * | 2008-06-30 | 2009-12-31 | Mohd Aslami | Plasma vapor deposition system and method for making multi-junction silicon thin film solar cell modules and panels |
| US20160020092A1 (en) * | 2010-09-23 | 2016-01-21 | Lam Research Corporation | Methods for depositing silicon oxide |
| EP2484801A1 (en) * | 2011-02-07 | 2012-08-08 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method of deposition of Al2O3/SiO2 stacks, from TMA or TEA and silicon precursors |
| EP2484802A1 (en) * | 2011-02-07 | 2012-08-08 | L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Method of deposition of Al2O3/SiO2 stacks from DMAI and silicon precursors |
| EP2573097A1 (en) * | 2011-09-22 | 2013-03-27 | L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Niobium-organic compounds and their use for thin films deposition |
| JP2013216948A (ja) * | 2012-04-10 | 2013-10-24 | Kojima Press Industry Co Ltd | プラズマｃｖｄ装置 |
| CN103602958A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-02-26 | 李学耕 | 一种激光辅助制备薄膜的方法和设备 |
| CN103668120A (zh) * | 2013-12-02 | 2014-03-26 | 华中科技大学 | 一种多元物质原子层沉积膜制备方法及装置 |
| CN104233227A (zh) * | 2014-09-23 | 2014-12-24 | 上海华力微电子有限公司 | 一种原子层沉积设备及方法 |
| CN106158569A (zh) * | 2015-03-26 | 2016-11-23 | 理想晶延半导体设备（上海）有限公司 | 半导体处理设备 |
| CN105154848A (zh) * | 2015-08-10 | 2015-12-16 | 沈阳拓荆科技有限公司 | 氮氧硅薄膜的制备方法 |
| CN106555171A (zh) * | 2015-09-28 | 2017-04-05 | 沈阳拓荆科技有限公司 | 一种改善连续沉积多片不清洗薄膜均匀性趋势的方法 |
| CN106555168A (zh) * | 2015-09-28 | 2017-04-05 | 沈阳拓荆科技有限公司 | 一种通过调整氮气流量改善低温氧化硅薄膜性能的方法 |
| US20200395211A1 (en) * | 2017-05-05 | 2020-12-17 | Asm Ip Holding B.V. | Plasma enhanced deposition processes for controlled formation of oxygen containing thin films |
| CN107644805A (zh) * | 2017-08-15 | 2018-01-30 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 空穴钝化隧穿薄膜、制备方法及其在太阳电池中的应用 |
| CN108149224A (zh) * | 2018-01-08 | 2018-06-12 | 上海硕余精密机械设备有限公司 | 一种等离子体辅助原子层沉积装置 |
| CN108149225A (zh) * | 2018-02-06 | 2018-06-12 | 江苏微导纳米装备科技有限公司 | 一种真空反应装置及反应方法 |
| CN109943826A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-06-28 | 东南大学 | 一种多功能复合沉积设备及其制备工艺 |
| CN109536921A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-03-29 | 复旦大学 | 一种利用等离子体增强原子层沉积调控氧化硅薄膜化学计量比的方法 |
| CN111893461A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-11-06 | 山东大学 | 一种类氧化硅柔性薄膜的生长方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7745346B2 (en) | Method for improving process control and film conformality of PECVD film | |
| CN105679665B (zh) | 用于提高氮化硅批间均匀度的非晶硅陈化作用 | |
| CN102864439B (zh) | 一种制备具有抗pid效应的减反射膜的方法 | |
| US6946404B2 (en) | Method for passivating a semiconductor substrate | |
| US8039051B2 (en) | Method and apparatus for hydrogenation of thin film silicon on glass | |
| CN111009592B (zh) | 一种SiO2及掺杂多晶硅叠层钝化薄膜的制备方法 | |
| CN112002631A (zh) | 一种钝化接触太阳能电池的板式一体式镀膜方法及设备 | |
| CN108149224A (zh) | 一种等离子体辅助原子层沉积装置 | |
| CN106435522B (zh) | 晶硅太阳电池氧化铝钝化膜的pecvd沉积工艺 | |
| CN116682894B (zh) | 提升TOPCon电池ALD钝化膜批间均匀性的方法及应用 | |
| CN112838143A (zh) | 一种perc电池中氧化铝膜的沉积方法 | |
| EP2569459A1 (en) | A method for producing a deposit and a deposit on a surface of a silicon substrate | |
| CN113481487A (zh) | 一种太阳能电池片及其背面pecvd法和应用 | |
| CN113097342A (zh) | 一种太阳能电池、其AlOx镀膜方法、电池背钝化结构及方法 | |
| CN113675295A (zh) | PECVD制备硅片复合膜的方法和TOPCon电池的制备方法 | |
| CN103262219A (zh) | 半导体层的氢钝化方法 | |
| CN112176315A (zh) | 一种稀土掺杂二氧化铪基铁电薄膜及其制备方法 | |
| CN102903785A (zh) | 一种采用增氢钝化提高太阳能电池片转换效率的方法 | |
| CN113328011B (zh) | 一种钝化接触晶硅太阳电池制造装置及方法 | |
| CN109742185B (zh) | 一种改善晶硅双面电池小白点的变温变压热氧化工艺 | |
| CN109285801B (zh) | 一种解决双面氧化铝结构perc电池石墨舟污染的方法 | |
| CN107623052B (zh) | 一种太阳能电池片钝化用Al2O3镀膜***和方法 | |
| CN116254518B (zh) | 氮化硅薄膜的制备方法 | |
| CN103866277B (zh) | 一种原子层沉积制备双受主共掺氧化锌薄膜的方法 | |
| CN104037264B (zh) | 一种pecvd沉积低表面复合太阳电池介电层的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |