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管式PECVD硅片色差多研究和探析 　　摘要：针对管式PECVD色差数量多，组件外观差等问题，从硅片薄厚、PECVD工艺技术和设备三个方面对问题进行了分析和探讨。通过对色差硅片进行厚度的测量、氮化硅膜沉积工艺参数的调整以及对石墨舟的清洗、更换新的卡点等措施，跟踪并统计了相应的出现色差硅片的数量以及均匀性等的测量。结果显示，同一硅片内随着硅片厚度的差异越大、色差越严重，且最红的区域出现在硅片厚度最薄的位置；另外管式PECVD生产用石墨舟卡点的磨损，以及卡点和舟片匹配不好等是引起管式PECVD色差大的一个主要原因。 关键词：管式PECVD；色差大、数量多；石墨舟 中图分类号：TF533文献标识码： A 文章编号： 一、引言 SiNx薄膜具有良好的绝缘性、化学稳定性和致密性等特点，被广泛地用于半导体的绝缘介质层或钝化层。等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）制备的SiNx膜具有沉积温度低，沉积速度快、薄膜质量好、工艺简单易于工人操作等优点被大量应用于晶体硅太阳电池产业中[1-2]。通过调整不同的SiH4和NH3流量，可以调节SiNx薄膜的Si和N的比例，控制薄膜的折射率（1.8-2.3），以获得更好的钝化效果和减反射效果[3-7]。 在管式PECVD生产过程中硅片作为产生等离子体的电极，因硅片本身的导电性能以及硅片相对两个石墨舟片距离的差异，导致沉积的氮化硅膜均匀性相对平板式PECVD要差一些。如图1所示。本文将从硅片、生产工艺和设备三个角度进行分析和探讨，找出其主要原因并进行解决。 图1 表面色差类型 二、实验方法及结果 硅片薄厚、生产工艺和设备对管式PECVD沉积氮化硅膜的均匀性有着重要的影响。硅片的薄厚影响着硅片各处到石墨舟的距离，将会引起电场强度的不同进而影响硅片上的氮化硅膜的沉积速率；而生产工艺的气体流量、反应压强以及高频功率等对氮化硅膜的均匀性都有一定的影响；而设备本身生产用石墨舟的维护清洗、卡点的磨损以及放置、气体管路的设置等都将影响氮化硅膜的均匀性。 1. 从硅片角度进行分析 对大量色差表面的硅片进行了厚度的测量，其中以下面10组数据为例说明，如表1所示，其中标红的为色差严重呈现红色的位置。结果显示，发红的氮化硅膜出现在某一个边上，其在石墨舟中的位置是不固定的。但是对大量的色差硅片厚度测量发现一共同规律：即随着硅片厚度的差异越大、色差越严重，而且最红的区域出现在硅片厚度最薄的位置。 据此，通过选择厚度差异较大的硅片进行单独跟踪，结果显示并没有全部出现色差较大的现象，然而在边缘较薄的区域或多或少都出现了一定的差异。说明，硅片本身的平整度对色差的产生是一种必要条件。因此，硅片的平整度的改善将会对色差的减小有一定的作用，但不是引起色差的关键因素。 表1 色差表面样品的硅片厚度测量 2. 从工艺角度进行调整 工艺参数对氮化硅膜的沉积速率，薄膜中Si和N的比例等有着重要的影响。通过工艺参数的调整希望使石墨舟中的硅片在各位置的气流、反应沉积速率一致。分别对工艺参数如：气体流量，反应压强，频率开关比，功率等参数进行调整，但是都未能解决边缘发红色差较多的问题。其中主要对以下参数进行了调整： (1) 压强的调整。由1500mTorr增加到1600mTorr，后来又降低到1300mTorr； (2) 增加功率。从6100W调整为5500W、5800W、6500W、6800W； (3) 增加第一层总流量。由原来的5000/1140sccm增加到5400/1250sccm； (4) 调整高频开关比。由原来的5/50调整为5/40,5/45。 3. 从设备角度进行分析 石墨舟是硅片沉积氮化硅膜的承载体，随着使用次数的增加，会引起硅片色差数量的增加，因此需要进行周期性维护。但是当石墨舟清洗较差、被损坏的石墨板或者螺纹杆、卡点磨损、舟片弯曲不平整、卡点位置及放置不当、镀舟工艺的不适当以及气体在炉管中分部的均匀性等都将引起硅片的色差。因此从以下几个方面进行了排查和处理： (1）正常石墨舟的清洗通过水洗后用PH试纸测试PH值约为4，略显酸性，不符合清洗的要求，但是通过延长清洗时间以及增加换水次数，最终测试显示中性为止。对石墨舟进行单独跟踪，结果仍未能减少色差。 (2）正常烘干后的石墨舟片表面有一层石墨粉，分析认为可能会导致沉积在上面的氮化硅膜会不稳定容易脱落以及沉积的氮化硅膜均匀性不好，于是对石墨舟片进行擦拭去掉表面的石墨粉尘并跟踪统计色差片数量的多少，结果仍没有明显的效果。 (3）怀疑卡点和石墨舟片组合不好，于是利用库存的新舟片进行组装并镀舟跟踪镀膜效果。同时和线上正常使用的、新维护的一个旧舟进行跟