一種管式pecvd雙層氮化矽膜的製備工藝的製作方法

2023-12-05 23:28:56

一種管式pecvd雙層氮化矽膜的製備工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種管式PECVD雙層氮化矽膜的製備工藝，屬於多晶矽的製備領域。本發明的具體步驟為：首先，石英爐管升溫；接著，鍍第一層氮化矽膜、鍍第二層氮化矽膜，最後出舟。本發明的製備工藝與現有的製備工藝相比省去了鍍膜前鈍化工藝，節約了整個工藝的持續時間，提高了管式PECVD的產量，降低了製備成本，同時避免了氮化矽膜沉積之前的高頻操作對矽片表面的損傷；本發明還升高了氮化矽雙層膜的製備溫度，兩種改進相結合最終使得製備的太陽能電池的短路電流和開路電壓得到了提高，將太陽能電池的轉換效率提高了約0.1%，使得轉換效率得到了實質性的提高。
【專利說明】—種管式PECVD雙層氮化矽膜的製備工藝【技術領域】
[0001]本發明屬於多晶矽製備領域。
【背景技術】
[0002]多晶矽電池的生產主要流程為:制絨、擴散、溼法刻蝕、PECVD (等離子增強型化學氣相沉積，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)氮化娃薄膜、絲網印刷和燒結。在多晶矽太陽電池的生產過程中，需要對擴散後的矽表面沉積一層減反射膜層以減少太陽光在表面發生反射。氮化矽薄膜具有高的化學穩定性、高電阻率、絕緣性好、硬度高、光學性能良好等特性，在太陽能電池上得到廣泛的應用。作為減反射膜，氮化矽薄膜具有良好的光學性能(其折射率在2.0左右，比傳統的二氧化矽減反射膜具有更好的減反射效果)。同時，氮化矽薄膜還具有良好的鈍化效果，對質量較差的矽片能起到表面和體內的鈍化作用。目前，平板式PECVD和管式PECVD在工業生產中得到了廣泛應用。相對平板式PECVD，管式PECVD有著更好的鈍化效果對太陽電池轉換效率有著更好的作用。如何優化PECVD工藝參數獲得更好的太陽電池轉換效率成了工藝人員追求的目標。
[0003]目前，工業生產中多採用雙層氮化矽膜工藝，分別採用不同厚度和折射率的氮化矽膜組合成太陽電池的鈍化、減反射膜。其中第一層膜厚度一般在10-20nm，折射率在
2.2-2.3，主要起到鈍化的作用，而第二層膜厚度一般在60-80nm，折射率在2.05-2.15，主要起到減反射的作用。
[0004]通常雙層氮化矽膜的製備工藝過程及參數如下: 1、在N2的保護下，將石英爐管升溫至氮化矽膜沉積的溫度400-460°C。
[0005]2、在壓強為 1400-1700mTorr，NH3 流量為 2.0-3.0L，射頻功率為 4500-5500W，進行預沉積200-300S。(鍍膜前鈍化步驟)
3、在同一溫度下(400-460 °C )，在壓強為1400-1600mTorr，SiH4:NH3流量比為1:3-1: 5，射頻功率為6100-6800W，沉積時間為120_200s，進行第一層氮化矽膜的沉積。
[0006]4、在同一溫度下(400-460°C)，在壓強為 1400_1600mTorr，SiH4:NH3 流量比為1:6-1:14，射頻功率為6100-6800W，沉積時間為600_800s，進行第二層氮化矽膜的沉積。
[0007]5、完成氮化矽膜的沉積工藝，在400_460°C下出舟。
[0008]由上述可知，雙層氮化矽膜的兩層膜一般在相同的工藝參數下沉積，只是沉積時間上略有不同，不同的工藝過程對沉積的氮化矽膜有著重要的影響，進而影響太陽電池的電學參數，如何優化工藝過程及工藝參數，對提高這兩層氮化矽膜的質量起到更好的鈍化和減反射效果對太陽電池的轉換效率有著重要的影響。

【發明內容】

[0009]本發明要解決的技術問題是提供一種管式PECVD雙層氮化矽膜的製備工藝，該工藝略去了現有工藝中的前鈍化步驟，簡化了工藝步驟，同時調整了氮化矽雙層膜的製備溫度，使得製備的太陽能電池的轉化效率得到了實質性的提高。[0010]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為:一種管式PECVD雙層氮化矽膜的製備工藝，包括如下步驟:
31、在隊的保護下，將石英爐管升溫至氮化矽膜沉積的溫度405-470°C ；
52、在溫度為405-470°C時，進行第一層氮化矽膜的沉積，沉積時間為120_200s；
53、在溫度為405-470°C時，進行第二層氮化矽膜的沉積，沉積時間為700-900s；
54、完成氮化矽膜的沉積工藝，在405-440°C下出舟。
[0011]所述步驟S2中具體參數為:壓強為1400-1600mTorr，SiH4 =NH3的流量比為1:3-1:5，射頻功率為6100-6500W，氮化矽膜層的沉積厚度約為15nm，折射率為2.2。
[0012]所述步驟S3中具體參數為:壓強為1400-1600mTorr，SiH4 =NH3的流量比為1:6-1:14，射頻功率為5300-6000W，氮化矽膜層的沉積厚度為60nm，折射率約為2.04。
[0013]採用上述技術方案取得的技術進步為:本發明的製備工藝與現有的製備工藝相比省去了鍍膜前鈍化工藝，節約了整個工藝的持續時間，提高了管式PECVD的產量，降低了製備成本，同時避免了氮化矽膜沉積之前的高頻操作對矽片表面的損傷；本發明還升高了氮化矽雙層膜的製備溫度，兩種改進相結合最終使得製備的太陽能電池的短路電流和開路電壓得到了提高，將太陽能電池的轉換效率提高了約0.1%，使得轉換效率得到了實質性的提聞。
【具體實施方式】
[0014]實施例1
一種管式PECVD雙層氮化矽膜的製備工藝，包括如下步驟:
51、在N2的保護下，將石英爐管升溫至氮化矽膜沉積的溫度405°C；
52、在溫度為405°C，進行第一層氮化矽膜的沉積，沉積時間為120s；
53、在溫度為405°C，進行第二層氮化矽膜的沉積，沉積時間為700s；
54、完成氮化矽膜的沉積工藝，在405°C下出舟。
[0015]所述步驟S2中具體參數為:壓強為1400mTorr，SiH4 =NH3流量比為1:3，射頻功率為6100W，氮化矽膜層的沉積厚度約為15nm，折射率為2.2。
[0016]所述步驟S3中具體參數為:壓強為1400mTorr，SiH4 =NH3流量比為1:6，射頻功率為5300W，氮化矽膜層的沉積厚度為60nm，折射率約為2.04。
[0017]本發明的製備方法與現有的製備工藝相比，最明顯的區別在於略去了製備氮化矽雙層膜之前的前鈍化步驟並提高了兩次鍍膜時所需的溫度。
[0018]在現有工藝中，在沉積氮化矽膜之前都會有一個鈍化的過程，工藝開始5-10min，只通NH3在高頻下放電從而得到H原子，從而對矽片中的缺陷以及晶界等進行鈍化處理。前鈍化工藝時間較長，佔氮化矽膜沉積工藝所用時間的1/3-1/2，嚴重影響著管式PECVD的產量；另外前鈍化過程中需要開啟高頻，這會對矽片表面引起一定的損傷。前鈍化的最終結果會降低太陽能電池的短路電流和開路電壓，從而降低太陽能電池的轉換效率。
[0019]但是本發明略去了前鈍化的步驟，這樣既節省了鈍化步驟所需的NH3，又節省了前鈍化所需的時間，大大縮短了整個工藝所用的時間，提高了 PECVD的產出率。與此同時，本發明還將氮化矽膜的沉積溫度相應的提升了 5-15°C。這樣做的目的是有效降低管式PECVD在娃片四周氣化娃不均勾引起的色差，從而提聞PECVD工序的成品率。[0020]實施例2
一種管式PECVD雙層氮化矽膜的製備工藝，包括如下步驟:
S1、在N2的保護下，將石英爐管升溫至氮化矽膜沉積的溫度461°C；
S2、在溫度為430°C，進行第一層氮化矽膜的沉積，沉積時間為150s；
S3、在溫度為461°C，進行第二層氮化矽膜的沉積，沉積時間為650s；
S4、完成氮化矽膜的沉積工藝，在430°C下出舟。
[0021]所述步驟S2中具體參數為:壓強為1500mTorr，SiH4 =NH3流量比為1:4，射頻功率為6300W，沉積厚度約為18nm，折射率為2.3的氮化矽膜層，從而起到更好的鈍化作用； 所述步驟S3中具體參數為:壓強為1500mTorr，SiH4 =NH3流量比為1:10，射頻功率為5500W，沉積厚度為65nm，折射率約為2.06的氮化矽膜主要起到減反射的作用。
[0022]與實施例1相比，本實施例中，沉積氮化矽膜的溫度、持續時間、步驟S2和S3中的壓強、SiH4 =NH3流量比以及射頻功率等參數有了些許變化。
[0023]實施例3
一種管式PECVD雙層氮化矽膜的製備工藝，包括如下步驟:
S1、在N2的保護下，將石英爐管升溫至氮化矽膜沉積的溫度470°C；
S2、在溫度為470°C，進行第一層氮化矽膜的沉積，沉積時間為200s；
S3、在溫度為465°C，進行第二層氮化矽膜的沉積，沉積時間為800s；
S4、完成氮化矽膜的沉積工藝，在440°C下出舟。
[0024]所述步驟S2中具體參數為:壓強為1600mTorr，SiH4 =NH3流量比為1: 5，射頻功率為6800W，沉積厚度約為20nm，折射率為2.4的氮化矽膜層，從而起到更好的鈍化作用。
[0025]所述步驟S3中具體參數為:壓強為1500mTorr，SiH4 =NH3流量比為1:14，射頻功率為6000W，沉積厚度為70nm，折射率約為2.08的氮化矽膜主要起到減反射的作用。
[0026]表1所示為含有前鈍化過程和略去前鈍化過程兩種製備工藝製成的太陽能電池的各種參數比較。
[0027]表1
【權利要求】
1.一種管式PECVD雙層氮化矽膜的製備工藝，其特徵在於包括如下步驟: 51、在N2的保護下，將石英爐管升溫至氮化矽膜沉積的溫度405-470°C； 52、在溫度為405-470°C時，進行第一層氮化矽膜的沉積，沉積時間為120_200s； 53、在溫度為405-470°C時，進行第二層氮化矽膜的沉積，沉積時間為700-900s； 54、完成氮化矽膜的沉積工藝，在405-440°C下出舟。
2.根據權利要求1所述的一種管式PECVD雙層氮化矽膜的製備工藝，其特徵在於所述步驟S2中具體參數為:壓強為1400-1600mTorr，SiH4 =NH3的流量比為1:3-1: 5，射頻功率為6100-6500W，氮化矽膜層的沉積厚度約為15-20nm，折射率為2.2-2.4。
3.根據權利要求1或2所述的一種管式PECVD雙層氮化矽膜的製備工藝，其特徵在於所述步驟S3中具體參數為:壓強為1400-1600mTorr，SiH4 =NH3的流量比為1:6-1:14，射頻功率為5300-6000W，氮化矽膜層的沉積厚度為60-70nm，折射率為2.04-2.08。
【文檔編號】H01L21/31GK103545197SQ201310505894
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月24日 優先權日:2013年10月24日
【發明者】張小盼, 範志東, 趙學玲 申請人:英利能源（中國）有限公司