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PECVD段工艺培训


PECVD段工艺培训
黄亚明

本次培训的主要内容:
工艺人员的主要职责

简单介绍PECVD
PECVD的原理与作用

介绍两种PECVD所用的设备
生产过程中可能遇到的异常及处理方法 附件

2

工艺人员的主要职责
负责现场工艺运行的正常与稳定;

负责部门内工艺运行原始资料的累积,保管,随时检查工艺运
行状态,并记录异常,积极处理工艺异常。 负责应对设备常见、突出、重大的工艺异常,制定落实整改措 施、预防措施、应急方案。 对生产人员可能的不规范操作及时通知其予以纠正。 对现有生产技术进行必要的研究并提出改进建议。

对PECVD的简单介绍
1、PECVD在电池生产工艺中所处的位置:

来料检验
丝网印刷

制绒

扩散

PECVD

刻蚀

烧结测试

对PECVD的简单介绍
2、PECVD定义:

PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition
的简称,即等离子体增强化学气相沉积。 与其他成膜方式如PVD、LPCVD相比,其优点有: 基本温度低、沉积速度快、成膜质量好、不易龟裂等。

PECVD原理与作用
PECVD基本原理:借助微波或射频的能量,使反应气体( NH3、SiH4)产生电离,在一定范围内形成等离子体,等离 子体反应后在硅片表面形成SiN膜。
SiH4 ? SiH2 ? H 2 SiH4 ? NH 3 ? SiH3 NH 2 ? H 2 NH 3 ? NH 2 ? H SiH2 ? NH 3 ? SiH3 NH 2 ...Si ? H ? SiH2 ? ...Si ? Si... ? H 2

3SiH4 ? 4 NH3 ? Si3 N 4 ? 12 H 2

什么是等离子体?

等离子体是气体在一定条件下受到激发,发生电离,部分
外层电子脱离原子核,形成电子、正离子和中性粒子混合组 成的一种形态,这种形态称为等离子态,也称为第四态。

PECVD的作用
1、减反射
利用光的干涉原理,通过调整膜厚与 折射率,使得R1和R2相消干涉,达到减 反射目的。 要达到此目的,对膜厚与折射率的 要求如下:

n ? n0 ? nsi d ?n ? ? /4

2、钝化
Si材料中,存在较高的晶界、点缺陷(主要是指空位、填隙原

子、金属杂质、氧、氮以及它们的复合物等等),很容易在禁带中
形成深能级,成为复合中心。 而在镀膜过程中,表面在一段时间内处于富H的气氛,H离子与 杂质或是缺陷发生反应,将禁带中的能带转入价带或是导带,降低 复合,提高材料的少子寿命,起到钝化的作用。

介绍两种PECVD设备
PECVD的分类:按照沉积腔室等离子源与样品的关系可分 为直接法与间接法。
管式PECVD (Centrotherm,40KHz)

直接法(Direct)
板式PECVD (Shimadzu) PECVD 微波法 (Roth&Rau,2.45GHz) 间接法(Remote) 直流法 (OTB)

直接法:
样品直接接触等离子体,样品或样品的支撑体就是电极的一部分。直接法又可分

为管式PECVD和板式PECVD。

①管式PECVD:即使用像扩散炉管一样的石英管作为沉积腔室,使用电阻炉作为
加热体,将一个可以放置多片硅片的石墨舟插进石英管中进行沉积。如德国的 Centrotherm、中国的48所、七星华创产的设备。

②板式PECVD:是将硅片放置在一个石墨或碳纤维支架上,放入一个金属的沉积
腔室中,腔室中有平板型的电极,与样品支架形成一个放电回路,在两个极板之间的
交流电场的作用下气体电离,反应后在硅片表面形成SiN。这种设备目前主要是日本 岛津公司在生产。

间接法: 待沉积的样品在等离子区域之外,等离子体不直接打到样品表面,样 品或其支撑体也不是电极的一部分。 ①微波法: 使用微波作为激发等离子体的频段。微波源置于样品区域

之外,先将氨气离化,再轰击硅烷气,产生SiNx分子沉积在样品表面。这
种设备目前的主要制造商为德国的Roth&Rau公司。 ②直流法:使用直流源激发等离子体,进一步离化氨气和硅烷气。样品 也不与等离子体接触。这种设备由荷兰的OTB公司生产。

频率变化对镀膜的影响:
频率越高,均匀面积越小;

频率越低对于硅片表面的损伤较严重;
频率越低,离子进入硅片越深,越有利于多晶硅晶界的钝 化。

各种镀膜方式比较:

目前公司所用设备:
Centrotherm:

炉管内部工作原理

管式PECVD使用备件:石墨舟、推车,要求温度为450℃。

石墨舟使用150次左右需进行清洗,清洗主要是利用HF与舟表面的SiN进行 反应,以去除舟表面的SiN,防止因舟表面的SiN膜过厚造成的镀膜不均。
清洗好的石墨舟在使用之前需进行预处理,即在舟内防止假片或不放硅片 ,运行镀膜程序,预处理时间在2-3小时左右。预处理的目的一方面是为了提 高舟表面的平整度,另一方面可缩小SiN在石墨与硅片表面沉积速度的差异, 提高镀膜的均匀性。

Roth&Rau

线型微波等离子体产生原理

Pmean

ton ? Ppeak ? ton ? toff

测试仪器:
椭偏仪

常见问题及其处理方法
管式PECVD: 管式PECVD出现镀膜异常,首先检查调用的工艺程序是否正确,若程 序正确,则按照以下方式处理: 膜厚:膜厚偏大,可适当降低镀膜时间,膜厚偏小,增加镀膜时间。 折射率:折射率偏大,降低SiH4和NH3的比例;折射率偏小,增加 SiH4和NH3的比例。 若发现同一舟中,部分硅片镀膜正常,部分镀膜不均,首先检查镀膜

过程中有无报警根据报警类型进行解决;若无报警,检查石墨舟的使用次
数,若接近150次,需进行清洗。

板式PECVD:

膜厚:膜厚偏大时,可增加带速或是降低微波功率;膜厚偏小时,降
低带速或是增加微波功率。 折射率:折射率偏大,降低SiH4和NH3的比例;折射率偏小, 增加SiH4和NH3的比例。 镀膜过程中若出现报警,通常会造成膜厚与折射率异常。

报警的处理:
管式PECVD:

管式PECVD常见的报警主要有高频(HF)报警和设备报警。造成HF报警
的原因主要有:①电极放反;②舟内有碎片,碎片与相邻两片石墨片相

连,造成短路;③舟内硅片太弓,局部等离子体密度过大,造成短路。
出现HF报警后,首先将舟退出,检查报警原因,与镀膜状态,将异常处理 后,在原来基础上,继续镀膜,对于造成的异常片,按照异常片处理流程进行

处理。
出现设备报警时,及时通知设备进行处理。

板式PECVD: 板式PECVD的报警类型很多,操作不当、石墨板不符合要求以及设备 本身的故障都可能造成报警。 出现报警后,首先通知生产人员停止上料,对于前两种原因造成的报警,

只要改正操作方式、停止使用不符合要求的石墨板,再消警;遇到设备本身
的报警时,及时通知设备人员进行处理。 报警通常会造成部分硅片镀膜异常,对于异常片的处理可按照异常片处理 流程进行处理。

不同膜厚硅片颜色对比:

彩虹片

异常片处理流程

镀膜异常

膜厚均 匀
否 直接流 至印刷



膜厚 偏大 否



直接流至 印刷

根据膜厚进 行加镀

其他注意事项:
安全:

特气:SiH4是易燃易爆气体,空气中的SiH4含量达到一定量时,
会发生爆炸。 高温:PECVD要求温度在350℃-450℃,刚从设备里出来的硅片温 度很高,勿直接接触。

操作过程注意事项: ① 上片之前首先观察上一工序传递过来的硅片的表面状况,遇 到外观异常的硅片及时通知上一工序的工艺人员。 ② 定时巡检生产人员的操作手法与工艺参数,遇到不符合SOP ,或是私自更改工艺参数的现象,及时向生产班组长反馈并督促改 正。

附件:

The End
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