由于氮化硅的折射率为1.9,是很理想的减反射膜材料,所以研究中采用的就是这种材质的减反射膜。氮化硅薄膜的折射率高,其中晶态氮化硅薄膜的折射率为2.0;非晶态氮化硅薄膜的折射率会在其左右一定范围内波动。氮化硅薄膜的厚度和颜色有对应关系,如表2所示。
厚度可用椭圆偏振仪精确测量。在能够估计厚度范围的情况下,可根据氮化硅薄膜的颜色和表中所列的颜色进行比较,以此来确定氮化硅膜的大约厚度。图2~图4分别为镀膜前、80 nm左右SiN薄膜和65 nm左右的SiN薄膜图示。
3 实验与讨论
本研究使用德国ROTH&RAU科学仪器研制中心制造的PECVD-SiNA1型设备制备不同厚度的SiN薄膜。
测试设备用:SENTECH生产SE-400ADV的激光偏振仪;SEMILAB生产的WT-2000的少子寿命测试仪。
实验材料:材料采用P型(100)的直拉的125 mmx125 mm单晶硅片,电阻率约为0.5~3 Ω·cm,厚度200+50μm。在实验前经过硅片清洗和制绒,磷扩散,等离子刻蚀,去除磷硅玻璃等工艺。
实验用到的气体有SiH4,NH3,N2。腐蚀溶液为HF酸。SiH4和NH3气体分别用于等离子体增强型化学气相沉积法沉积SiN薄膜,为安全起见,SiH4由氮气稀释至10%,NH3浓度为99.999%。N2主要用于在沉积完薄膜后清洗气路和反应室,它们的纯度都为99.999%。
PECVD系统主要工艺参数包括射频功率、反应气体组分、气体总流量、衬底温度和反应压力等,这些参数对SiN薄膜的性能有很大影响。
由于影响PECVD系统淀积效果的参数很多,如气体流量和流量比,工艺腔温度,射频功率,沉积气压等等,而且对不同的PECVD设备会有不同的最佳参数,我们有必要就主要的控制参数进行研究,摸索出在这台PECVD设备上淀积氮化硅薄膜的最佳工艺参数组合。
在此一共选取了沉积压强(6组)、微波功率(5组)、气体流量比(11组)、工艺腔温度(4组)四个变量。采取改变其中的变量其他三个变量不变的实验方法,最后得出各个变量主要对电池片哪些参数有影响,提出一个可行的最优实验方案。
通过查阅相关资料,我们总结出SiN薄膜较好的各参数范围:薄膜厚度在70~80 nm之间,膜厚差应小于5 nm,折射率2.0~2.1之间,4 nd在630 nm左右,少子寿命越大越好,腐蚀速率越小。