第三章、 文獻回顧分析( SiN x 氮化矽沉積薄膜特性)
4.2 實驗設計與量測方法
4.2 實驗設計與量測方法
在工業生產現場觀察發現，負責生長沉積氮化矽抗反射層薄膜的 Roth
& Rou SINA L PECVD 機台生產太陽能電池晶片長期下來皆有色差的產品 存在，(圖 4-16)外觀顏色差異輕則允與下放繼續下一階段的製程直至成品。
顏色差異嚴重則藉由現場負責檢驗人員目檢判斷挑出或外觀檢驗自動化機 器判別分類，額外加工拔除氮化矽薄膜後，再次重工進行抗反射層薄膜沉 積製作。在此的取樣方法，分別取清潔乾淨 5 片已拋光處理晶片樣本，以 對角線方式擺放於 5 × 5 共 25 電池片的載盤上，其餘部分以產品擺放一起 進入 PEVCD 內沉積生成抗反射薄膜。(圖 4-17)樣本薄膜生長完成後，接著 以橢圓偏光儀分別量測樣本上的左: Left、中: Center、右: Right 位置，獲取
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相對位置上拋光晶片上氮化矽薄膜厚度 d (Thickness)與折射係數 n 值 (Refractive index )等薄膜光學特性表現。
圖4-16載盤電池片顏色差異現況
行進 方向
行進 方向 載具
wa fe r 周圍顏色表現 -N. G wa fe r 周圍顏色表現差 異性小 -OK
Wafer
氣體噴頭 氣體噴頭
載具行進方向 圖4-17 監控片取樣量測 定義
(a) 載具上取樣晶片位置圖(b) 晶片樣本取樣位置圖
樣本/Poilished wafer 產品/Poilished wafer
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此目的去除矽晶片表面的氧化物。避免 SiO2薄膜影響後續的分析 (6) 置於去離子水中 5 min 以去除殘留之 HF
(7) 以氮氣槍吹乾晶片，去除水氣
(8) 置入真空腔體中改變各個參數以沉積光學抗反射薄膜。
(9) 最後再測量薄膜之厚度、n & k、反射率。
表 4-1 監控片規格表
除此之外對於樣品也請務必小心保管，確保樣品在 SiNx沉積前後的表 面不受外因素干擾造成損傷，儘可能降低不必要得干擾，避免影響實驗結 果分析準確性。
圖 4-18 5″電池矽晶片尺寸
6”單晶片 5”太陽能用單晶片
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圖 4-19 內崁式載具外觀
4.2.2 氮化矽薄膜沉積實驗設計方向
本實驗以 Roth & Rou SINA L In-Line 式 PECVD 來做為沉積生成 SiNx 薄膜機台，此機台為模組化機台，藉由三個腔體所組成分別為製程腔體、
載入腔體與卸載腔體，其腔體間分別藉由閘閥(Gate valve)分隔開。如圖 4-20 所示，其製程腔體功能可細分為三部分，其中加熱升溫區域主要是提供矽 晶片與載具能預先達到製程溫度，避免因為載具與矽晶片溫度影響干擾製 程沉積溫度。再來是沉積區域，主要是提供 4 組頻率為 2.45GHz 的線性電 漿源(In-line plasma)，用來激發 SiH₄與 NH₃的反應氣體，薄膜沉積就在此區 域生成。最後就是冷卻區，其功能就是要來讓即將離開製程腔體的載具與 矽晶片能夠在保證的相對低溫狀態。至於載具的傳輸方式是透過與帶有冷 卻迴路的滾軸接觸磨擦帶動下，來確保載具傳送的確實性。
圖 4-20 典型太陽能電池片 In-line 式 PECVD 機台[5]
資料來源: Roth & Rou AG“SINA Process Training”
此機型是利用 Edwards EH4200/GV600 作為主要控制提供各腔室的堆 疊式高壓抽氣泵，同時藉由氣體流量與抽氣泵速度的控制過程來達到理想 中的壓力控制。在這個系統中的沉積速率(Deposition rate)取決於各參數控制 變化，大概範圍為 80~100 um 之間變化。
PECVD 主要利用電漿來提高增強沉積時所需的能量，提高整體反應能 量，所以在沉積時所需的熱能或溫度相較其他方法低，低溫的沉積可減低 結晶時的損傷並降低熱預算(Thermal budget)。將矽晶片置於控制在 0.2~0.3 mbar 低壓腔體環境內，伴隨通入適量的反應氣體 SiH4和 NH3，沉積反應溫 度則維持在 350~420℃範圍內。緊接著利用頻率 2.45 GHz 的線性 MW (Microwave)當作為電漿源，藉由以石英外套管與內部的銅導管，同時應用 一組永久磁鐵限制電漿電子範圍。間接將電漿源引導入反應室內(圖 4-21)。
經過一連串化學反應和等離子體反應後，最終在矽基材樣品表面形成固態
63 鈍化(Bulk passivation)效果。[19,47] PECVD 製程中的，RF 的頻率與功率、
電極之排列與間距，作用的時間、作用時的溫度與總氣壓、作用氣體的流
電轉換效率的影響。
表 4-2 氮化矽抗反射薄膜沉積條件
反應壓力(mbar) 氣體流量(sccm) 功率(W) 流量比 (NH3/SiH4)
溫度( ℃) 0.19 1800 2400/2400 2.50 360 0.22 2000 2600/2600 3.00 380 0.25 2200 2800/2800 3.50 400 0.28 2400 3000/3000 4.00 420 0.31 2600 3200/3200 4.50 440
圖 4-21 典型太陽能電池片 PECVD 腔體示意圖[5]
資料來源: Roth & Rou AG SINA Process Training”