CN111578851B - 检验板式pecvd微波能力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种检验板式PECVD微波能力的方法，包括步骤：S1、设计镀膜参数；S2、选取待测石英管，仅开启待测石英管的单一端微波系统，同时通入反应气，采用镀膜参数对硅片进行镀膜，获取测试片样本；S3、逐一对每根石英管每端的微波系统循环操作S2；S4、分别选取各组测试片样本上平行于微波传导方向的同一列测试片作为测试列，检测各测试列中各个测试片的膜厚，若测试列中膜厚最大值与最小值的差值不大于20nm，则与之对应的待测石英管测试端微波能力正常；若否，则与之对应的待测石英管的测试端微波能力异常。本发明提供的方法可以精准锁定微波传导异常的石英管，以及发生异常的微波端，排查出镀膜不均匀、产能降低的原因。

Description

检验板式PECVD微波能力的方法
技术领域
本发明涉及硅电池制造技术领域，尤其涉及一种检验板式PECVD微波能力的方法。
背景技术
板式PECVD沉积氮化硅膜的原理为借助微波使含有薄膜组成原子的气体电离形成等离子体进行反应，从而在基片上沉积出所期望的薄膜。微波的能力是否正常很大因素上决定了氮化硅膜的沉积是否能达标。
微波是指频率为300MHz～300GHz的电磁波，微波的能力会随传输距离的增加呈现递减的趋势。正常情况下，线性的微波功率从输入端开始会沿着石英管的方向逐渐衰退；但当石英管等硬件出现异常时，微波功率的衰退趋势会发生骤变，从而影响微波的能力，使基片的镀膜效果发生异样。
现有的板式PECVD反应仓通常使用六根石英管和铜质天线组成同轴系统，在工作时，同时向六根石英管中通入反应气体，并开启每根石英管两端的微波形成高频电场，以将各个石英管内的反应气体电离为等离子体附着在硅片表面形成氮化硅薄膜。目前产业化的PECVD企业对石英管进行排障时，大多采用相对判定的方法，该方法的步骤为：(1)首先设计出合适的工艺参数，独立开启每根石英管的特气输入通道，同时打开该石英管两端的微波，测试出该石英管的膜厚和折射率；如此循环，通过6次检测收集出每根石英管的膜厚和折射率；(2)对六组石英管的膜厚和折射率进行横向比较，若某一石英管的数据与其他相比差异明显，即可以初步判定该石英管的特气流量计可能存在异常；(3)对该异常石英管采取措施以解决。
上述方法通过某一石英管膜厚和折射率数据的不匹配，判断出该石英管的特气流量计出现了比较严重的偏高或者偏低现象，从而排查出PECVD装置生产电池片转换效率低的原因；但是却无法解决在生产过程中所出现的镀膜不均和色差的问题，因为采用上述方法对各组石英管的数据进行横向比对时，不会出现明显的数据异常，因此无法找出是因哪一根石英管发生故障而影响了整个设备的微波能力，同时更无法精确锁定出该石英管哪一端的微波能力发生了减弱，目前尚未有相应的排障方法，因此，当微波传导在氮化硅膜沉积过程出现异常时，通常采取的方式是，盲目的更换所有的石英管，这无疑会增加生产成本，且即使更换石英管也往往不能从根本上解决因微波传导异常所带来的镀膜不均的色差问题，因此亟需一种能够准确排查和检验微波能力的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种检验板式PECVD微波能力的方法，该方法可以精准锁定微波传导异常的石英管，以及发生异常的微波端，排查出镀膜不均匀、产能降低的原因。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种检验板式PECVD微波能力的方法，包括以下步骤：
S1、以单根正常石英管的单一端微波系统提供镀膜所需的微波功率为条件，设计镀膜参数，以使生成的镀膜厚度为50-100nm；
S2、任选一根石英管作为待测石英管，关闭其余石英管上的微波系统，仅开启所述待测石英管的单一端微波系统，同时向所述待测石英管中通入反应气，采用S1中所述镀膜参数对硅片进行镀膜，获取测试片样本；
S3、逐一对每根石英管每端的微波系统循环操作S2，分别获得一一对应的测试片样本；
S4、分别选取各组测试片样本上平行于微波传导方向的同一列测试片作为测试列，检测各组所述测试列中各个测试片的膜厚，并进行纵向比对，若所述测试列中膜厚最大值与最小值的差值不大于20nm，则与之对应的待测石英管测试端微波能力正常；若否，则与之对应的待测石英管的测试端微波能力异常。
当然除了通过测量膜厚并纵向比对来判断石英管的微波能力，在实际应用中还可以通过横向比对各测试列上镀膜颜色的变化趋势来判断，具体地：若S4中各测试列的颜色变化趋势是从深到浅逐渐变淡，则与之对应的待测石英管测试端微波能力正常；若有突变，则与之对应的待测石英管测试端的异常。该判断方法可以作为一种辅助手段，直观筛查并快速粗略锁定异常的石英管，最终的判断结果还应以对测试列膜厚的纵向比对结果来判定。
作为一种可选的实施例，S4还包括检测各组所述测试列中各个测试片的折射率，通过横向比对各组所述测试列中测试片的膜厚和折射率，找出膜厚和/或折射率与其他组明显异常的测试列，进而对应判断出特气流量计异常的石英管；
所述明显异常包括：所述测试列中测试片的膜厚与折射率之间呈正相关；或者所述测试列中各测试片的膜厚与折射率均呈负相关，但是某一测试列中各测试片的膜厚相较于其他测试列的膜厚差值大于10nm。
作为一种可选的实施例，所述镀膜数据包括微波功率、反应气的流量、相位、带速、微波开启时间与微波关闭时间脉冲的比值；
其中，所述微波功率为3000-4000W；所述反应气包括NH3和SiH4，所述NH3的流量为500-700sccm，所述SiH4的流量为200-300sccm；所述相位为30-80度；所述比值为8:8；所述带速为40-60cm/min。
作为一种可选的实施例，所述微波功率为3500W；所述反应气包括NH3和SiH4，所述NH3的流量为600sccm，所述SiH4的流量为250sccm；所述相位为50度；所述带速为50cm/min；所述比值为8:8。
SCCM(Standard Cubic Centimeter per Minute)是表示每分钟标准毫升。
作为一种可选的实施例，S2中所述硅片为单晶硅片或多晶硅片。
作为一种可选的实施例，S2中所述硅片在镀膜之前至少经过制绒、扩散、去除背面及四周PN结、去除PSG和/或BSG的步骤。
作为一种可选的实施例，S2中所述硅片在镀膜之前还叠加了氧化铝沉积、热氧化或SE激光步骤中的一步或几步。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的板式PECVD微波能力检验方法能够精准锁定微波传导异常的石英管以及异常的微波端，可作为一种排查镀膜不均、产能过低的方法，采用本发明得到的检测结果可以明确发生问题的原因，从而能有针对性的对问题部位进行维护，有效解决因微波传导异常导致的PECVD镀膜不均匀产生色差品质不良问题，和因微波异常导致的带速偏低影响产能的问题，进而提升氮化硅减反射钝化薄膜的性能，提升产能。
采用本申请所述的方法进行检测时，其设计思路为：先制定检测所需的镀膜参数，该镀膜参数的设定依据为以单根正常石英管的单一端微波系统提供镀膜所需的微波功率为条件，因此其可作为后续检测每根石英管每端微波能力的标准参数，而且采用该镀膜参数在检测单根石英管单一端微波能力时可以生成厚度为50-100nm的镀膜，该厚度的镀膜能够满足后续的检测工具的识别，从而提高基础数据的准确度，进而提升比对精度；
然后在检测时仅打开待检测的某一根石英管所对应的反应气，及该待测石英管单一端的微波系统对硅片进行镀膜，即关闭除了待测石英管以外其他石英管的微波系统，仅由待测石英管一端的微波系统提供镀膜所需的微波功率，然后根据设定的镀膜参数，例如温度、气体流量、带速、相位等工艺参数，获取具有50-100nm膜厚的测试片；如此循环，对所有石英管的每一端逐一检测，获得一一对应的测试片样本；接着分别选取各组测试片样本上平行于微波传导方向的同一列测试片作为测试列，检测各组测试列中各个测试片的膜厚，并进行纵向比对，若测试列中膜厚最大值与最小值的差值不大于20nm，则与之对应的待测石英管测试端微波能力正常；若否，则与之对应的待测石英管的测试端微波能力异常，当然在检测膜厚之前还可以先横向比对各测试列上镀膜颜色的变化趋势来判断，具体地：若S4中各测试列的颜色变化趋势是从深到浅逐渐变淡，则与之对应的待测石英管测试端微波能力正常；若有突变，则与之对应的待测石英管测试端的异常。将该判断方法可以作为一种辅助手段，直观筛查并快速粗略锁定异常的石英管，然后再检测粗略锁定异常的石英管所对应的测试列的膜厚，进行纵向比对，最终精准锁定异常石英管的异常端，这样可以节省判定时间。
相对于现有技术来说，该方法通过纵向比对每根石英管每端微波系统开启时镀膜的厚度来判定微波能力，不仅能找出异常的石英管，还能精确锁定到异常石英管的异常端；除此之外，本方法还可以同时排查特气流量计异常的石英管，其方法为检测各组测试列中各个测试片的折射率，对各组测试列中测试片的膜厚和折射率进行横向比对，若测试列中测试片的膜厚与折射率之间呈正相关；或者测试列中各测试片的膜厚与折射率均呈负相关，但是某一测试列中各测试片的膜厚相较于其他测试列明显偏大或偏小，则可以断定该测试列对应的石英管特气流量计异常，从而排查出效率降低、带速降低、产能降低等的原因为特气流量计异常，进而可以采取有针对性的措施提升产能和转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例一个所提供的镀膜过程示意图。
附图标记说明：
1、第一根石英管；2、第二根石英管；3、第三根石英管；4、第四根石英管；5、第五根石英管；6、第六根石英管；7、微波系统；8、测试片样本；81、测试列。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明提供了一种检验板式PECVD微波能力的方法，该方法以经过制绒、扩散、去除周边PN结等工序之后的P型硅片作为基体；
请参阅图1，以单根正常石英管中单一端微波系统7运行为前提条件设计对基体的镀膜参数，使得基体上的膜厚达到50-100nm的范围，从而可以采用检测工具识别并检测出测试片上的膜厚和折射率，在本发明中所有实施例均采用统一的镀膜参数，以便于后续进行比对分析，本发明中镀膜时的镀膜参数为：待测石英管中微波系统7开启端(测试端)的功率均为3500W，其余石英管以及待测石英管中测试端的相对端的微波系统7功率均为0w；通入的待测石英管中的反应气包括NH3和SiH4，NH3的流量为600sccm，SiH4的流量为250sccm；相位为50度；脉冲比为8:8；带速为50m/s，在前述镀膜参数下运行单个石英管中的单端微波系统7进行镀膜，可以得到检测识别范围内(60-90nm)的膜厚；
逐一对六根石英管(1、2、3、4、5、6)中各端的微波能力进行检测：
(1)测试第一根石英管1的微波能力，将第2-6根石英管所对应的反应气流量和微波功率都设定为0，向第一根石英管1中通入流量为600sccm的NH3，以及流量为250sccm的SiH4，设定相位为50度，脉冲比为8:8，带速为50m/s。当测试第一根石英管1左侧的微波能力时，将左侧的微波功率设定3500W，右侧的微波功率设定为0W，然后进行镀膜，得1A测试片样本；当测试第一根石英管1右侧微波能力时，右侧功率设定3500W，左侧功率设定0W，然后进行镀膜，得1B测试片样本。
(2)测试第二根石英管2的微波能力，第一根石英管1、第3-6根石英管所对应的反应气流量和微波功率都设定为0，向第二根石英管2中通入流量为600sccm的NH3，以及流量为250sccm的SiH4，设定相位为50度，脉冲比为8:8，带速为50m/s。当测试第二根石英管2左侧的微波能力时，将左侧的微波功率设定3500W，右侧的微波功率设定为0W，然后进行镀膜，得2A测试片样本；当测试第二根石英管2右侧微波能力时，右侧功率设定3500W，左侧功率设定0W，然后进行镀膜，得2B测试片样本。
(3)测试第三根石英管3的微波能力，第1-2根石英管、第4-6根石英管所对应的反应气流量和微波功率都设定为0，向第三根石英管3中通入流量为600sccm的NH3，以及流量为250sccm的SiH4，设定相位为50度，脉冲比为8:8，带速为50m/s。当测试第三根石英管3左侧的微波能力时，将左侧的微波功率设定3500W，右侧的微波功率设定为0W，然后进行镀膜，得3A测试片样本；当测试第三根石英管3右侧微波能力时，右侧功率设定3500W，左侧功率设定0W，然后进行镀膜，得3B测试片样本。
(4)测试第四根石英管4的微波能力，第1-3根石英管、第5-6根石英管所对应的反应气流量和微波功率都设定为0，向第四根石英管4中通入流量为600sccm的NH3，以及流量为250sccm的SiH4，设定相位为50度，脉冲比为8:8，带速为50m/s。当测试第四根石英管4左侧的微波能力时，将左侧的微波功率设定3500W，右侧的微波功率设定为0W，然后进行镀膜，得4A测试片样本；当测试第四根石英管4右侧微波能力时，右侧功率设定3500W，左侧功率设定0W，然后进行镀膜，得4B测试片样本。
(5)测试第五根石英管5的微波能力，第1-4根石英管、第六根石英管6所对应的反应气流量和微波功率都设定为0，向第五根石英管5中通入流量为600sccm的NH3，以及流量为250sccm的SiH4，设定相位为50度，脉冲比为8:8，带速为50m/s。当测试第五根石英管5左侧的微波能力时，将左侧的微波功率设定3500W，右侧的微波功率设定为0W，然后进行镀膜，得5A测试片样本；当测试第五根石英管5右侧微波能力时，右侧功率设定3500W，左侧功率设定0W，然后进行镀膜，得5B测试片样本。
(6)测试第六根石英管6的微波能力，第1-5根石英管所对应的反应气流量和微波功率都设定为0，向第六根石英管6中通入流量为600sccm的NH3，以及流量为250sccm的SiH4，设定相位为50度，脉冲比为8:8，带速为50m/s。当测试第六根石英管6左侧的微波能力时，将左侧的微波功率设定3500W，右侧的微波功率设定为0W，然后进行镀膜，得6A测试片样本；当测试第六根石英管6右侧微波能力时，右侧功率设定3500W，左侧功率设定0W，然后进行镀膜，得6B测试片样本。
结果分析：请参阅图1，选取石墨框中测试片样本8(1A测试片样本、2A测试片样本、3A测试片样本、4A测试片样本、5A测试片样本、6A测试片样本、1B测试片样本、2B测试片样本、3B测试片样本、4B测试片样本、5B测试片样本、6B测试片样本)的任一平行于微波传导方向的一列测试片作为测试列81，检测各组测试列中各个测试片的膜厚，结果如表1所示：
表1
Figure BDA0002488356740000081
Figure BDA0002488356740000091
通过对各个测试列81上测试片的膜厚进行纵向比对可以发现，2A测试片上最大膜厚与最小膜厚的差值为22nm，超过20nm，而且观察2A测试片上的测试列81的颜色变化发现，2A测试片上镀膜的颜色沿微波传导方向发生了突变，第三片镀膜的颜色明显变淡；但其余测试片上测试列81的颜色变化趋势均为从深到浅逐渐变淡。
本领域技术人员知悉，微波能力在传导的过程中会逐渐降低，因此，该渐变的过程会体现在镀膜厚度上，即镀膜厚度也会随距微波系统发射端距离的增加而逐渐变薄，而本领域技术人员公知，若沿微波传导方向上的膜厚最大值与最小值的差值不大于20nm，则该微波能力是正常的，即与之对应的待测石英管测试端微波能力正常；若否，则与之对应的待测石英管的测试端微波能力异常，因为2A测试片上最大膜厚与最小膜厚的差值为22nm，超过20nm，且其颜色变化趋势为突变而非渐变，由此可以得出2A测试片所对应的第二根石英管2的左端微波能力发生了异常，造成了镀膜颜色的异样，而微波能力的异常很有可能是因为石英管的硬件发生了问题，将该判断结果交于工程师，经检测和维护，从而可以修复硬件，恢复镀膜外观，解决因微波能力异常造成的产能低下的问题。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例还分别检测和记录了1A测试片、2A测试片、3A测试片、4A测试片、5A测试片、6A测试片、1B测试片、2B测试片、3B测试片、4B测试片、5B测试片、6B测试片的折射率，通过折射率与膜厚的关系来判断是否有石英管的特气流量计存在异常，其中特气流量计异常之一的表现为：由该石英管对应的测试片样本的镀膜厚度和折射率呈负相关，但是镀膜厚度相较于其他石英管对应的测试片样本明显整体偏厚或者偏薄，该整体偏厚或者偏薄是指该测试列81中所有测试片的膜厚与其他测试列中各个测试片的膜厚横向比对差值大于10nm；或者该石英管测试列81中测试片的膜厚与折射率之间出现了正相关的趋势。
因此，在本实施例中，为了减少工作量，仅选取各个石英管对应的同一方位端的测试片样本进行比对，具体为选取1B测试片样本、2B测试片样本、3B测试片样本、4B测试片样本、5B测试片样本和6B测试片样本中最接近微波发射端的测试片作为横向比对对象，检测各比对对像的镀膜厚度和折射率，具体结果如表2所示：
表2
样本名称 膜厚(nm) 折射率
1B测试片样本 82.5 2.08
2B测试片样本 88.6 2.05
3B测试片样本 85.3 2.07
4B测试片样本 84.5 2.07
5B测试片样本 89.8 2.25
6B测试片样本 80.2 2.10
由表2可以看出5B测试片样本的膜厚为89.8nm，折射率为2.25；其余测试片的膜厚范围均落于80.2-88.6nm，折射率的范围均落于2.05-2.10之间，5B出现了膜厚越大而折射率也越大的情况，即膜厚与折射率之间呈正相关，由此可以得出第五组数据异常，其所对应的第五根石英管5的特气流量计异常，将该判断结果交于工程师，经检测和维护，从而可以修复硬件，解决因特气流量计异常造成的产能低下的问题。
实施例3
与实施例2不同的是，本次检测以经过制绒、扩散、去除背面及周边PN结、去除背面PSG以及正面BSG，并叠加了氧化铝沉积、热氧化和SE激光工序之后的N型硅片作为基体，所生成的检测片样本8的膜厚和折射率检测结果如表3：
表3
样本名称 膜厚(nm) 折射率
1B测试片样本 82.7 2.13
2B测试片样本 80.3 2.15
3B测试片样本 83.9 2.10
4B测试片样本 70.2 2.19
5B测试片样本 84.6 2.09
6B测试片样本 85.8 2.08
在本实施例中发现，虽然采用了同一镀膜参数，且各个测试片样本的膜厚与折射率成负相关，但是4B测试片样本的膜厚为70.2nm，而其余测试片的膜厚均为80.3-85.8nm，其差值大于10nm，由此可见，4B测试片样本的镀膜出现明显偏薄的现象，结合上述理论可以得出4B测试片样本对应的第四根石英管的特气流量计异常。将该判断结果交于工程师，经检测和维护，从而可以修复硬件，解决因特气流量计异常造成的产能低下的问题。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种检验板式PECVD微波能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、以单根正常石英管的单一端微波系统提供镀膜所需的微波功率为条件，设计镀膜参数，以使生成的镀膜厚度为50-100nm；
S2、任选一根石英管作为待测石英管，关闭其余石英管上的微波系统，仅开启所述待测石英管的单一端微波系统，同时向所述待测石英管中通入反应气，采用S1中所述镀膜参数对硅片进行镀膜，获取测试片样本；
S3、逐一对每根石英管每端的微波系统循环操作S2，分别获得一一对应的测试片样本；
S4、分别选取各组测试片样本上平行于微波传导方向的同一列测试片作为测试列，检测各组所述测试列中各个测试片的膜厚，并进行纵向比对，若所述测试列中膜厚最大值与最小值的差值不大于20nm，则与之对应的待测石英管测试端微波能力正常；若否，则与之对应的待测石英管的测试端微波能力异常。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S4还包括检测各组所述测试列中各个测试片的折射率，通过横向比对各组所述测试列中测试片的膜厚和折射率，找出膜厚和/或折射率与其他组明显异常的测试列，进而对应判断出特气流量计异常的石英管；
其中，所述明显异常包括：所述测试列中测试片的膜厚与折射率之间呈正相关；或者所述测试列中各测试片的膜厚与折射率均呈负相关，但是某一测试列中各测试片的膜厚相较于其他测试列的膜厚差值大于10nm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镀膜参数包括微波功率、反应气的流量、相位、带速、微波开启时间与微波关闭时间脉冲的比值；其中，所述微波功率为3000-4000W；所述反应气包括NH3和SiH4，所述NH3的流量为500-700sccm，所述SiH4的流量为200-300sccm；所述相位为30-80度；所述带速为40-60cm/min；所述比值为8:8。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述微波功率为3500W；所述反应气包括NH3和SiH4，所述NH3的流量为600sccm，所述SiH4的流量为250sccm；所述相位为50度；所述带速为50cm/min；所述比值为8:8。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2中所述硅片为单晶硅片或多晶硅片。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2中所述硅片在镀膜之前至少经过制绒、扩散、去除背面及四周PN结、去除PSG和/或BSG的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，S2中所述硅片在镀膜之前还叠加了氧化铝沉积、热氧化或SE激光步骤中的一步或几步。
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