TWI252523B - Method for passivating a semiconductor substrate - Google Patents
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Description
1252523 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種鈍化半導體基底的方法。 【先前技術】 該方法在實務界知名，可參閱由w . j . s 0 p p e等人所 著，並於 2 000年5月在蘇格蘭 Glasgow港第十六屆 EPVSEC (歐洲光電太陽能會議博覽會）所發表的「鈍化 氮化矽層之沈澱的高產量等離子強化化學蒸汽沈澱 (PECVD )反應器」。在此方法中，SiNx:H藉由等離子 強化化學蒸汽沈澱（PECVD )程序，而沈積於相當大量的 基底上。其中矽烷及氨做爲反應氣體。 爲實現該已知的方法，使用安排於處理室中的 Roth&Rau等離子源極。該源極具有附銅質天線的兩並列 石英管。在使用中，將處理的基底被置於處理室中等離子 源極之下。接著該源極產生一等離子，而處理氣體砂院及 氨被供應予該等離子。尤其在等離子與強力電磁場的影響 下，處理氣體以不同的比例分開，影響基底表面 SiNx:H 層的成長。該電磁場是由射頻（RF )交流電壓所產生。 沈澱於基底上的S i N X : Η層相當地硬且耐刮，而且實 際上不透水。此外，每一 SiNx:H層可做爲例如防反射 層，因該層降低基底上入射光的不需要反射。當例如基底 用於太陽能蓄電池時，便不需要反射。 再者，S i N X : Η層有利地關於基底中所出現之混亂的 (2) 1252523 修復。事實上，以已知的方式，利用氫的惰性，使用 S i N X : Η層的原子氫，該些混亂至少部分是可修復的。以 此方式，可獲得具良好光電屬性的基底。 所提及的氫惰性可包括本體與表面惰性，藉此，分別 修復基底本體與表面所欠缺的晶格。良好的表面惰性通常 與基底之良好的藍色響應有關。意即，基底上所入射之相 當大量的藍光，其通常可短距離地穿過基底，釋放了基底 中的電荷載子。電荷載子可包括在傳導帶及/或原子價帶 的自由電子。顯示良好的紅色響應與良好的藍色響應的基 底，是例如極適於形成高效能太陽能蓄電池的基本材料。 該已知方法的缺點是以該方法中所用的遠端PECVD 程序，僅可獲得SiNx:H層的極低成長率1 nm/s。此外， 爲實踐此方法而使用一種裝置，其包括附銅質天線之具有 相當長石英管的極大等離子源極，該石英管沿基底處理室 延伸。此使得等離子源極的維修及/或更換更加困難。再 者，鑑於伴隨之能量、矽烷及氨的高消耗，當僅處理單一 基底時，該源極並非有利。此外，源極所使用的高頻交流 電壓在增大期間需要一再地調整，以獲得固定的增大率。 此交流電壓的一再調整，除了源極阻抗的變化外，可歸因 於基底上電絕緣層的成長。 [發明內容】 本發明的目標是提供一種將上述缺點移除的方法。特 別是，本發明的目標是提供一種方法，使SiNx:H層可以 -6 - (3) 1252523 簡單的方式沈澱於基底上。 爲此目的’依據本發明此方法的特性在於申請專利範 圍第]項的措施。 以此方式，S i N X : Η層可可相當快地作用於基底。因 爲基底置於壓力極低的處理室，可在極乾淨的狀況下展開 沈澱，所以該層中幾乎沒有污染。上述等離子串聯源極可 在極高的內部工作壓力下產生等離子。處理室的極低壓力 具有進一步的優點，來自等離子串聯源極的等離子，可以 超音速之極快的速度離開置於處理室上的等離子源極，進 行基底的處理。如此一來，等離子可順利地朝向基底移 動，進一步產生所需之該層的極高成長率。此成束的方法 使得將S i Ν X : Η層作用於基底的線上方法可行。此外，等 離子串聯源極是一種極易維持的源極。此方法特別適合於 處理單一基底，因爲串聯源極可產生與基底表面尺寸協調 的等離子束。 PECVD過程的處理參數，至少包括處理室壓力、石夕 烷及氨流、基底溫度、處理室尺寸、及至少一等離子源極 與基底表面間的距離，較佳地使得 S i Ν X : Η層以高於5 n m / s，特別是高於1 5 n m / s的成長速度，沈澱於基底上。 爲此目的，處理參數較佳地具有下列數値： •每源極的砂院流局於 〇 · 〇 5 s 1 m (每分鐘標準公 升），特別是位於0.0 05 -1.0 slm範圍。 -每源極的氨流高於0 · 2 s 1 m，特別是位於〇 . 2 - 2.5 s 1 m 範園。 -7- (4) 1252523 •至少一源極之等離子輸出開口與基 於]〇 〇 in m - 7 5 0 m 】ό 範圍。 •基底溫度位於3 5 0 - 4 5 〇。C範圍。 發現使用依據本發明之方法所獲得的 生良好的基底本體及/或表面惰性，因而 色響應。以此方法，獲得具約6 ] 〇 mV開 底，該基底提供紅色與藍色響應。 依據本發明的進一步精心設計，可同 面。此進一步強化了依據本發明之方法的 此外，依據本發明的進一步精心 S i N X : Η層時，矽烷流及氨流間的比例可 爲將應用之層的折射率是可變化的。特別 池的製造而言，由於其可提昇太陽能蓄電 特別的重要。此處可想像的是，〇 . 2 %的效 的進步！爲人所熟知的是，太陽能嵌板 成，其上置放 EVA薄膜。在該 EVA ： S i N X : Η層的基底。玻璃的折射率約爲1 . 5 1 · 7，石夕的則約爲3 · 4 4。S i Ν X : Η層隨厚度 如 ].9 - 2.2逐級遞增的折射率。在使用單 及氨之比例的變化可以不同。然而，依據 精心設計，此用法亦可能由不同的源極組 矽烷/氨比例固定，但不同於亦具有固定 的次一源極。以此方式，連續源極可連續 射率的S i Ν X : Η層。本發明的進一步精； 底間的距離，位 S i Ν X : Η 層，產 觀察到良好的藍 放終端電壓的基 時處理基底的兩 優點。 、設計，當應用 以改變。此結果 是對太陽能蓄電 池的效率，所以 能提昇是多顯著 通常由玻璃板組 薄膜上，爲具有 ，EVA的則約爲 不同，可具有例 一源極時，矽烷 本發明一替代的 成，第一源極的 之矽烷/氨比例 應用具有不同折 .設計將於申請專 (5) 1252523 利範園子項中說明。 【實施方式】 圖]及2中所示裝置，具有P e C V D處理室5，其上 則具有直流（D C )等離子串聯源極3。D C等離子串聯源 極3係用於產生具直流電壓的等離子。該裝置具有基底支 架8，以支撐位於處理室5中等離子源極3之輸出開口 4 對面的基底]。該裝置進一步包括加熱裝置（未顯示）， 以便於處理中加熱基底1。 如圖2中所示，等離子串聯源極3具有出現於前室 1 1中的陰極1 〇，及出現於鄰近處理室5之源極3 —側的 陽極1 2。透由極窄的通道]3與輸出開口 4，前室1 1中開 啓進入處理室5。該裝置依規格切割，使得基底1與等離 子輸出開口 4間的距離L約爲 2 0 0mm- 3 0 0 mm。以此方 式，渠等裝置可具有相當精巧的設計。通道1 3受相互電 絕緣的串聯板]4與陽極1 2所偏限。在基底處理中，處理 室 5維持極低的壓力，特別是低於5 0 0 0 P a，較佳地是低 於 5 0 0 P a。通常，尤其處理室的處理壓力及尺寸應該如 此，以便成長程序可持續進行。實際上，本實施例已發現 爲達此目的，處理室的處理壓力至少約爲〇 · 1毫巴。圖中 未顯示獲得處理壓力所需的抽氣裝置。在源極3的陰極 1 〇與陽極】2間，例如透由氬等惰性氣體的點燃，產生一 等離子。當該等離子產生於源極3中時，前室n中的壓 力便大於處理室5中的壓力。該壓力本質上是大氣形成 -9 - (6) 1252523 的，並位於Ο · 5 - 1 . 5巴的範圍。由於處理室5中的壓力遠 低於室1 ]中的壓力，所以部分所產生的等離卞P延 伸，自輸出開口 4，通過相當窄的通道1 3，進入處理室 5，與基底]的表面接觸。 該裝置具有氣體供應裝置6、7，分別供應氨及矽烷 流予源極3之陽極板]2中，與處理室5中的等離t P。 氨供應裝置包括氨注射器6，用於將氨導入等離子P之等 離子源極3附近。砂院供應裝置包括淋頭7，自基底]附 近的輸出開口 4，向下供應矽烷予等離子P。該裝置具有 氨及矽烷氣體源（未顯示），透由氣體流調節裝置，連接 至氣體供應裝置6、7。在本實施例中，由於使用間並無 諸如矽烷、氯、氫及/或氮等活性氣體，供應予源極3的 等離子，所以源極3可不受渠等氣體影響。 爲鈍化棊底1 ’串聯源極3以上述方式產生等離子 p，使得等離子p與基底】的基底表面接觸。矽烷及氨流 以特定的矽烷/氨比例，透由氣體供應裝置6、7，供應 予等離子P。其中，PECVD程序的處理參數，至少包括， 理室壓力、_底溫度、等離子源極3與基底1間距離L、 與矽烷及氨流，使得SiNx:H層以超過5nm/s的有利速 度，沈澱於基底1上。 由於等離子串聯源極在直流電壓下工作以產生等離 子，所以S i N X : Η層在沈澱期間可簡單，且大體上不需續 整，並以固定的速率成長。在使用高頻等離子源極上是有 利的。此外’直Μ串聯源極可獲得極商的成長速率。 -10 - (7) 1252523 範例 透由依據本發明的方法，惰性S i N x : H層以約2 0 η ηι / s 的成長速率，沈澱在多晶矽基底的表面。其中處理參數以 表]中所示値設定。沈澱後，發現S j N x : H層中倂入約 15-20原子％的氫，同時SiNx:H層中原子的氮/矽比例x 位於]· 〇 - ] · 5的範圍。接著基底進行溫度處理，而s丨N x : H 層則在極短的加熱期間，保持著700- 1 000°C的溫度範 圍。在此溫度處理後，發現基底曾經歷良好的本體與表面 鈍化，並顯示紅色與藍色響應。此外，以此方法所獲得之 基底具有約6 ] 0 m V的終端電壓。由於有關該終端電壓高 太陽能蓄電池效能，所以該基底非常適用於例如太陽能蓄 電池。其中S i N X : Η層可簡單地作爲防反射層。 矽烷流 0 . 1 5 s 1 m 氣流 0.8 s 1 m 基底處理溫度 4 0 0 °C 距離L(源極-低底） 2 3 0mm 表1 .處理參數 通常，在下列申請專利範圍中所提出之本發明的範圍 內，可進行不同的修改。 透由P E C V D程序而沈源於基底上之S i Ν X : Η層的厚 度，可位於〗〇 - ] 〇 〇 〇 n m的範圍。 -11 - (8) 1252523 再者，各種半導體材料的基底，可使用依據本發明之 方法加以鈍化。 此外，該方法可使用處理室所承載之一個以上的等離 子源極而加以實踐。 再者，該基底可例如在真空的環境下置入處理室5， 例如處理室所承載的真空化載入止動器。在此例中，載入 期間處理室5的壓力，可維持於所需的低値。此外，當處 理室5在大氣壓力下時，基底可被例如引入處理室5，而 φ 處理室5接著被關閉，並由抽氣裝置排氣至所需壓力。 此外’串聯源極可產生例如專門包含氬的等離子。 【圖式簡單說明】 現在本發明將參照附圖與實施例加以說明，其中： 圖1以截面顯示測試基底的裝置；及 圖2顯示圖]之截面圖的細部，其中顯示等離子串聯 源極。 鲁 i要元件對照表 1基底 3 等離子串聯源極 4輸出開口 5處理室 6、7氣體供應裝置 6氨注射器 -12- (9) (9)1252523 7淋頭 8 基底支架 1 〇 陰極 ]] 前室 12 陽極 ]3 通道 14板
> 13-
Claims (1)
1252523 … (V 拾、申請專利範圍 附件2A : 第92 1 1 3743號專利申請案 中文申請專利範圍替換本 民國94年12月14日修正 1 · 一種鈍化半導體基底的方法，其中S i N X : Η層藉等 離子強化化學蒸汽沈澱（PECVD )程序，沈濺於基底 (1 )的表面，包括下列步驟：
-基底（1)置於處理室（5)中，其具有特定的內部處 理室尺寸，例如至少一項內部長度、寬度、高度及/或直 徑； -處理室中保持相當低的壓力； -基底（1 )保持特定的處理溫度； -至少一置於處理室（5)上的等離子串聯源極（3)，以距 基底表面特定距離（L)產生一等離子（Ρ);
-至少部分由每一等離子串聯源極（3)所產生的等離子 (Ρ)，被導引與基底表面接觸；及 -供應矽烷及氨流予該部分的等離子（Ρ )。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中Ρ E C V D程序 的處理參數，至少包括該處理室壓力、矽烷及氨流、基底 溫度、處理室（5)尺寸、及至少一等離子源極（3)與基 底表面間的距離（L )，使得SiNx:H層以高於5 nm/s， 特別是高於1 5 nm/s的成長速度，沈澱於基底（1 )上。 3 ·如申請專利範圍第I項之方法，其中每串聯源極 (3 )的矽烷流高於約〇·〇5 slm (每分鐘標準公升），特 1252523, (2) 別是位於0.00 5 - 1.0 slm範圍，更特別是位於0.1-0.2 slm 範圍。 4 .如申請專利範圍第1項之方法’其中每串聯源極 (3 )的氨流高於約0.2 slm，特別是位於0.2-2.5 slm範 圍，更特別是位於〇 · 5 - 0 s 1 m範圍。
5 .如申請專利範圍第2項之方法，其中至少一等離子 源極（3 )與基底間的距離（L )，位於約 100 mm - 750 mm範圍，更特別是位於約1〇〇 mm - 3 00 mm範圍。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中氨被供應予至 少一等離子源極（3)附近之處理室（5)中的等離子 (P ) ° 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中矽烷被供應予 處理室（5)中基底（1)附近的等離子（P)。 8 .如申請專利範圍第1項之方法，其中基底溫度位於 3 5 0-45 0°C範圍，更特別是位於3 80-420 °C範圍。
9.如申請專利範圍第1項之方法，其中處理室的壓力 低於5 00 0Pa，特別是低於5 00Pa。 I 〇 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中處理參數， 至少包括矽烷流/氨流比例，使得在SiNx:H層沈澱期 間，該層中倂入約1 5 - 2 0原子％的氫。 II .如申請專利範圍第1 0項之方法，其中該矽烷流/ 氨流比例位於〇 . 1 5 · 0.2 5的範圍。 1 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中處理參數， 使得SiNx:H層中原子的氮/矽比例X位於1.0-1 .5的範 -2- 1252523 :丨 (3) 圍。 1 3 .如申請專利範圍第1項之方法，其中至少沈澱於 基底（1 )上的SiNx:H層進行溫度處理，其中該層在特定 加熱期間，保持著7 00- 1 〇〇〇°C的溫度範圍。 14.如申請專利範圍第1項之方法，其中透由PECVD 程序而沈澱於基底（1 )上之SiNx:H層的厚度’位於ΙΟ-ΐ 0 0 0 n m 的 範圍。
1 5.如申請專利範圍第1項之方法，其中基底（1 )爲 多晶矽基底。 1 6 .如申請專利範圍第1項之方法，其中每一等離子 串聯源極中，直流電壓被用於產生等離子。 1 7 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該基底的兩 側以申請專利範圍第1項之方法處理。
1 8 .如申請專利範圍第1至1 7項之任一項之方法，其 中矽烷流與氨流間的比例，在SiNx:H層應用期間是可變 化的。 1 9.如申請專利範圍第1 8項之方法，其中比例的變化 是透由連續使用不同的源極，其中第一源極的矽烷/氨比 例固定，但不同於亦具有固定之矽烷/氨比例的次一源 極。 2 〇 ·如申請專利範圍第1 8項之方法，其中比例的變化 是透由改變單一源極中矽烷流與氨流而實踐。
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