一种具有涟漪形的非均匀厚度的氮化硅薄膜的制作方法技术

一种具有涟漪形的非均匀厚度的氮化硅薄膜的制作方法，属于半导体技术领域的薄膜制备领域。本发明专利技术通过在样品台上放置石英玻璃板，电隔绝等离子体增强化学气相沉积系统的阳极和阴极，在太阳能电池板衬底下方通过丝网印刷多个同心圆环形金属电极并通过导线将各圆环电极与样品台阴极相连保持相同电位，使得在PECVD过程中未沉积圆环形金属电极的太阳能电池板上方处的射频偏压降低，从而显著降低该区域的生长速率；而已沉积金属电极的太阳能电池板的上方区域，沉积的金属电极对电场的感应降低电位，相比未沉积金属电极的区域增加了偏压，使得氮化硅薄膜的沉积速率明显高于未沉积金属电极上方的沉积速率，最终形成具有涟漪形的非均匀厚度的氮化硅薄膜。的非均匀厚度的氮化硅薄膜。的非均匀厚度的氮化硅薄膜。

【技术实现步骤摘要】
一种具有涟漪形的非均匀厚度的氮化硅薄膜的制作方法


[0001]本专利技术属于半导体薄膜制造领域，尤其涉及一种具有涟漪形的非均匀厚度的氮化硅薄膜的制作方法。

技术介绍

[0002]氮化硅(Si3N4)薄膜是一种应用广泛的介质材料。作为非晶绝缘物质，氮化硅膜的介质特性优于二氧化硅膜，具有对可动离子阻挡能力强、结构致密、针孔密度小、化学稳定性好、介电常数高等优点，在集成电路制造领域被广泛用作表面钝化保护膜、绝缘层、杂质扩散掩膜、刻蚀掩膜以及半导体元件的表面封装等。此外，氮化硅薄膜具备良好的光电性质、钝化性能和抗水汽渗透能力。在硅基太阳能电池中，氮化硅薄膜可用作减反射膜，同时起到表面钝化和体内钝化的作用，从而提高太阳能电池的转换效率。
[0003]目前大部分光伏器件都是基于太阳光的可见光部分进行研究，而占太阳光总辐射能量52％的近红外光780nm<λ<2500nm并没有被有效利用。同时要使薄膜达到理论上最优的增透效果，则氮化硅的厚度需是吸收光波波长的四分之一：n
×
d＝λ/4(n为氮化硅薄膜的折射率)，然而传统用于太阳能电池器件的氮化硅薄膜都采用的均匀厚度，薄膜厚度只能满足单一波长光波的增透，因此对太阳光中其他波段的光波无法起到最优的增透效果。而现顶级望远镜公司通过增加镀膜层数的方法，在整个可见光波段来获得高的透射率，透射率曲线更加平坦且接近100％，但其采用的双增透膜，三增透膜极大的提高了制备成本。因此如何通过一层氮化硅薄膜完成对太阳光大部分波段的增透成了极需要解决的问题。
[0004]目前半导体薄膜制备工艺中主要有直接氮化法，物理气相沉积，化学气相沉积等几种制备氮化硅薄膜的方法。其中本专利技术采用的等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)是借助于辉光放电等离子体使含有薄膜组成的气态物质发生化学反应，从而实现薄膜材料生长的一种制备技术，由于PECVD技术是通过气体放电来制备薄膜的，有效地利用了非平衡等离子体的反应特征，从根本上改变了反应体系的能量供给方式。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种具有涟漪形的非均匀厚度的氮化硅薄膜制备方法,以解决均匀厚度氮化硅薄膜增透波长单一以及普通非均匀厚度梯度薄膜增透效率低的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的单层薄膜对太阳光中不同波段都可以达到增透作用的具体技术方案如下：
[0007]一种涟漪形的非均匀厚度的氮化硅薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：
[0008]步骤1、提供太阳能电池板和石英玻璃板；
[0009]步骤2、采用丝网印刷技术，在所述太阳能电池板上制备多个不同大小的同心圆环状金属电极；
[0010]步骤3、依次在样品台上放置石英玻璃板和步骤2带有金属电极的太阳能电池板，
所述的环形石英板尺寸应大于太阳能电池板的尺寸；
[0011]步骤4、采用等离子体增强化学气相沉积法在太阳能电池板上沉积氮化硅薄膜，即可得到具有非均匀厚度的涟漪形氮化硅薄膜。
[0012]进一步，步骤1所述太阳能电池板的衬底为Si。
[0013]进一步，步骤2所述的金属电极为铜、铝等任意一种导电优良的金属材料。
[0014]进一步，步骤2所述的金属电极为大小不同，厚度宽度相同的同心圆环组成。
[0015]进一步，步骤2所述的多个同心金属圆环电极之间的间距为4～6cm。
[0016]进一步，步骤2所述的多个圆环形金属电极之间用金属导线同样品台的阴极相连，使所有金属圆环电极与阴极保持相同的电位。。
[0017]进一步，步骤3所述的石英玻璃板厚度为0.5～3mm；
[0018]进一步，步骤4所述的等离子体增强化学气相淀积法在实验制备氮化硅薄膜时，采用硅烷、氨气和氮气作为反应气体，其中硅烷采用氩气稀释，
[0019]进一步，步骤4所述的硅烷流量为200sccm～250sccm，氮气流量为150sccm～200sccm，氨气流量为40sccm～50sccm；气压为0.6Torr，半导体衬底温度为200℃～250℃，射频功率为70W～80W，沉积时间,400～600s。
[0020]进一步，步骤4所述在样品台上仅放置太阳能电池板，采用等离子体增强化学气相沉积沉积氮化硅薄膜时，氮化硅薄膜为均匀生长；
[0021]进一步，步骤4所述在样品台上依次放置石英玻璃板和底部带多个圆环形金属电极的太阳能电池板，采用等离子体增强化学气相沉积法沉积得到的涟漪形的非均匀厚度的氮化硅薄膜的厚度变化范围为60～500nm；其中，在圆环形金属电极正上方形成的氮化硅薄膜的厚度为500nm，为涟漪形氮化硅薄膜峰值处的厚度，在每两个金属圆环电极中点的正上方形成的氮化硅薄膜的厚度为60nm，为涟漪形氮化硅薄膜谷底处的厚度。其中，氮化硅薄膜的厚度变化梯度可以通过沉积时间控制。
[0022]进一步，步骤4所述制备出的氮化硅薄膜H含量高于2*10
18
/cm2。
[0023]本专利技术的原理如下：
[0024]采用等离子体增强化学气相沉积技术沉积氮化硅薄膜时，如果将太阳能电池板直接放置于样品台上，沉积得到的氮化硅薄膜中间稍厚、四周稍薄，厚度均匀性约为90％以上。本专利技术方法沉积氮化硅薄膜时，在太阳能电池板下方放置石英玻璃板，降低了太阳能电池板中间区域的射频偏压，使得中间位置处氮化硅薄膜的沉积速率显著降低。而对于沉积了多个同心圆环形金属电极的太阳能电池板的上方区域，金属电极对电场的感应具有低的电位，使得氮化硅薄膜的沉积速率明显高于中间区域的沉积速率，最终使得下方未沉积金属电极的区域氮化硅薄膜薄、下方沉积金属电极的区域氮化硅薄膜厚，形成了一种非均匀厚度涟漪形的氮化硅薄膜。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0026]1、本专利技术提供的一种具有涟漪形的非均匀厚度的氮化硅薄膜的制备方法，通过在样品台上放置石英玻璃板，电隔绝等离子体增强化学气相沉积系统的阳极和阴极，并在太阳能电池板衬底下方通过丝网印刷形成多个同心的圆环形金属电极，使得在PECVD过程中未沉积圆环形金属电极的太阳能电池板上方处的射频偏压降低，从而显著降低该区域的生长速率；而已沉积金属电极的太阳能电池板的上方区域，沉积的金属电极对电场的感应降
低电位，相比未沉积金属电极的区域增加了偏压，使得氮化硅薄膜的沉积速率明显高于未沉积金属电极上方的沉积速率，最终形成了非均匀厚度涟漪形的氮化硅薄膜。
[0027]2、本专利技术提供的一种具有涟漪形的非均匀厚度的氮化硅薄膜的制备方法，得到的氮化硅薄膜的厚度从涟漪形谷底的60nm增厚至涟漪形峰值的500nm左右，不仅可以充分利用可见光部分，还可利用400nm～480nm的近紫外波段和780～2500nm近红外波段，相较于其他厚度梯度氮化硅薄膜，本专利技术在单位长度的器件宽度上实现了更大的厚度梯度，薄膜峰值和谷底的大落差可以增强没有被增透的光波被反射后在薄膜峰谷之间的二次吸收，提高了太阳能电池等光电器件的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有涟漪形的非均匀厚度的氮化硅薄膜制作方法，其特征在于，通过在样品台上放置石英玻璃板，电隔绝等离子体增强化学气相沉积系统的阳极和阴极，在太阳能电池板衬底下方通过丝网印刷多个同心圆环形金属电极并通过导线将各圆环电极与样品台阴极相连保持相同电位，使得在PECVD过程中未沉积圆环形金属电极的太阳能电池板上方处的射频偏压降低，从而显著降低该区域的生长速率；而已沉积金属电极的太阳能电池板的上方区域，沉积的金属电极对电场的感应降低电位，相比未沉积金属电极的区域增加了偏压，使得氮化硅薄膜的沉积速率明显高于未沉积金属电极上方的沉积速率，最终形成了具有涟漪形的非均匀厚度的氮化硅薄膜。2.根据权利要求1所述的具有涟漪形的非均匀厚度的氮化硅薄膜制作方法，其特征在于，所述石英玻璃板的尺寸大于或者等于太阳能电池板的尺寸，厚度为0.5～3mm。3.根据权利要求1所述的具有涟漪形的非均匀厚度的氮化硅薄膜制作方法，其特征在于，所述的金属电极为多个同心相互嵌套的圆环形金属电极。4.根据权利要求1或3所述的具有涟漪形的非均匀厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟志亲，李南航，黄岑，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：