PECVD 实现大面积薄膜均匀沉的关键工艺
余冬冬
作者简介：余冬冬（1985-），男， 工程师，主要研究方向：非晶硅薄膜材料和器件. E-mail:
（上海建冶环保科技股份有限公司）
5 摘要：等离子体增强型化学气相沉积（PECVD ）是当前薄膜太阳能电池的关键制备技术之
一，如何实现大面积沉膜的均匀性，提高薄膜电池的效率及稳定性，是PECVD 未来发展的重要方向。本文以大面积电容耦合PECVD 为研究对象，对电场、温度场、流体场这三个影响沉膜均匀性的关键因素，结合模拟运算进行了理论分析，以期为实现大面积均匀沉膜提供理论指引。
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关键词：PECVD；薄膜沉积；均匀性
中图分类号：0484
The key process of uniform thin film deposition in large area by PECVD
15 Yu Dongdong
(Shanghai Janye Sci & Tech Co., Ltd.)
Abstract: Plasma enhanced chemical vapor deposition （PECVD ）is one of the key technology about the thin film solar cell right now. How to implement the uniformity of large area thin film, improve the efficiency and stability of film cell is the most important direction of the
20 future PECVD. In this article, we analyze the influence of electric field, temperature field, fluid field; combine with the results of simulation analysis, in order to provide theoretical guidance for the uniformity of large area thin film depositioned by PECVD.
Key words: PECVD; thin film deposition; uniformity
25 0 引言
近年来，PECVD 法制备大面积薄膜技术在太阳能电池领域越来越受到重视，其主要优点是沉积速率高，能够实现大面积沉膜，以满足工业化生产要求。但大面积成膜的均
匀性问题，是超精细沉膜工艺的主要技术难题之一，如何解决PECVD制作大面积均匀超30
薄薄膜工艺问题，也是当前PECVD行业的发展重点。本文以大面积电容耦合PECVD为研
究对象，采用二维准平面电路模型[1]，利用FlexPDE等软件对PECVD电极间的电场、温
度场、流体场等参量进行模拟运算[2]，综合分析各指标参量与沉膜质量的内在关系。结
果表明：RF功率馈入点的数量及分布是影响电极间电场均匀性的主要因素；采用高气压、
小气流、大电极间距的工艺模式可以改善电极间流体场的均匀性；PECVD腔室整体加热
模式的温度均匀性要优于基片底座加热模式，但腔室整体加热结构复杂、能耗大、影响35
元器件使用寿命；同时，PECVD辉光放电中电子密度及电子温度对沉膜的影响，本文也
进行了理论分析。
1.PECVD沉膜均匀性影响因素
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本文以大面积电容耦合PECVD（80×120cm）为研究对象，如图1所示。上电极为射频RF电极，通常采用频率为13.56MHz、占空比为0.5的方波驱动信号；下电极接地。
图1 平板电容电极（a）和射频脉冲（b）意图
Fig. 1 sketch of plane electrodes (a) and RF pul (b)vaaga
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PECVD沉膜均匀性的影响因素很多，其中电场、温度场、流体场是影响大面积沉膜均匀性的三个主要因素。以下采用二维准平面电路模型，利用FlexPDE等模拟分析软
件，对PECVD电极间电场、温度场、流体场三场对沉膜均匀性影响进行理论分析。
坚韧的拼音1.1 PECVD电场均匀性影响因素
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PECVD电场均匀，等离子体状态才能稳定，空间中沉膜前驱物粒子浓度分布才能均衡，电场均匀性是保证沉膜均匀性的前提。
PECVD射频功率馈入点的数量及其位置分布是影响电极间电场均匀性的两个重要因素；采用二维准平面电路模型，利用FlexPDE等软件对电极间电场均匀性进行模拟分55troy jackson
析，并对平行板电极间电势进行积分和归一化处理，在如图2、3、4、5所示[3]。
图2 功率馈入点在极板Y轴边缘（a）时对应的电场分布（b）
Fig. 2 Power entrance positions (a) near the edge of Y-axis and the electric field
distribution (b)
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图3 功率馈入点在极板x轴边缘（a）时对应的电场分布（b）
Fig. 3 Power entrance positions (a) near the edge of X-axis and the electric field 65
distribution (b)
图4 功率馈入点对称时的电场分布
trigger线Fig. 4 Symmetric power entrance positions (a) and the electric field distribution (b) 70
图5 功率馈入点靠近中心对称时的电场分布
Fig. 5 Power entrance positions (a) symmetrically near the center and the electric field
distribution (b)
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当射频功率馈入采用图2（a）所示的方式，两个功率馈入点分布在电极短边Y边缘附近时，电极间电势分布如图2（b）所示。由于电势驻波效应和功率馈入点对数奇点
效应的影响[4]，电极间电势分布的不均匀性达到40%以上，且在馈入点位置附近电势波
动很大。
当射频功率馈入采用图3（a）所示的方式，两个功率馈入点分布在电极长边X边缘附近时，电极间电势分布如图3（b）所示，电极间电势分布的不均匀性达到20%以上。
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当射频功率馈入采用图4（a）所示的方式，四个功率馈入点对称分布在电极长边X 边缘附近时，电极间电势分布如图4（b）所示，电极间电势分布的不均匀性达到8%以
上。
当射频功率馈入采用图5（a）所示的方式，四个功率馈入点对称分布在电极中心O 85
点附近时，电极间电势分布如图5（b）所示，电极间电势分布的不均匀性仅在2.5%左
右。
综合上述模拟结果，采用多个功率馈入点在电极中心对称分布的模式，可以有效的降低电势驻波效应
的影响，获得均匀的电场分布，提高薄膜沉积的均匀性。
1.2 PECVD温度场均匀性影响因素河北省高考作文
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薄膜材料沉积时，基片通常需要加热到一定的温度，这不仅可以提高前驱物粒子在基片表面的迁移率，提高沉膜质量和均匀性，而且可以增强薄膜与基片的粘附性。
PECVD通常具有基片底座加热和反应室整体加热两种加热模式，如图7、8所示[5]。
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图6 基片底座加热结构
Fig.6 sketch of substrate with back heater
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图7 反应室整体加热结构
Fig.7 sketch of the reactor with surrounding heater
从基片底座加热模式的腔室温度场模拟图可以看出，除腔壁附近位置温度梯度较大105
天津2014高考外，腔室其他位置的温度分布比较均匀；相比而言，反应室整体加热模式的腔室温度分
布很均匀。
不同加热模式下，基片表面的温度分布如图8所示。以电极中心位置为坐标原点，电极尺寸为80×120cm，加热温度设定为200℃。
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演讲稿开头
图 8 基片表面温度分布
Fig. 8 The temperature profile across the substrate surface
