doe方法在管式pecvd工艺优化中应用

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1、DOE方法在管式PECVD工艺优化中应用　　摘要：管式PECVD工艺参数主要包括：温度、气体流量、压强、功率、频率开关比和沉积时间等。采用传统实验方法研究各工艺参数对氮化硅膜的减反射和钝化效果的影响是非常复杂困难的。采用实验设计DOE(Designofexperiments)方法对管式PECVD工艺主要参数进行了优化组合研究。结果显示，钝化效果较好的氮化硅膜沉积工艺参数为：温度460℃，压强为1150mTorr，功率为6100W，SiH4：NH3的流量比为1:6，其中温度对钝化效果影响最大，SiH4：NH3的流量比影响最小；减反射效果较好的氮化硅

2、膜沉积工艺参数为：温度360℃，压强为1150mTorr，功率为5300W，SiH4：NH3的流量比为1:6，其中SiH4：NH3的流量比对减反射效果影响最大，温度影响最小。关键词：管式PECVD；DOE；钝化效果；减反射；中图分类号：P754文献标识码：A文章编号：一、引言SiNx薄膜具有良好的绝缘性、化学稳定性和致密性等特点，被广泛地用于半导体的绝缘介质层或钝化层。DOE是一种研究实验数据的获得和科学地分析处理实验数据与结果的方法。Taguchi实验设计是一种应用正交矩阵通过最少的实验次数而获得足够实验信息的统计学工具,5它是一种同时研究多个

3、工艺参数对制品质量影响的有效方法，应用最多的是正交实验设计方法[5-6]。本实验即是采用正交实验方法，通过对各工艺参数对氮化硅膜的钝化和减反射特性的数据测试和分析，并对数据的极差分析得出较优的工艺参数组合，为管式PECDV沉积出高质量的氮化硅膜工艺参数优化指明方向。二、实验方法实验分两个阶段进行,第一阶段是确定管式PECVD沉积氮化硅膜的主要影响因素；第二阶对实验测试结果的分析和统计。首先，确定DOE设计方法中选取的工艺参数，主要包括：温度、气体流量、压强、功率、频率开关比和沉积时间等。实验中固定沉积氮化硅膜的工艺参数如表1所示；选用的因素（温度

4、、气体流量比、功率和压强）及水平（每个工艺参数取三个典型数值）见表2；最后，利用管式PECVD改变各种工艺参数的组合条件进行氮化硅膜的沉积，并对沉积氮化硅膜后的硅片进行少子寿命和反射率的测试。通过对测试结果的统计分析，最终得到最佳沉积氮化硅膜的工艺参数组合。表1实验中固定的工艺参数表2选用的工艺参数及水平值5三、结果与讨论氮化硅膜作为太阳电池片的减反射膜起到钝化和减反射的作用。工艺参数对氮化硅膜的沉积速率，薄膜中Si和N的比例等有着重要的影响。起到钝化作用的氮化硅膜厚度要求Si含量高一些，折射率大一些，起减反射作用需要氮化硅膜N含量高一些折射率一

5、些，因此需要根据氮化硅膜起到的作用不同采用不同的工艺参数进行沉积。1.优化沉积钝化效果好的氮化硅膜工艺参数根据上述选用的因素和水平，进行正交实验列表的设计如表3所示，每个编号的实验采用每个工艺参数不同数值组合进行PECVD氮化硅膜的沉积。每组测试的少子寿命如表3右边所示。少子寿命值都大于12，所以为了结果分析方便将所有值减去12后进行统计计算。表3正交实验列表及测试数据和结果分析（Kx对应的是四个变量第x水平所在试验中对应的少子寿命之和；极差越大，说明这个因素的水平改变时对试验指标的影响越大。）结果表明，影响氮化硅膜钝化作用的工艺参数比重从大到小

6、依次为：温度、压强、功率和SiH4：NH3的流量比。因此获得钝化效果5较好的氮化硅膜的优化工艺参数组合为：温度460℃，压强为1150mTorr,功率为6100W，SiH4：NH3的流量比为1:6。2.优化沉积减反射效果好的氮化硅膜工艺参数根据上述选用的因素和水平，进行正交实验列表的设计如表4所示，每个编号的实验采用每个工艺参数不同数值组合进行PECVD氮化硅膜的沉积。每组测试的反射率如表4右边所示。反射率值都大于5，所以为了结果分析计算方便将所有值减去5后进行统计计算。表4正交实验列表及测试数据和结果分析（Kx对应的是四个变量第x水平所在试验中

7、对应的少子寿命之和；极差越大，说明这个因素的水平改变时对试验指标的影响越大。）结果显示，影响氮化硅膜减反射作用的工艺参数比重从大到小依次为：SiH4：NH3的流量比、压强、功率和温度。因此获得钝化效果较好的氮化硅膜的优化工艺参数组合为：温度360℃，压强为1150mTorr,功率为5300W，SiH4：NH3的流量比为1:6。四、结论5通过DOE实验方法获得了沉积钝化效果较好的氮化硅膜优化工艺参数组合为：温度460℃，压强为1150mTorr,功率为6100W，SiH4：NH3的流量比为1:6，其中温度对钝化效果影响最大，SiH4：NH3的流量比

8、影响最小；获得了沉积减反射效果较好的氮化硅膜优化工艺参数组合为：温度360℃，压强为1150mTorr,功率为5300W，SiH4：NH