[实用新型]一种叠层薄膜的生产装置

说明书

本实用新型涉及机械设备领域，具体涉及一种叠层薄膜的生产装置，至少两种不同的沉积炉，每种沉积炉均包括炉体、射频电源、真空泵，炉体与射频电源和真空泵连接，炉体还设置有加热系统；当同一种沉积炉的数目不少于两个时，同种类沉积炉的进气气路共用同一公共气路和/或同一射频电源。采用本实用新型的装置生产薄膜，生产效率高、操作简单、生产成本低、成膜质量高。

技术领域

本实用新型涉及机械设备领域，具体涉及一种叠层薄膜的生产装置。

背景技术

晶体硅太阳电池已经实现大规模工业化生产，是目前光伏器件的主流商品，市场占有率90％以上。进一步提高晶体硅太阳电池的光电转换效率和降低生产成本是光伏放电最终替代火力发电的关键。在晶体硅太阳电池的衬底硅片背面沉积一层氧化铝，再沉积一层氮化硅目前已经成为保证电池更高效率的主流产线技术。这种新型电池被称为钝化发射极和背面电池，英文简称PERC。此外，这种氧化铝和氮化硅叠层结构也可用于N型电池的正面钝化。现有技术中，产线上沉积该氧化铝/氮化硅叠层结构的方式有如下几种：(1)采用板型链式等离子体化学气相沉积技术(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，简称PECVD)设备，将氧化铝和氮化硅先后在两个腔体中完成。其优点两种薄膜之间在真空腔中传递，无需自动化。而缺点是因板式平台的引入，设备维护频率高(约每周一次)，同时维护成本较高，需要更换昂贵耗材；(2)采用管式原子层沉积技术(Atomic Layer Deposition，简称ALD)沉积氧化铝，然后采用管式PECVD设备沉积氮化硅。氧化铝和氮化硅分别在两种完全不同的设备中沉积。两种设备的炉体结构和承载硅片载具完全不同。因此，两种设备之间衔接，需要自动化将硅片从ALD的载具中卸载再装载进入PECVD的载具。装卸载过程难免导致硅片表面划伤，附加的相关自动化设备也同时增加产线成本，引入限制产线稳定和产品良率的风险。对比方案1)，优点是设备维护频率低(约三个月一次)，同时维护成本低，除常规清洗，无昂贵耗材更换。此外，ALD沉积氧化铝的薄膜质量高于PECVD，这最终会反映在电池产品的转换效率上；(3)采用管式PECVD设备，氧化铝和氮化硅在同一反应腔中依次沉积完成。这种设备较方案2)的优点是不但节省了自动化和ALD设备，而且保留了管式设备易于维护的优点。而其缺点是因为氧化铝和氮化硅两种薄膜工艺温度要求不同，氮化硅所需最佳温度450度到550度之间，而氧化铝最佳工艺温度处于200度到350度之间。在同一反应腔中温度间的切换需要时间，严重影响产能。为了缩短升降温时间，氧化铝的温度会尽量提高，而氮化硅的温度会尽量压低，这会牺牲两种薄膜的质量，工艺调整不自由，工艺窗口狭窄，牺牲了电池效率。

发明内容

本实用新型旨在提供一种生产效率高、操作简单、生产成本低、成膜质量高的叠层薄膜的生产装置，为了达到上述目的，本实用新型采用分腔沉积的技术，

当反应腔数目一定时，同腔沉积和分腔沉积优劣的前提条件。对于管式沉积薄膜设备而言，一个完整的无温度切换的工艺时间依次包括从反应腔中取舟、向反应腔内放舟、抽真空、预热、检漏、薄膜沉积、炉管冲洗和破空等操作。这些操作都必须再一个反应腔中完成。这里假设氧化铝薄膜沉积时间为x，而其他步骤时间为A1；假设氮化硅薄膜沉积时间为y，而其他时间为A2。所以，一个反应腔中仅沉积氧化铝的工艺时间为A1+x；一个反应腔中仅沉积氮化硅的工艺时间为A2+y。如果两种薄膜依次在一个反应腔中沉积完成，除上述步骤外，还需要考虑两种工艺的温度切换时间，包括升温和降温时间两个过程，假设为B。所以，两种薄膜同腔体时间为A1+B+x+y。

假设一台设备包括N个反应腔的，假设每腔可以承载硅片衬底W片。产能定义为单位时间处理硅片的数量。如果N个腔体都用于两种薄膜的沉积，则其产能为WN/(A1+B+x+y)。如果其中用于氧化铝的为M个，用于氮化硅的为(N-M)个，则氧化铝和氮化硅的产能分别为WM/(A1+x)和W(N-M)/(A2+y)，为了实现单台产能最大化，必须满足二者匹配。我们假设同腔体产能大于分腔体产能，即满足

WN/(A1+B+x+y)WM/(A1+x)＝W(N-M)/(A2+y)