一种PECVD炉及PECVD沉积系统的制作方法

一种pecvd炉及pecvd沉积系统
技术领域
1.本技术涉及光伏装备技术领域，具体而言，涉及一种pecvd炉及pecvd沉积系统。


背景技术：

2.化学气相沉积(chemistry vaptor deposition，cvd)工艺,是外延薄膜生长、半导体制造、光伏制造的工艺之一。原理是利用特定高温和气压下，气体前驱物分解并反应生成新的物质，沉积在衬底上。常见的cvd按特性分为pecvd，lpcvd，apcvd，对应的全称分别为等离子体增强化学气相沉积，低压化学气相沉积和常压化学气相沉积。
3.pecvd是topcon工艺制备工艺中关键的一环。目前在技术上有两种主要的工艺方式：pecvd以及lpcvd。利用现有的pecvd炉进行沉积工艺时，炉管容易出现破裂，寿命通常为一个月作用。且加热丝容易变形，维护保养成本极高，炉体寿命也只有半年左右。


技术实现要素：

4.基于上述的不足，本技术提供了一种pecvd炉，以部分或全部地改善、甚至解决相关技术中炉管寿命低的问题。
5.本技术是这样实现的：
6.在一方面，本技术的示例提供了一种pecvd炉，包括：炉体、炉管和炉门；炉管包括石英炉管和套设在石英炉管内的不锈钢炉管；石英炉管设置于炉体，用于将炉体产生的温度传递至不锈钢炉管；不锈钢炉管的内壁设置有绝缘层，用于形成沉积区域。
7.在上述实现过程中，将pecvd中的炉管设置为不锈钢炉管和套设在不锈钢炉管外的石英炉管的双层结构，外部的石英炉管保温效果好，强度高，但是韧性差，而内部的不锈钢材质的炉管具有较高的韧性，能够很好弥补石英炉管韧性差的问题，能够在一定程度上提高炉管的使用寿命。
8.并且，内部的不锈钢炉管的比热容低，在炉体中的加热丝等加热元件加热石英炉管的同时，内部的不锈钢炉管几乎能同时达到加热温度，为不锈钢炉管内部的例如topcon电池等器件提供良好的沉积条件(温度条件)。除此之外，不锈钢炉管的内壁设置有绝缘涂层，能够为等离子体增强化学气相沉积工艺提供良好的反应场所(不锈钢具有导电性，若不设置绝缘层，会影响炉管内的电场，影响沉积效果或无法进行沉积)。
9.现有技术中，直接在石英炉管的内部进行气相沉沉积，炉管内的工艺气体由于炉管的温度变化，会在炉管内壁形成一些结晶。此类结晶会影响石英炉管的热辐射效应，导致各个温区温度有偏差，时间一长部分区域温度极高，容易导致炉管碎裂，加热丝变形，维护保养成本极高。而利用本示例提供的pecvd炉进行沉积工艺时，将用于离子体增强化学气相沉积的工艺气体通入内壁设有绝缘层的不锈钢炉管内，进行沉积。在不锈钢炉管的温度降低时，硅的化合物等结晶附着在不锈钢炉管的内壁。由于不锈钢炉管具有较好的韧性，能够减小炉管破裂的几率，进而提高炉管的寿命。
10.在一种可能的实施方式中，石英炉管的内壁和不锈钢炉管的外壁之间形成第一空
隙；炉门配备为密封不锈钢炉管；且炉门密封不锈钢炉管时，第一空隙与pecvd炉外的大气环境连通。
11.在上述实现过程中，在石英炉管的内壁和不锈钢炉管的外壁之间形成第一空隙，能够为不锈钢炉管的变形提供一定的变形空间，避免由于不锈钢炉管和石英炉管受热膨胀或遇冷收缩变形而抵持石英炉管的内壁，进而避免造成石英炉管或炉体的变形或损坏，进而能够进一步提高石英炉管的寿命。
12.除此之外，在炉门密封不锈钢炉管为炉管内的电池片提供良好的沉积工艺场所时，石英炉管的内壁和不锈钢炉管的外壁之间的第一空隙与大气环境连通，能够避免由于炉管温度变化而影响第一空隙内的气压，能够提高炉管以及pecvd炉的耐用性。并且，与现有技术利用炉门密封石英炉管，且在炉尾位置处设置出气管或进气管来调节第一空隙的气压的工艺炉相比，本示例提供的pecvd炉，能够简化炉尾的结构，避免氮气等调压气体的使用，进而减小电池片等器件的沉积成本。
13.在一种可能的实施方式中，不锈钢炉管的厚度为0.9～1.3mm。
14.在上述实现过程中，将不锈钢炉管的厚度设置为0.9～1.3mm，能够在满足电池片对沉积区域大小需求的同时，可以减小不锈钢炉管对石英炉管的压力(厚度为0.9～1.3mm的不锈钢炉管，具有适宜的重量，在一定程度上能够减小石英炉管的受压情况)，进一步提高沉积质量和pecvd炉的耐用性。
15.在一种可能的实施方式中，不锈钢炉管的外壁间隔设置有多个凸起结构，每个凸起结构的凸起高度为0.88～1.2mm。
16.在上述实现过程中，在不锈钢炉管的外壁间隔设置多个凸起结构，可以利用该凸起结构，使得不锈钢炉管的外壁和石英炉管的内壁之间形成稳定的第一空隙。将多个凸起结构的高低设置为0.88～1.2mm，可以在保证不锈钢炉管的外壁和石英炉管的内壁之间形成第一空隙的同时，避免由于第一空隙的高度过大而影响不锈钢炉管的受热均匀性(第一空隙的高度过大，石英炉管沿其轴线的不同位置处的温度散失差异性较大，导致不锈钢炉管受热不均)，还能避免由于第一空隙的高度过小，而不能有效缓冲由于石英炉管和不锈钢炉管的受热变形而对石英炉管内壁产生的挤压力。
17.在一种可能的实施方式中，pecvd炉包括多个温度传感器；多个温度传感器间隔设置于不锈钢炉管的外壁和石英炉管的内壁之间，和/或设置于石英炉管的外壁与炉体之间。
18.在上述实现过程中，在石英炉管的外壁与炉体之间的间隙处设置多个温度传感器，可以较好的反映石英炉管的不同位置处的温度。并且，在石英炉管的外壁与不锈钢炉管的外壁之间的间隙处设置多个温度传感器，可以较好的反映不锈钢炉管不同位置处的温度，以便及时调整不锈钢炉管内不同位置处的温度，提高沉积质量。
19.在一种可能的实施方式中，相邻两个温度传感器之间的间隔距离与相邻两个凸起结构之间的间隔距离一致。
20.在上述实现过程中，相邻两个温度传感器之间的间隔距离与相邻两个凸起结构之间的间隔距离一致，可以利用凸起结构所处位置为温度传感器的安装进行定位，避免内外温度传感器的位置发生偏移。
21.在一种可能的实施方式中，不锈钢炉管为304低碳型不锈钢炉管。
22.在上述实现过程中，利用304低碳型不锈钢炉管，该不锈钢中的铬含量较高，镍含
量较低，其强度和耐腐蚀性高，还可以防止不锈钢炉管石墨化，这样可以减少电离工艺时炉管结晶的沉积，提高沉积质量。
23.在一种可能的实施方式中，绝缘层为三氧化二铝绝缘层。
24.在上述实现过程中，利用三氧化二铝绝缘层，可以在不锈钢炉管内壁形成绝缘区域，为沉积工艺提供良好的电离环境。三氧化二铝绝缘层具有良好的耐腐蚀性、耐高温性能和导热性，能够在电离沉积工艺中保持良好的稳定性。
25.在一种可能的实施方式中，炉门包括第一炉门和第二炉门，分别用于封闭不锈钢炉管的两端；第一炉门设置有第一通孔和第二通孔；第一通孔配备为真空泵对不锈钢炉管的内部抽真空；第二通孔配备为工艺气体输送管的穿入，以向不锈钢炉管的内部输送工艺气体。
26.在上述实现过程中，分别利用第一炉门和第二炉门封闭不锈钢炉管的两端，使得不锈钢炉管内部的空间能够与大气环境隔离，为沉积工艺提供稳定的反应场所。在第一炉门处设置第一通孔和第二通孔，方便在进行沉积工艺时，能够向不锈钢炉管的内部通入相应的工艺气体和调节不锈钢炉管内的压强。
27.在第二方面，本技术的示例提供了一种pecvd沉积系统，包括：抽真空组件、供气组件和第一方面提供的pecvd炉；抽真空组件配备为调节不锈钢炉管内的真空度；供气组件配备为向不锈钢炉管内输送工艺气体。
28.在上述实现过程中，在利用pecvd沉积系统进行电池片的pecvd沉积工艺时，利用抽真空组件对不锈钢炉管的内部进行抽真空，使得不锈钢炉管的内部能够保持低压状态；并利用供气组件，向不锈钢炉管内输送工艺气体，例如硅烷，以进行电池片的沉积工艺。由于pecvd炉中的炉管为双层结构，内层的不锈钢炉管具有良好的韧性和耐腐蚀性，且不锈钢炉管的内壁设置有绝缘层，能够在保证不锈钢炉管内正常进行pecvd工艺的同时，还能减小炉管发生变形、破裂甚至炉体的损坏几率，提高炉管的使用寿命。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
30.图1为本技术示例提供的pecvd沉积系统的平面示意图；
31.图2为炉管的第一截面示意图；
32.图3为炉管的第二截面示意图。
33.图标：1-pecvd沉积系统；10-pecvd炉；11-炉体；12-炉管；121-石英炉管；122-不锈钢炉管；1221-绝缘层；1222-凸起结构；123-第一空隙；13-炉门；131-第一炉门；1311-第一通孔；1312-第二通孔；132-第二炉门；20-抽真空组件；30-供气组件。
具体实施方式
34.下面将结合实施例对本技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本技术，而不应视为限制本技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
35.以下针对本技术示例的pecvd炉及pecvd沉积系统进行具体说明：
36.pecvd是topcon工艺制备工艺中关键的一环。发明人发现，利用现有的pecvd炉进行沉积工艺时，炉管容易出现破裂，寿命通常为一个月作用。且加热丝容易变形，维护保养成本极高，炉体寿命也只有半年左右。
37.发明人发现，在工艺过程中，由于温度下降，炉管中的沉积物不能完全气化，且工艺过程需要在低压中进行，泵的负荷教大，不能完全排空这些含有的杂质气体。随着使用时间的增加，管壁容易形成一层硅的化合物结晶。
38.发明人认为，此类结晶会影响炉管的热辐射效应，导致各个温区温度有所偏差，时间一长，部分区域温度极高，进而导致炉管碎裂。
39.基于此，发明人提供了一种pecvd沉积系统1及pecvd炉10。请参阅图1，pecvd沉积系统1包括pecvd炉10。其中，pecvd炉10包括炉体11、炉管12和炉门13。炉管12包括石英炉管121和套设在石英炉管121内的不锈钢炉管122。石英炉管121设置于炉体11，用于将炉体11产生的温度传递至不锈钢炉管122；不锈钢炉管122的内壁设置有绝缘层1221，用于形成沉积空间。
40.将炉管12设置为不锈钢炉管122和套设在不锈钢炉管122外的石英炉管121的双层结构，外部的石英炉管121具有良好的保温效果以及较高的强度，内部的不锈钢炉管122具有较低的比热容以及良好的韧性和耐腐蚀性。在炉体11中的加热丝等加热元件加热石英炉管121的同时，内部的不锈钢炉管122几乎能同时达到加热温度，为不锈钢炉管122内的例如topcon电池等器件提供良好的沉积条件(温度条件)。除此之外，在不锈钢炉管122的内壁设置绝缘层1221，能够为等离子体增强化学气相沉积工艺提供良好的反应场所(不锈钢具有导电性，若不设置绝缘层1221，会影响炉管内的电场，影响沉积效果或无法进行沉积)。
41.在内壁设置有绝缘层1221的不锈钢炉管122内进行离子体增强化学气相沉积工艺，当不锈钢炉管122的温度降低时，硅的化合物等结晶附着在不锈钢炉管122的内壁。由于不锈钢炉管122具有较好的韧性，能够减小炉管12破裂的几率，进而提高炉管12的寿命。
42.以下结合附图分别对本示例提供的pecvd炉10中的炉体11、炉管12和炉门13作进一步的详细描述。
43.请继续参阅图1，示例中，炉体11为箱式结构。箱式结构的内部开设有沿水平方向延伸的通孔。该通孔用于炉管12的插入，固定炉管12。
44.本技术不限制炉体11的具体设置形式，在一些可能的实施方式中，箱式结构中，通孔附近设置有加热丝，加热丝与箱体壁之间填充有石英材料以保温隔热。炉体11还可以设置有温度控制元件、测温元件等，以便于调节炉体11的加热温度。为了为更多的炉管12提供安放位置，箱体结构内可以设置多个沿重力方向间隔设置的圆柱形通孔。即pecvd炉10可以包括多根炉管12，多根炉管12从下至上间隔设置，以便于同时进行多批次硅片的沉积工艺。炉体11中的温控元件可以单独控制每根炉管12处的温度(多根炉管12的温度可以不同，相邻炉管12之间相互隔热)，也可以同时控制多根炉管12的温度(多根炉管12的温度变化相同)。
45.为了进一步反映不锈钢炉管122的温度变化，以保证沉积工艺的温度均匀性，在一些可能的实施方式中，pecvd炉10还包括多个温度传感器(图中未示出)。多个温度传感器间隔设置于不锈钢炉管122的外壁和石英炉管121的内壁之间，以及设置于石英炉管121的外
壁与炉体11之间。
46.炉管12用于为电池片提供工艺场所。炉管12包括石英炉管121和套设在石英炉管121内的不锈钢炉管122。石英炉管121穿设于炉体11的通孔处，通孔处沿水平方向布置的加热元件对石英炉管121进行加热。石英炉管121将加热元件产生的温度传递至不锈钢炉管122。不锈钢炉管122的内壁设置有绝缘层1221，以形成沉积区域。
47.本技术不限制炉管12的具体设置形式，相关人员可以在保证石英炉管121内壁不接触等离子体增强化学气相沉积工艺中的相应气体及化学物质的情况下，根据需要进行相应的调整。
48.在一中可能的实施方式中，为了进一步减小石英炉管121的破裂几率，示例中，请参阅图2和图3(图2为沿炉管12轴向的截面示意图，图3为沿炉管12径向的截面示意图)，石英炉管121的内壁和不锈钢炉管122的外壁之间形成第一空隙123。
49.在石英炉管121的内壁和不锈钢炉管122的外壁之间形成第一空隙123，能够为不锈钢炉管122的变形提供一定的变形空间，避免由于不锈钢炉管122和石英炉管121受热膨胀或遇冷收缩变形而抵持石英炉管121的内壁，进而避免造成石英炉管121或炉体11的变形或损坏，进而能够进一步提高石英炉管121的寿命。
50.本技术不限制套设在石英炉管121内部的不锈钢炉管122，如何与石英炉管121之间形成第一空隙123。在一种可能的实施方式中，请继续参阅图2，不锈钢炉管122的外壁间隔设置有多个凸起结构1222。利用该凸起结构1222，使得不锈钢炉管122的外壁和石英炉管121的内壁之间形成稳定的第一空隙123。
51.并且，设置有多个凸起结构1222，还能够为多个温度传感器提供安装定位点，避免石英炉管121内外的温度传感器位置发生偏移，影响测温。
52.本技术不限制多个凸起结构1222的凸起高度，相关人员可以根据需要进行相应的调整。在一些可能的实施方式中，每个凸起结构1222的凸起高度设置为0.88～1.2mm。
53.将凸起结构1222的凸起高度设置为0.88～1.2mm，可以在保证不锈钢炉管122的外壁和石英炉管121的内壁之间形成第一空隙123的同时，不但能避免由于第一空隙123的高度过大而影响不锈钢炉管122的受热均匀性(第一空隙123的高度过大，石英炉管121沿其轴线的不同位置处的温度散失差异性较大，导致不锈钢炉管122受热不均)，还能避免由于第一空隙123的高度过小，而不能有效缓冲由于石英炉管121和不锈钢炉管122的受热变形而对石英炉管121内壁产生的挤压力。
54.或者，可以在不锈钢炉管122沿其轴向的两端分别套设一个支撑环，将不锈钢炉管122支撑在石英炉管121的内部。但是，为了容纳更多的电池片，例如容纳两个装载有电池片的石墨舟，不锈钢炉管122和石英炉管121具有一定的长度(即沿轴线方向的长度较大)，在不锈钢炉管122沿轴线的两端分别套设一个支撑环，不锈钢炉管122及内部的石墨舟的重量较大，对石英炉管121两端产生较大的压力，而石英炉管121的中部所受压力较小，石英炉管121的受力不均，可能会影响石英炉管121的耐用性。
55.本技术不限制不锈钢炉管122的具体类型，在一些可能的实施方式中，不锈钢炉管122为304低碳型不锈钢炉管。304低碳型不锈钢炉管122可以防止炉管石墨化，这样可以减少电离工艺时炉管结晶的沉积，提高沉积工艺质量。
56.或者，不锈钢炉管122为316或904l低碳型不锈钢炉管122。但是316型不锈钢可能
会在电离过程中出现石墨化，影响沉积工艺的质量。
57.本技术不限制不锈钢炉管122的具体尺寸，在一些可能的实施方式中，不锈钢炉管122的厚度为0.9～1.3mm。
58.示例性地，不锈钢炉管122的厚度包括但不限于为0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm和1.3mm中的一者或两者之间的范围值。
59.将不锈钢炉管122的厚度设置为0.9～1.3mm，能够在满足电池片对沉积区域大小需求的同时，可以减小不锈钢炉管122对石英炉管121的压力(厚度为0.9～1.3mm的不锈钢炉管122，具有适宜的重量，在一定程度上能够减小石英炉管121的受压情况)，进一步提高沉积质量和pecvd炉10的耐用性。
60.本技术不限制设置于不锈钢炉管122内壁的绝缘层1221的具体类型。在一些可能的实施方式中，绝缘层1221为三氧化二铝绝缘层1221。三氧化二铝绝缘层1221可以通过喷涂方式涂布于不锈钢炉管122的内壁。
61.三氧化二铝绝缘层1221能够在不锈钢炉管122内壁形成稳定的绝缘区域的同时，还具有良好的导热性、耐腐蚀性和耐高温性能，能够在电离沉积工艺中保持良好的稳定性。
62.炉门13用于密封不锈钢炉管122，将大气环境与不锈钢炉管122内的沉积区域隔离开来，且在炉门13密封不锈钢炉管122时，第一空隙123与pecvd炉10外的大气环境连通(即炉门13不封闭石英炉管121内壁与不锈钢炉管122外壁之间的第一空隙123，第一空隙123始终与大气环境连通)。
63.本技术不限制炉门13的具体设置形式，相关人员可以根据需要进行相应的调整。
64.在一些可能的实施方式中，炉门13包括第一炉门131和第二炉门132。第一炉门131和第二炉门132分别用于封闭不锈钢炉管122的两端，以实现不锈钢炉管122内部空间的隔离。
65.本技术不限制第一炉门131和第二炉门132的具体设置形式，相关人员可以在保证不锈钢炉管122内部能够正常进行沉积工艺的情况下，根据需要进行相应的调整。
66.在一些可能的实施方式中，第一炉门131设置有第一通孔1311和第二通孔1312；第一通孔1311配备为真空泵对不锈钢炉管122的内部抽真空；第二通孔1312配备为工艺气体输送管的穿入，以向不锈钢炉管122的内部输送工艺气体。进一步的，第一通孔1311和第二通孔1312处还可以设置相应的开关阀门。
67.第一炉门131和第二炉门132可以包括相互连接的石英炉堵和不锈钢炉板。石英炉堵和不锈钢炉板呈凸台结构，石英炉堵用于伸入不锈钢炉管122的内部，对不锈钢炉管122内部的温度和工艺气体进行隔离；不锈钢炉板用于密封不锈钢炉管122，使不锈钢炉管122的内部能够保持稳定气氛条件。进一步的，不锈钢炉板与不锈钢炉管122之间还可以设置耐高温密封圈，以进一步提高不锈钢炉管122的密封性。第一通孔1311和第二通孔1312贯穿凸台结构的石英炉堵和不锈钢炉板。
68.本技术的示例还提供了一种pecvd沉积系统1。pecvd沉积系统1包括pecvd炉10、抽真空组件20和供气组件30。抽真空组件20配备为调节不锈钢炉管122内的真空度，供气组件30配备为向不锈钢炉管内输送工艺气体。
69.本技术不限制抽真空组件20和供气组件30的具体设置形式，相关人员可以根据需要进行相应的调整。
70.在一些可能的实施方式中，抽真空组件20包括真空泵和抽气管。抽气管的两端分别与真空泵和第一炉门131中的第一通孔1311连接，利用真空泵对不锈钢炉管122的内部抽真空。
71.在一些可能的实施方式中，供气组件30包括气瓶和输气管。输气管的两端分别与气瓶和第一炉门131中的第二通孔1312连接，利用气瓶向不锈钢炉管122的内部输送工艺气体。
72.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。