企业培训_刻蚀工艺培训教材

刻蚀培训 技术质量部 生产线工艺流程 磷扩散形成pn结 刻蚀 刻蚀的种类 1干法刻蚀 等离子体刻蚀2湿法刻蚀 化学腐蚀 4 什么是等离子体 随着温度的升高 一般物质依次表现为固体 液体和气体 它们统称为物质的三态 当气体的温度进一步升高时 其中许多 甚至全部分子或原子将由于激烈的相互碰撞而离解为电子和正离子 这时物质将进入一种新的状态 即主要由电子和正离子 或是带正电的核 组成的状态 这种状态的物质叫等离子体 它可以称为物质的第四态 5 等离子体的应用 6 等离子体的产生 7 等离子体刻蚀原理 等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应 使反应气体激活成活性粒子 如原子或游离基 这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位 在那里与被刻蚀材料进行反应 形成挥发性反应物而被去除 这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀 8 等离子体刻蚀反应 9 首先 母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用下分解成多种中性基团或离子 其次 这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面 并在表面上发生化学反应 生产过程中 在中CF4掺入O2 这样有利于提高Si和SiO2的刻蚀速率 10 等离子体刻蚀工艺 在待刻蚀硅片的两边 分别放置一片与硅片同样大小的玻璃夹板 叠放整齐 用夹具夹紧 确保待刻蚀的硅片中间没有大的缝隙 将夹具平稳放入反应室的支架上 关好反应室的盖子 什么是湿法刻蚀 化学腐蚀在半导体生产中 半导体材料或金属等材料与腐蚀液发生化学反应 从而去除材料表面的损伤层或在材料表面获得一定形状的图形过程 湿法刻蚀湿法刻蚀其实是腐蚀的一种 是对硅片边缘的腐蚀 但不影响太阳电池的工艺结构 HF HNO3体系 利用其各向同性腐蚀特性 使用RENAin line式结构的设备 利用表面张力和毛细作用力的作用去除边缘和背面的N型 简单设备结构与工艺说明图示 HF HNO3体系腐蚀机理 硅在HON3 HF溶液中的腐蚀速率大 而在纯HNO3或纯HF溶液中的腐蚀速率很小 图 硅在70 重量 HNO3 49 重量 HF混合液中的腐蚀速率与成分的关系 在低HNO3及高HF浓度区 图右角区 等腐蚀曲线平行于等HNO3浓度线 在低HF高HNO3浓度区 图左下角区 等腐蚀线平行于HF浓度线 HF HNO3体系腐蚀机理 根据这一特性 我们可以把常用的酸性腐蚀液 通常由不同比率的硝酸 HNO3 氢氟酸 HF 及缓冲液等组成 的腐蚀机理分为两步 1 利用硝酸 HNO3 氧化硅片表面Si 2HNO3 SiO2 2HNO22HNO2 NO NO2 H2O2 利用氢氟酸 HF 与氧化硅生成可溶于水的络合物 SiO2 6HF H2SiF6 2H2O HF HNO3体系腐蚀机理 大致的腐蚀机制是HNO3 一种氧化剂 腐蚀 在硅片表面形成了一层SiO2 然后这层SiO2在HF酸的作用下去除 在低HNO3及高HF浓度区 生成SiO2的能力弱而去除SiO2的能力强 反应过程受HNO3氧化反应控制 所以腐蚀曲线平行于等HNO3浓度线 在低HF高HNO3浓度区 生成SiO2的能力强而去除SiO2的能力弱 反应过程受HF反应控制 所以腐蚀线平行于HF浓度线 HF HNO3体系腐蚀机理特点 大致的腐蚀机制是先氧化再去除 酸对硅的腐蚀速度与晶粒取向无关 因此酸腐蚀又称为各向同性腐蚀 在HF HNO3溶液中的刻蚀速率是各向同性 100 面的刻蚀速率和 111 面的腐蚀速率非常接近 而碱性腐蚀液为典型的各向异性腐蚀 111 面的腐蚀速率远远大于 100 的腐蚀速率 刻蚀只腐蚀边缘 而不影响太阳电池的工艺结构 而碱性腐蚀液各向异性大 已经做好的绒面引起更大的差异 不利于后道的工序 HF HNO3体系两区域腐蚀机理特点 在低HNO3及高HF浓度区 由于该区有过量的HF可溶解反应产物SiO2 所以腐蚀速率受HNO3的浓度所控制 这中配方的腐蚀剂由于孕育期变化不定 腐蚀反应难以触发 并导致不稳定的硅表面 要过一段时间才会在表面上慢慢地生长一层SiO2 最后 腐蚀受氧化 还原反应速率的控制 因此有一定的取向性 在低HF高HNO3浓度区 这个区域里的HNO3过剩 腐蚀速率取决于SiO2形成后被HF除去的能力 鉴于刚腐蚀的表面上总是覆盖着相当厚的SiO2层 30 50 所以这类腐蚀剂是 自钝化 的 该区内 腐蚀速率主要受络和物扩散而被除去的速率所限制 所以对晶体的结晶学取向不敏感 是真正的抛光腐蚀 HF HNO3体系腐蚀液的选择 湿法刻蚀的要求 1 腐蚀速率适当2 抛光腐蚀 反应速率无取向性3 只腐蚀边缘 而不影响太阳电池的工艺结构 湿法刻蚀特点 使用RENAin line式结构 利用表面张力和毛细作用力的作用去除边缘和背面的N型 用无掩膜的背腐蚀来代替等离子刻蚀分离p n结 背腐蚀使用HF HNO3 溶液以及一些添加剂 避免了使用有毒性的CF4气体 背腐蚀太阳电池的背面更平整 其背面反射率优于刻边 背腐蚀太阳电池能更有效地利用长波增加ISC 铝背场比刻边的更均匀 可以提高IQE 从而提高了太阳电池的VOC Rena结构Rena生产原理Inoxside界面操作与等离子刻蚀比较 Rena水平刻蚀清洗机1 1 冷水机 4 上料台 2 上位机 5 rena柱式指示灯及其急停开关 3 抽风管及其调节阀 6 前玻璃窗 1 4 3 2 6 5 Rena各部件功能介绍 1 1 冷水机 给冷却器提供冷却水 2 上位机 向PLC输入运行参数 监控其运行 3 抽风管及其调节阀 排设备内废气 调节 监视抽风负压 4 上料台 用于设备供料放硅片 5 rena柱式指示灯及其急停开关 柱式指示灯显示rena运行状态 急停开关用于应急停止rena设备 6 前玻璃窗 监视设备内硅片运行情况 保护设备内气体流动 隔绝设备尾气 Rena水平刻蚀清洗机2 7 电柜 11 排放管道 8 后玻璃盖板 12 自动补液槽 9 下料台 13 传送滚轴 10 供气 供水管道 8 9 10 11 12 13 7 Rena各部件功能介绍 2 7 电柜 放置安装设备总电源开关 各断路开关 电脑机箱以及PLC 设备总控制器 8 后玻璃盖板 监视设备各部件运行情况 保护设备内气体流动 隔绝设备尾气 9 下料台 用于刻蚀后硅片卸片 插片 10 供气 供水管道 供应设备正常运转使用的压缩空气 纯水 自来水以及冷却水 11 排放管道 用于排去设备废水 12 自动补液槽 用于储存设备自动运行时补偿的化学品 13 传动滚轴 用于rena设备内传送硅片 Rena水平刻蚀清洗机各槽分布图 1 Etchbath 5 Hfbath 2 Rinse1 6 rinse3 DI Waterspray 3 Alkalinerinse 7 dryer2 4 Rinse2 1 2 3 4 5 6 Rena各槽功能介绍 Rena各槽功能介绍 一 刻蚀槽 刻蚀槽生产multi156硅片图片 刻蚀槽溶液流向图 刻蚀反应为氧化 放热反应 流回储液槽 溶液温度较高 储液槽 泵液至冷却器 冷却器 泵液至刻蚀槽内槽 刻蚀槽内槽温度较低 液面与硅片吸附反应后流入外槽 内槽槽壁可调节高度 刻蚀槽液不断循环降温 且循环流量 一定范围内 越大 液面越高 泵 刻蚀槽液面 刻蚀槽硅片生产时正常液面 刻蚀槽硅片流入吸附刻蚀液原理 此为生产mono125 150硅片时图片 硅片完全悬空 硅片尾部吸附刻蚀液 刻蚀槽硅片流入吸附刻蚀液原理 此为生产mono125 150硅片时图片 刻蚀液完全吸附 刻蚀槽前后硅片状态比较 此为生产mono125 150硅片时图片 硅片刚进入刻蚀槽 硅片刻蚀后 边缘水印为反应生成的水 Rinse1 一号洗槽采用循环水喷淋 两道水刀冲洗硅片两面后 风刀吹去硅片上面残液 上水刀 下水刀 风刀 Alkalinerinse 碱洗槽采用KOH溶液喷淋 水刀冲洗硅片两面后 风刀吹去硅片上面残液 上水刀 上水刀 风刀 碱槽溶液流向图 槽截面 泵 过滤器 硅片运行平面 碱液流动方向 冷却水流动方向 槽壁 喷淋头 槽内液面 高于溢流口的溶液从溢流管排掉 Rinse2 二号洗槽采用循环水喷淋 水刀冲洗硅片两面后 风刀吹去硅片上面残液 上水刀 下水刀 风刀 HFbath 氢氟酸槽采用HF溶液喷淋浸泡 水刀冲洗硅片两面后 风刀吹去硅片上面残液 氢氟酸循环喷淋使反应充分 HFbath去PSG硅片完全浸泡在溶液里 氢氟酸槽溶液流向图 槽截面 过滤器 泵 硅片运行平面 氢氟酸液流动方向 内槽液面 外槽液面 喷淋头 Rinse3 三号洗槽采用循环水喷淋 循环水冲洗 DI Water喷雾器最后冲洗 水落进槽底 重复利用 Dryer2 二号干燥槽采用压缩空气吹干 上下各两道风刀使用马达带动来回拉动 吹干硅片 吹干风刀 湿法刻蚀相对等离子刻蚀的优点 1 非扩散面PN结刻蚀时被去除 原等离子刻蚀背面PN结依靠丝印被铝浆时 铝还原硅片使N形硅变为P形硅 但所产生的P形硅电势不强 2 硅片洁净度提高 无等离子刻蚀的尾气污染 3 节水 rena使用循环水冲洗硅片 耗水约8T h 等离子刻蚀去PSG用槽浸泡 用水量大 1 硅片水平运行 机碎高 等离子刻蚀去PSG槽式浸泡甩干 硅片受冲击小 2 传动滚轴易变形 PVDF PP材质且水平放置易变形 3 成本高 化学品刻蚀代替等离子刻蚀成本增加 湿法刻蚀相对等离子刻蚀的缺点 44 检验方法 冷热探针法 冷热探针法测导电型号 45 检验原理 热探针和N型半导体接触时 传导电子将流向温度较低的区域 使得热探针处电子缺少 因而其电势相对于同一材料上的室温触点而言将是正的 同样道理 P型半导体热探针触点相对于室温触点而言将是负的 此电势差可以用简单的微伏表测量