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刻蚀、清洗、镀膜简介周延丰等离子刻蚀干法刻蚀：激光刻蚀、等离子刻蚀干法刻蚀：激光刻蚀、等离子刻蚀 缺点：衬底损伤、残余物污染、金属杂质缺点：衬底损伤、残余物污染、金属杂质 优点：优点：优势优势在于快速的刻在于快速的刻蚀蚀速率同速率同时时可可获获得良得良好的物理形貌好的物理形貌（这是各向同性反应）（这是各向同性反应）、对温度变、对温度变化不那么敏感、重复性好、避免了化学废液化不那么敏感、重复性好、避免了化学废液湿法刻蚀：化学腐蚀湿法刻蚀：化学腐蚀 缺点：缺乏各向同性、工艺难控制和过度的颗缺点：缺乏各向同性、工艺难控制和过度的颗粒沾污粒沾污 优点：一般不产生衬底损伤优点：一般不产生衬底损伤等离子刻蚀刻蚀的目的 由于在扩散过程中，硅片的所有表面（包括边缘）由于在扩散过程中，硅片的所有表面（包括边缘）都将不可避免地扩散上磷。都将不可避免地扩散上磷。PNPN结的正面所收集到结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PNPN结结的背面，而造成短路，所以要通过刻蚀去除边缘的背面，而造成短路，所以要通过刻蚀去除边缘的扩散层。的扩散层。等离子刻蚀刻蚀的目的等离子刻蚀等离子刻蚀原理等离子刻蚀原理 等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应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，形成挥发性生成物而被去除。料进行反应，形成挥发性生成物而被去除。CF4-CF4-CF3CF3、CF2CF2、CFCF、F F、C C以及他们的离子以及他们的离子 等离子刻蚀等离子刻蚀的一般步骤等离子刻蚀的一般步骤 1 1、反应室的气体被等离子体、反应室的气体被等离子体分离分离成可化学反应的成可化学反应的元素元素 2 2、这些元素、这些元素扩散并吸附扩散并吸附扩散并吸附扩散并吸附在硅片表面在硅片表面 3 3、这些元素在硅表面上进行、这些元素在硅表面上进行表面扩散表面扩散表面扩散表面扩散，直到发生，直到发生反应反应反应反应 4 4、反应生成物反应生成物解吸解吸解吸解吸，离开硅片并排放，离开硅片并排放等离子刻蚀等离子刻蚀工艺参数 1、射频功率（反射功率）2、辉光时间 3、压力 4、气体流量等离子刻蚀刻蚀不当造成的影响等离子刻蚀刻蚀不当造成的影响等离子刻蚀太阳电池等效电路等离子刻蚀刻蚀的控制刻蚀的控制 防止刻蚀不够：关注设备运行状态、主要是检防止刻蚀不够：关注设备运行状态、主要是检查辉光功率与反射功率、控制辉光时间、关注辉查辉光功率与反射功率、控制辉光时间、关注辉光颜色光颜色 防止刻蚀过头：目前的功率下等离子对硅片的防止刻蚀过头：目前的功率下等离子对硅片的轰击作用应该是不大的，需要将硅片尽量的夹紧，轰击作用应该是不大的，需要将硅片尽量的夹紧，硅片之间缝隙尽量的小，当然还要控制碎片率硅片之间缝隙尽量的小，当然还要控制碎片率等离子刻蚀冷热探针法原理等离子刻蚀冷热探针法原理冷热探针法原理 热探针和热探针和N N型半导体接触时，传导电子将流向型半导体接触时，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低其电势相对于同一材料上的室温触点而言将是低的。的。同样道理，同样道理，P P型半导体热探针触点相对于室温型半导体热探针触点相对于室温触点而言将是高的。触点而言将是高的。此电势差可以用简单的微伏表测量。此电势差可以用简单的微伏表测量。热探针的结构可以是将小的热线圈绕在一个探热探针的结构可以是将小的热线圈绕在一个探针的周围，也可以用小型的电烙铁。针的周围，也可以用小型的电烙铁。等离子刻蚀冷热探针检验注意事项冷热探针检验注意事项 1 1、先放冷探针，再放热探针、先放冷探针，再放热探针 2 2、检测时重点测试叠放不整齐处和颜色偏暗处、检测时重点测试叠放不整齐处和颜色偏暗处 3 3、戴棉纱手套，防止高温烫伤、戴棉纱手套，防止高温烫伤 4 4、表笔距离在、表笔距离在2-5mm2-5mm内，尽量接触在一个硅片上内，尽量接触在一个硅片上 5 5、刻蚀后的硅片在冷却一段时间后再检测、刻蚀后的硅片在冷却一段时间后再检测 6 6、现在用的万用表是装干电池的，每次检测完毕、现在用的万用表是装干电池的，每次检测完毕要及时的关掉电源，节省电量要及时的关掉电源，节省电量 清洗-去PSG磷硅玻璃的定义磷硅玻璃的定义 在扩散过程中发生如下反应：在扩散过程中发生如下反应：POCl3POCl3分解产生的分解产生的P2O5P2O5淀积在硅片表面，淀积在硅片表面，P2O5 P2O5与与SiSi反反应生成应生成SiO2SiO2和磷原子：和磷原子：这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2SiO2，称之为，称之为磷硅玻璃磷硅玻璃清洗-去PSG氢氟酸介绍氢氟酸介绍 氢氟酸是无色透明的液体，浓氢氟酸含氟化氢氢氟酸是无色透明的液体，浓氢氟酸含氟化氢的量可达的量可达48%-50%48%-50%。含氟化氢。含氟化氢35%35%的氢氟酸比重的氢氟酸比重为，沸点为，沸点120120。氢氟酸具有较弱的酸性、易挥发性和很强的腐氢氟酸具有较弱的酸性、易挥发性和很强的腐蚀性。氢氟酸的酸性比盐酸、硫酸、硝酸都弱很蚀性。氢氟酸的酸性比盐酸、硫酸、硝酸都弱很多，它虽也能溶解许多金属，但不能溶解金、铂、多，它虽也能溶解许多金属，但不能溶解金、铂、铜、铅等金属。铜、铅等金属。氢氟酸具有一个很重要的特性是它能溶解二氧氢氟酸具有一个很重要的特性是它能溶解二氧化硅，因此不能装在玻璃瓶里。化硅，因此不能装在玻璃瓶里。清洗-去PSG清洗的原理清洗的原理 氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸能与二氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸能与二氧化硅作用生成易挥发的四氟化硅气体。氧化硅作用生成易挥发的四氟化硅气体。若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。清洗-去PSG清洗的原理清洗的原理 总反应式为：总反应式为：清洗-去PSG半导体生产中杂质沾污的分类半导体生产中杂质沾污的分类 1 1、分子型杂质、分子型杂质 2 2、离子型杂质、离子型杂质 3 3、原子型杂质、原子型杂质清洗方法清洗方法 1 1、湿法清洗：普遍应用的方法是、湿法清洗：普遍应用的方法是RCARCA清洗方法以清洗方法以及基于及基于RCARCA清洗方法的一些改进方法清洗方法的一些改进方法 2 2、干法清洗：激光束、等离子、干法清洗：激光束、等离子清洗-去PSGRCARCA清洗方法简介清洗方法简介 RCA RCA清洗方法中使用的碱性过氧化氢清洗液清洗方法中使用的碱性过氧化氢清洗液（又称（又称号清洗液）由去离子水、号清洗液）由去离子水、30%30%的过氧化的过氧化氢和氢和25%25%的浓氨水按一定配比混合而成。它们的的浓氨水按一定配比混合而成。它们的体积比是去离子水：体积比是去离子水：H2O2H2O2：NH4OH=5NH4OH=5：1 1：1 1到到5 5：2 2：1 1。RCA RCA清洗方法中使用的酸性过氧化氢清洗液清洗方法中使用的酸性过氧化氢清洗液（又称（又称号清洗液）由去离子水、号清洗液）由去离子水、3030的过氧化的过氧化氢和氢和37%37%的浓盐酸按一定配比混合而成。它们的的浓盐酸按一定配比混合而成。它们的体积比是去离子水：体积比是去离子水：H2O2H2O2：HCLHCL为为6 6：1 1：1 1到到8 8：2 2：1 1。清洗-去PSG清洗效果的判断清洗效果的判断 亲水性：清洗前硅片表面亲水性：清洗前硅片表面SiSi大部分以大部分以OO键为终键为终端结构，形成一层自然氧化膜，呈亲水性。端结构，形成一层自然氧化膜，呈亲水性。疏水性：清洗后硅片最外层的疏水性：清洗后硅片最外层的SiSi几乎是以几乎是以H H键键为终端结构，表面呈疏水性。为终端结构，表面呈疏水性。从能量观点看，疏水性表面属低能表面，这时从能量观点看，疏水性表面属低能表面，这时硅表面张力硅表面张力rSGrSG小于水分子表面张力小于水分子表面张力rSLrSL，而亲水，而亲水表面属高能表面，这时的硅表面张力表面属高能表面，这时的硅表面张力rSGrSG大于水大于水分子表面张力分子表面张力rSLrSL。清洗-去PSG清洗不好造成的影响清洗不好造成的影响 1 1、容易产生水痕、容易产生水痕 2 2、镀膜后容易产生色差、镀膜后容易产生色差 3 3、电极浆料不能和硅形成良好的欧姆接触、电极浆料不能和硅形成良好的欧姆接触镀膜-PECVD光的五种偏振态光的五种偏振态 1 1、线偏振光、线偏振光:在光波传播过程中在光波传播过程中 E(H)E(H)只限于在一只限于在一个平面中的光叫做平面偏振光（线偏振光）。个平面中的光叫做平面偏振光（线偏振光）。2 2、圆偏振光：、圆偏振光：E E矢量的端点的运动轨迹为圆。矢量的端点的运动轨迹为圆。（右旋和左旋）（右旋和左旋）3 3、椭圆偏振光：、椭圆偏振光：E E矢量的端点的运动轨迹为椭圆。矢量的端点的运动轨迹为椭圆。（右旋和左旋）（右旋和左旋）4 4、自然光、自然光 5 5、部分偏振光：线偏振光、部分偏振光：线偏振光+自然光自然光 镀膜-PECVD光的五种偏振态镀膜-PECVD椭偏测量原理示意图 镀膜-PECVD椭偏测量原理椭偏测量原理 由激光器发出一定波长（由激光器发出一定波长（6328 6328）的激光束，）的激光束，经过起偏器后变成为线偏振光，并确定其偏振方经过起偏器后变成为线偏振光，并确定其偏振方向。再经过向。再经过1/41/4波长片，由于双折射现象，使其分波长片，由于双折射现象，使其分解成互相垂直的解成互相垂直的P P波和波和S S波，成为椭圆偏振光，椭波，成为椭圆偏振光，椭圆的形状由起偏器的方位角决定。椭圆偏振光以圆的形状由起偏器的方位角决定。椭圆偏振光以一定的角度入射到样品上，经过样品表面和多层一定的角度入射到样品上，经过样品表面和多层介质（包括衬底介质（包括衬底-介质膜介质膜-空气）的来回反射与折空气）的来回反射与折射，总的反射光束一般仍为椭圆偏振光，但椭圆射，总的反射光束一般仍为椭圆偏振光，但椭圆的形状和方位改变了。的形状和方位改变了。镀膜-PECVD椭偏测量原理示意图镀膜-PECVD椭偏测量原理椭偏测量原理 一般用一般用和和来描述反射时偏振状态的变化，来描述反射时偏振状态的变化，其定义为：其定义为：式中式中tgtg的物理意义是的物理意义是P P波和波和S S波的振幅之比在波的振幅之比在反射前后的变化，称为椭偏法的反射前后的变化，称为椭偏法的振幅参量振幅参量。的的物理意义是物理意义是P P波和波和S S波的相位差在反射前后的变化，波的相位差在反射前后的变化，称为椭偏法的称为椭偏法的相位参量相位参量。RpRp和和RsRs分别为分别为P P波初量波初量和和S S波分量的总反射系数。波分量的总反射系数。镀膜-PECVD椭偏测量原理椭偏测量原理 在波长、入射角、衬底等参数一定时，在波长、入射角、衬底等参数一定时，和和是膜厚是膜厚d d和折射率和折射率n n的函数。对一定厚度的某种膜，的函数。对一定厚度的某种膜，旋转起偏器总可以找到某一方位角，使反射光变旋转起偏器总可以找到某一方位角，使反射光变为线偏振光。这时再转动检偏器，当检偏器的方为线偏振光。这时再转动检偏器，当检偏器的方位角与样品上的反射光的偏振方向垂直时，光束位角与样品上的反射光的偏振方向垂直时，光束不能通过，出现消光现象。消光时，不能通过，出现消光现象。消光时，和和分别分别由起偏器的方位角由起偏器的方位角P P和检偏器的方位角和检偏器的方位角A A决定。把决定。把P P值和值和A A值分别换算成值分别换算成和和后，再利用公式和图后，再利用公式和图表就可以得到透明膜的折射率表就可以得到透明膜的折射率n n和膜厚度和膜厚度d d。镀膜-PECVDSentechSentech椭偏仪优势椭偏仪优势 宏观粗糙表面使入射偏振光散射非常严重宏观粗糙表面使入射偏振光散射非常严重 反射光强极低，接近探测器噪声的强度反射光强极低，接近探测器噪声的强度 散射使入射光线部分去偏振，常规椭偏仪只能散射使入射光线部分去偏振，常规椭偏仪只能够测量完全偏振光够测量完全偏振光 1 1、采用专用聚焦光学组件、采用专用聚焦光学组件 2 2、补偿器测量模式和软件能够对测量进行退偏、补偿器测量模式和软件能够对测量进行退偏修正修正镀膜-PECVDSentechSentech椭偏仪优势椭偏仪优势 膜厚梯度、散射光线（粗糙表面）、聚焦角度、透明基膜厚梯度、散射光线（粗糙表面）、聚焦角度、透明基底背板反射等都能够减少光的偏振程度，这就是退偏振效底背板反射等都能够减少光的偏振程度，这就是退偏振效应。应。真实偏振状态只能够通过添加补偿器才能测量。真实偏振状态只能够通过添加补偿器才能测量。常规椭偏仪的硬件和软件只能够分析从样品表面反射的常规椭偏仪的硬件和软件只能够分析从样品表面反射的完全偏振光，他们不能分析部分偏振。完全偏振光，他们不能分析部分偏振。镀膜-PECVDSentechSentech椭偏仪操作注意事项椭偏仪操作注意事项 1 1、过大的撞击或搬动会造成测试不准确，需要重、过大的撞击或搬动会造成测试不准确，需要重新校准新校准 2 2、单晶、多晶、校准载片台不可混用、单晶、多晶、校准载片台不可混用 3 3、载片台要固定住，不稳定会造成测试结果不准、载片台要固定住，不稳定会造成测试结果不准确确 4 4、测试时候硅片顺序不要弄混、测试时候硅片顺序不要弄混 5 5、测试过程中要注意保护测试片的绒面和膜面、测试过程中要注意保护测试片的绒面和膜面镀膜-PECVD氮化硅厚度和折射率的确定镀膜-PECVD氮化硅厚度和折射率的确定氮化硅厚度和折射率的确定 在硅表面制备一层透明的介质膜，由于介质膜在硅表面制备一层透明的介质膜，由于介质膜的两个界面上的反射光互相干涉，可以在很宽波的两个界面上的反射光互相干涉，可以在很宽波长范围内降低反射率。此时反射率由下式给出：长范围内降低反射率。此时反射率由下式给出：式中，式中，r1r1、r2r2分别是外界介质分别是外界介质-膜和膜膜和膜-硅界面硅界面上的菲涅尔反射系数；上的菲涅尔反射系数；为膜层厚度引起的位相为膜层厚度引起的位相角。角。镀膜-PECVD分别表示为：镀膜-PECVDn0n0，n n和和nsinsi分别为外界介质、膜层和硅的折射率；分别为外界介质、膜层和硅的折射率；0 0是入射光的波长；是入射光的波长；d d是膜层的实际厚度；是膜层的实际厚度；ndnd为为膜层的光学厚度。膜层的光学厚度。当波长为当波长为 0 0的光垂直入射时，如果膜层光学厚度的光垂直入射时，如果膜层光学厚度为为 0 0的四分之一，即的四分之一，即nd=nd=0/4,0/4,则可得则可得:镀膜-PECVD为了使反射损失减到最小，即希望为了使反射损失减到最小，即希望R0=0,R0=0,就应有：就应有：由上式就可求得给定波长为由上式就可求得给定波长为 0 0所需减反射膜的折所需减反射膜的折射率，而最佳膜层光学厚度是该波长的四分之一，射率，而最佳膜层光学厚度是该波长的四分之一，此时反射率最小，接近于零。此时反射率最小，接近于零。镀膜-PECVD但当波长偏离但当波长偏离 0 0时，反射率都将增大。因此，为时，反射率都将增大。因此，为了使电池输出尽可能增加，应先取一个合理的设了使电池输出尽可能增加，应先取一个合理的设计波长计波长 0 0。这需要考虑两个方面，即太阳光谱的。这需要考虑两个方面，即太阳光谱的成分和电池的相对光谱响应。成分和电池的相对光谱响应。镀膜-PECVD外层空间太阳光谱能量的峰值在波长微米，地面外层空间太阳光谱能量的峰值在波长微米，地面太阳光谱能量的峰值在波长微米；而硅太阳电池太阳光谱能量的峰值在波长微米；而硅太阳电池的相对响应峰值在波长微米。的相对响应峰值在波长微米。取设计波长为微米，则恰当的减反射膜的光学厚取设计波长为微米，则恰当的减反射膜的光学厚度应为微米。带这一厚度减反射膜的硅太阳电池，度应为微米。带这一厚度减反射膜的硅太阳电池，由肉眼看来应呈深蓝色。由肉眼看来应呈深蓝色。镀膜-PECVD对于减反射膜应取得折射率，由于取对于减反射膜应取得折射率，由于取 0 0微米，微米，硅的折射率硅的折射率nsi=3.9,nsi=3.9,因此如果电池直接暴露在真空因此如果电池直接暴露在真空或大气中使用，最匹配的减反射膜折射率为。或大气中使用，最匹配的减反射膜折射率为。实际应用中，电池在做成组件时，大多采用硅橡实际应用中，电池在做成组件时，大多采用硅橡胶封装。所以，对于减反射膜来说，外界介质将胶封装。所以，对于减反射膜来说，外界介质将是硅橡胶，其折射率约为，在这种情况下，最匹是硅橡胶，其折射率约为，在这种情况下，最匹配的减反射膜折射率应为配的减反射膜折射率应为镀膜-PECVD镀膜不良造成的影响镀膜不良造成的影响 1 1、色差严重，影响外观，直通合格率低、色差严重，影响外观，直通合格率低 2 2、氮化硅膜厚差异大，造成烧结过程中银穿透氮、氮化硅膜厚差异大，造成烧结过程中银穿透氮化硅程度不均匀，串联电阻增大，填充因子低，化硅程度不均匀，串联电阻增大，填充因子低，效率上不去效率上不去 谢谢！