刻蚀培训_2.ppt

刻刻 蚀蚀 培培 训训技术质量部2021/9/271生产线工艺流程生产线工艺流程磷扩散形成磷扩散形成pn结结刻蚀刻蚀扩散前酸洗扩散前酸洗制绒制绒烧结烧结丝网印刷及烘干丝网印刷及烘干镀减反膜镀减反膜分类分类包装包装2021/9/272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2021/9/273什么是等离子体？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。2021/9/274等离子体的应用2021/9/275等离子体的产生2021/9/276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。2021/9/277等离子体刻蚀反应2021/9/278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。2021/9/279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。2021/9/2710什么是湿法刻蚀化学腐蚀化学腐蚀 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，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。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 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。池的工艺结构。HF/HNO3体系，利用其各向同性腐蚀特性，使用体系，利用其各向同性腐蚀特性，使用RENA in-line式结构的式结构的设备，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。型。简单设备结构与工艺说明图示2021/9/2711HF/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：硅在图：硅在70%（重量）（重量）HNO3+49%（重量）（重量）HF混合液中混合液中的腐蚀速率与成分的关系的腐蚀速率与成分的关系 1.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。2.在低HF高HNO3浓度区（图左下角区）等腐蚀线平行于HF浓度线。2021/9/2712HF/HNO3体系腐蚀机理 根据这一特性，我们可以把根据这一特性，我们可以把常用的酸性腐蚀液常用的酸性腐蚀液（通常由不同比率的硝酸（通常由不同比率的硝酸（HNO3）,氢氟酸（氢氟酸（HF）及缓）及缓冲液等组成）的腐蚀机理分为两步：冲液等组成）的腐蚀机理分为两步：1.利用硝酸（利用硝酸（HNO3）氧化硅片表面）氧化硅片表面 Si+2HNO3SiO2+2HNO2 2HNO2NO+NO2+H2O 2.利用氢氟酸（利用氢氟酸（HF）与氧化硅生成可溶于水的络合物）与氧化硅生成可溶于水的络合物 SiO2+6HFH2SiF6+2H2O2021/9/2713HF/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。在低在低HNO3及高及高HF浓度区，生成浓度区，生成SiO2的能力弱而去除的能力弱而去除SiO2的能力强，的能力强，反应过程受反应过程受HNO3氧化反应控制，所以腐蚀曲线平行于等氧化反应控制，所以腐蚀曲线平行于等HNO3浓度浓度线线。在低在低HF高高HNO3浓度区，生成浓度区，生成SiO2的能力强而去除的能力强而去除SiO2的能力弱，的能力弱，反应过程受反应过程受HF反应控制，所以腐蚀线平行于反应控制，所以腐蚀线平行于HF浓度线。浓度线。2021/9/2714HF/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度与晶粒取向无关，因此酸腐蚀又称为各向同性腐蚀。在在HF-HNO3溶液中的刻蚀速率是各向同性，（溶液中的刻蚀速率是各向同性，（100）面的刻蚀速率和）面的刻蚀速率和（111）面的腐蚀速率非常接近。）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，（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）面的腐蚀速率远远大于（大于（100）的腐蚀速率。）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。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。2021/9/2715HF/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。2021/9/2716HF/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2021/9/2717湿法刻蚀特点 使用RENA in-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。2021/9/2718 用无掩膜的背腐蚀来代替等离子刻蚀分离pn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。2021/9/2719Rena结构Rena生产原理Inoxside界面操作与等离子刻蚀比较2021/9/2720RenaRena水平刻水平刻蚀清洗机蚀清洗机1 11.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.1432652021/9/2721Rena各部件功能介绍-11.1.冷水机冷水机:给冷却器提供冷却水给冷却器提供冷却水.2.2.上位机上位机:向向PLCPLC输入运行参数输入运行参数,监控其运行监控其运行.3.3.抽风管及其调节阀抽风管及其调节阀:排设备内废气排设备内废气,调节调节,监视抽风负压监视抽风负压.4.4.上料台上料台:用于设备供料放硅片用于设备供料放硅片.5.5.renarena柱式指示灯及其急停开关柱式指示灯及其急停开关:柱式指示灯显示柱式指示灯显示renarena运行运行状态状态,急停开关用于应急停止急停开关用于应急停止renarena设备设备.6.6.前玻璃窗前玻璃窗:监视设备内硅片运行情况监视设备内硅片运行情况,保护设备内气体流动保护设备内气体流动,隔绝设备尾气隔绝设备尾气.2021/9/2722Rena水平刻水平刻蚀清洗机蚀清洗机27.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；891011121372021/9/2723Rena各部件功能介绍-27 7.电柜电柜:放置安装设备总电源开关放置安装设备总电源开关,各断路开关各断路开关,电脑机箱以电脑机箱以及及PLC(PLC(设备总控制器设备总控制器).).8.8.后玻璃盖板后玻璃盖板:监视设备各部件运行情况监视设备各部件运行情况,保护设备内气体流保护设备内气体流动动,隔绝设备尾气隔绝设备尾气.9.9.下料台下料台:用于刻蚀后硅片卸片用于刻蚀后硅片卸片(插片插片).).10.10.供气供气,供水管道供水管道:供应设备正常运转使用的压缩空气供应设备正常运转使用的压缩空气,纯水纯水,自来水以及冷却水自来水以及冷却水.11.11.排放管道排放管道:用于排去设备废水用于排去设备废水.12.12.自动补液槽自动补液槽:用于储存设备自动运行时补偿的化学品用于储存设备自动运行时补偿的化学品.13.13.传动滚轴传动滚轴:用于用于renarena设备内传送硅片设备内传送硅片.2021/9/2724Rena水平刻蚀清洗机各槽分布图1.Etch bath；5.Hf bath；2.Rinse 1；6.rinse 3（DI-Water spray）；3.Alkaline rinse；7.dryer 2。4.Rinse 2；1234562021/9/2725Rena各槽功能介绍 1.1.上料台放片上料台放片 2.2.刻蚀槽刻边刻蚀槽刻边 3.3.洗槽去残液洗槽去残液 6.HF6.HF槽去磷硅玻璃槽去磷硅玻璃 5.洗槽去残液洗槽去残液 4.KOH喷淋去多孔硅喷淋去多孔硅 7.洗槽去残液洗槽去残液 8.风刀吹干风刀吹干 9.下料台插片下料台插片2021/9/2726Rena各槽功能介绍槽名槽名 主要功能主要功能实现情况实现情况Etch-bath刻蚀硅片边缘及背面的PN结，刻蚀线不超过硅片边缘1.5mm，无刻不通现象。此槽需循环流量，刻蚀液温度，气体流动稳定。刻蚀速率下降越慢越好。风刀吹去硅片上面的刻蚀槽残液。良好Rinse 1循环喷淋水洗去刻蚀后吸附在硅片上的刻蚀液，并风刀吹去积在硅片上的洗槽槽液。良好Alkaline-rinseKOH喷淋去除硅片表面的多孔硅及其杂质，去除扩散形成的染色.并风刀吹去积在硅片上面的KOH残液。KOH溶液依靠冷却水降温保持在20左右。良好Rinse 2循环喷淋水洗去去多孔硅后吸附在硅片上的碱液，并风刀吹去积在硅片上的洗槽槽液。良好Hf-bathHF循环冲刷喷淋去除硅片表面的磷硅玻璃，并风刀吹去积在硅片上的HF残液良好Rinse 3循环喷淋水洗去去磷硅玻璃后吸附在硅片上的HF酸液，并纯水喷雾洗去循环水残液。良好Dryer 2用热风吹去硅片两面吸附的纯水，不能有液体残留在硅片上。一般2021/9/2727一、刻蚀槽刻蚀槽生产multi156硅片图片2021/9/2728刻蚀槽溶液流向图刻蚀反应为氧化，放热反应刻蚀反应为氧化，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2021/9/2729刻蚀槽液面刻蚀槽硅片生产时正常液面 滚轴硅片间液面硅片2021/9/2730刻蚀槽硅片流入刻蚀槽硅片流入吸附刻蚀液原理吸附刻蚀液原理此为生产此为生产mono125-150mono125-150硅片时图片硅片时图片硅片完全悬空硅片尾部吸附刻蚀液2021/9/2731刻蚀槽硅片流入刻蚀槽硅片流入吸附刻蚀液原理吸附刻蚀液原理此为生产此为生产mono125-150mono125-150硅片时图片硅片时图片刻蚀液完全吸附2021/9/2732刻蚀槽前后硅刻蚀槽前后硅片状态比较片状态比较此为生产此为生产mono125-150mono125-150硅片时图片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2021/9/2733Rinse 1一号洗槽采用循环水喷淋，两道水刀冲洗硅片两一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。面后，风刀吹去硅片上面残液。上水刀下水刀风刀2021/9/2734Alkaline rinse碱洗槽采用碱洗槽采用KOHKOH溶液喷淋，水刀冲洗硅片两面后，溶液喷淋，水刀冲洗硅片两面后，风刀吹去硅片上面残液。风刀吹去硅片上面残液。上水刀上水刀风刀2021/9/2735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F2021/9/2736Rinse 2二号洗槽采用循环水喷淋，水刀冲洗硅片两面后，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风刀吹去硅片上面残液 。上水刀下水刀风刀2021/9/2737HF bath氢氟酸槽采用氢氟酸槽采用HFHF溶液喷淋浸泡，水刀冲洗溶液喷淋浸泡，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HF bath去PSG 硅片完全浸泡在溶液里2021/9/2738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F喷淋头2021/9/2739Rinse 3三号洗槽采用循环水喷淋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。2021/9/2740Dryer 2二号干燥槽采用压缩空气吹干，上下各两道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。风刀使用马达带动来回拉动，吹干硅片。吹干风刀2021/9/2741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）。2021/9/27421 1、硅片水平运行，机碎高：（等离子刻蚀去、硅片水平运行，机碎高：（等离子刻蚀去PSGPSG槽式浸泡甩干，硅片受冲击小）；槽式浸泡甩干，硅片受冲击小）；2 2、传动滚轴易变形：（、传动滚轴易变形：（PVDFPVDF，PPPP材质且水平放材质且水平放置易变形）；置易变形）；3 3、成本高：（化学品刻蚀代替等离子刻蚀成本增、成本高：（化学品刻蚀代替等离子刻蚀成本增加）。加）。湿法刻蚀相对等离子刻蚀的缺点2021/9/2743检验方法检验方法冷热探针法冷热探针法测导电型号2021/9/2744检验原理检验原理热探针和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。热探针的结构可以是将小的热线圈绕在一个探针的周围，也可以用小型的点烙铁。2021/9/2745检验操作及判断检验操作及判断1.确认万用表工作正常，量程置于200mV。2.冷探针连接电压表的正电极，热探针与电压表的负极相连。3.用冷、热探针接触硅片一个边沿不相连的两个点，电压表显示这两点间的电压为正值，说明导电类型为p，刻蚀合格。相同的方法检测另外三个边沿的导电类型是否为p型。4.如果经过检验，任何一个边沿没有刻蚀合格，则这一批硅片需要重新装片，进行刻蚀。2021/9/2746 谢 谢2021/9/2747