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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 优点：优势在于快速的刻蚀速率同时可获得良好的物理形貌（这是各向同性反应）、对温度变化不那么敏感、重复性好、避免了化学废液湿法刻蚀：化学腐蚀 缺点：缺乏各向同性、工艺难控制和过度的颗粒沾污 优点：一般不产生衬底损伤第1页/共42页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）都将不可避免地扩散上磷。PN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PN结的背面，而造成短路，所以要通过刻蚀去除边缘的扩散层。第2页/共42页等离子刻蚀刻蚀的目的第3页/共42页等离子刻蚀等离子刻蚀原理 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，形成挥发性生成物而被去除。CF4-CF3、CF2、CF、F、C以及他们的离子 第4页/共42页等离子刻蚀等离子刻蚀的一般步骤 1、反应室的气体被等离子体分离成可化学反应的元素 2、这些元素扩散并吸附在硅片表面 3、这些元素在硅表面上进行表面扩散，直到发生反应 4、反应生成物解吸，离开硅片并排放第5页/共42页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、气体流量第6页/共42页等离子刻蚀刻蚀不当造成的影响第7页/共42页等离子刻蚀刻蚀不当造成的影响第8页/共42页等离子刻蚀太阳电池等效电路第9页/共42页等离子刻蚀刻蚀的控制 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、关注辉光颜色 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，硅片之间缝隙尽量的小，当然还要控制碎片率第10页/共42页等离子刻蚀冷热探针法原理第11页/共42页等离子刻蚀冷热探针法原理 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低的。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高的。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，也可以用小型的电烙铁。第12页/共42页等离子刻蚀冷热探针检验注意事项 1、先放冷探针，再放热探针 2、检测时重点测试叠放不整齐处和颜色偏暗处 3、戴棉纱手套，防止高温烫伤 4、表笔距离在2-5mm内，尽量接触在一个硅片上 5、刻蚀后的硅片在冷却一段时间后再检测 6、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 第13页/共42页清洗-去PSG磷硅玻璃的定义 在扩散过程中发生如下反应：POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与Si反应生成SiO2和磷原子：这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃第14页/共42页清洗-去PSG氢氟酸介绍 氢氟酸是无色透明的液体，浓氢氟酸含氟化氢的量可达48%-50%。含氟化氢35%的氢氟酸比重为，沸点120。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、硝酸都弱很多，它虽也能溶解许多金属，但不能溶解金、铂、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化硅，因此不能装在玻璃瓶里。第15页/共42页清洗-去PSG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与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。第16页/共42页清洗-去PSG清洗的原理 总反应式为：第17页/共42页清洗-去PSG半导体生产中杂质沾污的分类 1、分子型杂质 2、离子型杂质 3、原子型杂质清洗方法 1、湿法清洗：普遍应用的方法是RCA清洗方法以及基于RCA清洗方法的一些改进方法 2、干法清洗：激光束、等离子第18页/共42页清洗-去PSGRCA清洗方法简介 RCA清洗方法中使用的碱性过氧化氢清洗液（又称号清洗液）由去离子水、30%的过氧化氢和25%的浓氨水按一定配比混合而成。它们的体积比是去离子水：H2O2：NH4OH=5：1：1到5：2：1。RCA清洗方法中使用的酸性过氧化氢清洗液（又称号清洗液）由去离子水、30的过氧化氢和37%的浓盐酸按一定配比混合而成。它们的体积比是去离子水：H2O2：HCL为6：1：1到8：2：1。第19页/共42页清洗-去PSG清洗效果的判断 亲水性：清洗前硅片表面Si大部分以O键为终端结构，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Si几乎是以H键为终端结构，表面呈疏水性。从能量观点看，疏水性表面属低能表面，这时硅表面张力rSG小于水分子表面张力rSL，而亲水表面属高能表面，这时的硅表面张力rSG大于水分子表面张力rSL。第20页/共42页清洗-去PSG清洗不好造成的影响 1、容易产生水痕 2、镀膜后容易产生色差 3、电极浆料不能和硅形成良好的欧姆接触第21页/共42页镀膜-PECVD光的五种偏振态 1、线偏振光:在光波传播过程中 E(H)只限于在一个平面中的光叫做平面偏振光（线偏振光）。2、圆偏振光：E矢量的端点的运动轨迹为圆。（右旋和左旋）3、椭圆偏振光：E矢量的端点的运动轨迹为椭圆。（右旋和左旋）4、自然光 5、部分偏振光：线偏振光+自然光 第22页/共42页镀膜-PECVD光的五种偏振态第23页/共42页镀膜-PECVD椭偏测量原理示意图 第24页/共42页镀膜-PECVD椭偏测量原理 由激光器发出一定波长（6328）的激光束，经过起偏器后变成为线偏振光，并确定其偏振方向。再经过1/4波长片，由于双折射现象，使其分解成互相垂直的P波和S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-介质膜-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，但椭圆的形状和方位改变了。第25页/共42页镀膜-PECVD椭偏测量原理示意图第26页/共42页镀膜-PECVD椭偏测量原理 一般用和来描述反射时偏振状态的变化，其定义为：式中tg的物理意义是P波和S波的振幅之比在反射前后的变化，称为椭偏法的振幅参量。的物理意义是P波和S波的相位差在反射前后的变化，称为椭偏法的相位参量。Rp和Rs分别为P波初量和S波分量的总反射系数。第27页/共42页镀膜-PECVD椭偏测量原理 在波长、入射角、衬底等参数一定时，和是膜厚d和折射率n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，光束不能通过，出现消光现象。消光时，和分别由起偏器的方位角P和检偏器的方位角A决定。把P值和A值分别换算成和后，再利用公式和图表就可以得到透明膜的折射率n和膜厚度d。第28页/共42页镀膜-PECVDSentech椭偏仪优势 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 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 1、采用专用聚焦光学组件 2、补偿器测量模式和软件能够对测量进行退偏修正第29页/共42页镀膜-PECVDSentech椭偏仪优势 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，这就是退偏振效应。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完全偏振光，他们不能分析部分偏振。第30页/共42页镀膜-PECVDSentech椭偏仪操作注意事项 1、过大的撞击或搬动会造成测试不准确，需要重新校准 2、单晶、多晶、校准载片台不可混用 3、载片台要固定住，不稳定会造成测试结果不准确 4、测试时候硅片顺序不要弄混 5、测试过程中要注意保护测试片的绒面和膜面第31页/共42页镀膜-PECVD氮化硅厚度和折射率的确定第32页/共42页镀膜-PECVD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：式中，r1、r2分别是外界介质-膜和膜-硅界面上的菲涅尔反射系数；为膜层厚度引起的位相角。第33页/共42页镀膜-PECVD分别表示为：第34页/共42页镀膜-PECVDn0，n和nsi分别为外界介质、膜层和硅的折射率；0是入射光的波长；d是膜层的实际厚度；nd为膜层的光学厚度。当波长为0的光垂直入射时，如果膜层光学厚度为0的四分之一，即nd=0/4,则可得:第35页/共42页镀膜-PECVD为了使反射损失减到最小，即希望R0=0,就应有：由上式就可求得给定波长为0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，此时反射率最小，接近于零。第36页/共42页镀膜-PECVD但当波长偏离0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计波长0。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。第37页/共42页镀膜-PECVD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。第38页/共42页镀膜-PECVD对于减反射膜应取得折射率，由于取0微米，硅的折射率nsi=3.9,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。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第39页/共42页镀膜-PECVD镀膜不良造成的影响 1、色差严重，影响外观，直通合格率低 2、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，效率上不去第40页/共42页 谢谢！第41页/共42页感谢您的观看！第42页/共42页
