刻蚀+PECVD车间工艺.ppt

《刻蚀+PECVD车间工艺.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《刻蚀+PECVD车间工艺.ppt（41页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、刻蚀+PECVD工艺报告北京中联科伟达技术股份有限公司工艺研发部概述q 等离子刻蚀等离子刻蚀:q 等离子刻蚀原理q 等离子体刻蚀机组成q 等离子体刻蚀质量控制及检测q 拟解决的问题q PECVDPECVD镀镀SiNx:HSiNx:H薄膜薄膜q PECVD镀膜技术q PECVD工作流程q SiN薄膜质量异常q 拟解决的问题等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活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，形成挥发性生蚀的部位，在那里与被刻蚀材料

2、进行反应，形成挥发性生成物而被去除。它的优势在于快速的刻蚀速率同时可获得成物而被去除。它的优势在于快速的刻蚀速率同时可获得良好的物理形貌良好的物理形貌 。（这是各向同性反应）。（这是各向同性反应）这种腐蚀方法也叫做这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀干法腐蚀。等离子刻蚀的基本原理等离子刻蚀的基本原理等离子刻蚀的基本原理等离子刻蚀的基本原理等离子刻蚀的基本原理等离子刻蚀的基本原理母体分子母体分子CFCF4 4在高能量的电子的碰撞作用下分解成多种中性基团或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。离子。这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到达这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到达SiOSiO2

3、2表面，并在表表面，并在表面上发生化学反应。面上发生化学反应。生产过程中，生产过程中，CFCF4 4中掺入中掺入O O2 2，这样有利于提高，这样有利于提高SiSi和和SiOSiO2 2的刻蚀速率。的刻蚀速率。以及以及它们的离子它们的离子CF,CF,CF,CFCF23e4等离子刻蚀机的组成等离子刻蚀机的组成等离子刻蚀机的组成：等离子刻蚀机的组成：1 1、反应室、反应室 2 2、真空系统、真空系统 3 3、送气系统、送气系统 4 4、高频电源、高频电源5 5、匹配器、匹配器反应室：反应室：里面是石英缸，外面里面是石英缸，外面是线圈，线圈在高频是线圈，线圈在高频电的激发下起辉，产电的激发下起辉，产

4、生微波与石英缸内的生微波与石英缸内的特气反应，生成活性特气反应，生成活性离子基。离子基。等离子刻蚀机的组成等离子刻蚀机的组成石英缸石英缸线圈线圈真空系统：真空系统：采用机械泵采用机械泵抽真空抽真空(上海鑫磊上海鑫磊公司生产公司生产)。主要。主要是用泵对反应室是用泵对反应室抽真空，把一些抽真空，把一些反应生成物通过反应生成物通过真空系统抽到尾真空系统抽到尾气排放管道。气排放管道。等离子刻蚀机的组成等离子刻蚀机的组成送气系统：送气系统：刻蚀常用的工艺气体刻蚀常用的工艺气体CF4CF4和和O2O2，在车间外面有，在车间外面有特气房，通过管道和刻蚀特气房，通过管道和刻蚀机的进气孔连接到一起，机的进气孔

5、连接到一起，在车间内有阀门，用的时在车间内有阀门，用的时候打开阀门就可以使用了候打开阀门就可以使用了高频电源：高频电源：给线圈放高压电给线圈放高压电等离子刻蚀机的组成等离子刻蚀机的组成高频电源高频电源匹配器匹配器 使功率稳定在一个固定的位置，只能微调，主要还是调高频电使功率稳定在一个固定的位置，只能微调，主要还是调高频电源上的功率调节旋扭。源上的功率调节旋扭。等离子刻蚀机的组成等离子刻蚀机的组成等离子刻蚀操作流程等离子刻蚀操作流程负载容量负载容量（片）（片）工作气体流量（工作气体流量（sccmsccm）气压气压（mbar)mbar)辉光功率辉光功率（W W）反射功率反射功率（W W）CFCF4

6、 4O O2 2N N2 228628621021021211001005005000 0工作阶段时间（工作阶段时间（s s）辉光颜色辉光颜色预抽预抽主抽主抽充气充气辉光辉光清洗清洗充气充气腔体内呈腔体内呈乳白色，乳白色，腔壁处呈腔壁处呈淡紫色淡紫色80806060150150100010006060180180等离子刻蚀质量控制等离子刻蚀质量控制工艺参数工艺参数工艺参数工艺参数*可根据生产实际做相应的调整可根据生产实际做相应的调整 短路形成途径短路形成途径 在扩散过程中，即使采用背靠背扩散，硅片的所有表面在扩散过程中，即使采用背靠背扩散，硅片的所有表面（包括边缘）都将不可避免地扩散上磷。（包

7、括边缘）都将不可避免地扩散上磷。PNPN结的正面所收集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到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PNPN结的背面，结的背面，而造成短路。此短路通道等效于降低并联电阻。而造成短路。此短路通道等效于降低并联电阻。控制方法控制方法 对于不同规格的硅片，应适当的调整辉光功率和刻蚀时对于不同规格的硅片，应适当的调整辉光功率和刻蚀时间使达到完全去除短路通道的效果。间使达到完全去除短路通道的效果。边缘刻蚀质量控制及检测边缘刻蚀质量控制及检测-质量问题质量问题刻蚀时间不足：刻蚀时间不足：电池的并联电阻下降。电池的并联电阻下降。射频功率过高射频功率过高：等离子

8、体中离子的能量较高会对硅片边缘造成较大的轰等离子体中离子的能量较高会对硅片边缘造成较大的轰击损伤，导致边缘区域的电性能变差从而使电池的性能下击损伤，导致边缘区域的电性能变差从而使电池的性能下降。在结区（耗尽层）造成的损伤会使得结区复合增加。降。在结区（耗尽层）造成的损伤会使得结区复合增加。边缘刻蚀质量控制及检测边缘刻蚀质量控制及检测-质量问题质量问题 刻蚀时间过长：刻蚀时间过长：刻蚀时间越长对电池片的正反面造成损伤影响越大，时刻蚀时间越长对电池片的正反面造成损伤影响越大，时间长到一定程度损伤不可避免会延伸到正面结区，从而导致间长到一定程度损伤不可避免会延伸到正面结区，从而导致损伤区域高复合。损

9、伤区域高复合。射频功率太低：射频功率太低：使等离子体不稳定和分布不均匀，从而使某些区域刻蚀过使等离子体不稳定和分布不均匀，从而使某些区域刻蚀过度而某些区域刻蚀不足，导致并联电阻下降。度而某些区域刻蚀不足，导致并联电阻下降。边缘刻蚀质量控制及检测边缘刻蚀质量控制及检测-质量问题质量问题边缘刻蚀质量控制及检测边缘刻蚀质量控制及检测-检测检测 冷热探针法冷热探针法冷热探针法测导电型号冷热探针法测导电型号检验操作及判断检验操作及判断边缘刻蚀质量控制及检测边缘刻蚀质量控制及检测-检测检测1.1.确认万用表工作正常，量程置于确认万用表工作正常，量程置于200mV200mV。2.2.冷探针连接电压表的正电极

10、，热探针与电压表的负极连。冷探针连接电压表的正电极，热探针与电压表的负极连。3.3.用冷、热探针接触硅片一个边沿不相连的两个点，电压表用冷、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，说明导电类型为显示这两点间的电压为正值，说明导电类型为P P型，刻蚀合格。型，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相同的方法检测另外三个边沿的导电类型是否为P P型。型。4.4.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。需要重新装片，进行刻蚀。等离子体刻蚀拟解决的问题等离子体刻蚀拟解决的

11、问题刻蚀均匀性的控制刻蚀均匀性的控制刻蚀效果监测刻蚀效果监测 等刻常见问题1，过刻2，钻刻3，刻蚀不足刻蚀不足：指的是刻蚀不足边缘测试结果仍成N型的硅片。原因:由于设备刻蚀效果不好或出现其他异常情况以及一些人为因素导致硅片边缘刻蚀不足处理措施:根据不同情况进行补刻工艺，时间在200800s范围内过刻和钻刻：刻蚀后显P型的距离范围超过1.5mm的情况或钻蚀严重者。原因:1夹具的原因导致夹好的硅片一边松一边紧受力不均，或四周不整齐有突出来的现象，还有就是硅片崩边所致的局部过刻和钻刻现象。2 由于操作员的操作不规范的原因，选用的陪片有缺角崩边的现象。3设备压力时常不稳定。处理措施:此种情况下的硅片应

12、挑捡出不予流到下一工序。规范操作员的操作。避免使用有缺角崩边陪片。设备压力不稳定时，我们可以采取改变气体流量来稳定压力。应及时更换夹具。PECVD的作用在硅片表面（扩散面）沉积一层深蓝色的SiNx膜。而这层SiNx膜的作用是：a）减少电池表面光的反射；b）进行表面及体钝化，减少电池的反向漏电流；c）具有良好的抗氧化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离子、阻挡金属和水蒸汽扩散的能力。n0n2r1r2121减反膜对硅片反射率的影响减反膜对硅片反射率的影响PECVDPECVD镀镀SiNx:HSiNx:H薄膜薄膜-单层介质减反射膜单层介质减反射膜PECVD的作用的作用PECVD的作用的作用PECVD镀膜

13、前 PECVD镀膜后SiNxSiNx的优点：的优点：优良的表面钝化效果优良的表面钝化效果高效的光学减反射性能（厚度和折射率匹配）高效的光学减反射性能（厚度和折射率匹配）低温工艺（有效降低成本）低温工艺（有效降低成本）含氢含氢SiNx:HSiNx:H可以对可以对mc-Simc-Si提供体钝化提供体钝化 PECVDPECVD镀镀SiNx:HSiNx:H薄膜薄膜-SiNxSiNx的优点的优点26 钝化技术v对于McSi，因存在较高的晶界、点缺陷（空位、v填隙原子、金属杂质、氧、氮及他们的复合物）对材料表面和体内缺陷的钝化尤为重要，除前面提到的吸杂技术外，钝化工艺一般分表面氧钝化和氢钝化。v表面氧钝化

14、：通过热氧化使硅悬挂键饱和是一种比较常用的方法，可使Si-SiO2界面的复合速度大大下降，其钝化效果取决于发射区的表面浓度、界面态密度和电子、空穴的俘获截面。在氢气氛围中退火可使钝化效果更加明显。27 钝化技术v氢钝化：钝化硅体内的悬挂键等缺陷。在晶体生长中受应力等影响造成缺陷越多的硅材料，氢钝化的效果越好。氢钝化可采用离子注入或等离子体处理。在多晶硅太阳电池表面采用PECVD法镀上一层氮化硅减反射膜，由于硅烷分解时产生氢离子，对多晶硅可产生氢钝化的效果。应用PECVD Si3N4可使表面复合速度小于20cm/s。晶界PECVD(PECVD(Plasma Enhanced Chemical V

15、apor Deposition)Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)“等离子增强型化学气相沉积等离子增强型化学气相沉积”，是一种化学气相沉积，是一种化学气相沉积 原理原理:借助借助微波微波使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积子体，而等离子化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。出所期望的薄膜。基本特征基本特征:实现了薄膜沉积工艺的低温化（实现了薄膜沉积工艺的低温化（450450）。）。1.1.节省能源，降低成本节省能源，降

16、低成本 2.2.提高产能提高产能 3.3.减少了高温导致的硅片中少子寿命衰减减少了高温导致的硅片中少子寿命衰减PECVDPECVD镀镀SiNx:HSiNx:H薄膜薄膜-PECVDPECVD技术技术30PECVD 等离子体定义地球上，物质有三态，即：固，液，气。其共同点是由原子或分子组成，即基本单元是原子和分子，且为电中性。等离子体：气体在一定条件下受到高能激发，发生电离，部分外层电子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合组成的一种形态，这种形态就称为等离子态，即第四态。等离子体从宏观来说也是电中性，但是在局部可以为非电中性。工艺腔中的工艺腔中的NH3和和SiH4分子在高频微波源的作用下分子

17、在高频微波源的作用下热运动加剧，相互间碰撞使其分子电离，这些离子热运动加剧，相互间碰撞使其分子电离，这些离子反应生成反应生成SiNx。PECVD工作原理总反应：总反应：PECVD工作原理氮化硅颜色与厚度的对照表氮化硅颜色与厚度的对照表颜色厚度（nm）颜色厚度（nm）颜色厚度（nm）硅本色0-20很淡蓝色100-110蓝 色210-230褐 色20-40硅 本 色110-120蓝绿色230-250黄褐色40-50淡 黄 色120-130浅绿色250-280红 色55-73黄 色130-150橙黄色280-300深蓝色73-77橙 黄 色150-180红 色300-330蓝 色77-93红 色18

18、0-190淡蓝色93-100深 红 色190-210P E C V D的生产流程的生产流程由周转篮由周转篮倒入石墨筐倒入石墨筐领取刻蚀清领取刻蚀清洗好的硅片洗好的硅片放入设备放入设备Load chamberLoad chamberPreheating Preheating chamberchamberProcess Process chamberchamberCooling Cooling chamberchamberUnloadUnload chamber chamber流出设备流出设备Unload tableUnload table倒入印刷载倒入印刷载片篮送印刷片篮送印刷薄膜质量控制主要参

19、数：薄膜质量控制主要参数：反射率：折射率和厚度相关反射率：折射率和厚度相关(n=2.05,d=105nm,Ravg%=4.5%)均匀性：片内均匀性和片间均匀性均匀性：片内均匀性和片间均匀性工艺参数调节工艺参数调节(SINA L)带速：带速：80cm/min80cm/min沉积温度：沉积温度：400400度度工作压力：工作压力：0.25mbar0.25mbar微波功率：微波功率：3100mw(left),3700mw(right)3100mw(left),3700mw(right)气体流量比：气体流量比：SiH4SiH4：NH3NH3550sccm550sccm：1950sccm1950sccm

20、P E C V D镀膜质量异常镀膜质量异常色色色色 差差差差 表面颜色不均匀一致，没有明显分表面颜色不均匀一致，没有明显分表面颜色不均匀一致，没有明显分表面颜色不均匀一致，没有明显分界线一边呈红色一边为蓝色或一边深界线一边呈红色一边为蓝色或一边深界线一边呈红色一边为蓝色或一边深界线一边呈红色一边为蓝色或一边深海蓝一边浅蓝色海蓝一边浅蓝色海蓝一边浅蓝色海蓝一边浅蓝色红色片红色片红色片红色片 由于由于由于由于PECVDPECVDPECVDPECVD设备原因使电池片表面呈设备原因使电池片表面呈设备原因使电池片表面呈设备原因使电池片表面呈红色或接近黑色红色或接近黑色红色或接近黑色红色或接近黑色水水水水

21、 印印印印 刻蚀清洗后片子表面没有完全干燥，刻蚀清洗后片子表面没有完全干燥，刻蚀清洗后片子表面没有完全干燥，刻蚀清洗后片子表面没有完全干燥，镀膜后硅片表面有水珠的地方的颜色镀膜后硅片表面有水珠的地方的颜色镀膜后硅片表面有水珠的地方的颜色镀膜后硅片表面有水珠的地方的颜色与其它表面颜色不一致，呈金黄色或与其它表面颜色不一致，呈金黄色或与其它表面颜色不一致，呈金黄色或与其它表面颜色不一致，呈金黄色或其它颜色，形状为半圆形或半椭圆形其它颜色，形状为半圆形或半椭圆形其它颜色，形状为半圆形或半椭圆形其它颜色，形状为半圆形或半椭圆形位于电池片边沿或在电池片表面呈圆位于电池片边沿或在电池片表面呈圆位于电池片边

22、沿或在电池片表面呈圆位于电池片边沿或在电池片表面呈圆形或椭圆形。形或椭圆形。形或椭圆形。形或椭圆形。P E C V D镀膜质量异常镀膜质量异常P E C V D镀镀膜拟解决的问题膜拟解决的问题 镀膜均匀性的控制及进一步提高镀膜均匀性的控制及进一步提高 工艺运行的稳定性工艺运行的稳定性 产能提高产能提高安全安全 无水氨气是一种刺激性、无色、可燃的储存于钢瓶的液化压缩气体。其存储无水氨气是一种刺激性、无色、可燃的储存于钢瓶的液化压缩气体。其存储压力为其蒸汽压压力为其蒸汽压14psig(70)。氨气会严重灼伤眼、皮肤及呼吸道。当它在空气。氨气会严重灼伤眼、皮肤及呼吸道。当它在空气中的浓度超过中的浓度

23、超过15%时有立即造成火灾及爆炸的危险，因此进入这样的区域前必时有立即造成火灾及爆炸的危险，因此进入这样的区域前必须排空。进入浓度超过暴露极限的区域要佩戴自给式呼吸器。大规模泄露时需须排空。进入浓度超过暴露极限的区域要佩戴自给式呼吸器。大规模泄露时需要全身防护服，并应随时意识到潜在的火灾和爆炸危险。暴露在氨气中会对眼要全身防护服，并应随时意识到潜在的火灾和爆炸危险。暴露在氨气中会对眼睛造成中度到重度的刺激。氨气强烈地刺激鼻子、喉咙和肺。症状包括灼伤感、睛造成中度到重度的刺激。氨气强烈地刺激鼻子、喉咙和肺。症状包括灼伤感、咳嗽、喘息加重、气短、头痛及恶心。过度暴露会影响中枢神经系统并会造成咳嗽、

24、喘息加重、气短、头痛及恶心。过度暴露会影响中枢神经系统并会造成痉挛和失去知觉。上呼吸道易受伤害并导致气管炎。声带在高浓度下特别容易痉挛和失去知觉。上呼吸道易受伤害并导致气管炎。声带在高浓度下特别容易受到腐蚀，下呼吸道伤害会造成水肿和出血，暴露在受到腐蚀，下呼吸道伤害会造成水肿和出血，暴露在5000ppm下下5分钟会造成死分钟会造成死亡亡。紧急救助紧急救助 眼睛接触：用大量的水冲洗，立即进行医疗处理。眼睛接触：用大量的水冲洗，立即进行医疗处理。吸入：将人员移到空气清新处，若呼吸困难，则输氧，并迅速进行医务处理。吸入：将人员移到空气清新处，若呼吸困难，则输氧，并迅速进行医务处理。皮肤接触：用大量水

25、冲洗，立即脱掉被污染的衣服，并立即进行药物处理。皮肤接触：用大量水冲洗，立即脱掉被污染的衣服，并立即进行药物处理。火灾扑救 灭火剂：干粉、二氧化碳或水灭火剂：干粉、二氧化碳或水 从泄漏区疏散所有的人，切断氨气泄漏源，然后根据燃烧的物质进从泄漏区疏散所有的人，切断氨气泄漏源，然后根据燃烧的物质进行灭火。由于受热钢瓶内压力会升高，如果泄压装置功能失灵，会引起行灭火。由于受热钢瓶内压力会升高，如果泄压装置功能失灵，会引起钢瓶爆炸。钢瓶爆炸。硅烷是一种无色、与空气反应并会引起窒息的气体。该气体通常与空气接触硅烷是一种无色、与空气反应并会引起窒息的气体。该气体通常与空气接触会引起燃烧并放出很浓的白色无定

26、型二氧化硅烟雾。它对健康的首要危害是它会引起燃烧并放出很浓的白色无定型二氧化硅烟雾。它对健康的首要危害是它自燃的火焰会引起严重的热灼伤。如果严重甚至会致命。如果火焰或高温作用自燃的火焰会引起严重的热灼伤。如果严重甚至会致命。如果火焰或高温作用在硅烷钢瓶的某一部分会使钢瓶在安全阀启动之前爆炸，如果泄放硅烷时压力在硅烷钢瓶的某一部分会使钢瓶在安全阀启动之前爆炸，如果泄放硅烷时压力过高或速度过快，会引起滞后性的爆炸。泄漏的硅烷如没有自燃会非常危险，过高或速度过快，会引起滞后性的爆炸。泄漏的硅烷如没有自燃会非常危险，不要靠近，不要试图在切断气源之前灭火。不要靠近，不要试图在切断气源之前灭火。硅烷会刺激

27、眼睛，硅烷分解产生的无定型二氧化硅颗粒会引起眼睛刺激。吸入硅烷会刺激眼睛，硅烷分解产生的无定型二氧化硅颗粒会引起眼睛刺激。吸入高浓度的硅烷会引起头痛、恶心、头晕并刺激上呼吸道。硅烷会刺激呼吸系统高浓度的硅烷会引起头痛、恶心、头晕并刺激上呼吸道。硅烷会刺激呼吸系统及粘膜。过度吸入硅烷会引起肺炎和肾病。硅烷会刺激皮肤、硅烷分解产生无及粘膜。过度吸入硅烷会引起肺炎和肾病。硅烷会刺激皮肤、硅烷分解产生无定型二氧化硅颗粒会引起皮肤刺激。定型二氧化硅颗粒会引起皮肤刺激。紧急救助紧急救助由于硅烷泄漏引起人员灼伤应由受过培训的人员进行由于硅烷泄漏引起人员灼伤应由受过培训的人员进行急救，并立即寻求医疗处理，眼睛

28、接触：应立即用水冲洗至少急救，并立即寻求医疗处理，眼睛接触：应立即用水冲洗至少15分钟，水流不要太快，同时翻开眼睑，使受难者为分钟，水流不要太快，同时翻开眼睑，使受难者为“O”形眼，形眼，立即寻求眼科处理；吸入：将患者尽快移到空气清新处，如有立即寻求眼科处理；吸入：将患者尽快移到空气清新处，如有必要由受过培训的人员进行输氧或人工呼吸。皮肤接触：用大必要由受过培训的人员进行输氧或人工呼吸。皮肤接触：用大量的水清洗至少量的水清洗至少15分钟，脱掉已暴露在硅烷中被污染的衣服，分钟，脱掉已暴露在硅烷中被污染的衣服，小心不要接触到眼睛，如果患者有持续的刺激感或其他进一步的小心不要接触到眼睛，如果患者有持续的刺激感或其他进一步的健康影响需立即健康影响需立即 火灾扑救火灾扑救切断气源灭火，用水雾减少空气中形成的燃烧产物，不要切断气源灭火，用水雾减少空气中形成的燃烧产物，不要用卤化物类灭火器。从最远的距离用水冷却暴露在火焰中的钢瓶。用卤化物类灭火器。从最远的距离用水冷却暴露在火焰中的钢瓶。从泄漏区疏散所有人，切断气源，根据燃烧的物质灭火。由于热从泄漏区疏散所有人，切断气源，根据燃烧的物质灭火。由于热量的作用气瓶内压力会升高，如果泄压装置失灵会引起钢瓶爆炸。量的作用气瓶内压力会升高，如果泄压装置失灵会引起钢瓶爆炸。