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1、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
2、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
3、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RENA in-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
4、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+2HNO3SiO2+2HNO2 2HNO2NO+NO2+H2O 2.利用氢氟酸（HF）与氧化硅生成可溶于水的络合物 SiO2+6HFH2SiF6+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。
5、 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
6、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
7、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。,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
8、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
9、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
10、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.Etch bath； 5.Hf bath； 2.Rinse 1； 6.rinse 3（DI-Water spray）； 3.Alkaline rinse； 7.dryer 2。 4.Rinse 2；,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,
11、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,Rinse 1,一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,A
12、lkaline rinse,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,Rinse 2,二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,HF bath,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,HF bath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
13、槽液面,外槽液面,喷淋头,Rinse 3,三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。,Dryer 2,二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
14、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。 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。,46,检验操作及判断,确认万用表工作正常，量程置于200mV。 冷探针连接电压表的正电极，热探针与电压表的负极相连。 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。 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。,谢 谢,
