刻蚀培训剖析.ppt

一、干 法 刻 蚀 刻蚀的目的 由于在扩散过程中，即使采用背靠背的单面扩散方式，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。此短路通道等效于降低并联电阻。 经过刻蚀工序，硅片边缘的带有的磷将会被去除干净，避免PN结短路造成并联电阻降低。 干法刻蚀原理 等离子体的定义： 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。 如果温度升高到10e4K甚至10e5K，分子间和原子间的运动十分剧烈，彼此间已难以束缚，原子中的电子因具有相当大的动能而摆脱原子核对它的束缚，成为自由电子，原子失去电子变成带正电的离子。这样，物质就变成了一团由电子和带正电的的离子组成的混合物。这种混合物叫等离子体。它可以称为物质的第四态。 通常的刻蚀方法包括干法刻蚀和湿法刻蚀。 我们目前电池一线、二线使用的刻蚀工艺就是干法刻蚀，其工作机理为： 使用等离子体进行刻蚀。采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或各种游离基，这些活性粒子扩散到硅片边缘，在那里与硅进行反应，形成挥发性生成物四氟化硅而被去除。 等离子刻蚀所用的气体主要为CF4、O2、N2，CF4主要是提供一些游离的中性基团或离子如CF4、CF3、CF2、CF、C、F或它们的混合气体，这些粒子在电场的作用下轰击硅片刻蚀部位，并发生反应。 O2的作用主要是提高刻蚀的速度；N2的目的主要是起到稀释CF4、调节反应压力、带走反应气体和尾气的作用。 干法刻蚀工序常见问题 刻蚀工艺中，关键的工艺参数是射频功率和刻蚀时间。 刻蚀不足：电池的并联电阻会下降。 射频功率过高：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。 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。 射频功率太低：会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。 操作注意事项 夹具、环氧板、刻蚀机内壁等要定期清洗，保持刻蚀间的工艺卫生，长时间停止使用，再次使用之前必须辉光清洗。 操作人员必须随时观察气流量、反射功率、反应室压力和辉光颜色的稳定性。辉光颜色或功率如有异常，应及时报告相关设备人员。 必须抽测刻蚀效果，如有异常，重新刻蚀，并通知工艺人员。（30mv） 注意，不能将扩散面弄混。 扩散后清洗的目的 扩散后清洗又称去PSG工序。 扩散过程中，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，这一含有磷原子的二氧化硅层称之为磷硅玻璃。 此工序的目的就是将这一层物质去除干净。 基本原理 主要是利用氢氟酸能够与二氧化硅反应的特性。氢氟酸的酸性虽然很弱，但是它具有很强的腐蚀性和挥发性。更重要的一点是能够与二氧化硅反应，所以，在半导体的清洗和腐蚀的工艺中，经常被用到。其反应式为： SiO2+4HF→SiF4↑+2H2O 但是如果HF过量，则SiF4会和HF继续反应，总的反应式为： SiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2O 操作注意事项 插片务必确认扩散面的方向。 更换氢氟酸必须同时对槽进行彻底清洗。在配制和清洗时，一定要做好保护措施。 硅片在两个槽中（悬挂在空中）的停留时间不得过长，防止硅片被氧化。 甩干的时间不能随便缩短！防止干燥不彻底。 当硅片从氢氟酸槽中提起时，观察其表面是否脱水，如果脱水，则表明磷硅玻璃已去除干净；如果表面还沾有水珠，则表明磷硅玻璃未被去除干净。 二、湿 法 刻 蚀 刻蚀槽硅片生产时正常液面 Rena刻蚀的机理 Rena是通过化学反应来进行硅的刻蚀的，其反应体系很复杂。以下是其中的几个反应方程式： Si+2HNO3+6HF=H2SiF6+2HNO2+2H2O 3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO+8H2O 3Si+2HNO3+18HF=3H2SiF6+2NO+4H2O+3H2 5Si+6HNO3+30HF=5H2SiF6+2NO2+4NO+10H2O+3H2 尽管很复杂，但刻蚀反应不外分成两步： 硝酸/亚硝酸（HNO2）将硅氧化成二氧化硅（主要是亚硝酸将硅氧化）。 二氧化硅和氢氟酸反应（快反应），生成四氟化硅和水（快反应），四氟化硅又和水化合成氟硅酸进入溶液。 硫酸不参与反应，仅仅是增加氢离子浓度，加快反应，增加溶液黏度（增大溶液与PSG薄层间的界面张力）和溶液密度。 Rena刻蚀的机理——溶液变绿 亚硝酸本身并不是特别稳定，