刻蚀培训总结.ppt

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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,

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