等离子体刻蚀

注意事项
• 在配制氢氟酸溶液时，要穿好防护服，戴 好防护手套和防毒面具。
• 不得用手直接接触硅片和承载盒。 • 当硅片在1号槽氢氟酸溶液中时，不得打开
设备照明，防止硅片被染色。
• 硅片在两个槽中的停留时间不得超过设定 时间，防止硅片被氧化。
检验标准
• 当硅片从1号槽氢氟酸中提起时，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。
检验操作及判断
1. 确认万用表工作正常，量程置于200mV。 2. 冷探针连接电压表的正电极，热探针与电压表的负极相
连。 3. 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P型。 4. 如果经过检验，任何一个边沿没有刻蚀合格，则这一批 硅片需要重新装片，进行刻蚀。
等离子体刻蚀反应
• 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。
C F e C,F C,F CF FC ,,以它 及们的离
4
3
2
• 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，CF4中掺入O2，这样有利于提高Si和 SiO2的刻蚀速率。
16
200
工作阶段时间（分钟）
主抽 充气 辉光
2.5~4
2
10~14
气压 辉光功率 反射功率 （Pa） （W） （W）
120
充气 2
650~750
0
辉光颜色
腔体内呈乳白色，腔 壁处呈淡紫色
*可根据生产实际做相应的调整
• 边缘刻蚀控制
➢ 短路形成途径
由于在扩散过程中，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。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。
• 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。
等离子体刻蚀工艺
• 装片 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。
• 工艺参数设置
负载容量 （片） 200
预抽 0.2~0.4
工作气体流量（sccm）
CF4
O2
N2
184
去除磷硅玻璃
什么是磷硅玻璃？
• 在扩散过程中发生如下反应：
4 P C l3 5 O 2 2 P 2 O 5 6 C l2
• 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：
2 P O 5 S i5 Si 4 O P
25
2
• 这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称
投 片 清 洗
甩 干
清洗液配制
• 将各槽中破损硅片等杂质清除，用去离子 水将各槽壁冲洗干净。
• 1号槽中注入一半深度的去离子水，加入氢 氟酸，再注入去离子水至溢流口下边缘。
• 向后面的槽中注满去离子水。
装片
• 经等离子刻蚀过的硅片，检验合格后插入 承片盒。
• 注意，经过磷扩散处理的表面，刻蚀之后 硅片在插入承片盒时也严格规定了放置方 向。每盒25片，扣好压条，投入清洗设备。
等离子体的产生
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。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 。（这是各向同性反应）
• 这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。
等离子体刻蚀
工艺流程介绍
硅片检测
制作绒面
酸洗
管式 PECVD
去PSG
等离子刻蚀
扩散
丝网印刷
烧结
检测分选
包装
目录
• 等离子体的原理及应用 • 等离子刻蚀原理 • 等离子刻蚀过程及工艺控制 • 检验方法及原理
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。
之为磷硅玻璃。
磷硅玻璃的去除
• 氢氟酸是无色透明的液体，具有较弱的酸 性、易挥发性和很强的腐蚀性。但氢氟酸 具有一个很重要的特性是它能够溶解二氧 化硅，因此不能装在玻璃瓶中。
• 在半导体生产清洗和腐蚀工艺中，主要就 利用氢氟酸的这一特性来去除硅片表面的 二氧化硅层。
• 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。
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，也可以用小型的电烙铁。
Si 4 O H SF i F 2O H
2
4
2
• 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。
Si F 2H H F[S]iF
4
2
6
• 总反应式为：
S i6 O H H [F S ] 2 iO F H
2
2
6
2
去除磷硅玻璃工艺
清 洗 液 配 制
Βιβλιοθήκη Baidu
装 片
开 机
• 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。
• 冷热探针法
检验方法
冷热探针法测导电型号
➢ 控制方法
对于不同规格的硅片，应适当的调整辉光功 率和刻蚀时间使达到完全去除短路通道的效果。
在等离子体刻蚀工艺中，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。