等离子体刻蚀机原理

等离子体刻蚀机原理

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。

▪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。

等离子体的应用等离子体的应用

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，形成挥发性反应物而被去除。

▪这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。

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。

CF4→CF3，CF2，CF，C，F

▪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CF4中掺入O2，这样有利于提高Si和SiO2的刻蚀速率。

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。

检验方法

▪冷热探针法

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。

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负值，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。

一．等离子体刻蚀工艺原理:

等离子体刻蚀机是基于真空中的高频激励而产生的辉光放电将四氟化碳中的氟离子电离出来从而获得化学活性微粒与被刻蚀材料起化学反应产生辉发性物质进行刻蚀的。同时为了保证氟离子的浓度和刻蚀速度必须加入一定比例的氧气生成二氧化碳。

二．主要用途及适用范围：

该设备主要对太阳能电池片周边的P—N结进行刻蚀，使太阳能电池片周边呈开路状态。也可用于半导体工艺中多晶硅，氮化硅的刻蚀和去胶。

三．使用环境及工作条件：

1）环境温度：5℃—40℃；

2）相对湿度：<70%；

3）环境净化等级：>10000级；

4）大气压强：一个标准大气压；

5）电源：三相交流380（1±10%）V，频率50 （1±10%）Hz；

6）所用气体压力：0.1Mpa—0.2 Mpa；所用气体为四氟化碳、氧气和氮气。

7）每台设备要有良好的，独立的接地且接地电阻最好小于0.1Ω；四．总体结构：

本设备由真空管路系统、气路系统、反应室、压力控制系统、SY型射频功率源、电源供电及控制部分组成。

1）真空管路系统主要由2X—15型旋片式真空泵、电磁隔断放气阀、波纹管、碟阀、预抽阀、电磁隔断阀组成。

2）气路系统主要由控制四氟化碳、氧气、尾气、稀释、氮气的电磁阀及不锈钢管和软管组成。其中为了精确控制四氟化碳和氧气10:1的混合比例，在控制四氟化碳和氧气电磁阀的后级加了质量流量计。（这里要附带讲一下关于工作压差的问题，我们所用的质量流量计的工作压差为0.1Mpa—0.5Mpa。而反应室的辉光工作压力为80Pa或更低，尤其是在充气瞬间。因此这就是为什么要求供气压力设定为0.1Mpa—0.2 Mpa的原因。以前出现过由于硅片刻不通，操作

工以为供气压力小，盲目的将供气压力调至0.6 Mpa。导致质量流量计无法正常工作，影响了反应室中四氟化碳和氧气10:1的混合比例，无法满足辉光工作压力，无法正常辉光。另外每次检修开机前也一定要检查供气压力，最好设定至0.15Mpa。）

3）反应室主要由石英管及上下密封圈组成，密封的好坏直接关系到刻蚀的效果。正常情况下辉光颜色呈乳白色，如果为粉红色，说明有漏气情况，这时候应检查密封圈和石英管的好坏。当然还有其他情况在此就不一一说明了。

4）压力控制系统主要由压力控制仪、电容式薄膜压力变送器和电动执行器组成。

本系统通过压力控制仪设定的辉光工作压力与电容式薄膜压力变送器实际检测压力进行比较, 将差值反馈回压力控制仪，压力控制仪再去控制电动执行器的开度。从而实现闭环负反馈系统。

5） SY型射频功率源采用它激式、石英晶体稳频、前级采用FU—50F电子管，后级功率输出采用金属陶瓷四级管FU—100F。感性负载与匹配器之间采用编织铜线连接，匹配是否良好由通过式功率计指示并通过匹配器上的电容进行匹配调节。

5. 1 ) SY型射频功率源的主要技术性能；

5.1.1 )规格: 1KW；

5.1.2 )板极电压: 100V—2500V连续可调；

5.1.3 )板极电流:≤0.5A；

5.1.4 )输出功率: 1.8—1KW连续可调；

5.1.5 )连续工作时间:4小时；

5. 1 )频率: 13560KHz；

5. 2 )联调辉光：

所谓联调辉光是指在反应室中工作压力满足要求时进行辉光。第一次起辉时，将板压调到500V左右，按下绿色按钮（注意事项：辉光前必须按下SY型射频功率源面板上的橙色按钮对电子管已经预热15—20分钟以上。），同时观察功率计及反应室，如反射功率过大，调节匹配器上的真空电容C1和C2使之先起辉，暂且先不管反射功率有多大。如果不起辉，可以降低真空度。因为真空度低容易起辉。如果还不起辉，可采用短时间内加大功率的方法。如果还不起辉，马上调低一点板压，再调一下匹配器上的电容，再略提高一点板压，如此反复进行，直至起辉。起辉后观察功率计上的反射功率指针，调节匹配器上的真空电容C1和C2直至反射功率最小。（注意事项：调节匹配器上的电容要按一定规律进行，C2可调至固定几点，比如200P、300P、500P，C1则从大到小，从小到大均可。同时电容的调节幅度切勿过大，调节的速度切勿过快。）如果起辉时真空度低，起辉后可逐渐提高真空度,同时跟踪调节匹配器上的电容。(这里附带讲一下更换FU—100F电子管时,手不能碰电子管的陶瓷部位,以免手上汗迹沾在陶瓷部位降低电子管的耐压,最好戴汗布手套操作。)

6) 电源供电及控制部分组成。

6.1) 电容式薄膜压力变送器的电源由微型计算机电源供给±15V电源。

6.2) 关于控制部分可以参阅具体的电气原理图。

五．使用与操作：

1）打开电源控制柜断路器电源开关及射频电源断路器开关，打开操作面板的电源按钮开关