热氧化工艺的双面率的研究
基于氧化工艺的二氧化硅层厚度的研究
基于氧化工艺的二氧化硅层厚度的研究作者：刘欢王健李金凤来源：《价值工程》2011年第16期摘要：氧化工艺是集成电路工艺流程中一项重要工艺。
本文对热氧化生成的二氧化硅层厚度进行了理论计算和实际测定，并列出了6个样品的干氧和湿氧时间、理论计算值、实际测值及产生的误差值,实验结果表明利用本文中的工艺参数能达到较好的工艺效果。
Abstract: The oxidation process is an important process in integrated circuit process. In this paper, the calculation and the actual measurement of thickness of silicon formed by thermal oxidation were did, and the dry and wet oxygen time, the theoretical value, theactual measured value and error value of six samples were listed, and the experimental results show that process parameters used in this paper can achieve better results.关键词：氧化；二氧化硅；厚度控制Key words: oxidation；silica；thickness control作者简介：刘欢（1980-），男，辽宁沈阳人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为微电子方向等。
0 引言单晶硅在自然界中，硅的氧化层具有多种功能，所以，在硅平面工艺中，氧化就是一个最重要的工艺。
因为热氧化具有众多的优点，在工艺中，我们一般采用的是热生长氧化法。
水汽氧化、干氧氧化以及湿氧氧化是包含于热氧化的三个方面。
热氧化工艺的原理及应用
热氧化工艺的原理及应用1. 热氧化工艺的原理热氧化工艺是一种通过高温氧化的方法处理废气和废水的技术。
其原理主要包括以下几个方面：1.1 高温氧化热氧化工艺的核心是将废气或废水中的有机物经过高温条件下的氧化反应，使有机物转化为水和二氧化碳等无害物质。
高温氧化技术可以利用高温条件下氧气的强氧化性，将有机物无害化。
1.2 催化剂的作用在热氧化过程中，常常会使用催化剂来增加反应的速率和效率。
催化剂可以使氧化反应在相对较低的温度下进行，从而节省能源和降低操作成本。
1.3 控制氧化反应的条件热氧化工艺需要控制反应的温度、压力、氧气浓度等条件，以确保有机物能够完全氧化，同时避免产生副产物或有害物质。
通过科学合理的控制条件，可以使热氧化工艺达到较高的效率和环保要求。
2. 热氧化工艺的应用热氧化工艺具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：2.1 废气处理热氧化工艺可以有效地处理各种产生有机废气的工艺，如化工、印染、塑料加工等。
通过热氧化工艺，可以将有机废气中的有害物质彻底分解，达到排放标准。
2.2 废水处理热氧化工艺可以用于废水的处理，特别是含有高浓度有机物的废水。
通过高温氧化反应，可以将有机物转化为无害的水和二氧化碳等物质，实现废水的处理和资源化利用。
2.3 有机废物处理热氧化工艺也可以用于有机废物的处理，如有机固体废弃物、污泥等。
通过高温氧化反应，可以将有机物完全矿化，减少废物体积，并同时产生热能和可回收资源。
2.4 生物质能利用热氧化工艺可以用于生物质能的利用。
生物质能包括秸秆、木材废弃物、农作物残渣等。
通过热氧化反应，可以将生物质能转化为热能或生物质材料，实现能源的有效利用和资源循环利用。
2.5 废弃物热能利用热氧化工艺还可以将废弃物中的有机物转化为热能。
通过燃烧废弃物产生高温，然后利用热能进行发电或供热。
这样不仅能减少废弃物的量，还能提供清洁能源。
3. 热氧化工艺的优势热氧化工艺相比传统的废气和废水处理方法具有一些明显的优势：•高效性：热氧化工艺可以彻底分解有机物，处理效率高；•环保性：热氧化工艺将有机物转化为无害物质，避免了有害物质的产生和排放；•资源化利用：热氧化工艺可以将有机物转化为能源或可回收资源，实现资源的循环利用；•可控性：热氧化工艺可以通过控制温度、压力等条件，实现反应的可控性；•适应性强：热氧化工艺适用于多种废气、废水和废弃物的处理，具有较强的适应性。
(4)热氧化
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4.2.2
热氧化机理
在热氧化的过程中，氧化反应将在SiO2-Si界面处进
行，而不发生在SiO2层的外表层；
d Si nSiO2 nSi d SiO2
2.2 1022 d SiO2 0.44d SiO2 22 5 10
热氧化是通过扩散与化学反应来完成的，氧化反应
是由硅片表面向硅片纵深依次进行的，硅被消耗， 所以硅片变薄，氧化层增厚。
散进入Si/SiO2面，与硅原子反应生成新的SiO2网络结构，使
SiO2膜不断增厚。
与之相反，硅体内的Si原子则不容易挣脱Si共价键的束缚， 也不容易在已生长的SiO2网络中移动。
所以，在热氧化过程中，氧化反应将在Si/SiO2界面处进行,而 不是发生在SiO2层的外表层，这一特性决定了热氧化的机理。
9
二氧化硅膜用途
元器件的组成部分
0.8 nm栅氧化层
10
二氧化硅膜用途
作为掩蔽膜
离子注入掩蔽
11
二氧化硅膜用途
互连 层间 绝缘 介质
12
二氧化硅膜用途
作为电隔离膜
隔离工艺
13
14
二氧化硅膜用途
作为掩膜； 作为芯片的钝化和保护膜； 作为电隔离膜； 作为元器件的组成部分。
32
不同工艺制作的SiO2的主要物理性质
氧化方法 密 度 (g/cm2) 2.24～2.27 折 射 率 (λ =5460Å) 1.460～1.466 电 阻 率 (Ω · cm) 3×1015～ 2×1016 介 电 常 数 介 电 强 度 (106v/cm) 9
干
氧
3.4(10千周)
异质结双面率
异质结双面率
异质结双面率指的是"异质结双面栅"（Heterojunction Bipolar Transistor，HBT）的特征参数之一，即双面率（Double Heterojunction Ratio）。
双面率是描述HBT器件中两侧异质结（通常是基区/发射区和基区/集电区之间的异质结）所占的比例。
在HBT中，异质结的存在可以提供更好的电子和空穴注入效率，从而提高了器件的性能。
双面率是指异质结的面积在总结区面积中所占的比例。
双面率越高，意味着异质结的面积相对较大，提供更多的注入区域，从而有助于提高HBT的性能。
双面率的具体数值通常由器件的设计和制造参数决定，并且可以根据特定的应用需求进行优化。
较高的双面率可能会带来更高的注入效率和更好的性能，但也可能增加器件的复杂性和制造成本。
因此，在实际应用中，双面率的选择需要综合考虑器件性能、成本和制造可行性等因素。
双面率仅是HBT器件中的一个参数，而HBT的性能还受到其他因素的影响，如材料选择、结构设计和工艺优化等。
第一章热氧化工艺解读
硅的热氧化工艺(Thermal Oxidation)
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二氧化硅的性质和用途
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■ ■
热氧化原理(Deal-Grove 模型)
热氧化工艺（方法）和系统
热氧化工艺的质量检测
参考资料：
《微电子制造科学原理与工程技术》第4章 热氧化 (电子讲稿中出现的图号是该书中的图号)
三、热氧化工艺（方法）和系统
（一）热氧化工艺(方法)
1、最常见的氧化方法：干氧氧化和湿氧氧化（按氧化剂分类）
■ ■
干氧氧化的氧化剂 —— O2 湿氧氧化的氧化剂 —— O2 + 水的混合气体。
2、其他常用的氧化环境：
■
■
O2加少量卤素（1%-3%），最常用的卤素是氯
高温下O2和H2混合点火燃烧形成水蒸汽(H2O)
2、栅氧化工艺 (1) 栅氧化工艺是CMOS IC制造的关键工艺，基本要求： ■ 栅氧化层薄（集成度）； ■ 栅氧化温度低（保证氧化工艺的均匀性和重复性）。
(2) 掺氯氧化可使氧化物缺陷密度显著减少，但温度低于1000℃ 时氯的钝化效果差。一般的栅氧化工艺采取两步氧化法：
■ 800℃～900℃，O2+HCl氧化；
D-G干氧模型中给出一个值，来补偿初始阶段的过度生长。
湿氧工艺的氧化速率常数
干氧工艺的氧化速率常数
4、参数B和B/A的温度依赖关系 在各种氧化工艺条件下，参数B和B/A都可以确定下来， 并且是扩散系数、反应速率常数和气压等工艺参数的函数。 参数B和B/A可写成Arrhenius函数形式。
B和B/A
一、二氧化硅(Si02)的性质和用途
（一）SiO2的结构
密度：～2.27g／cm3 分子量：60.09 热氧化方法制备的二氧化硅是无定形结构 (硅的密度：～2.33g／cm3) (硅的原子量：28.09)
TOPCon太阳电池单面沉积Poly-Si的工艺研究
第53卷第5期2024年5月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.53㊀No.5May,2024TOPCon 太阳电池单面沉积Poly-Si 的工艺研究代同光,谭㊀新,宋志成,郭永刚,袁雅静,倪玉凤,汪㊀梁(青海黄河上游水电开发有限责任公司西安太阳能电力分公司,西安㊀710100)摘要:目前隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池制造技术越来越成熟,所耗成本不断降低㊂行业内普遍采用低压化学气相沉积(LPCVD)方式进行双面沉积或单面沉积㊂单面沉积存在Poly-Si 绕镀问题,严重影响电池片转化效率和外观质量,同时正面绕镀层去除难度较大,在用碱溶液去除绕镀层的同时,存在绕镀层去除不彻底或者非绕镀区域P +层被腐蚀的风险,导致P +发射极受损,严重影响电池片外观质量与性能㊂双面沉积可避免上述问题,但产能减少一半,制造成本增加㊂本文对单面沉积Poly-Si 工艺及绕镀层去除工艺进行研究,在TOPCon 电池正面及背面制作了一层合适厚度的氧化层掩膜,搭配合适的清洗工艺㊁去绕镀清洗工艺,既可有效地去除P +层绕镀的Poly-Si,也可很好地保护正面P +层及背面掺杂Poly-Si 层不受破坏,同时可大幅提升产能㊂关键词:TOPCon 太阳电池;Poly-Si 绕镀层;低压化学气相沉积;BSG;PSG;腐蚀速率中图分类号:TM914.4;TB43㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1000-985X (2024)05-0818-06Single-Sided Deposition of Poly-Si in TOPCon Solar CellsDAI Tongguang ,TAN Xin ,SONG Zhicheng ,GUO Yonggang ,YUAN Yajing ,NI Yufeng ,WANG Liang (Xi an Solar Power Branch,QingHai Huanghe Hydropower Development Co.,Ltd.,Xi an 710100,China)Abstract :At present,the technology of tunnel oxide passivated contact (TOPCon)solar cells is becoming more and more mature,and the manufacturing cost is decreasing.TOPCon cell technology has been applied in the process of manufacture.Low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD)is widely used in the industry for double-sided deposition or single-sided deposition.Single-sided deposition has the problem of Poly-Si winding coating,which seriously affects the efficiency and appearance quality of solar cells.It is difficult to remove the winding coating on the front side.While removing the winding coating in alkali solution,there is a risk of incomplete removal of the winding coating or corrosion risk of P +layer in non-winding plating area.As a result,the P +emitter is damaged,which seriously affects the appearance quality and performance of solar cells.Double-sided deposition can avoid the above risks,but the production capacity will be reduced by half,the manufacturing cost will increase.In this paper,the single-sided deposition of Poly-Si process and the removal process of the winding coating were studied.A layer of oxide coating with appropriate thickness is made on the front and back of TOPCon solar cells.With appropriate cleaning process and unwinding plating cleaning process,the Poly-Si winding coated with P +layer can be effectively removed,and the front P +layer and the doped Poly-Si layer on the back can be well protected from damage,and the production capacity can be greatly improved.Key words :TOPCon solar cell;Poly-Si winding coating;low pressure chemical vapor deposition;BSG;PSG;corrosion rate ㊀㊀收稿日期:2023-09-11㊀㊀作者简介:代同光(1986 ),男,山东省人,工程师㊂E-mail:tg334334@0㊀引㊀㊀言近年来,为应对能源危机和日益严重的环境问题,各国都在大力发展新能源,太阳能光伏发电技术因具有高效㊁清洁㊁取之不尽等优点,越来越受到国际能源产业的青睐㊂目前产业上应用最广泛的太阳能电池为传统晶硅电池,主要是以P 型单晶硅为衬底的钝化发射极背接触太阳电池(passivated emitterand rear cell,PERC)为主,但受P 型硅材料质量和器件结构设计的限制,其光电转化效率很难提高到23%以上[1]㊂而以N 型单晶硅片为衬底的N 型电池片,具有少子寿命高㊁对金属污染容忍度高㊁光致衰减低等㊀第5期代同光等:TOPCon太阳电池单面沉积Poly-Si的工艺研究819㊀优点,可用于制备双面电池,提高了太阳能电池系统的发电量,所以N型技术替代P型技术已成为光伏行业发展的趋势㊂在现有的N型电池中,隧穿氧化层钝化接触(tunnel oxide passivated contact,TOPCon)电池的隧穿氧化层和非晶硅层的沉积为硅片的背面提供了良好的表面钝化,提升了电池的开路电压和短路电流[2],TOPCon 电池具有工艺流程简单㊁效率提升空间大等优点,已被广泛应用于N型高效太阳能电池量产㊂TOPCon电池核心结构由SiO2隧穿氧化层和磷掺杂的多晶硅层组成,目前行业内TOPCon电池的制备方式主要为低压化学气相沉积(low pressure chemical vapor deposition,LPCVD)法[3]㊁等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)法和溅射法,其中LPCVD技术制备的多晶硅膜层在片内及片间呈现较好的均匀性,电池端良率较高,工艺时间相对较短,生产效率高,同时LPCVD设备具有产能大㊁易于维护等优势,因此,LPCVD技术是目前TOPCon电池厂商布局的主流技术路线[4]㊂该技术采用LPCVD方式进行双面沉积或单面沉积,工艺的基本原理是将一种或数种气态物质,在较低压力下,用热能激活,使气态物质发生热分解或化学反应,沉积在衬底表面形成所需的薄膜㊂本征Poly-Si层的沉积主要应用硅烷的热分解来完成,在580~620ħ高温下,通入一定流量的硅烷,并将压力控制在一定范围内,硅烷热分解后在硅片表面沉积一定厚度的Poly-Si,化学反应式为SiH4ңSiˌ+2H2ʏ(1)其中单面沉积产能大但容易导致硅片正面边缘被绕镀Poly-Si(简称绕镀层),该绕镀层的存在影响电池正面对光的吸收,进而影响电池光电转换效率[5]㊂研究发现,与HF/HNO3酸刻蚀处理电池表面多晶硅绕镀相比,采用KOH碱刻蚀方法所处理的电池样品,在电池漏电流方面更具有优势[6],所以目前行业内普遍采用碱刻蚀去除绕镀层㊂但是碱溶液对前表面的腐蚀是全面的,也就导致前表面非绕镀区域也会受到影响,在去除绕镀层的同时,存在正面绕镀层去除不彻底或者非绕镀区域P+发射极被腐蚀的风险,严重影响电池片外观质量和性能㊂双面沉积可避免上述问题,但产能将减少一半,制造成本增加㊂为了保证单面沉积后电池的P+发射极在碱刻蚀过程中不被损坏,需要在P+发射极表面制备一层掩膜㊂本工作采用硼扩散时产生的硼硅玻璃(borosilicate glass,BSG)作为电池P+发射极掩膜,优点有:不增加新的生产设备,减少了电池制备成本;可通过调节硼扩散工艺实现P+发射极与BSG掩膜的共同制备,减少了电池制备流程,并避免样品转移过程带来的污染[6]㊂根据TOPCon电池工艺流程,在LPCVD后须对后表面进行磷掺杂㊂研究人员采用三氯氧磷热分解沉积方式进行磷掺杂,反应过程中生成的磷硅玻璃(phosphosilicon glass,PSG)被绕镀至硅片前表面,且绕镀的PSG厚度并不均匀,PSG的存在将影响Poly-Si绕镀层的去除,需要在去绕度工序前用HF 酸溶液去除㊂之前的研究人员通过实验发现,不同厚度的PSG叠加BSG,在HF酸溶液内的腐蚀速率不一致,进而影响前表面掩膜对P+发射极的保护作用㊂本文对单面沉积Poly-Si工艺及绕镀层去除工艺进行研究,通过在TOPCon电池正面及背面制备一层适宜厚度的氧化层掩膜,搭配刻蚀及去绕镀工序适宜浓度的清洗工艺,既可有效地去除P+层绕镀,也可很好地保护正面P+层及背面掺杂Poly-Si层不受破坏,解决Poly-Si绕镀层问题的同时,提高LPCVD产能㊂1㊀实㊀㊀验1.1㊀LPCVD单㊁双面Poly-Si沉积工艺对TOPCon电池外观及性能影响的实验在本公司TOPCon工艺产线其他工序工艺保持不变的条件下,LPCVD分别采用单插㊁双插方式制作电池,Poly-Si厚度120nm,对比LPCVD单㊁双面Poly-Si沉积时硅片前表面膜层结构的差异及LPCVD工艺后外观差异㊂1.2㊀LPCVD单㊁双面Poly-Si沉积时氧化层厚度对半成品外观影响的实验LPCVD采用单㊁双插方式制作电池半成品样片,在硼扩散㊁磷扩散工艺过程中,通过调整氧化压力,在硅片表面生长不同厚度的BSG㊁PSG,其他工序工艺保持不变,镀正面氮化硅后目测统计外观异常比例,实验设计如表1所示㊂820㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷表1㊀不同氧化层厚度对单、双面Poly-Si 沉积TOPCon 太阳电池外观影响实验方案Table 1㊀Experimental scheme of effect of different oxide layer thickness on the appearance of single-sided anddouble-sided Poly-Si deposited TOPCon solar cellsLPCVDGroup Count Thickness of BSG /nm Thickness of PSG /nm G1-14008030Single-sideG1-240010040G1-340012050G2-14008030Double-side G2-240010040G2-3400120501.3㊀HF 酸溶液对不同厚度氧化层腐蚀速率影响的实验在上述实验硼扩散㊁磷扩散工艺过程中,同步使用碱抛光片在表面制备不同厚度的BSG㊁PSG㊁BSG +PSG,对比其在刻蚀HF 酸溶液内的腐蚀速率差异,实验设计如表2所示㊂表2㊀不同厚度氧化层在HF 酸内腐蚀速率实验方案Table 2㊀Experimental scheme of corrosion rate comparison in HF acid for different oxide layer thicknessOxide layer Thickness /nm Concentration of HF /%Time /s BSG 80 1.5120PSG 50 1.512080+30 1.5120BSG +PSG80+40 1.512080+50 1.51201.4㊀Poly-Si 厚度及绕镀面积对单面Poly-Si 沉积TOPCon 电池外观影响的实验LPCVD 采用双插方式制作电池半成品样片,通过调整LPCVD 沉积时间得到不同厚度的Poly-Si,其他工序工艺保持不变,镀膜后统计外观异常比例㊂1.5㊀实验过程实验材料:N 型金刚线切割硅片制绒后半成品若干㊁N 型金刚线切割硅片抛光片若干㊁HF 酸溶液㊂图1㊀TOPCon 电池制备工艺路径Fig.1㊀Preparation process path of TOPCon cells 实验设备及仪器:深圳捷佳创湿法槽式清洗设备㊁深圳捷佳创低压扩散设备㊁普乐LPCVD㊁RENA InOxSide 链式刻蚀机㊁深圳捷佳创管式镀膜设备㊁Syscos COSE PV4.0光谱椭偏仪㊂实验方法:取N 型金刚线切割硅片制绒后半成品若干,使用深圳捷佳创低压扩散设备进行硼扩散工艺,通过调整氧化压力制备不同厚度的BSG,硼扩后的样品按实验组进行分类,经RENA链式刻蚀机清洗背表面及侧边横截面的BSG 后,浸没在捷佳创湿法槽式设备NaOH 刻蚀槽中对背表面进行抛光,再使用普乐LPCVD 设备进行单㊁双面Poly-Si 沉积,之后在深圳捷佳创低压扩散设备进行磷扩散工艺,通过调整氧化压力制备不同厚度的PSG,后流转至去PSG 工序,使用RENA 链式刻蚀机清洗前表面绕镀Poly-Si 上层绕扩PSG,进一步在去绕镀清洗工序使用深圳捷佳创湿法槽式NaOH 刻蚀溶液去除绕镀Poly-Si,最后使用深圳捷佳创管式镀膜设备对硅片前表面镀氮化硅膜,实验结束后全检外观,统计半成品外观情况㊂上述硼扩散㊁磷扩散过程中,同步使用NaOH 碱刻蚀抛光后的硅片作为氧化层厚度监控片,并随样品进行流转,用于去PSG 工序监控氧化层厚度变化㊂实验样品制作工艺流程如图1所示㊂㊀第5期代同光等:TOPCon太阳电池单面沉积Poly-Si的工艺研究821㊀2㊀结果与讨论2.1㊀LPCVD单、双面Poly-Si沉积工艺对TOPCon电池结构及外观的影响当LPCVD采用双面沉积(单槽单插)时,硅片正表面㊁背面均沉积厚度一致的Poly-Si,硅片前表面颜色均匀㊂采用单面沉积(单槽双插)时,硅片背面沉积厚度一致的Poly-Si,硅片正面绕镀厚度不一致的Poly-Si,根据前表面外观颜色可以看出,从硅片边缘到中心,绕扩的多晶硅厚度呈递减趋势,单双面沉积P+层绕镀结构对比如图2所示㊂LPCVD工艺前和工艺后半成品前表面外观如图3所示㊂图2㊀LPCVD单面与双面结构图Fig.2㊀Structure of single-sided and double-sided by LPCVD图3㊀LPCVD单面与双面P+层外观Fig.3㊀P+layer appearance of single-sided and double-sided by LPCVD2.2㊀LPCVD单面Poly-Si沉积时氧化层厚度对半成品外观影响经实验数据分析(见表3)可知,LPCVD采用双面沉积时,样品镀膜后外观无异常㊂LPCVD采用单面沉积时,当硼扩散BSG厚度小于80nm时,在BOE去绕镀时不足以保护P+层,导致部分区域被腐蚀抛光;当BSG厚度大于100nm时,抛光现象消除;当PSG厚度大于40nm时,在BOE去绕镀时P+层局部被过度腐蚀导致外观发白的比例最高;当PSG厚度小于40nm时,发白比例随PSG厚度减小而递减㊂外观正常及异常图片如图4所示㊂表3㊀LPCVD单面与双面匹配不同厚度氧化层的外观数据Table3㊀Appearance data of single-sided and double-sided by LPCVD matching with different oxide layer thickness LPCVD Group Proportion of polishing/%Proportion of whiten/%G1-110 Single-side G1-200.5G1-30 1.5G2-100 Double-side G2-200G2-3002.3㊀HF酸溶液对不同掺杂氧化层腐蚀速率的影响HF酸对不同厚度氧化层腐蚀能力数据如图5所示㊂从图中可以看出,不同氧化层在同一浓度HF酸溶液内的腐蚀速率为:V BSG<V PSG<V BSG+PSG㊂在腐蚀BSG+PSG叠层掩膜时,随着PSG厚度的增加,腐蚀速率将增大,而在磷扩工艺过程中,P+层绕镀的PSG厚度是不一致的,这将导致刻蚀在去除P+层PSG绕镀时,腐822㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷蚀速率不一致,部分区域剩余掩膜较薄,在去绕镀时被腐蚀,被腐蚀区域比表面积变小,在镀氮化硅膜时,同一条件下,反应气体流量相同,比表面积大的区域沉积的氮化硅厚度越小,而比表面积小的区域则反之[7],导致被腐蚀区域膜厚异常,外观呈发白状,所以在选择磷扩散工艺时,要尽量降低P +层绕扩的PSG 厚度,以降低BSG +PSG 叠层掩膜在刻蚀的腐蚀速率差异㊂图4㊀LPCVD 单面经去绕镀㊁镀膜后的外观Fig.4㊀Appearance after dewinding and coating of single-side by LPCVD图5㊀HF 酸对不同厚度氧化层腐蚀能力数据Fig.5㊀Etching ability data of HF acid to different oxide layers thickness 2.4㊀改进效果评估综上所述,通过在TOPCon 电池前表面制备适宜厚度的BSG 掩膜,同时控制PSG 厚度,可有效解决单面Poly-Si 沉积导致的外观异常,同步制作两组改进前和改进后的电池片进行对比,统计前表面外观异常比例和电性能参数,评估改进效果,实验条件及结果如表4所示㊂实验结果显示,改进前外观抛光比例1.2%,外观发白比例1.8%,改进后外观无明显异常㊂改进前外观异常区域PN 结被腐蚀破坏,难以产生光生伏特效应,导致转化效率损失,改进后外观无异常,电池性能显著提升㊂表4㊀不同厚度氧化绕镀层对单面Poly-Si 沉积TOPCon 太阳电池外观及电性能影响Table 4㊀Effects of different oxide layer thickness on the appearance and electrical properties of TOPCon solar cells deposited by single-sided Poly-SiGroup Count Thickness of BSG /nm Thickness of PSG /nm U oc /V I sc /AR s /ΩR sh /ΩFF /%NCell /%Proportion of polishing /%Proportion of whiten /%Baseline 40080500.706513.69140.0009460282.6624.27 1.2 1.8Improvement 400100300.707413.69950.0008466582.7824.32003㊀结㊀㊀论1)在TOPCon 工艺过程中,LPCVD 采用单面Poly-Si 沉积时,前表面非绕镀区域在清洗去绕镀时容易被腐蚀,导致电池片外观异常㊁效率损失㊂㊀第5期代同光等:TOPCon太阳电池单面沉积Poly-Si的工艺研究823㊀2)氧化层厚度对TOPCon电池外观起着至关重要的作用,当硼扩散BSG厚度小于一定量时,在BOE去绕镀时不足以保护P+层,导致部分区域被腐蚀抛光;PSG厚度大于一定厚度时,在BOE去绕镀时P+层局部易被过度腐蚀导致发白㊂3)各掺杂氧化层在刻蚀HF酸溶液内的腐蚀速率为:V BSG<V PSG<V BSG+PSG㊂在腐蚀BSG+PSG叠层掩膜时,随着PSG厚度的增加,腐蚀速率将增大㊂4)通过在TOPCon电池正面制备一层适宜厚度的氧化层掩膜,搭配刻蚀及去绕镀工序化学品1.5%浓度的清洗工艺,即可有效地去除P+层绕镀的Poly-Si,也可很好地保护正面P+层不受破坏,解决单面沉积Poly-Si 外观异常的同时,提高LPCVD产能㊂参考文献[1]㊀张㊀志.隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)太阳电池的研究[D].昆明:昆明理工大学,2019.ZHANG Z.Research on tunneling oxide passivation contact(TOPCon)solar cells[D].Kunming:Kunming University of Science and Technology,2019(in Chinese).[2]㊀肖友鹏,李桂金.硅太阳电池钝化载流子选择性接触概念与现状[J].电源技术,2019,43(11):1897-1900.XIAO Y P,LI G J.Concept and present situation of passive carrier selective exposure in silicon solar cells[J].Chinese Journal of Power Sources,2019,43(11):1897-1900(in Chinese).[3]㊀SACHS E,PRUEGER G,GUERRIERI R.An equipment model for polysilicon LPCVD[J].IEEE Transactions on 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p_型TOPCon_技术及其在高效晶体硅太阳电池应用的研究进展
太 阳 能第12期 总第356期2023年12月No.12 Total No.356 Dec., 2023SOLAR ENERGY0 引言2022年1月，习近平总书记指出，要把促进新能源和清洁能源发展放在更加突出的位置，积极有序发展光能源、硅能源、氢能源、可再生能源。
基于晶体硅太阳电池等应用方向的硅能源(即光伏发电技术)将成为支撑碳中和战略目标的主要清洁能源之一。
过去10多年，晶体硅太阳电池的量产光电转换效率以每年0.5%～0.6%的速度提升；而从2006年至今，光伏组件则以累计出货量每翻1倍其价格就减少39.5%的速度下降[1]。
国际光伏技术路线图(ITRPV)(第13版)[1]指出：硅太阳电池仍是未来10年光伏发电的主导技术。
根据国家发展和改革委员会的预计，2050年光伏发电量将占中国总用电量的40%[2]。
因此，提升晶体硅太阳电池的光电转换效率、降低其生产成本对增强光伏发电的竞争力，促进中国能源结构转型具有重大意义。
据德国弗劳恩霍夫太阳能研究所(Fraunhofer-ISE)的预测，钝化接触技术具有将太阳电池量产光电转换效率提升至25%～26%的潜力，代表量产晶体硅太阳电池的发展方向。
隧穿氧化硅钝化接触(TOPCon)技术是一种典型的钝化接触技术，其特征是采用超薄氧化硅和重掺杂多晶硅，同时实现优异的表面钝化和载流子选择性收集，避免金属与硅的复合损失[3]。
德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)的研究表明：如果采用结合钝化与接触两个关键性能的选择性因子S10来评判晶体硅太阳电池技术的优劣[4]，TOPCon太阳电池技术在各项技术中具有最佳的选择性因子，拥有最高理论光电转换效率，是一种可迭代升级、具有长生命周期的技术[5]。
德国ISFH开发出了实验室光电转换效率达到26.1%的概念验证型pDOI: 10.19911/j.1003-0417.tyn20220920.02 文章编号：1003-0417(2023)12-36-11p型TOPCon技术及其在高效晶体硅太阳电池应用的研究进展曾俞衡*，林 娜，刘 伟，闫宝杰，夏庆锋，叶继春(中国科学院宁波材料技术与工程研究所，宁波 315201)摘 要：隧穿氧化硅钝化接触(TOPCon)晶体硅太阳电池被广泛认可为下一代高效太阳电池技术，n型TOPCon技术已成为当前新上生产线的主流方案。
热氧化工艺
其中B 其中B为抛物线氧化速率常数
■ 介于(1)、(2)两者之间的情况，Tox ~ t关系要用求根公式表示： 介于(1)、(2)两者之间的情况， 两者之间的情况 t关系要用求根公式表示： 关系要用求根公式表示
两个方程式，但有三个未知量： 两个方程式，但有三个未知量：Cs Co Ci 亨利定律：固体表面吸附元素浓度与固体表面外侧气 亨利定律： 体中该元素的分气压成正比
H—亨利气体常数
理想气体定律
剩下两个未知量：C0和Ci 剩下两个未知量：
+ 两个方程可求解Ci和C0 两个方程可求解 可求解C
定义
则有： 则有：
第一章 热氧化工艺 (Thermal Oxidation) Oxidation)
硅的热氧化工艺(Thermal 硅的热氧化工艺(Thermal Oxidation)
■ ■ ■ ■
二氧化硅的性质和用途 热氧化原理(Deal热氧化原理(Deal-Grove 模型) 模型) 热氧化工艺（方法） 热氧化工艺（方法）和系统 热氧化工艺的质量检测
通过解方程，可以得到 通过解方程，
因此， 因此，有， 将J3与氧化速率联系起来，有 与氧化速率联系起来，
其中N 是形成单位体积SiO 其中N1是形成单位体积SiO2所需的 氧化剂分子数或原子数。 氧化剂分子数或原子数。 N1=2.2×1022cm-3(干氧O2) N1=4.4 × 1022cm-3(水汽H2O) =2.2× 干氧O 水汽H
J3： J3：反应流密度
1、D – G 模型 (1) 氧化剂由气相传输至SiO2的表面，其粒子流密度J1 氧化剂由气相传输至 传输至SiO 的表面，其粒子流密度J (即单位时间通过单位面积的原子数或分子数)为： 即单位时间通过单位面积的原子数或分子数)
纯钛不同温度热氧化处理组织与耐蚀性研究
纯钛不同温度热氧化处理组织与耐蚀性研究 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998学号：05430205江苏工业学院毕业论文（2009届）题目纯钛不同温度热氧化处理组织与耐蚀性研究学生倪静学院材料科学与工程学院专业班级金材052 校内指导教师胡静专业技术职务教授二○○九年六月纯钛不同温度热氧化处理组织与耐蚀性研究摘要：钛及钛合金由于其高的比强度、优异的耐腐蚀性和良好的生物相容性，广泛应用于航空航天、化工、航海、医疗器械、国防领域。
但钛及钛合金在一些介质中较差的耐腐蚀性限制了它的应用。
热氧化处理是一种简单、环保的工艺，可强化钛合金的表面，改善钛在一些介质中的耐腐蚀性能。
本研究选取了TA2为研究对象，将TA2置于箱式电阻炉中进行温度为500℃、600℃、650℃、700℃、750℃和850℃，时间为210min热氧化。
利用光学显微镜（OM）对不同温度热氧化试样表层和截面的组织分析；用扫描电子显微镜（SEM）对不同温度热氧化试样的表层和截面、腐蚀前后进行组织形貌进行分析；利用EDS 分析了微区成分和截面元素分布情况；采用X射线（XRD）对不同温度热氧化试样的表层进行物相分析；利用维氏硬度计对不同温度热氧化试样的表层进行显微硬度分析。
最后研究了TA2经不同温度热氧化后在36-38%的HCl和30%的H2O2中的耐腐蚀性。
研究结果表明，600℃以上热氧化在表面形成了TiO2氧化膜，整个氧化渗层由表层TiO2氧化膜和氧扩散层构成，热氧化温度越高，表面形成的TiO2氧化膜越厚，表面硬度越高。
热氧化后试样表面硬度随温度升高而提高；耐腐蚀性在一定温度范围内，随温度升高而提高，本研究中，210min、700℃生成的氧化膜的耐腐蚀性最好。
关键词：纯钛；热氧化；氧化层；显微硬度；耐腐蚀性The effect of thermal oxidation at different temperature on the microstructure and corrosion-resistance for CP-Ti Abstract: Titanium and its alloys have a wide range of applications in the fields of aerospace，chemical industry，marine，biomedical devices and defense because of their combination of properties in terms of high strength to weight ratio, exceptional resistance to corrosion and excellent biocompatibility.However, the poor tribological properties and undesirable corrosion-resistance in certain mediums of titanium alloys are still a limit for their use in some applications. Thermal oxidation (TO) treatment is an easy and environmental friendly technique that can be used to harden the surface of titanium alloys， and hence improve the poor tribological properties of these materials.TA2 samples were subjected to TO treatment at 500℃、600℃、650℃、700℃、750℃、850℃ for 210min. The effects of different TO temperature on microstructure、hardness、corrosion resistance in 36-38% HCl、30% H2O2 of TA2 were systematically studied. OM， SEM&EDS， XRD etc were employed for the microstructure, morphology and phases analysis; The hardness was measured by Vickerhardness tester. As reference, all the tests above were carried out on untreated TA2 as both counterparts.The results showed that the hardness of TA2 surface increases accompanied by significant improvement in wear resistance. The higher the TO temperature is，the thicker the oxidized film is. The oxidized film consists of titanium dioxide layer and oxygen diffusion zone beneath it. The best corrosion resistance was obtained after 210min700℃TO treatment.Key words: CP-Ti；Thermal oxidation；Oxidation layer；Micro-hardness；Corrosion-resistance目录1绪论钛的基本性质钛的矿物在自然界中分布很广，钛在地壳中的含量约为%，在金属中仅次于铝、铁和镁。
热氧化和薄膜制备技术
3.2 热生长二氧化硅薄膜
7.缓冲层/ 热氧化层
当氮化硅直接沉积在硅衬底上时，界面存在极大 应力和界面态密度，多采用Si3N4/SiO2/Si 结 构。场氧化时，SiO2会有软化现象，可消除氮 化硅与衬底之间的应力。通常采用热氧化生成 ，厚度很薄。
3.2 热生长二氧化硅薄膜
二氧化硅的制备 硅表面形成SiO2的方法很多：热氧化、热分解淀
和离子注入的掩模，防止掺杂杂质损失而覆盖在掺杂 膜上的覆盖膜或钝化膜； 外延薄膜— 器件工作区； 多晶硅薄膜— MOS 器件中的栅级材料，多层金属化的 导电材料以及浅结器件的接触材料； 金属膜和金属硅化物薄膜— 形成低电阻内连、欧姆接触 及用来调整金属与半导体之间的势垒。
3.1 概述
二、用于制备薄膜的材料种类繁多，例如：
湿氧氧化相当于干氧氧化和水汽氧化的综合， 其速率也介于两者之间。具体的氧化速率取决 于氧气的流量、水汽的含量。氧气流量越大， 水温越高，则水汽含量越大，氧化膜的生长速 率和质量越接近于水汽氧化的情况。反之，就 越接近于干氧氧化。
3.2 热生长二氧化硅薄膜
一般湿氧氧化是由携带气体通过水浴后，含有水 汽的氧气进入石英管对硅片进行氧化，而水汽 的多少由水浴的温度控制，同时水浴的质量也 将影响氧化层质量的好坏。
1800?C
SiO+3C ＝ 2CO SiC 空气较少
3.2 热生长二氧化硅薄膜
掩蔽性质：B、P、As等杂质在SiO2的扩散系数远小于在Si中的 扩散系数。DSi > DSiO2 SiO2 膜要有足够的厚度。杂质在一定 的扩散时间、扩散温度下，有一最小厚度。
绝缘性质：SiO2能带宽度约9 eV。 热击穿、电击穿、混合击穿：
SiO2 +4HF SiF4 2H2O SiF4 +2HF H2SiF6
ti6al4v热氧化工艺及该合金内耗性能的研究
中南大学硕士学位论文第一章文献综述１．１．２钛合盒的分类钛的合会化元素种类有很多，按照它们对钛的相变的影响分类，那些能提高Ｂ转变温度或者在ａ—Ｔｉ中具有很高的溶解度或能完全溶解的合金添加剂叫做ａ稳定元素。
而那些能降低Ｂ转变温度的合金添加剂叫做Ｂ稳定元素。
钛合金的分类方法有很多种，根据钛合金的组成相，分为ａ钛合金，Ｂ钛合金，ａ＋Ｂ双相钛合金。
Ｔｉ６Ａ１４ｖ是典型的ａ＋Ｂ双相钛合金，Ａ１和Ｖ元素都是作为置换式溶质原子溶解于Ｔｉ６Ａ１４ｖ中的，形成置换式固溶体。
其中Ａｌ是ａ相稳定元素，能够提高Ｂ转变温度，ｖ是Ｂ相稳定元素，能够降低Ｂ转变温度，在加热或者冷却过程中两相发生相互转变，成分上也会发生变化【２】。
Ｔｉ—Ａ１．ｖ三元系浓度三角形见图１—２。
１．２钛合金的相变及组织变化图１—２Ｔｉ．Ａ１．ｖ三元系浓度三角形１．２，１钛合金的主要的组织类型及相变【４、５】１．２．１．１钛合金中的马氏体相变由于钛在８８２．５℃存在着同素异构转变，即ａ相（密排六方）——－Ｂ相（体心立方），同时在淬火过程中还会发生马氏体相变，因此钛合金象钢一样相的种类繁多，相变丰富，当然组织类型也就较多。
钛及钛合金的组织主要有三大类型，网篮组织、等轴组织、魏氏组织，还有许多中间类型的组织。
钛合金自高温快速冷却（淬火）时，视合金成分的不同，Ｂ相可以转变为马氏体ａ’（或ａ”）、∞或过冷Ｂ等亚稳定相。
当快速冷却时，由Ｂ析出ａ相的过程来不及进行，但是８相的晶体结构不易为冷却所抑制，仍然发生了转变。
这种原始８相的成分未发生变化，但晶体结构发生了变化的过饱和固溶体便是马氏体。
若Ｂ稳定元素含量不大，则Ｂ相的晶格将由体心立方品格转变为密排六方晶格。
这种具有六方晶格的过饱和固溶体称为六方马氏体，一般以ｎ，表示。
若合金元素含量较大，则晶格转变时阻力较大，不能转变为六方晶格，而是转变为斜方晶格。
这种具有斜方晶格的马氏体称为斜方马氏体，一般以ａ”表示。
另外，还可以认为，马氏体转变是一个切变相变，在转变时，Ｂ相中的原子作集体的、有规律的近程迁移，迁移距离较大时，形成六方ｏ７，迁移距离较小时形成斜方ａ”。
多次热氧化削减硅通孔内壁扇贝纹
集成电路当前主要采用半导体平面集成技术进行制作,该技术的发展主要依赖于光刻技术的不断进步
收稿日期:2021-02-16 基金项目:国家自然科学基金(61664004) 作者简介:王 硕(1997—) ,男,贵州省人,硕士研究生。 E-mail:907053142@ qq. com 通信作者:马 奎,博士,副教授。 E-mail:kma@ gzu. edu. cn
硅通孔是三维集成系统的关键技术之一[8] 。 目前常见的硅通孔内部一般包含绝缘层、势垒层和金属 芯,由于各层材料的性质不同,层间界面质量对硅通孔的性能以及三维集成系统的可靠性有着至关重要的影 响。 刻蚀形成原始硅通孔后,孔内壁的平滑度对后续填充的孔内各层材料以及层间界面的微观结构有着直 接影响[9] 。 BOSCH 刻蚀技术是当前主流的硅通孔刻蚀方法,该方法是用 SF6 作为蚀刻剂进行硅刻蚀,刻蚀 一定时间后用 C4F8对侧壁进行钝化,这样交替多次刻蚀和钝化,能够实现侧壁陡峭、横向刻蚀极小的硅通 孔。 但是,由于刻蚀和钝化的交替进行,不可避免地会在硅通孔的内壁形成扇贝纹[10-11] 。
成系统的可靠性。 高温热氧化时,较高氧气流量可确保硅通孔内部氧气浓度基本均匀,扇贝纹凸起处的二氧化硅生
长速率相对较快。 交替循环进行高温热氧化和腐蚀二氧化硅,可有效削减硅通孔内壁的扇贝纹。 对深宽比为 8∶1 的
硅通孔,经过四次高温热氧化( 每次氧化的工艺条件为:1 150 ℃ 、湿氧氧化 10 min) 和四次腐蚀二氧化硅后,内壁的扇
探索新的深硅刻蚀技术是实现平滑内壁 TSV 的有效途径之一。 Morikawa 等[13] 采用平面磁中性环路放 电( magnetic neutral loop discharge, NLD) 等离子体获得了高纵横比和均匀的深孔刻蚀,该方法是一种无扇贝 刻蚀技术,但侧壁仍然有一定的粗糙度。 Wong 等[17] 通过在 TSV 侧壁沉积正硅酸乙酯氧化物来改善或完全 去除 TSV 侧壁的扇贝纹,但正硅酸乙酯氧化物和单晶硅衬底之间存在晶格失配和热膨胀系数适配等问题。 优化和改进 BOSCH 刻蚀工艺的相关参数,也能够降低扇贝纹起伏。 赵鸿等[18] 通过优化工艺参数,在较厚的 二氧化硅掩蔽层上刻出微孔后,通过 BOSCH 刻蚀工艺刻蚀 TSV,实现了刻蚀速率为 0. 612 μm / min、刻蚀选 择比为 2. 122、刻蚀角度为 80. 573°的孔,通过降低衬底温度消除了孔口咬边效应,缩短每个循环步骤的刻蚀 时间和钝化时间,减小了 TSV 内壁的扇贝尺寸,但不能彻底消除扇贝纹。 后处理也能够降低高深宽比 TSV 内壁的扇贝纹起伏。 目前常用的方法是在 BOSCH 刻蚀完成后用氩离子进行清洗,去除刻蚀生成物的同时 削减 TSV 内壁的扇贝纹。 氩离子清洗的主要目的是去除刻蚀生成物,对削减扇贝纹的效果甚微。 为了有效 削减 TSV 内壁的扇贝纹,本文提出了通过循环多次“ 高温热氧化 + 腐蚀二氧化硅” 的实验方法。 氧化实验在 高温水平管式氧化炉中进行,将 TSV 的孔口正对石英管尾部的进气口,用较高流量的氧气灌入小孔径、高深 宽 TSV 内来保证内部的氧浓度均匀,这样在扇贝纹凸起的地方氧化速率会较快。 氧化完后通过湿法腐蚀去 掉二氧化硅。 通过循环多次“ 高温热氧化 + 腐蚀二氧化硅” ,可得到平滑的 TSV 内壁。
基于MEMS技术U形悬臂梁制作工艺研究及特性模拟
基于MEMS技术U形悬臂梁制作工艺研究及特性模拟刘焱; 李日东【期刊名称】《《水利科技与经济》》【年(卷),期】2019(025)008【总页数】4页(P81-84)【关键词】EPW腐蚀液; U形悬臂梁; 微电子机械系统; ANSYS软件【作者】刘焱; 李日东【作者单位】中国电子科技集团公司第四十九研究所哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】TP2121 概述近年来，随着MEMS技术的不断发展，微悬臂梁在微机械传感器和纳米机械传感器等领域具有广泛的应用，尤其在微生物传感器和纳米生物传感器方面表现出巨大的应用前景。
目前，国内外一些研究机构对微悬臂梁生物、化学传感器[1-3]的研究做了大量的工作。
研究结果表明,悬臂梁的形状和结构对其特性有一定的影响。
大量的文献报道,相同尺寸矩形悬臂梁的灵敏度较U形悬臂梁的灵敏度低。
本文对EPW腐蚀液中采用(100)硅制作U形悬臂梁的制作工艺进行研究，对因(111)侧面相交的凸角处出现一些腐蚀速率较高的晶面，使U形悬臂梁凸角掩模下的硅受到侧向腐蚀而出现的凸角削角进行圆形掩模补偿。
实验制作出300 μm×1200 μm的补偿效果较好的U形悬臂梁。
在此基础上，采用ANSYS有限元分析系统分别对相同尺寸的U形悬臂梁和矩形悬臂梁的应力分布特性进行模拟，给出应力分布的模拟结果。
2 U形悬臂梁结构和制作工艺2.1 基本结构基于MEMS技术在p型〈100〉晶向的硅片表面制作长、宽、厚分别为1 200，300，30 μm的U形悬臂梁。
图1给出U形悬臂梁结构示意图，U形悬臂梁为通过两个臂连于固定点。
其中，H为硅片厚度，L为U形悬臂梁长度，W为U形悬臂梁宽度。
图1 U形悬臂梁基本结构示意图Fig.1 Structure of U-shape cantilever beam 2.2 制作工艺[4]采用平整度较好的双面抛光〈100〉硅片，经RCA清洗后，在1 180℃干氧、湿氧、干氧的气氛中热氧化双面生长约600 nm厚的SiO2层,然后经一次光刻刻出C形硅杯窗口，采用EPW腐蚀液进行各向异性腐蚀制作出C形硅杯。
《2024年单晶硅太阳电池的低压扩散及热氧化工艺研究》范文
《单晶硅太阳电池的低压扩散及热氧化工艺研究》篇一一、引言随着环保意识的增强和可再生能源的推广，太阳能电池作为清洁能源的重要组成部分，得到了广泛的研究和应用。
单晶硅太阳电池作为太阳能电池的一种，具有高效率、长寿命、低维护成本等优点，成为了目前研究的热点。
而单晶硅太阳电池的制造过程中，低压扩散及热氧化工艺是两个关键步骤。
本文将针对单晶硅太阳电池的低压扩散及热氧化工艺进行研究，以期提高太阳电池的性能和降低成本。
二、单晶硅太阳电池低压扩散工艺研究1. 低压扩散工艺原理低压扩散是制造P-N结的重要工艺之一，其原理是在一定温度下，将杂质气体通过低压条件引入硅片内部，形成所需的P型或N型区域。
在单晶硅太阳电池制造中，通过低压扩散工艺形成P-N结，从而提高电池的光电转换效率。
2. 低压扩散工艺的优化在传统的低压扩散工艺中，往往存在杂质分布不均匀、浓度控制不精确等问题。
为了解决这些问题，我们可以采用以下优化措施：（1）精确控制扩散温度和时间：在适当的温度和时间下进行扩散，可以保证杂质分布的均匀性和浓度的准确性。
（2）优化杂质气体配比：通过调整杂质气体的配比，可以控制P型和N型区域的浓度和分布，从而提高电池的光电转换效率。
（3）引入辅助工艺：如等离子体处理、湿法化学处理等，可以提高扩散过程中的均匀性和精确性。
三、单晶硅太阳电池热氧化工艺研究1. 热氧化工艺原理热氧化是一种制备薄膜的重要工艺，其原理是在高温下，使硅片表面与氧气发生反应，生成一层致密的二氧化硅薄膜。
这层薄膜可以作为绝缘层或保护层，提高太阳电池的性能和稳定性。
2. 热氧化工艺的优化（1）控制氧化温度和时间：适当的氧化温度和时间可以保证生成的二氧化硅薄膜的致密性和厚度，从而满足太阳电池的需求。
（2）引入掺杂元素：通过在氧化过程中引入掺杂元素，可以改善二氧化硅薄膜的电学性能和机械性能，提高太阳电池的稳定性。
（3）优化氧化环境：通过控制氧气流量、压力等参数，可以优化氧化过程，提高二氧化硅薄膜的质量。
第一章热氧化工艺解读
D-G干氧模型中给出一个值，来补偿初始阶段的过度生长。
湿氧工艺的氧化速率常数
干氧工艺的氧化速率常数
4、参数B和B/A的温度依赖关系 在各种氧化工艺条件下，参数B和B/A都可以确定下来， 并且是扩散系数、反应速率常数和气压等工艺参数的函数。 参数B和B/A可写成Arrhenius函数形式。
B和B/A
■ 参数B的激活能EA取决于氧化剂的扩散系数(D0)的激活能；
物线速率常数
B/A:线性速率常数
图4.2 氧化系数B的阿列尼乌斯图， 湿氧氧化参数取决于水汽浓度(进而 取决于气流量和高温分解条件)
图4.3 氧化系数B/A的阿列尼乌斯图
以干氧氧化为例
TCE：三氯乙烯
4、不同氧化方法的特点 (1) 干氧氧化：氧化速率慢，SiO2膜结构致密、干燥(与光 刻胶粘附性好)，掩蔽能力强。 (2) 湿氧氧化：氧化速率快，SiO2膜结构较疏松，表面易有缺 陷，与光刻胶粘附性不良。 (湿氧环境中O2和
H2O的比例是关键参数)
(3) 氢氧合成氧化：氧化机理与湿氧氧化类似，SiO2膜质量取 决于H2，O2纯度(一般H2纯度可达99.9999％，O2纯度
一、二氧化硅(Si02)的性质和用途
（一）SiO2的结构
密度：～2.27g／cm3 分子量：60.09 热氧化方法制备的二氧化硅是无定形结构 (硅的密度：～2.33g／cm3) (硅的原子量：28.09)
分子数密度：2.2 1022 ／cm3 (硅的原子数密度：5 1022 ／cm3) 4个O原子位于四面体的顶点， Si位于四面体中心。 桥位O原子与2个Si原子键合； 其它O原子只与1个Si键合
5、影响氧化速率的因素 (1) 温度对氧化速率的影响：
温度 B和B/A 氧化速率
实验硅热氧化工艺分析
实验硅热氧化工艺在硅片表面生长一层优质的氧化层对整个半导体集成电路制造过程具有极为重要的意义。
它不仅作为离子注入或热扩散的掩蔽层，而且也是保证器件表面不受周围气氛影响的钝化层，它不光是器件与器件之间电学隔离的绝缘层，而且也是MOS工艺以及多层金属化系统中保证电隔离的主要组成部分。
因此了解硅氧化层的生长机理，控制并重复生长优质的硅氧化层方法对保证高质量的集成电路可靠性是至关重要的。
在硅片表面形成SiO2的技术有很多种：热氧化生长，热分解淀积（即VCD 法），外延生长，真空蒸发，反应溅射及阳极氧化法等。
其中热生长氧化在集成电路工艺中用得最多，其操作简便，且氧化层致密，足以用作为扩散掩蔽层，通过光刻易形成定域扩散图形等其它应用。
一、实验目的1、掌握热生长SiO2的工艺方法（干氧、湿氧、水汽）。
2、熟悉SiO2层在半导体集成电路制造中的重要作用。
3、了解影响氧化层质量有哪些因素。
4、能建立起厚度d和时间t的函数关系。
5、了解形成SiO2层的几种方法及它们之间的不同之处。
二、实验原理热生长二氧化硅法是将硅片放在高温炉内，在以水汽、湿氧或干氧作为氧化剂的氧化气氛中，使氧与硅反应来形成一薄层二氧化硅。
图1和图2分别给出了干氧和水汽氧化装置的示意图。
图1、干氧氧化装置示意图图2、水汽氧化装置示意图将经过严格清洗的硅片表面处于高温的氧化气氛（干氧、湿氧、水汽）中时，由于硅片表面对氧原子具有很高的亲和力，所以硅表面与氧迅速形成SiO2层。
硅的常压干氧和水汽氧化的化学反应式分别为：Si+O2—→SiO2（2—1）Si+2H2O—→SiO2+2H2↑ （2—2）如果生长的二氧化硅厚度为χ0(μm)，所消耗的硅厚度为χi，则由定量分析可知：i（2—3）46.0即生长1μｍ的SiO2，要消耗掉0.46μｍ的Si。
由于不同热氧化法所得二氧化硅的密度不同，故值亦不同。
图3示出了硅片氧化前后表面位置的变化。
图3、SiO2生长对应硅片表面位置的变化当硅片表面生长一薄层SiO2以后，它阻挡了O2或H2O直接与硅表面接触，此时氧原子和水分子必须穿过SiO2薄膜到达Si—SiO2界面才能与硅继续反应生长SiO2。
热氧化工艺
二氧化硅的基本特性 二氧化硅膜的用途 二氧化硅膜的制备方法 热氧化机制 热氧化系统
硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳 中大部分的岩石、沙子和土壤、
约占地壳总量的90%以上。
二氧化硅 (SiO2)
二氧化硅广泛存在 于自然界中，与其 他矿物共同构成了 岩石。天然二氧化 硅也叫硅石，是一 种坚硬难熔的固体。
CO2+ Na2SiO3 +H2O==Na2CO3+H2SiO3↓ 2HCl+ Na2SiO3 ==2NaCl+H2SiO3↓ 硅酸部分脱水可形成硅胶。
nH2SiO3===H2n-2kSinO3n-k+kH2O
硅酸盐
☆硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，自然界中存在 的各种质和用途 ■ 热氧化原理(Deal-Grove 模型) ■ 热氧化工艺（方法）和系统 ■ 热氧化工艺的质量检测 参考资料：
《微电子制造科学原理与工程技术》第4章 热氧化 (电子讲稿中出现的图号是该书中的图号)
一、二氧化硅(Si02)的性质和用途
（一）SiO2的结构 热氧化方法制备的二氧化硅是无定形结构
几个概念
① 桥键氧原子
位于四面体之间，为两个硅原子 所共有的氧原子称桥键氧原子。
② 非桥键氧原子
只与一个四面体（硅原子）相连的氧 原子称非桥键氧原子。它还能接受一 个电子以维持八电子稳定结构。
桥键氧越少，非桥键氧越多，二氧化硅网络就越疏松。 通常的二氧化硅膜的密度约为2.20g/cm3
③ 网络调节剂
（2） 掺杂阻挡层（作为杂质扩散的掩蔽膜）
选择二氧化硅的理由：
A 杂质在二氧化硅中的运行速度 低于在硅中的运行速度
B 二氧化硅的热膨胀系数与硅接 近
半导体工艺原理--热氧化过程中的杂质再分布(贵州大学)
内还要低。（Ga）
氧化层排出 杂质（m>1)
2014-6-20
5
M=1，而且也没有杂质从SiO2表面逸散的情况？
Si表面杂质浓度同样降低。
这是因为一个体积的Si氧化之后变成两个体积的 SiO2而界面两边具有相等的杂质浓度，故杂质必定 从高浓度硅中向低浓度SiO2中扩散。即硅中消耗杂 质，以补偿SiO2体积增加所需要的杂质
8、最小掩蔽膜厚度的计算；
9、热氧化过程中的杂质再分布 10、 Si- SiO2 界面特性 11、氧化过程中产生的结构缺陷——氧化层错； 12、氧化工艺的设计。
2014-6-20 2
分凝系数
定义：掺有杂质的硅在热氧化过程中，在Si- SiO2界
面上的平衡杂质浓度之比
公式：
杂质在硅中的平衡浓度 m 杂质在二氧化硅中的平 衡浓度
16
氧化层陷阱电荷Qot
氧化层中的缺陷：
在SiO2层中，存在一些电子和空
穴陷阱，它们与杂质和缺陷有关。
危害：
严重影响器件的可靠性
2014-6-20
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产生方式：
由于x射线或γ射线的辐射、或是在氧化层中发生了雪崩击穿，将打 破Si-O-Si键，在SiO2层中产生电子-空穴对，如果氧化层中没有电场， 电子和空穴将复合掉，不会产生净电荷，氧化层中存在电场时，由 于电子可以在SiO2中移动，可以移动到电极上，而空穴在SiO2 中很 难移动，可能陷于这些陷阱中，成为正的陷阱电荷。
热氧化工艺之
热氧化过程中的杂质再分布
1
热氧化工艺小结：
2、实际中采用的二氧化硅膜的制备方法；
3、干氧生长二氧化硅的氧化机理； 4、影响氧化生长的因素(6种)；
热氧化工艺
（2） 掺杂阻挡层（作为杂质扩散的掩蔽膜）
选择二氧化硅的理由：
A 杂质在二氧化硅中的运行速度 低于在硅中的运行速度
B 二氧化硅的热膨胀系数与硅接 近
二氧化硅起掩蔽作用的条件： A：D二氧化硅<<D硅
B：二氧化硅膜有足够的厚度
对于B、P、As等元素，D二氧化硅<<D硅，因此二氧化硅可以 作为杂质扩散的掩蔽膜。
（三）热氧化工艺的Deal-Grove 模型
C：氧化剂浓度 J1：粒子流密度： J2：扩散流密度 J3：反应流密度
1、D – G 模型 (1) 氧化剂由气相传输至SiO2的表面，其粒子流密度J1
(即单位时间通过单位面积的原子数或分子数)为：
hG — 气相质量输运系数，单位：cm/sec CG — 气相(离硅片表面较远处)氧化剂浓度 Cs — SiO2表面外侧氧化剂浓度
热氧化工艺 (Thermal Oxidation)
二氧化硅的基本特性 二氧化硅膜的用途 二氧化硅膜的制备方法 热氧化机制 热氧化系统
硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳 中大部分的岩石、沙子和土壤、
约占地壳总量的90%以上。
二氧化硅 (SiO2)
二氧化硅广泛存在 于自然界中，与其 他矿物共同构成了 岩石。天然二氧化 硅也叫硅石，是一 种坚硬难熔的固体。
（二）SiO2的性质 1、二氧化硅的绝缘特性
■ 电阻率高： 1 1014 ·cm ~ 1 1016 ·cm 禁带宽度大： ~ 9 eV
■ 介电强度高：> 10 MV/cm 最小击穿电场(非本征击穿)：由缺陷、杂质引起 最大击穿电场(本征击穿)：由SiO2厚度、导热性、 界面态电荷等决定； 氧化层越薄、氧化温度越低，击穿电场越低
☆硅酸盐种类很多，多数难溶于水，只有钾、钠盐是 可溶的。硅酸钠(Na2SiO3)溶液俗称水玻璃，又叫泡花碱。
RTO工艺与特点解析
RTO工艺与特点解析热氧化法是应用热氧化和催化氧化技术来破坏排放物中的有机物的方法。
蓄热式热氧化器（Regenerative Thermal Oxidizer），简称RTO，用于处理中低浓度的有机废气（VOC）。
RTO设备处理VOC的常见形式有二室RTO、三室RTO和旋转RTO，根据客户需求还可设计成五室RTO、七室RTO等结构形式。
华世洁RTO设备，依托于强大的科研团队和各大院校科研院所的技术支持，在行业内有丰富的项目开发经验。
设备的部件如蓄热装置、燃烧器、控制、仪表等均采用国内外高精尖产品。
1. RTO工艺原理RTO的工作原理：有机物（VOCs）在一定温度下与氧气发生反应，生成CO2和H2O，并放出一定热量的氧化反应过程，RTO是把废气加热到700℃以上，使废气中的VOC氧化分解为CO2和H2O，氧化产生的高温气体流经陶瓷蓄热体，使之升温“蓄热”，并用来预热后续进入的有机废气，从而节省废气升温燃料消耗的处理技术。
1.1 旋转RTO工作原理表1-1 三室RTO工作程序室1 室2 室3循环1 进入排除冲洗循环2 冲洗进入排出循环3 排出冲洗进入表2-1 RTO设备基本参数表内容数据处理废气量: Nm3/h（根据排废气风量确定）VOC去除率: ≦95%（二室RTO）；≥99%（三室RTO、五室RTO）；≥99%（旋转RTO）陶瓷利用率: 100%（二室RTO）；67%（三室RTO）；83%（旋转RTO）氧化温度: 760-900 ℃停留时间: 1.0 -3.0sec燃料天然气/柴油/电排放符合标准: GB16297-1996 《大气污染物综合排放标准》表3-1 三种RTO设备特点对比表比较项目两室RTO 三室RTO 旋转RTO阀门结构简单，控制程序简单结构复杂，控制程序复杂单一阀门，控制程序最简单压力压力波动大压力波动较小压力波动小出口浓度出口浓度波动大出口浓度波动小出口浓度波动小处理效率≦95≥99%≥99%陶瓷利用率100% 67% 83%占地小大小旋转RTO的蓄热体中设置分格板，将蓄热体床层分为几个独立的扇形区。
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热氧化工艺的双面率的研究
发表时间：2019-03-28T11:00:54.287Z 来源：《电力设备》2018年第28期作者：李跃恒杨爱静陈璐
[导读] 摘要：二氧化硅(SiO2)薄膜是一种良好的表面钝化膜和介质膜, 广泛应用于太阳电池和微电子工艺。
（中电投西安太阳能电力有限公司陕西西安 710100）
摘要：二氧化硅(SiO2)薄膜是一种良好的表面钝化膜和介质膜, 广泛应用于太阳电池和微电子工艺。
二氧化硅薄膜的制备方法主要有热氧化法和化学气相沉积法。
热氧化工艺是指在高温(600 -1000 ℃)下氧化硅片表面形成SiO2 薄膜, 包括干氧氧化、湿氧氧化以及水汽氧化。
使用氧化炉在高温有氧条件下生成致密性较好的二氧化硅层在PERC电池上会引起对杂质的再分布，对电池的电性能提升，有一定的效果。
关键词：热氧化；双面率；电池转化效率
0引言
目前常规电池的生产中主要是利用PECVD沉积SiNx膜作为钝化减反射膜，SiNx膜具有优良的氢钝化和减反射作用，但是SiNx膜与Si 的晶格匹配性较差，导致SiNx/Si界面缺陷密度较高，而SiO2/Si具有良好的界面性能，因此硅片在刻蚀工序后，先在其表面热生长一层SiO2层，再镀SiNx膜，形成SiO2/SiNx双层减反钝化膜可以有效改善硅片的表面钝化。
1实验部分
1.1实验原理
热氧化生长SiO2膜的方法即是在高温条件下，用干燥的纯氧直接与硅片表面的不饱和硅原子结合形成SiO2,其化学反应方程式为： Si+O2 SiO2
1.2实验方法
采用P型硅多晶薄片作为衬底，面积为156.75 mm*156.75 mm，厚度为200±20nm，使用设备为热氧化扩散炉。
工艺流程：
2结果和讨论
2.1热氧化对电池正面的电性能影响
通过以上的电性能可以看出，经过热氧化生成的二氧化硅的钝化和退火作用，开压、填充有了极大地提高，转化效率有0.3%的提高。
2.2目前，在行业内大部分制作的是双面PERC电池，大家对双面率都有一定的要求，通过热氧化退火工艺虽然增加了电池正面的转化效率，但是否满足双面率的要求，有待进一步验证。
以下实验是对双面PERC电池的双面率验证的电性能参数：
通过上述实验验证，可以看出，热氧化的双面率较非热氧化电池的双面率高出2%，热氧化工艺对背面的电池效率也有0.5%左右的提高。
3结论
经过热氧化生成的二氧化硅的钝化和退火作用，开压、填充有了极大地提高，转化效率有0.3%的提高；热氧化的双面率较非热氧化电池的双面率高出2%，热氧化工艺对背面的电池效率也有0.5%左右的提高。