刻蚀培训

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刻 蚀 培 训
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。
刻蚀线
刻蚀线一般是淡淡的一条黑线,正常情况下刻蚀线到边缘的距离控 制在1.5mm以下,最宽不得超过1.5mm。而有时在边缘会有很显眼 的很黑很黑的线或黑区,这些东西就不是刻蚀线了,而是没有洗干 净的酸,此时需要在碱槽手动补碱来解决。如果多次出现这种情况, 必须检查碱洗槽是否堵碱。
湿法刻蚀相对等离子刻蚀的优点
超越工艺——其它
制冷机跳闸与故障 碱喷淋后的吹液风刀堵孔:导致碱液被带出, 频繁出现碱槽液位过低的报警。
谢 谢!
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,它会慢慢分解,在时刻
时停的小批量生产时,溶液中的亚硝酸浓度的平衡点
不会超过一定的限度,刻蚀溶液会一直保持无色。大 批量生产时,亚硝酸浓度平衡点会有所上升,亚硝酸 浓度的略微增加,会导致有一个有趣的现象——溶液 颜色变成淡绿色和绿色。
二、湿 法 刻 蚀
Rena e 大致构造
刻蚀槽 H2SO4/ HNO3/ HF 吹 干 风 刀
上 片
水 喷 淋
碱洗槽 NaOH
水 喷 淋
去PSG槽 HF
水 喷 淋


1.“一化一水”,硅片每经过一次化学品,都会经过一次水喷淋清洗。
2.除刻蚀槽和第一道水喷淋之间,其它的槽和槽之间都有吹液风刀。 3.除刻蚀槽外,其它化学槽和水槽都是喷淋结构,去PSG氢氟酸槽
调节——初配液
制备新的刻蚀溶液:先加水,再加硝酸和氢氟酸,最 后加入硫酸,硫酸加入会放出大量的热,所以硫酸一 般是一次加入几升,加入几升硫酸后溶液温度会很高 ,所以必须等制冷系统将溶液温度降到一定温度以后 才能再加入几升,加入硫酸-制冷降温-加入硫酸-制冷 降温循环往复,直到硫酸量达到设定值。这一过程由 RENA机硬件系统自行完成。硫酸的加入很费时间, 这也是刻蚀溶液换液至少需要5-6个小时的主要原因。 最后的一点硫酸加入后,并且刻蚀溶液温度冷却至8度 即告换液完成,可开始刻蚀。
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。
1、非扩散面PN结刻蚀时被去除(原等离子刻蚀背面PN结依 靠丝印被铝浆时,铝还原硅片使N形硅变为P形硅,但所 产生的P形硅电势不强); 2、硅片洁净度提高(无等离子刻蚀的尾气污染); 3、节水(rena使用循环水冲洗硅片,耗水约8T/h。等离子 刻蚀去PSG用槽浸泡,用水量大)。
湿法刻蚀相对等离子刻蚀的缺点
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。
1、硅片水平运行,机碎高:(等离子刻蚀去PSG槽式浸泡 甩干,硅片受冲击小); 2、传动滚轴易变形:(PVDF,PP材质且水平放置易变形) ; 3、成本高:(化学品刻蚀代替等离子刻蚀成本增加)。
超越工艺——PPV材料的疲劳
构成RENA InOxSide 机器的主要材料是PPV聚四氟 乙烯材料。 没有十全十美的材料:PPV材料抗化学腐蚀能力极强 ;但力学性能一般。长期使用下的材料疲劳、磨损、 形变会导致一些设备故障。
超越工艺——碎片
1. 带速太高、某些材料疲劳导致的滚轴、轴承、挡板变 形,第三道水喷淋水压大、吹干风刀气压大,碎片残 留在道上没及时掉下去等等。 2. 对于某些差片子,可能还要下掉一些上滚轴。 3. 从吹干硅片角度讲,吹干风刀气压越大越好;从降低 碎片的角度讲,吹干风刀气压越小越好,所以要恰到 好处。但对于力学性能极差的片子,将没有任何气压 调节窗口,即:不是吹不干就是碎片。 4. 对于力学性能差的片子,不得不牺牲产能(降低上片 区/第三区带速)来降低碎片。
调节——温度
和反应物浓度一样,温度对化学反应速率的影响也很 大,刻蚀反应也不例外。 在工艺未调整期间,刻蚀溶液温度一般定为8摄氏度( 刻蚀槽内的刻蚀溶液,不是储备槽)。在稳定刻蚀的 时候,偏差一般在正负0.5度以内。偏差一般不允许超 过正负1.5度。 温度可以作为刻蚀速率的调节手段,但是这是最后的 手段。由于温度较高的情况下,刻蚀溶液在刻蚀槽时 会不稳定,所以一般不宜长时间超过10度,当前我们 的补液能保证刻蚀速率不下降,所以我们无需调高刻 蚀溶液的温度。
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
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。
碱洗槽和去PSG氢氟酸槽
碱洗槽的作用——碱洗槽在刻蚀槽、第一道水喷淋之后。 作用在于利用喷淋,中和并冲掉硅片背面(和刻蚀溶液接 触的那一面)和边缘沾附的酸。 由于温度低、碱浓度很低,碱洗时间短,碱液不会对硅片 造成任何影响。而酸碱中和是快反应。 由于NaOH吸收空气中的二氧化碳,生成碳酸钠析出,造成 结晶堵碱。温度低或长时间不用时,结晶堵碱会很严重。 碱洗槽和去PSG氢氟酸槽也需要补液,但工艺容差极大, 按厂家的设定即可。 碱洗槽和去PSG氢氟酸槽中的溶液均是200小时寿命,到寿 命必须更换。每次更换时,注意冲洗碱槽内的结晶体。
调节——配比
硫酸能否对刻蚀速率产生影响? 能!硫酸提高了氢离子浓度,能加快刻蚀反应的反应 速率。 硫酸能调整铺展过宽导致的过刻吗? 只有在某些情况下可以。此时刻蚀速率较低,加硫酸 以后,必须加大刻蚀槽带速,(当然前提是保证刻蚀 深度),才有可能有所改善,否则很有可能铺展变小 ,但过刻反倒变得更严重了,加硫酸也是很冒险的, 硫酸加的多,可能导致溶液密度大,硅片发飘,造成 碎片;黏度大,片子不沾液,TRASH率飙升。 RENA厂家的工艺人员指出,刻蚀溶液原初配液中硫 酸不需要再加了。经过摸索,硫酸不宜超过95L,最 高不得超过100L.
1. 刻蚀槽:RENA机需要保持极精密的刻蚀槽尺寸和各部件的相对 位置位置。PPV材料的磨损和形变会导致正确的尺寸、位置被破 坏。导致刻蚀槽硅片不沾液和沉入溶液(过刻)。 2. 轴承座:PPV材料的磨损会导致轴承座夹不住轴,出现滚轴爬起 ,导致碎片、刻蚀槽硅片不沾液和沉入溶液(过刻)。 3. 滚轴断裂:PPV材料疲劳引起,导致歪片、划痕。 4. 胶圈老化:导致划痕。
铺展就一定刻正面吗? ——挥发与输运的较量
受PSG影响,对于没有去PSG的单晶片子,正面会有 溶液铺展。 对于铺展上去了的溶液蒸发旺盛,PSG快速消耗氢氟 酸,这些因素造成溶液浓度下降,无法刻蚀硅片;所 以就需要从刻蚀溶液主体来输运酸以保持浓度。
硫酸有时虽会减少铺展,但它会减小氢氟酸、硝酸的
挥发,增加反应速率,有时甚至加深了正面刻蚀。
是喷淋结构,而且片子进入到溶液内部。
4.最后一道水喷淋(第三道水喷淋)由于要将所有化学品全部洗掉,所 以水压最大。相应的,最后的吹干风刀气压最大。
硅片
硅片间液面
滚轴
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
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。
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