ecvd质量检验员培训.ppt

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1、刻蚀、清洗、镀膜简介 周延丰 等离子刻蚀 干法刻蚀：激光刻蚀、等离子刻蚀 缺点：衬底损伤、残余物污染、金属杂质 优点： 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） 、对温度变 化不那么敏感、重复性好、避免了化学废液 湿法刻蚀：化学腐蚀 缺点：缺乏各向同性、工艺难控制和过度的颗 粒沾污 优点：一般不产生衬底损伤 等离子刻蚀 刻蚀的目的 由于在扩散过程中，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，所以要通过刻蚀去除边缘 的扩散层。 等离子刻蚀 刻蚀的目的 等离子刻蚀 等

2、离子刻蚀原理 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。 CF4-CF3、 CF2、 CF、 F、 C以及他们的离子 等离子刻蚀 等离子刻蚀的一般步骤 1、 反应室的气体被等离子体 分离 成可化学反应的 元素 2、这些元素 扩散并吸附 在硅片表面 3、这些元素在硅表面上进行 表面扩散 ，直到发生 反应 4、 反应生成物 解吸 ，离开硅片并排放 等离子刻蚀 等离子刻蚀工艺参数 1、射频功率（反射功率） 2、辉光时间 3、压力 4、气体流量 等离子刻蚀 刻蚀不当造成的影响

3、 等离子刻蚀 刻蚀不当造成的影响 等离子刻蚀 太阳电池等效电路 ocsc pmpm VI VIFF in ocsc in m P VIFF P PE f f 等离子刻蚀 刻蚀的控制 防止刻蚀不够：关注设备运行状态、主要是检 查辉光功率与反射功率、控制辉光时间、关注辉 光颜色 防止刻蚀过头：目前的功率下等离子对硅片的 轰击作用应该是不大的，需要将硅片尽量的夹紧， 硅片之间缝隙尽量的小，当然还要控制碎片率 等离子刻蚀 冷热探针法原理 等离子刻蚀 冷热探针法原理 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低 的。

4、同样道理， P型半导体热探针触点相对于室温 触点而言将是高的。 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。 等离子刻蚀 冷热探针检验注意事项 1、先放冷探针，再放热探针 2、检测时重点测试叠放不整齐处和颜色偏暗处 3、戴棉纱手套，防止高温烫伤 4、表笔距离在 2-5mm内，尽量接触在一个硅片上 5、刻蚀后的硅片在冷却一段时间后再检测 6、现在用的万用表是装干电池的，每次检测完毕 要及时的关掉电源，节省电量 清洗 -去 PSG 磷硅玻璃的定义 在扩散过程中发生如下反应： POCl3分解产生的 P2O5淀积在硅片表面， P2O5与

5、Si反 应生成 SiO2和磷原子： 这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的 SiO2，称之为 磷硅玻璃 25223 6 C lO2P3O4 PO C l PS i OSiOP 4552 252 清洗 -去 PSG 氢氟酸介绍 氢氟酸是无色透明的液体，浓氢氟酸含氟化氢 的量可达 48%-50%。含氟化氢 35%的氢氟酸比重 为 1.14，沸点 120 。 氢氟酸具有较弱的酸性、易挥发性和很强的腐 蚀性。氢氟酸的酸性比盐酸、硫酸、硝酸都弱很 多，它虽也能溶解许多金属，但不能溶解金、铂、 铜、铅等金属。 氢氟酸具有一个很重要的特性是它能溶解二氧 化硅，因此不能装在玻璃瓶里。 清洗 -去 PSG 清洗的

6、原理 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。 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。 O2HS i F4 H FS i O 242 S i FH2 H FS i F 624 清洗 -去 PSG 清洗的原理 总反应式为： O2H S i FH6 H FS i O 2622 清洗 -去 PSG 半导体生产中杂质沾污的分类 1、分子型杂质 2、离子型杂质 3、原子型杂质 清洗方法 1、湿法清洗：普遍应用的方法是 RCA清洗方法以 及基于 RCA清洗方法的一些改进方法 2、干法清洗：激光束、等离子 清洗 -去 PSG

7、RCA清洗方法简介 RCA清洗方法中使用的碱性过氧化氢清洗液 （又称 号清洗液）由去离子水、 30%的过氧化 氢和 25%的浓氨水按一定配比混合而成。它们的 体积比是去离子水： H2O2： NH4OH=5： 1： 1到 5： 2： 1。 RCA清洗方法中使用的酸性过氧化氢清洗液 （又称 号清洗液）由去离子水、 30 的过氧化 氢和 37%的浓盐酸按一定配比混合而成。它们的 体积比是去离子水： H2O2： HCL为 6： 1： 1到 8： 2： 1。 清洗 -去 PSG 清洗效果的判断 亲水性：清洗前硅片表面 Si大部分以 O键为终 端结构，形成一层自然氧化膜，呈亲水性。 疏水性：清洗后硅片最外

8、层的 Si几乎是以 H键 为终端结构，表面呈疏水性。 从能量观点看，疏水性表面属低能表面，这时 硅表面张力 rSG小于水分子表面张力 rSL，而亲水 表面属高能表面，这时的硅表面张力 rSG大于水 分子表面张力 rSL。 清洗 -去 PSG 清洗不好造成的影响 1、容易产生水痕 2、镀膜后容易产生色差 3、电极浆料不能和硅形成良好的欧姆接触 镀膜 -PECVD 光的五种偏振态 1、线偏振光 :在光波传播过程中 E(H)只限于在一 个平面中的光叫做平面偏振光（线偏振光）。 2、圆偏振光： E矢量的端点的运动轨迹为圆。 （右旋和左旋） 3、椭圆偏振光： E矢量的端点的运动轨迹为椭圆。 （右旋和左旋

9、） 4、自然光 5、部分偏振光：线偏振光 +自然光 镀膜 -PECVD 光的五种偏振态 镀膜 -PECVD 椭偏测量原理示意图 镀膜 -PECVD 椭偏测量原理 由激光器发出一定波长（ 6328 ）的激光束， 经过起偏器后变成为线偏振光，并确定其偏振方 向。再经过 1/4波长片，由于双折射现象，使其分 解成互相垂直的 P波和 S波，成为椭圆偏振光，椭 圆的形状由起偏器的方位角决定。椭圆偏振光以 一定的角度入射到样品上，经过样品表面和多层 介质（包括衬底 -介质膜 -空气）的来回反射与折 射，总的反射光束一般仍为椭圆偏振光，但椭圆 的形状和方位改变了。 镀膜 -PECVD 椭偏测量原理示意图 镀

10、膜 -PECVD 椭偏测量原理 一般用 和来描述反射时偏振状态的变化， 其定义为： 式中 tg的物理意义是 P波和 S波的振幅之比在 反射前后的变化，称为椭偏法的 振幅参量 。的 物理意义是 P波和 S波的相位差在反射前后的变化， 称为椭偏法的 相位参量 。 Rp和 Rs分别为 P波初量 和 S波分量的总反射系数。 镀膜 -PECVD 椭偏测量原理 在波长、入射角、衬底等参数一定时， 和 是膜厚 d和折射率 n的函数。对一定厚度的某种膜， 旋转起偏器总可以找到某一方位角，使反射光变 为线偏振光。这时再转动检偏器，当检偏器的方 位角与样品上的反射光的偏振方向垂直时，光束 不能通过，出现消光现象。

11、消光时，和 分别 由起偏器的方位角 P和检偏器的方位角 A决定。把 P值和 A值分别换算成和 后，再利用公式和图 表就可以得到透明膜的折射率 n和膜厚度 d。 镀膜 -PECVD Sentech椭偏仪优势 宏观粗糙表面使入射偏振光散射非常严重 反射光强极低，接近探测器噪声的强度 散射使入射光线部分去偏振，常规椭偏仪只能 够测量完全偏振光 1、采用专用聚焦光学组件 2、补偿器测量模式和软件能够对测量进行退偏 修正 镀膜 -PECVD Sentech椭偏仪优势 膜厚梯度、散射光线（粗糙表面）、聚焦角度、透明基 底背板反射等都能够减少光的偏振程度，这就是退偏振效 应。 真实偏振状态只能够通过添加补偿

12、器才能测量。 常规椭偏仪的硬件和软件只能够分析从样品表面反射的 完全偏振光，他们不能分析部分偏振。 镀膜 -PECVD Sentech椭偏仪操作注意事项 1、过大的撞击或搬动会造成测试不准确，需要重 新校准 2、单晶、多晶、校准载片台不可混用 3、载片台要固定住，不稳定会造成测试结果不准 确 4、测试时候硅片顺序不要弄混 5、测试过程中要注意保护测试片的绒面和膜面 镀膜 -PECVD 氮化硅厚度和折射率的确定 镀膜 -PECVD 氮化硅厚度和折射率的确定 在硅表面制备一层透明的介质膜，由于介质膜 的两个界面上的反射光互相干涉，可以在很宽波 长范围内降低反射率。此时反射率由下式给出： 式中， r

13、1、 r2分别是外界介质 -膜和膜 -硅界面上 的菲涅尔反射系数；为膜层厚度引起的位相角。 c o s21 c o s2 21 2 2 2 1 21 2 2 2 1 rrrr rrrrR 镀膜 -PECVD 分别表示为 ： nn nnr 0 0 1 si si nn nnr 0 0 2 nd 0 4 镀膜 -PECVD n0， n和 nsi分别为外界介质、膜层和硅的折射率； 0是入射光的波长； d是膜层的实际厚度； nd为 膜层的光学厚度。 当波长为 0的光垂直入射时，如果膜层光学厚度 为 0的四分之一，即 nd=0/4,则可得 : 2 0 2 0 2 0 )( si si nnn nnnR

14、镀膜 -PECVD 为了使反射损失减到最小，即希望 R0=0,就应有： 由上式就可求得给定波长为 0所需减反射膜的折 射率，而最佳膜层光学厚度是该波长的四分之一， 此时反射率最小，接近于零。 sinnn 0 镀膜 -PECVD 但当波长偏离 0时，反射率都将增大。因此，为 了使电池输出尽可能增加，应先取一个合理的设 计波长 0。这需要考虑两个方面，即太阳光谱的 成分和电池的相对光谱响应。 镀膜 -PECVD 外层空间太阳光谱能量的峰值在波长 0.48微米， 地面太阳光谱能量的峰值在波长 0.5微米；而硅太 阳电池的相对响应峰值在波长 0.8 0.9微米。 取设计波长为 0.6微米，则恰当的减反

15、射膜的光学 厚度应为 0.15微米。带这一厚度减反射膜的硅太 阳电池，由肉眼看来应呈深蓝色。 镀膜 -PECVD 对于减反射膜应取得折射率，由于取 0 0.6微米， 硅的折射率 nsi=3.9,因此如果电池直接暴露在真空 或大气中使用，最匹配的减反射膜折射率为 n=1.97。 实际应用中，电池在做成组件时，大多采用硅橡 胶封装。所以，对于减反射膜来说，外界介质将 是硅橡胶，其折射率约为 1.4，在这种情况下，最 匹配的减反射膜折射率应为 sinnn 0 35.29.34.1 镀膜 -PECVD 镀膜不良造成的影响 1、色差严重，影响外观，直通合格率低 2、氮化硅膜厚差异大，造成烧结过程中银穿透氮 化硅程度不均匀，串联电阻增大，填充因子低， 效率上不去 谢谢！