• 工艺操作步骤 • 1 预抽：抽去反应腔室内的空气至压力为500Pa 左右。 • 2 主抽：进一步提高腔室内的真空度以满足工艺 要求。 • 3 送气：将反应气体CF4和O2通入反应腔室内。 • 4 辉光：在线圈上施压高电压，在氧气的催化作 用下是CF4电离进行刻蚀。 • 5 清洗：停止辉光和送气，抽去腔室内残余气体 和反应物。 • 6 充气：向腔室内充入N2气以打开腔室盖。
为突出。新的等离子体产生方式是近年来干法刻蚀技术研发的重点。比如电子回旋共 振(ECR)技术，它是1984年前后日本日立公司最早研究的，但开始并未得到充分重视， 只在日本有所发展。直到八十年代末，美英法德的少数公司才开始开发，随后进展很
快。曾有人认为ECR技术将是今后的发展主流，但九十年代初，美国LaN公司与IGM公
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1.屏蔽筒式———直到现在仍是等离体去胶机的基本结构形式; 2.下游式———属纯游离基的化学刻蚀; 3.平行板式———带低能离子轰击的游离基刻蚀; 4.反应离子式———兼有离子轰击和游离基刻蚀，是目前实验室和生 产中应用最多的结构; 5.磁控反应离子式———比反应离子刻蚀有更高的刻蚀速率; 6.三级式———可分别控制离子能量和离子密度; 7.离子铣———对所有材料，包括铁磁和陶瓷材料均能刻蚀; 8.反应离子束———可调整离子入射角度，独立控制离子能量和离子 密度; 9.化学辅助离子束———可调节刻蚀过程中的游离基刻蚀和离子轰击 比例。
第五章
刻蚀清洗设备
材料三班
李学荣
电池片制作流程
预清洗 一次清洗 扩散 等离子刻蚀 二次清洗
烘干 扩散 银铝浆印刷
烘干 铝浆印刷
PECVD
银浆印刷
烧结
测试分选
电池片结构示意
正面银电极
减反射膜 N型扩散层 P型硅片 背面铝电极
5.1 刻蚀技术简介
• 5.1.1 刻蚀的原理 • 在刻蚀工艺的前 • 在刻蚀工艺的前一步，对硅片进行了扩散，形成 P-N结了。但形成的P-N结与理想的P-N结有差距 如图5.1所示：
• 6 确认工艺合格后，将完成刻蚀的硅片装入小花 篮中，注意：将扩散面朝着花篮的正面。若无法 区分的用万用表测硅片的两个面，扩散面将迅速 显示无电阻值。插完一批后，送入到去磷硅玻璃 清洗机中清洗。 • 7 把一批插好的片子放入到去磷硅玻璃清洗机 的上料口中，此时操作设置为自动状态，再按 “进料口→去磷硅玻璃→鼓泡→溢琳→喷淋→出 料口。”
• 周边的扩散层可能造成电池短路，所以很有必要
对周边多余的部分进行去除。在太阳电池的常见
工艺中，常常是在含鹏的磷型硅片上扩磷，所以 要去除的主要是周边扩散了磷的部分。
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等离子的产生条件 1.高频电流（最高1360万次/s) 2.一定的温度（420-450℃）用电阻丝加热 3.高真空，低气压（3-10Pa）采用真空泵（抽空 气） • 4.密闭空间，高强度空间来产生等离子体，反应 室用厚钢板。 • 5.要提供一个能转变为等离子的气体源（四氟化 碳CF4）有工厂提供。
等离子体刻蚀法是目前在太阳电池制造业中应 用得最多的一种方法，利用高频辉光放电手段将 CF4离解成活性原子和自由基，各种游离基中F原 子为主要的刻蚀剂，与硅反应或生成具有挥发性 的SiF4。
等离子体刻蚀的工作原理
• 在低压下，反应气体在射频功率的激发下，产生 电离并形成等离子体，等离子体是由带电的电子 和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下， 除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的 活性基团（Radicals） • 活性反应基团和被刻蚀物质表面形成化学反应并 形成挥发性的反应生成物 • 反应生成物脱离被刻蚀物质表面，并被真空系统 抽出腔体。
生物理或化学反应，从而去掉暴露的材料。
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干法刻蚀又可分为物理性刻蚀与化学性刻蚀。物理性 刻蚀是利用辉光放电将气体如氩（Ar）解离成带正电的离 子，再利用偏压将离子加速，使其轰击在被刻蚀物表面上， 将被刻蚀物质的原子击出。此过程完全是物理上的能量转 移，故称之为物理性刻蚀。其特色在于有很好的方向性， 并可获得接近垂直的刻蚀轮廓。但由于离子是全面均匀地 溅射在晶片上的，光刻胶与欲刻蚀材料两者会同时被刻蚀， 因而刻蚀选择性偏低。而且被击出的物质并非挥发性物质， 这些物质容易沉积在被刻蚀薄膜表面及侧壁上，因此采用 完全物理方式在半导体器件制造过程中很少被使用。
操作方法 • 开机：首先打开CF4 、N2和O2的气体阀门，按 下红色“电源”按钮，电源灯亮起，同时机械泵 红色开关会同时亮起，待控制面板上灯开始闪烁 时按下绿色的“机械泵开”按钮打开机械泵，同 时观察面板上的预热按钮指示灯是否亮起。 • 关机：长时间不做工艺，需要抽成真空后关机。 关机前首先确定刻蚀机不在工作状态，且腔体内 无硅片和夹具夹等物，按F2进入手动操作界面 （如图所示），按F4进入预抽状态，待压力值低 于500Pa时，按下SHIFT+F5进入主抽状态，同时 按下F4退出预抽。约一分钟后，再按SHIFT+F5 退出主抽，并按F0返回主页面，按下红色“机械 泵关”按钮关闭机械泵，并关闭电源开关，最后 关闭工艺气体阀门。
• 等离子的特性：高能量，高密度，高温，高电导。
• 等离子体 • 由于物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就会使 气体分子产生电离，这样物质就变成自由运动并 相互作用的正离子和电子组成的混合物（蜡烛的 火焰就处于扎中状态）。我们把物质的这种存在 状态称为第四态，即等离子体。因为电离过程中 正离子和电子总是成对出现。所以等离子体中正 离子和电子的总数大致相等总体看来为准电中性。 • （离子带正电，电子带负电）
• 5.1.3干法刻蚀技术的发展历程 • 20世纪70年代初，干法刻蚀技术主要以辉光放电 产生等离子体的方式进行加工，经过30多年多样 化的发展过程，干法刻蚀技术不断得到完善和创 新，并且出现过多种干法刻蚀形式，它们各有各 自的时代背景，也各有所长。表5.1列出了曾经得 到较多应用、具有一定普遍性的干法刻蚀形式， 其中：
• 原理：CF4+SiO2=SiF4+CO2 剂 • CF4----- ----->2F-+CF2-2 • SiO2+4F--->SiF4+2O2• SiO2+2CF2--->SiF4+2CO
加上O2作为催化
等离子体刻蚀示意
• 具体步骤：预抽→主抽→送气→高压辉光→清洗 →充气开盖 • 刻蚀完成后，P区和N区应较好的隔离，可通过万 用表测量其边缘电阻来检验刻蚀效果。规定电阻 值20K欧以上为合格。
硅片周边刻蚀
扩 散 层
周 边 刻 蚀
P型衬底
扩散后的两片硅片 使用的气体： CF4+NH3
N型扩散层
周边刻蚀后的硅片
• 刻蚀工艺目的 • 在于将扩散形成的PN结的硅片通过高压等离子体 腐蚀方法在边缘处与硅片发生反应，从而使P区 和N区隔离。
•
激光切割去周边时必须把激光束照在背电极上， 而且不能让激光把硅片击穿，必须控制好激光的 强度和运行速度，才能做到去周边时对太阳电池 的P-N结无影响。
而化学性刻蚀是利用等离子将刻蚀气体解离产生带电离子、分子、 电子及反应性很强的原子团。此原子团扩散到被刻蚀薄膜表面，与被 刻蚀薄膜表面原子反应形成具有挥发性的产物，并被真空设备抽离反 应腔。由于此反应完全利用化学反应完成，故称之为化学性刻蚀。此 刻蚀方式与前面所述的湿法腐蚀类似，只是反应物的状态从液态变成 了气态，且以等离子来促进反应速度。所以化学性刻蚀与湿法腐蚀有 类似的优缺点，对掩膜、基底有较高的选择比，且也有各向同性刻蚀 现象。在半导体器件制造过程中，纯化学性刻蚀通常应用于不需图形 转换的步骤中，如用于光刻胶的去除。
•
按刻蚀原理来分，1.2.3.可统称为等离子刻蚀，主要是化学反应过程;4.5.6.属反应离子
刻蚀，是物理—化学反应过程;7.8.9.属离子束刻蚀，除了离子铣是纯物理过程
•
外，其余为物理—化学反应过程。高刻蚀速率和高均匀性一直是微细加工技术发展的
主要追求目标。随着基片尺寸不断增大，器件结构尺寸不断缩小，这方面的要求就更
等离子体（Plasma)
气体被加热到几千度以上的高温后, 气体中原子被电离成正离子和电子, 这 种状态的物质称为等离子体。 其显著特征是具有高温、高流动性,高 导电性和高能量性，极易与其它物质 相互作用。
为了将扩散所得的硅片制成P-N结，我们得把 四周的N型层去掉。背面的N型层可以用补偿法消 除，用丝网印刷铝浆，然后烧结可以使N型层返 回到P型。去周边用激光切割的方法或等离子体 刻蚀法。激光切割可以在太阳电池电极印刷和烧 结结束后进行。
司合作发展了感应耦合等离子体(ICP)技术，随后又出现螺线式、螺线共振式、空心阳 极式和共振感应式等新型等离子体结构。这些新开拓技术的共同特点是能够产生高密 度的等离子体，以提高刻蚀速率和刻蚀均匀性。
5.1.4四种典型的干法刻蚀技术
• • • • 1.等离子体刻蚀(PlasmaEtching) 2.反应离子刻蚀 3.离子铣 4.聚焦离子束刻蚀
• 1.
湿法腐蚀
• 湿法腐蚀是通过化学溶液与被刻蚀材料发生化学反应而去
除被刻蚀物பைடு நூலகம்的方法。
• 湿法刻蚀的特点是各向同性，但会因存在侧向腐蚀而产生 底切现象，从而导致线宽失真，特别是微细线条的刻蚀更 为困难，因此迫切需要寻找新的途径。
• 2. 干法刻蚀 • 干法刻蚀是把材料的被刻蚀表面暴露于等离子体 中，等离子体通过光刻胶中开出的窗口与材料发
• 4工艺从预抽→主抽→送气→辉光→清洗→充气完 成后，按出“运行”按钮，打开腔体盖，竖直向 上提出 • 5 用扳手松动螺母，打开夹具夹顶盖，小心卸下 固定在夹具夹中的电池硅片，整齐的放到无尘纸 上。用万能表检测硅片边缘电阻是否达到工艺要 求（万用表调至200K欧档，指针与硅片边缘垂直， 阻值大于20K欧为合格）。