光伏发电技术基础 知识点3 单晶硅和多晶硅太阳电池 刻蚀.pptVIP

刻蚀 刻蚀：用物理或化学的方法有选择的从硅片表面去除不需要的材料的过程 目的：腐蚀未被光刻胶覆盖的硅片表面，实现图形的最终转移 刻蚀要求： 图形转移时的保真度 选择比 均匀性 刻蚀的清洁 刻蚀参数介绍 刻蚀速率：是指单位时间内硅片表面被刻蚀的材料去除量 选择比:对不同的材料的刻蚀速率的比值 S=E1/E2 均匀性：衡量刻蚀工艺在硅片内和硅片间的可重复性 材料膜厚的均匀性 刻蚀本身的均匀性—刻蚀速率，刻蚀剖面，图形尺寸和密度 负载效应：刻蚀面积和厚度的不同会导致刻蚀速率的不同 湿法刻蚀 原理：湿法刻蚀又称湿法化学腐蚀，它是利用化学试剂，与被刻蚀材料发生化学反应生成可溶性物质或挥发性物质。 应用： 线宽在3μm以上的图形制作 硅片表面沾污的清洗 残留物的去除 表层薄膜剥离 目前已基本被干法刻蚀取代 特点： 纯化学作用，设备简单，选择比高，损伤小； 各向同性的侧壁形貌，保真性较差。 反应过程中伴随着放热和放气过程 刻蚀速率受温度和材料性质影响大且不易控制，均匀性不好 反应的产物必须为气体或者可溶于刻蚀剂的物质，否则沉淀影响刻蚀的正常进行。 批处理，容量大，但化学试剂用量大且有害，处理麻烦，也不利于环境保护。 二氧化硅的湿法刻蚀 氢氟酸溶液(HF)，极高的选择比 SiO2 + 4 HF → 2 H2O + SiF4 SiF4 + 2 HF → H2（SiF6） SiO2 + 6 HF → H2（SiF6）+ 2H2O 腐蚀速率影响因素： 温度：温度越高，腐蚀速率越快 材料性质：PSGSiO2BSG 浓度：浓度越大，速率越快，因此加入缓冲剂（NH4F） 搅动（对流、鼓泡、超声波、喷雾等）：液体和硅片的相对运动可提高腐蚀速率和腐蚀均匀性，并可通过搅动赶走气泡 光刻胶与晶片表面的粘附质量：粘附性不好，容易出现刻蚀边缘图形不齐 湿法刻蚀存在的一些缺点： 需要使用大量有毒与腐蚀性的化学药品 侧向腐蚀的存在导致线宽难以精确控制 腐蚀过程中的放热放气现象会影响对刻蚀工艺的控制性 干法刻蚀 原理：利用高能粒子轰击或者等离子体，与被刻蚀材料发生物理的、化学的或物理—化学的作用，形成易挥发性物质，实现去除材料的目的 等离子体中含有高活性自由基和离子 自由基具有强烈的氧化性 离子具有一定的动能 方法分类 溅射刻蚀 等离子体刻蚀 反应离子刻蚀 特点 可实现各向异性的刻蚀，图形保真性高，有很好的线宽尺寸控制，分辨率可在1μm以下的精细图形加工的主要刻蚀方法； 刻蚀速率有较好控制，刻蚀均匀性好：片内，片间以及批次间都可以保持较好的均匀性； 刻蚀选择性比湿法刻蚀差，要注意刻蚀终点的监测。 设备复杂，成本高。 干法刻蚀的方法 1）等离子体刻蚀（PE，plasma etching）：利用辉光放电将反应气体电离产生活性游离基，与薄膜材料发生化学反应，形成挥发性物质，实现刻蚀。 化学作用—活性自由基 选择性好、对衬底损，伤较小， 各向同性 应用：等离子体去胶，LOCOS或STI的氮化硅去 除 2）溅射刻蚀：通过高能惰性气体离子的物理轰击作用刻蚀 Ar+离子轰击，在阴极板上放置硅片 物理作用 各向异性好 选择性较差 轰击出的物质不易挥发，容易再度沉积 3）反应离子刻蚀（RIE，reactive ion etching）：通过活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀， 离子轰击加上自由基反应 具有溅射刻蚀和等离子刻蚀两者的优点 各向异性 选择性较好 目前，RIE已成为超大规模集成电路VLSI工艺中应用最广泛的主流刻蚀技术 三种常见干法刻蚀方法的比较 二氧化硅的干法刻蚀 主要含氟化碳的等离子体。 以前采用CF4，后来多采用CHF3、C2F6和C3F8 CF4被高能量电子击中，产生离子团 CF4→ F+CF2 4F* + SiO2 → SiF4 ↑+ 2 O 2CF2 + SiO2 → SiF4 ↑+ 2CO 氧：若在CF4等离子体中加入少量的氧气，利用氧原子消耗等离子体中的碳原子，从而使得氟原子的浓度增加，最终提高刻蚀速率 选择比 P142 图8-5 氢：若在CF4等离子体中加入少量的氢气，氢原子会消耗CF4中的氟，使得等离子体内氟原子数量减少，浓度降低，严重的降低了刻蚀的速率。 选择比 P142 图8-6 氮化硅的干法刻蚀 CF4：选择性较差 NF3：方法与二氧化硅类似，一般 多晶硅及多晶硅化物 CF4：选择性较差 多晶硅：选用对硅刻蚀为各向异性的氯原子，如Cl2、HCl、SiCl4等 硅化物：常用的等离子体是氟化物和氯化物，例如CF4、SF6、Cl2、HCl等 铝的干法刻蚀 若使用CF4 ，生成的AlF3是低挥发性物质 因此多采用氯化物，例如SiCl4、CCl4等与氯气混