单晶刻蚀工艺-5寸电容触摸屏-5寸呼吸机-5寸IPS
2020-04-29

单晶刻蚀工艺

1. 刻蚀的目的&原理5寸ips呼吸机
1.1 需要刻蚀的原因分析
1. 扩散过程中,虽然采用背靠背扩散,硅片的边缘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。5寸ips呼吸机
2. 由于在扩散过程中氧的通入,在硅片表面形成一层二氧化硅,在高温下POCl3与O2形成的P2O5,部分P原子进入Si取代部分晶格上的Si原子形成n型半导体,部分P原子则留在了SiO2中形成PSG(磷硅玻璃)【硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2,称之为磷硅玻璃】

1.2 刻蚀目的5寸ips呼吸机
刻蚀掉硅片边缘部分的N型硅和去除硅片表面PSG。


1.3 去除PSG(磷硅玻璃)目的
a. PSG的存在使得硅片在空气中表面容易受潮,导致电流的降低和功率的衰减。
b. 死层的存在大大增加了发射区电子的复合,会导致少子寿命的降低,进而降低了Voc和Isc。
c. 磷硅玻璃的存在使得PECVD后产生色差。
1.4 刻蚀原理5寸ips呼吸机
1. 利用HNO3和HF的混合液体对扩散后硅片下表面和边缘进行腐蚀,去除边缘的N型硅,使得硅片的上下表面相互绝缘;
2. 利用HF去除掉硅片表面的PSG。

2. 刻蚀主要槽体的化学反应原理
2.1 刻蚀槽化学反应

反应需要一定量的Si,因此换液后开线需要跑一定数量的假片来激活药液,否则会出现腐蚀量偏低的现象。这里HNO2的氧化性强于HNO3,HNO2 在反应中起主要氧化作用。

刻蚀槽反应步骤:5寸ips呼吸机
step 1 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);
step 2 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;
step 3 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。
2.2 碱槽化学反应

碱槽的作用
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。
2.3 酸槽化学反应

酸槽的作用5寸ips呼吸机
去除硅片表面残留的碱;去除表面硅片表面SiO2, 氟原子与硅生成Si-F疏水键,易于脱水;去除扩散后硅片表面形成的磷硅玻璃层(PSG)
3. 刻蚀机理
3.1 表面张力

3.2 毛细现象


3.3 硫酸对液位的影响

注意:受PSG影响,对于没有去PSG的单晶片子,正面会有溶液铺展。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。
3.4 排风&带速对液位的影响


4. 刻蚀效果的影响因素
4.1 整体影响因素

4.2 滚轮水平的影响5寸ips呼吸机
硅片利用液体表面张力,通过滚轮的支撑漂浮在液面上的,所以滚轮的水平对刻蚀的效果有着至关重要的影响,滚轮不平会导致偏高的部位刻蚀不足,进而造成边缘漏电,偏低的部位则会产生局部过刻严重的会导致黑边。
4.3 硝酸及氢氟酸浓度的影响
硝酸控制着硅片的横向腐蚀,氢氟酸控制着硅片的纵向腐蚀,硝酸浓度过高则会导致硅片边缘二氧化硅层更快形成,被氢氟酸腐蚀,易造成黑边,氢氟酸浓度过高则会导致硅片的纵向腐蚀更容易发生,易造成局部的过刻。
4.4 硫酸的影响
硫酸密度较大,主要用来调整反应液的粘稠渡和张力,合适的硫酸浓度能使硅片能够很好地浮在反应液上,过高的硫酸浓度会导致边缘刻蚀线发黑。
4.5 刻蚀槽流量的影响
刻蚀循环流量对刻蚀的效果至关重要,流量过大会导致液面波动过大会导致过刻,严重的会导致黑边,流量过小则会导致刻蚀不足。
4.6 温度的影响5寸ips呼吸机
过高的温度会促进腐蚀反应,过快反应易造成局部过刻,过低的温度又会抑制反应,易造成刻蚀不足,一般刻蚀温度维持7-9℃
4.7 排风的影响
排风通过影响硅片表面气体流速影响边缘沾液情况,单侧的排风过大或过小易造成锯齿型过刻甚至黑边。
5. 刻蚀各槽体的作用
槽体反应顺序


6. 刻蚀线
刻蚀线图示

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2mm。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,需检查碱洗槽是否堵碱。
7. 刻蚀问题以及注意事项5寸ips呼吸机
刻蚀异常
1. 刻蚀不足:边缘漏电,并联电阻(Rsh)下降,严重可导致失效;
2. 过刻: 正面金属栅线与P型硅接触,造成短路。
3. 溶液颜色变成淡绿色和绿色:亚硝酸本身并不是特别稳定,它会慢慢分解,在小批量生产时,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,会导致溶液变绿,只要刻蚀正常,溶液颜色变绿不会对片子效率产生任何影响。刻蚀不合格片时可能将一些杂质引入刻蚀溶液,污染刻蚀溶液,与变绿无关。5寸ips呼吸机
4. 硅片表面白点、花纹、手纹印:硅片表面有脏污,未清洗干净
注意事项
刻蚀至下道工序传递时间<1H



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