書籍：《炬豐科技-半導體工藝》

文章：多晶硅片表面過渡金屬污染的影響

編號：JFKJ-21-482

作者：炬豐科技

摘要

介紹了一種在切割和等紋理多晶硅晶片表面上進行過渡金屬采樣的方法，該方法可以在沒有潔凈室環(huán)境的情況下快速輕松地采樣。通過ICP-MS分析獲得的樣品。對樣品中從文獻中確定的可能最有害的物種進行了測試：Ag、Al、Cr、Cu、Fe、Mn、Mo、Ni 和 Ti。該方法被應用于等織工藝。對蝕刻后的清潔級聯(lián)進行了研究，發(fā)現(xiàn)初始切割后的晶片表面污染顯著減少。切割后的晶片被確定為等紋理蝕刻浴的主要污染源。在測量濃度的幫助下，模擬了蝕刻浴中過渡金屬的富集。由于排放/進料處理，蝕刻槽的金屬攝入量在 6.000 – 10.000 個晶片后達到平衡。此外，還研究了標準清潔程序的清潔效率。研究了表面污染對 SiO2/SiNx 鈍化疊層氧化步驟的影響，結果表明，表面污染會大大降低高溫工藝過程中晶片的壽命。

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關鍵詞：過渡金屬雜質，過程分析，ICP-MS

介紹

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加工過程中的過渡金屬污染對半導體產(chǎn)品的質量起著重要作用 [1]。與 IC 行業(yè)相比，幾乎沒有關于太陽能電池加工過程中表面污染的出版物。用于表面污染物采樣的標準 IC 方法幾乎不適用于太陽能晶片，因為它們需要拋光表面或先進且昂貴的采樣設備 [2]。此外，采樣要么需要靠近生產(chǎn)線的昂貴的自動化（潔凈室）設備，要么必須將整個晶圓送去進行分析，從而在運輸過程中容易出現(xiàn)無法控制的污染風險。因此開發(fā)了一種方法，允許在靠近機器的粗糙表面（例如等紋理的表面）上取樣，

該方法用于研究鋸齒損傷去除和等紋理蝕刻工藝。此外，還研究了幾種清潔程序并制備了壽命樣品，以了解高溫工藝步驟中表面金屬污染的影響。

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實驗性

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該項目的第一個目標是開發(fā)一種定制的采樣方法來提取表面污染物。為此，開發(fā)了三明治蝕刻采樣方法：通過將 1 mL 采樣溶液移液到一個晶片上來確定兩個晶片的平均表面濃度。另一個晶片放在上面，因此形成了三明治。晶片相互摩擦以確保表面潤濕。粘附力足夠強，可以安全地處理夾層。晶片之間的液體總量可以通過將物體放在天平上來確定。采樣溶液由稀釋的 HF 和 H2O2 組成。由于預期使用超純化學品和水。

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該項目的第一個目標是開發(fā)一種定制的采樣方法來提取表面污染物。為此，開發(fā)了三明治蝕刻采樣方法：通過將 1 mL 采樣溶液移液到一個晶片上來確定兩個晶片的平均表面濃度。另一個晶片放在上面，因此形成了三明治。晶片相互摩擦以確保表面潤濕。粘附力足夠強，可以安全地處理夾層。晶片之間的液體總量可以通過將三明治放在天平上來確定。采樣溶液由稀釋的 HF 和 H2O2 組成。由于預期使用超純化學品和水。

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結果和討論

等織構工藝研究

將開發(fā)的取樣方法應用于酸性鋸傷去除和等織工藝。晶片在由 HNO3 和 HF 組成的蝕刻浴中使用 RENA 在線濕臺進行蝕刻。晶片蝕刻之后是級聯(lián)清洗，研究清洗效率。首先，晶片在去離子水中沖洗（圖 2 中的采樣點 (1)）。第二步是用稀釋的 KOH 溶液進行堿性沖洗，這是從蝕刻中去除多孔硅所必需的。此步驟之后是另一次水性沖洗 (2)。最后，晶片在稀釋的 HF/HCl 中沖洗以去除表面的氧化硅和金屬污染物，并在去離子水中沖洗 (3)。在每個采樣點 (1 – 3) 取兩個樣本。雖然在 (1) 中可以直接從機器中取出晶片，但堿洗步驟 (2) 后的取樣是不可行的。因此，在機器結束時取出晶片，同時關閉酸性沖洗。

模擬金屬富集

考慮到蝕刻前后表面濃度的巨大差異，過渡金屬有望在蝕刻浴中富集。然而，由于等織構工藝是在不連續(xù)的排放/進料模式下操作的，因此很可能會出現(xiàn)飽和。為了研究蝕刻浴中金屬的富集，測量了一定量處理過的晶片前后的濃度。此外，正在調查對化學品質量的依賴性。出于這個原因，兩個蝕刻浴是由兩種不同純度等級的化學品制成的。

每個蝕刻浴處理 0 和 2600 個晶片后，通過 ICP-MS 測量金屬的蝕刻浴濃度。該機器在排放/進料條件下運行，這意味著每 300 個晶片 140 L 中的 20 L 被新鮮化學品（還測量其濃度）替換。

考慮到這些信息，我們創(chuàng)建了一個基于 Excel 的模擬。改變從晶片表面 cSF 引入的金屬以匹配測量的蝕刻浴濃度。每個晶片金屬蝕刻浴的計算引入量與測量值接近。

結論

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結果表明，表面污染對太陽能電池工藝有很大的影響。特別是對于壽命可能會顯著縮短，這會對現(xiàn)成的電池性能產(chǎn)生負面影響壽命可能會顯著縮短，這會對現(xiàn)成的電池性能產(chǎn)生負面影響。因此，在加工過程中準確了解過渡金屬的表面濃度是至關重要的。開發(fā)的定制采樣方法與 ICP-MS 元素分析相結合，已被證明是用于此目的的非常合適的工具。將該方法應用于等織構工藝，可以獲得對加工過程中金屬表面濃度行為的更深入了解。

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