《炬丰科技-半导体工艺》多晶硅片表面过渡金属污染的影响

书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：多晶硅片表面过渡金属污染的影响

编号：JFKJ-21-482

作者：炬丰科技

摘要

介绍了一种在切割和等纹理多晶硅晶片表面上进行过渡金属采样的方法，该方法可以在没有洁净室环境的情况下快速轻松地采样。通过ICP-MS分析获得的样品。对样品中从文献中确定的可能最有害的物种进行了测试：Ag、Al、Cr、Cu、Fe、Mn、Mo、Ni 和 Ti。该方法被应用于等织工艺。对蚀刻后的清洁级联进行了研究，发现初始切割后的晶片表面污染显着减少。切割后的晶片被确定为等纹理蚀刻浴的主要污染源。在测量浓度的帮助下，模拟了蚀刻浴中过渡金属的富集。由于排放/进料处理，蚀刻槽的金属摄入量在 6.000 – 10.000 个晶片后达到平衡。此外，还研究了标准清洁程序的清洁效率。研究了表面污染对 SiO2/SiNx 钝化叠层氧化步骤的影响，结果表明，表面污染会大大降低高温工艺过程中晶片的寿命。

关键词：过渡金属杂质，过程分析，ICP-MS

介绍

加工过程中的过渡金属污染对半导体产品的质量起着重要作用 [1]。与 IC 行业相比，几乎没有关于太阳能电池加工过程中表面污染的出版物。用于表面污染物采样的标准 IC 方法几乎不适用于太阳能晶片，因为它们需要抛光表面或先进且昂贵的采样设备 [2]。此外，采样要么需要靠近生产线的昂贵的自动化（洁净室）设备，要么必须将整个晶圆送去进行分析，从而在运输过程中容易出现无法控制的污染风险。因此开发了一种方法，允许在靠近机器的粗糙表面（例如等纹理的表面）上取样，

该方法用于研究锯齿损伤去除和等纹理蚀刻工艺。此外，还研究了几种清洁程序并制备了寿命样品，以了解高温工艺步骤中表面金属污染的影响。

实验性

该项目的第一个目标是开发一种定制的采样方法来提取表面污染物。为此，开发了三明治蚀刻采样方法：通过将 1 mL 采样溶液移液到一个晶片上来确定两个晶片的平均表面浓度。另一个晶片放在上面，因此形成了三明治。晶片相互摩擦以确保表面润湿。粘附力足够强，可以安全地处理夹层。晶片之间的液体总量可以通过将物体放在天平上来确定。采样溶液由稀释的 HF 和 H2O2 组成。由于预期使用超纯化学品和水。

该项目的第一个目标是开发一种定制的采样方法来提取表面污染物。为此，开发了三明治蚀刻采样方法：通过将 1 mL 采样溶液移液到一个晶片上来确定两个晶片的平均表面浓度。另一个晶片放在上面，因此形成了三明治。晶片相互摩擦以确保表面润湿。粘附力足够强，可以安全地处理夹层。晶片之间的液体总量可以通过将三明治放在天平上来确定。采样溶液由稀释的 HF 和 H2O2 组成。由于预期使用超纯化学品和水。

结果和讨论

等织构工艺研究

将开发的取样方法应用于酸性锯伤去除和等织工艺。晶片在由 HNO3 和 HF 组成的蚀刻浴中使用 RENA 在线湿台进行蚀刻。晶片蚀刻之后是级联清洗，研究清洗效率。首先，晶片在去离子水中冲洗（图 2 中的采样点 (1)）。第二步是用稀释的 KOH 溶液进行碱性冲洗，这是从蚀刻中去除多孔硅所必需的。此步骤之后是另一次水性冲洗 (2)。最后，晶片在稀释的 HF/HCl 中冲洗以去除表面的氧化硅和金属污染物，并在去离子水中冲洗 (3)。在每个采样点 (1 – 3) 取两个样本。虽然在 (1) 中可以直接从机器中取出晶片，但碱洗步骤 (2) 后的取样是不可行的。因此，在机器结束时取出晶片，同时关闭酸性冲洗。

模拟金属富集

考虑到蚀刻前后表面浓度的巨大差异，过渡金属有望在蚀刻浴中富集。然而，由于等织构工艺是在不连续的排放/进料模式下操作的，因此很可能会出现饱和。为了研究蚀刻浴中金属的富集，测量了一定量处理过的晶片前后的浓度。此外，正在调查对化学品质量的依赖性。出于这个原因，两个蚀刻浴是由两种不同纯度等级的化学品制成的。

每个蚀刻浴处理 0 和 2600 个晶片后，通过 ICP-MS 测量金属的蚀刻浴浓度。该机器在排放/进料条件下运行，这意味着每 300 个晶片 140 L 中的 20 L 被新鲜化学品（还测量其浓度）替换。

考虑到这些信息，我们创建了一个基于 Excel 的模拟。改变从晶片表面 cSF 引入的金属以匹配测量的蚀刻浴浓度。每个晶片金属蚀刻浴的计算引入量与测量值接近。

结论

结果表明，表面污染对太阳能电池工艺有很大的影响。特别是对于寿命可能会显着缩短，这会对现成的电池性能产生负面影响寿命可能会显着缩短，这会对现成的电池性能产生负面影响。因此，在加工过程中准确了解过渡金属的表面浓度是至关重要的。开发的定制采样方法与 ICP-MS 元素分析相结合，已被证明是用于此目的的非常合适的工具。将该方法应用于等织构工艺，可以获得对加工过程中金属表面浓度行为的更深入了解。