Roth & Rau AG. Plasma and Thin FilmTechnology Matthias Nestler, Dipl.-Ing. (FH) Folie 1

Transkript

1 Folie 1

2 Selektives Ätzen von PSG-Schichten gegenüber Silizium zur Effizienzsteigerung in der Photovoltaik Folie 2

3 Firmenportrait Firma Historie gegründet 1990 als Roth & Rau Oberflächentechnik GmbH, 2001 in umgewandelt Firmensitz Wüstenbrand bei Chemnitz Mitarbeiter 80 Produktionsfläche 3400 m², davon ca.200m² RR Jahresumsatzt ca. 20Mio Matthias Nestler, Dipl.-Ing. (FH) Folie 3

4 SiNA - Industrielle AR-Beschichtung kristallinen Si-Solarzellen Hauptproduktionszweig Photovoltaik >70% Umsatzanteil Industrielle Beschichtungsanlagen für Antireflexschichten auf Si-Solarzellen Folie 4

5 Die Idee - Anforderung Folie 5

6 Die Idee-Prozeß Angestrebtes Verfahren zur trockenphysikalischen Ätzung von PSG-Resten Folie 6

7 Die Idee-Anlage Entwurf eines Demonstrators für Applikationen der linearen ISQ Folie 7

8 Phosphorsilikatglas auf der Solarzelle Folie 8

9 Profilschnitt durch Solarzelle Folie 9

10 Solarzelle nach herkömmlichem Plasmaätzen Folie 10

11 Variante I energieunterstützte Plasmaätzung!"#$ %&'%&! &' '( Folie 11

12 ... erzeugt weniger geschädigten Emitter ) *+,-.. Problem: Biasspannung bei bewegten Substrat schwer technisch umsetzbar %&'%&! &' '( Folie 12

13 Variante II Reaktives Ionenstrahlätzen RIBE!" # '& Folie 13

14 ... auch hier wird der Emitter nicht angegriffen ) +,-. /01. Nachfolgende Veraschung von CHF- Resten erforderlich? Ionenbeschuß des Emitter? Folie 14

15 Variante III ortsaufgelöste Strahlsteuerung... '& Folie 15

16 ... erzeugt weniger geschädigten Emitter ) * 7. 8%. noch offen: exakte Vermessung der Oberflächentopologie in einem schnellen Durchlaufprozeß zur Generierung des Steuerregimes erforderlich Auflösungsvermögen der Quelle im mm Bereich wünschenswert schnelle Ansteuerung im in-lineprozeß Folie 16

17 Die Lineare LISQ x 120 mm Ionenstrahlaustrittsöffnung Ionenenergie mikrowellenangeregt reaktivgastauglich Sondenmessungen beim IOM Ätzversuche physikalisch Folie 17

18 Teststand mit Rechteckkammer Rechteckkessel 650 x 700 x 200 mm³ Turbopumpe Varian TV2K-G 2000 l/s LISQ600 im neuen Deckel (Alu) Kammer auf fahrbarem Gestell Neuer Deckel mit Meßflanschen Folie 18

19 Die Quelle strahlt : Folie 19

20 PSG-Ätzung Ätzversuche SiO 2 (PSG-Substitut) üblicherweise werden Ätzrateuntersuchungen alternativ an SiO 2 -Schichten anstelle von Phosphorsilikatglas durchgeführt, Handling von PSG ist schwierig wegen Degradationsprozessen (Wassereinbau) Schichtdicken der PSG-Reste nm Ätzrate von PSG ist 2,5 fach der Ätzrate von SiO 2 Selektiviät mit Plasmaätzprozessen ohne Substratbias max. 10:1, Wert nicht hinreichend für ein schädigungsarmes Reinigen der Wafer (lt. Aussage vom ISE Freiburg). Plasmaprozeß erfordert zusätzliches Nachveraschen der CF x -Reste in einem weitern Plasmaprozeß ==> unwirtschaftlich Folie 20

21 Experimenteller Aufbau 3x Mikrowelle 250 W CHF 3 LISQ 600 Rechteck- Rezipient Turbopumpe 2000 l/s Substrat absenkbarer Boden Versuchsablauf Parameter LISQ600 in Rechteckrezipient 800 x 800 x 400 (LxBxH) Turbopumpe 2000 l/s Gase 10 sccm CHF3, p=1,4e-4 mbar MW 3x 250 W Si-Waferstücke mit 200 nm thermischem Oxid Position in Quellenmitte Folie 21

22 Ätzraten SiO2-250V Acc Ätzrate in nm/min Ätzraten für RIBE SiO2-250V Acc SiO2 250V Acc Gitter alt reines Silizium 250Acc SiO2 250 Acc Gitter neu Beamspannung in V Folie 22

23 Ätzraten SiO2-400V Acc Ätzraten für RIBE SiO2-400V Acc Siliziumoxid 400Acc reines Silizium 400Acc Ätzrate in nm/min Beamspannung in V Folie 23

24 Selektivitäten Die Selektiviät der Ätzrate zwischen den PSG-Resten und dem dotiertem Si- Emitter kann mit Plasmaätzprozessen ohne Substratbias max. 10:1 erreicht werden ([1] K. Roth et. al.). Dieser Wert ist noch nicht hinreichend für ein schädigungsarmes Reinigen der Wafer (lt. Aussage vom ISE Freiburg). Ätzratenverhältnis SiO2/Si Selektivitäten SiO 2 :Si RIBE CHF 3 Selektivität 400V Acc Selektivität 250V Acc Gitter alt Selektivität 250 v Acc Gitter neu Beamspannung in V Folie 24

25 Zusammenfasung - Ätzraten Selektivitäten über 60:1 (SiO 2 :Si) konnten mit einem RIBE Prozeß erzielt werden, dies entspricht einer Selektivität > 200:1 (PSG:Si) Ätzraten im Bereich bis 80 nm/min ermöglichen problemlose Integration in den Gesamtprozeßablauf Einfluß des Ionenbeschuß auf den Emitter der SZ noch nicht bekannt erforderliche Druckstufe in Durchlaufanlage beachten Folie 25

26 Variante III ortsaufgelöste Strahlsteuerung... '& Folie 26

27 LISQ600 Aufbau mit freundlicher Genehmigung von Frank Scholze IOM 2003 Folie 27

28 Gittersegmentierung Beschleunigungsgitter (Accelerator) LISQ600 im Rezipienten Isolierter Plasmaraum Schirmgitter (Screen) Gittersegmente einzeln kontaktiert Matthias Nestler, Dipl.-Ing. (FH) Folie 28

29 Gittersansteuerung mit freundlicher Genehmigung von Frank Scholze IOM 2003 Folie 29

30 Variation Sperrspannung 30V 85V 70V 100V Gitterschaltung L0L0L0L0L0...; L=100% ED, 0=0% ED Folie 30

31 Abstandsvariation 42 mm 58 mm 100 mm Während bei 145mm und auch bei 100mm Quelle- Substrat-Abstand noch starke Aufweitung der Strahlbündel zum verwaschen der L0L0L0-Struktur führt, ist bei kleinen Abständen eine scharfe Trennung der Segmente im Ätzergebnis wiederzufinden. 145 mm Ubeam = 700V; Uacc = 200V t = 120s Folie 31

32 Gitter geschaltet mit SF 6 geätzte Dicke nach Farben ca. 40 nm Arbeitsabstand 190 mm LLLLLL000000LLLLLL000000LLLLLL 40 cm/min 600 ev SF6 + Argon Ätzrate beim Ätzen mit SF6 ist ca. 4 fach der physikalischen Rate beim Schleusen wurde ein Druckanstieg von 10e-4 auf 10e-3 mbar beobachtet, bei abgeschalteten Gitterspannung ist das Schleusen mit Plasma in der Quelle unproblematisch Auflösung bisher nur im cm-bereich Folie 32

33 Zusammenfassung Gitterschaltung Steuerbarkeit des Gitters konnte gezeigt werden gezeigt Optimierung des Abstandes Ätzraten und Druckverhältnisse tauglich für Prozeßintegration in Durchlaufanlage Offene Punkte Zusammenhang Tastrate - Ätzrate schnelles Meßsystem in-situ Erhöhung des Auflösungsvermögens, kleinere Ansteuereinheiten Ansteueralgorithmen --> Software Folie 33