基于真空冻干技术在硅片表面丝网印刷精细掩膜的方法

专利名称：基于真空冻干技术在硅片表面丝网印刷精细掩膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种在硅片上丝网印刷精细掩膜图形的技术，具体说是一种基 于真空冻干技术在硅片表面丝网印刷精细掩膜的方法，可用于太阳能电池或集 成电路的制造。技术背景在太阳能电池局部扩散、埋栅电极或集成电路布线工艺中用掩膜选择性地 保护硅片基底，实现局部刻蚀，要求掩膜图形的线宽约100um以下，称为精细 掩膜(或精细掩膜图形)。太阳能电池、集成电路制造中常使用光刻的方法制作 掩膜图形，光刻显影后掩膜图形出现在硅片上，然后用一种化学刻蚀工艺把薄 膜图形成像在硅片上，或者被送到离子注入工作区来完成硅片上图形区中可选 择的掺杂。转移到硅片上的掩膜图形决定了器件的众多特征，例如通孔、器件各层间必要的互连线以及硅掺杂区。光刻过程的步骤为l.前处理，清洗、脱水和硅片表面成底膜处理，目的是 增强硅片和光刻胶之间的粘附性；2.匀胶，硅片被固定在一个真空载片台上， 它是一个表面有很多真空孔以便固定硅片的金属或聚四氟乙烯圆盘，液体光刻 胶滴在硅片上，然后硅片旋转得到一层均匀的光刻胶涂层；3.软烘，在9(TC到 IO(TC下烘烤，去除光刻胶中的溶剂，提高粘附性和均匀性；4.曝光，光能激活 光刻胶中的光敏成分将掩膜版图形转移到涂胶的硅片上；5.显影，光刻胶上的 可溶解区域被化学显影剂溶解，将可见的岛或者窗口图形留在硅片表面。6.坚膜烘焙，烘焙要求挥发掉存留的光刻胶溶剂，稳固光刻胶。完成以上六步就在 硅片上形成了刻蚀或注入掺杂的掩膜。这种制作方法过程复杂、对工艺条件要求很高，而且设备昂贵，据S. Campbell估计，光刻成本在整个IC加工成本中 几乎占到三分之一。这种昂贵的技术不适合商业化太阳能电池的生产应用。印刷电路板行业用丝网印刷技术在覆铜树脂板上印刷油墨，作为电路的刻 蚀掩膜，该技术对工艺和设备的要求低，是一种低成本的掩膜技术，油墨印刷 后被加热固化，这个过程中油墨在基底上铺展，使油墨的边缘变得不清晰，线 宽很难控制，它所能得到的最小线宽约为300um，远远不能满足太阳能电池行业 的要求。发明内容本发明所要解决的技术问题，就在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种 基于真空冻千技术在硅片表面丝网印刷精细掩膜的方法，这种方法由两个步骤组成印刷、快速固化。由于涂料快速固化，限制了它在基底上的铺展，线宽可以被很好地控制，该方法得到的掩膜最小线宽为70um，满足太阳能电池的要 求。与光刻相比，这种方法不需要昂贵的设备，可以极大地降低制作掩膜的成本。本发明基于真空冻千技术在硅片表面丝网印刷精细掩膜的方法，在硅片上 用丝网印刷液态材料，然后将其快速固化，其特征在于用丝网印刷液态材料， 然后在短时间内将液态材料快速固化，限制涂料的铺展，提高了掩膜的分辨率，减小了线宽。本发明基于真空冻千技术在硅片表面丝网印刷精细掩膜的方法，其工艺步骤如下1、 清洗硅片表面的有机物，清洗液选H2S04和H202混合溶液；再用去离子水 清洗硅片，然后烘干，增加硅片表面的黏附性，烘干温度为6CTC 10(TC;所述H2S04和H202混合溶液，H2S04浓度(质量百分比)为90% 98%， H202 浓度(质量百分比)为25% 32%，两组分体积比为H2S04溶液&02溶液二 50: 1 80: 1。2、 用丝网印刷的方法将液态材料印刷在硅片表面(基底表面)上，形成掩 膜图形(简称掩膜)，掩膜的膜厚为20 70mn。所述液态材料的的粘度为500 1000cps，成份为高分子聚合物粉体和溶剂， 高分子聚合物粉体和溶剂的质量百分比为 高分子聚合物粉体80% 70% 溶剂 30% 20%;所述高分子聚合物粉体可选环氧树脂、聚胺脂丙烯酸脂、聚酯丙烯酸脂、 聚醚丙烯酸脂、环氧丙烯酸脂中的一种或两种以上的组合；高分子聚合物粉体 颗粒直径应小于20um至现有技术所能达到的最小细度；所述溶剂可选丙酮、乙二醇、丁二醇、新戊二醇、乙二醇、二甘醇、三甘 醇、聚乙二醇或二丙烯酸酯。3、 将印刷好的硅片立即放入真空冻干设备中，温度调至-1(TC -3(TC范围， 压强为1.3Pa 30Pa，真空冻干的时间为10min 30min。根据本步骤的发明目 的，本领域技术人员可以清楚得知，硅片真空冻干与丝网印刷在硅片表面上形 成掩膜图形的时间间隔越短越好。由于在短时间内液态材料被快速冷冻固化，限制了铺展，提高了掩膜的分辨率，减小了线宽。在真空室的低压环境中液态材料中的溶剂快速挥发，回到 室外后，液态材料也不会重新融化变形。
选择性刻蚀或注入掺杂后，将硅片浸入掩膜清洗液中清理表面的高分子聚
合物。掩膜清洗液可以选择有机溶剂如丙酮，也可以选择碱液如NaOH溶液。
本发明方法，由于涂料快速固化，限制了它在基底上的铺展，线宽可以被 很好地控制，该方法得到的掩膜最小线宽为70um，满足太阳能电池的要求。与 光刻相比，这种方法不需要昂贵的设备，可以极大地降低制作掩膜的成本。


图l是硅片(又称基片、基底)、掩膜及掩膜图形线条(又称选择性刻蚀或 注入掺杂窗口)示意图。
其中l是硅片，2是掩膜，3是掩膜图形线条。
具体实施例方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例l、用本发明的方法在太阳能硅片表面丝网印刷精细掩膜，掩膜的线
宽在70um 100um之间。
首先，配制液态材料。液态材料的的粘度为500 1000cps，成份为高分子 聚合物粉体和溶剂，高分子聚合物粉体和溶剂的质量百分比为 高分子聚合物粉体80% 70% 溶剂 30% 20%; 所述高分子聚合物粉体可选环氧树脂、聚胺脂丙烯酸脂、聚酯丙烯酸脂、
聚醚丙烯酸脂、环氧丙烯酸脂中的一种或两种以上的组合；高分子聚合物粉体颗粒直径应小于20um至现有技术所能达到的最小细度；
所述溶剂可选丙酮、乙二醇、丁二醇、新戊二醇、乙二醇、二甘醇、三甘 醇、聚乙二醇或二丙烯酸酯。
按照上述组分和配比配制的液态材料均可适用于本实施例和下述的各实施例。
1、 清洗硅片表面的有机物，清洗液选H2S04和H202混合溶液；再用去离子水 清洗硅片，然后烘干，增加硅片表面的黏附性，烘干温度为6(TC 100。C;
所述H2S04和H202混合溶液，H2S04浓度(质量百分比)为90% 98%， H202 浓度(质量百分比)为25% 32%，两组分体积比为H2S04溶液11202溶液= 50: 1 80: 1。
按照上述配比配制的H2S04和14202混合溶液均可适用于本实施例和下面所述
2、 用丝网印刷的方法将上述配制的液态材料印刷在硅片表面上，形成掩膜 图形，掩膜的膜厚为20um。所述液态材料的的粘度为500cps。
3、 将印刷好的硅片立即放入真空冻干设备中，温度调至-l(TC -3(TC范围， 压强为1.3Pa 30Pa,真空冻干的时间为10min 30min。根据本步骤的发明目 的，本领域技术人员可以清楚得知，硅片真空冻干与丝网印刷在硅片表面上形 成掩膜图形的时间间隔越短越好。
实施例2、与实施例l基本相同，所不同的是，硅片表面所形成的掩膜厚 度为100um;所述光敏液态材料的粘度为1000cps。实施例3、与实施例l基本相同，所不同的是，硅片表面所形成的掩膜厚 度为50um;所述光敏液态材料的粘度为800cps。
权利要求
1、基于真空冻干技术在硅片表面丝网印刷精细掩膜的方法，其工艺步骤如下步骤1、清洗硅片表面的有机物，清洗液选H2SO4和H2O2混合溶液；再用去离子水清洗硅片，然后烘干，增加硅片表面的黏附性，烘干温度为60℃～100℃；步骤2、用丝网印刷的方法将液态材料印刷在基底表面上，形成掩膜图形，掩膜的膜厚为20～70um；步骤3、将印刷好的硅片立即放入真空冻干设备中，温度调至-10℃～-30℃范围，压强为1.3Pa～30Pa，真空冻干的时间为10min～30min。。
2、 根据权利要求l所述基于真空冻干技术在硅片表面丝网印刷精细掩膜的 方法，其特征是步骤l中所述H2S04和H202混合溶液，H2S(X浓度为质量百分比 90°/。 98%， ^02浓度为质量百分比25% 32%，两组分体积比为仏504溶液 &02溶液=50: 1 80: 1。
3、 根据权利要求l所述基于真空冻干技术在硅片表面丝网印刷精细掩膜的 方法，其特征是步骤2中所述液态材料的的粘度为500 1000cps，成份为高 分子聚合物粉体和溶剂，高分子聚合物粉体和溶剂的质量百分比为高分子聚合物粉体80% 70%; 溶剂 30% 20% 。
4、 根据权利要求3所述基于真空冻干技术在硅片表面丝网印刷精细掩膜的 方法，其特征是所述高分子聚合物粉体为环氧树脂、聚胺脂丙烯酸脂、聚酯丙烯酸脂、聚醚丙烯酸脂、环氧丙烯酸脂中的一种或两种以上的组合；髙分子聚合物粉体颗 粒直径应小于20um;所述溶剂为丙酮、乙二醇、丁二醇、新戊二醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、 聚乙二醇或二丙烯酸酯。
全文摘要
本发明公开了基于真空冻干技术在硅片表面丝网印刷精细掩膜的方法，其工艺步骤步骤1.用H₂SO₄和H₂O₂混合溶液清洗硅片表面的有机物，再用去离子水清洗硅片，然后烘干；步骤2.用丝网印刷的方法将液态材料印刷在基底表面上，形成掩膜图形，掩膜的膜厚为20～70um；步骤3.将印刷好的硅片真空冻干；选择性刻蚀或注入掺杂后，将硅片浸入掩膜清洗液中清理表面的高分子聚合物。本发明方法，由于涂料快速固化，限制了它在基底上的铺展，线宽可以被很好地控制，该方法得到的掩膜最小线宽为70um，满足太阳能电池的要求。与光刻相比，这种方法不需要昂贵的设备，可以极大地降低制作掩膜的成本。
文档编号H01L31/18GK101593793SQ200910032458
公开日2009年12月2日 申请日期2009年7月8日 优先权日2009年7月8日
发明者倪志春, 宫昌萌, 王艾华, 赵建华 申请人:中电电气(南京)光伏有限公司