CN101587291B - 基于uv固化工艺在硅片表面丝网印刷精细掩膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明基于UV固化工艺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、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光敏液态材料印刷在硅片表面上，形成掩膜图形；步骤3、将硅片表面上丝网印刷的液态材料用紫外光照射固化，得到固化精细掩膜图形；步骤4、烘干。本发明方法，在硅片表面用丝网印刷液态材料，然后将液态材料快速固化，限制了液态材料的铺展，提高了掩膜的分辨率，减小了线宽，实现了在硅片表面低成本制作精细掩膜的目的。

Description

基于UV固化工艺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印刷精细掩膜图形的技术，具体说是一种基于UV固化工艺在硅片表面丝网印刷精细掩膜的方法，实现对硅片的选择性刻蚀或注入掺杂，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硅片，实现局部刻蚀，要求掩膜的线宽约100um以下，称为精细掩膜。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：1.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90℃到100℃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液态材料，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，液态材料印刷后被加热固化，这个过程中液态材料在硅片上铺展，使液态材料的边缘变得不清晰，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UV固化工艺在硅片表面丝网印刷精细掩膜的方法，可以在硅片表面低成本制作精细掩膜。
本发明基于UV固化工艺在硅片表面丝网印刷精细掩膜的方法，基本思路是：在硅片表面用丝网印刷液态材料，然后将液态材料用紫外光照射快速固化，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，限制液态材料的铺展，提高了掩膜的分辨率，减小了线宽。
本发明基于UV固化工艺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℃；
所述H2SO4和H2O2混合溶液，H2SO4浓度(质量百分比)为90％～98％，H2O2浓度(质量百分比)为25％～32％，两组分体积比为：H2SO4溶液∶H2O2溶液＝50∶1～80∶1。
2、用丝网印刷的方法将光敏液态材料印刷在硅片表面上，形成掩膜图形(简称掩膜)，硅片表面所形成的掩膜厚度为20～100um；所述光敏液态材料对波长100nm～900nm的紫外光具有光敏性能，粘度为500～1000cps；
所述光敏液态材料，其组分为光固化剂、溶剂和低分子聚合物，各组分质量百分比为：光固化剂40％～20％，溶剂30％～20％：低分子聚合物60％～30％；
所述光固化剂可选苯偶姻和苯偶酰缩酮的衍生物(如苯偶姻醚、苯偶酰缩酮等)、苯乙酮衍生物(如对苯氧基2α、12羟基环乙基苯乙酮等)、芳香酮(如二苯甲酮、氯化二苯甲酮等)或酰基磷化氢化合物；
所述溶剂可选丁二醇、新戊二醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、聚乙二醇或二丙烯酸酯；
所述低分子聚合物可选环氧树脂、聚胺脂丙烯酸脂、聚酯丙烯酸脂、聚醚丙烯酸脂或环氧丙烯酸脂。
所述光敏液态材料中也可加入填料增厚剂以调节其粘度和固化速度；所述填料增厚剂可以是：SiO2，加入量为质量百分比为5％～12％(与上述光敏液态材料之比)。
3、将硅片表面上丝网印刷的液态材料用紫外光照射固化，限制液态材料的铺展，得到固化精细掩膜图形；根据本步骤的发明目的，本领域技术人员可以清楚得知，紫外光照射固化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。
所述紫外光照射固化，采用的紫外光源可以是中心波长在100nm～900nm范围内的激光器、半导体二极管、高压汞灯或超高压汞灯，也可以是中心波长在100nm～900nm范围内的激光器、半导体二极管、高压汞灯或超高压汞灯中的两种或多种光源组合而成的组合型光源；硅片的温度应保持在40℃～70℃之间；
4、烘干，将固化后的掩膜放到40℃以上的环境中烘烤，去除掩膜中存留的溶剂，提高粘附性；烘烤的温度上限以不使掩膜变形为限。
根据掩膜的用途，应该选择光敏液态材料的组分为耐腐蚀或耐高温材料。
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，在硅片表面用丝网印刷液态材料，然后将液态材料快速固化，限制了液态材料的铺展，提高了掩膜的分辨率，减小了线宽，实现了在硅片表面低成本制作精细掩膜的目的。
附图说明
图1是硅片(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：1是硅片，2是掩膜，3是掩膜图形线条。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例1、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：配制光敏液态材料。其组分为光固化剂、溶剂和低分子聚合物，各组分质量百分比为：光固化剂40％～20％，溶剂30％～20％：低分子聚合物60％～30％；
所述光固化剂可选苯偶姻和苯偶酰缩酮的衍生物(如苯偶姻醚、苯偶酰缩酮等)、苯乙酮衍生物(如对苯氧基2α、12羟基环乙基苯乙酮等)、芳香酮(如二苯甲酮、氯化二苯甲酮等)或酰基磷化氢化合物；
所述溶剂可选丁二醇、新戊二醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、聚乙二醇或二丙烯酸酯；
所述低分子聚合物可选环氧树脂、聚胺脂丙烯酸脂、聚酯丙烯酸脂、聚醚丙烯酸脂或环氧丙烯酸脂。
所述光敏液态材料中加入多少什么填料增厚剂以调节其粘度和固化速度。
按照上述组分和配比配制的光敏液态材料均可适用于本实施例和下述的各实施例。
准备紫外光源，下述紫外光源均可适用于本实施例和下述各实施例：
中心波长在100nm～900nm范围内的激光器、半导体二极管、高压汞灯或超高压汞灯，或中心波长在100nm～900nm范围内的激光器、半导体二极管、高压汞灯或超高压汞灯中的两种或多种光源组合而成的组合型光源。
1、将硅片表面的有机物清洗干净，清洗液选H2SO4和H2O2混合溶液。所述H2SO4和H2O2混合溶液，H2SO4浓度(质量百分比)为90％～98％，H2O2浓度(质量百分比)为25％～32％，两组分体积比为：H2SO4溶液∶H2O2溶液＝50∶1～80∶1。按照上述配比配制的H2SO4和H2O2混合溶液均可适用于本实施例和下面所述的实施例。再用去离子水清洗硅片，然后在60℃～100℃温度条件下烘干。
2、用丝网印刷的方法将光敏液态材料印刷在硅片表面上，形成掩膜图形，硅片表面所形成的掩膜厚度为20um；所述光敏液态材料对波长100nm～900nm的紫外光具有光敏性能，粘度为500cps；
3、将硅片表面上丝网印刷的液态材料用紫外光照射固化，紫外光照射固化的时间为0.5s～20s，硅片的温度应保持在？℃～70℃之间。得到固化精细掩膜图形。
4、将固化后的掩膜放到40℃以上的环境中烘烤，去除掩膜中存留的溶剂，提高粘附性；烘烤的温度上限以不使掩膜变形为限。
实施例2、与实施例1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1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。

Claims (6)

1.基于UV固化工艺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，烘干温度为：60℃～100℃；
步骤2、用丝网印刷的方法将光敏液态材料印刷在硅片表面上，形成掩膜图形，硅片表面所形成的掩膜图形厚度为20～100um；所述光敏液态材料对波长100nm～900nm的紫外光具有光敏性能，粘度为500～1000cps；
步骤3、将硅片表面上丝网印刷的液态材料用紫外光照射固化，限制液态材料的铺展，得到固化精细掩膜图形；硅片的温度保持在40℃～70℃之间；
步骤4、烘干，将固化后的掩膜放到40℃以上的环境中烘烤，去除掩膜中存留的溶剂，烘烤的温度上限以不使掩膜变形为限。
2.根据权利要求1所述基于UV固化工艺在硅片表面丝网印刷精细掩膜的方法，其特征是：所述H2SO4和H2O2混合溶液，H2SO4浓度为质量百分比90％～98％，H2O2浓度为质量百分比25％～32％，两组分体积比为：H2SO4溶液∶H2O2溶液＝50∶1～80∶1。
3.根据权利要求1所述基于UV固化工艺在硅片表面丝网印刷精细掩膜的方法，其特征是：所述光敏液态材料，其组分为光固化剂、溶剂和低分子聚合物，各组分质量百分比为：光固化剂40％～20％，溶剂30％～20％：低分子聚合物60％～30％。
4.根据权利要求3所述基于UV固化工艺在硅片表面丝网印刷精细掩膜的方法，其特征是：所述光固化剂为选苯偶姻和苯偶酰缩酮的衍生物、苯乙酮衍生物、芳香酮或酰基磷化氢化合物；
所述溶剂为丁二醇、新戊二醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、聚乙二醇或二丙烯酸酯；
所述低分子聚合物为环氧树脂、聚胺脂丙烯酸脂、聚酯丙烯酸脂、聚醚丙烯酸脂或环氧丙烯酸脂。
5.根据权利要求3或4所述基于UV固化工艺在硅片表面丝网印刷精细掩膜的方法，其特征是：所述光敏液态材料中加入增厚剂SiO2，SiO2加入量为所述光敏液态材料的质量百分比5％～12％。
6.根据权利要求1所述基于UV固化工艺在硅片表面丝网印刷精细掩膜的方法，其特征是：所述紫外光照射固化，采用的紫外光源是：
中心波长在100nm～900nm范围内的激光器、半导体二极管、高压汞灯或超高压汞灯，
或中心波长在100nm～900nm范围内的激光器、半导体二极管、高压汞灯或超高压汞灯中的两种或多种光源组合而成的组合型光源。
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