• Title, Summary, Keyword: RIE

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Experimental Study of Microscopic Etching Shapes in the RIE Processes of Tungsten Silicide Films Using $SF_6$ Plasma ($SF_6$플라즈마를 이용한 텅스템 실리사이등 식각공정에서의 미세 식각형성 특성에 관한 연구)

  • 이창덕;박상규
    • Journal of the Korean Vacuum Society
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    • v.4 no.1
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    • pp.91-103
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    • 1995
  • SF6 플라즈마를 이용한 텅스템 실리사이드 식각공정에서 전력, 압력, 전극간 거리, 기판온도 등의 공정변수와 CI2 첨가 기체가 식각율, 이방성, RIE Lag 등의 식각특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 입력 전력이 증가할수록 식각율이 증가하였고 RIE Lag는 감소하였다. 식각율은 150mtorr에서 최대가 되었는데 이는 이온과 반응성 라디칼의 공동작용효과가 가장 크게 나타나기 때문으로 생각된다. 또한 압력이 작아질수록 이온의 에너지가 증가하고 이온의 분산현상이 감소하여 RIE Lag이 감소되었다. 전극간 거리가 감소할수록 식각율은 증가하고 RIE Lag은 감소되었으나 이방성은 악화되는 것으로 나타났다. 기판 온도가 증가할수록 표면 반응이 활발해져 총 식각율은 증가하였으며 반응성 라디칼의 도랑 내부로의 확산이 용이하게 이루어져 RIE Lag가 감소하였으나 화학적 식각의 증가로 이방성은 악화되었다. 염소의 첨가량이 증가할수록 도랑 벽면에 보호막이 형성되어 식각율 및 RIE Lag은 감소하였으며 이방성은 향상되는 것으로 나타났다.

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RIE Damage Remove Etching Process for Solar Cell Surface Texturing Using the TMAH Etching

  • O, Jeong-Hwa;Gong, Dae-Yeong;Jo, Jun-Hwan;Jo, Chan-Seop;Yun, Seong-Ho;Lee, Jong-Hyeon
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.584-584
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    • 2012
  • 결정형 실리콘 태양전지 공정 중 표면 texturing 공정은 표면에 요철을 형성시켜 반사되는 빛 손실을 줄여서, 증가된 빛 흡수 양에 의해 단락전류(Isc)를 증가시키는데 그 목적이 있다. 표면 texturing 공정은 습식 식각과 건식 식각에 의한 방법으로 나눌 수 있다. 습식 식각은 KOH, TMAH, HNA 등의 실리콘 식각 용액을 사용하여 공정상의 위험도가 크고, 사용 후 용액의 폐기물에 의한 환경오염 문제가 있다. 건식 식각은 습식 식각과 달리 폐기물의 처리가 없고 미량의 가스를 이용한다. 그리고 다결정 실리콘 웨이퍼처럼 불규칙적인 결정방향에도 영향을 받지 않는 장점을 가지고 있어서 건식 식각을 이용한 표면 texturing 공정에 관한 많은 연구가 진행되고 있으며, 특히 RIE(reactive ion etching)를 이용한 태양전지 texturing 공정이 가장 주목을 받고 있다. 하지만 기존의 RIE를 이용하여 표면 texturing 공정을 하게 되면 500 nm 이하의 needle-like 구조의 표면이 만들어진다. Needle-like 구조의 표면은 전극을 형성할 때에 접촉 면적이 좁기 때문에 adhesion이 좋지 않은 것과 단파장 대역에서 광 손실이 많다는 단점이 있다. 본 논문에서는 기존의 RIE texturing의 단점을 보완하기 위해 챔버 내부에 metal-mesh를 장착한 후 RIE를 이용하여 $1{\mu}m$의 피라미드 구조를 형성하였고, RIE 공정 시 ion bombardment에 의한 표면 손상을 제거(RIE damage remove etching)하기 위하여 10초간 TMAH(Tetramethyl -ammonium hydroxide, 25 %) 식각 공정을 하였다.

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SF6/O2 가스를 이용한 다결정 실리콘 웨이퍼 RIE Texturing이 제작된 태양전지 동작특성에 미치는 영향

  • Park, Gwang-Muk;Lee, Myeong-Bok;Jeong, Ji-Hui;Bae, So-Ik;Choe, Si-Yeong
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.395-396
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    • 2011
  • 본 논문에서는 30% 내외의 평균반사율을 가지는 다결정 실리콘 태양전지의 입사광 손실을 최소화하여 광전변환효율 극대화를 구현하기 위해서 SF6/O2 혼합가스를 이용한 RIE 표면 texturing 공정을 수행하였다. 현재 다결정 실리콘 태양전지는 다양한 방향의 grain을 가지기 때문에 단결정 실리콘에 적용되는 습식 식각 방식이 다결정 실리콘 표면 texturing에 적절하지 않은 것으로 알려져 있다. 이를 개선하기 위해서 이방성 식각 특성을 가지는 다양한 texturing 방법이 시도되고 있다. 대표적으로 기계적인 방식의 V-grooving, 레이저 grooving, 플라즈마 건식식각을 이용한 texturing 및 산 용액을 이용한 texturing 등의 연구가 보고되고 있다. 그 중에서 플라즈마 건식식각 방식의 하나인 RIE를 이용한 표면 texturing 공정이 간단한 공정과 산업계 응용의 용이성 때문에 활발히 연구되어 왔다. 특히 Sandia group과 일본 Kyocera사의 연구 결과에서는 그 가능성을 입증하고 있다. 본 연구에서는 공정의 단순화와 안전한 공정을 위해서 SF6/O2 혼합 가스를 이용하여 마스크 패턴 공정없이 RIE texturing 공정을 수행하였으며, RIE-textured 다결정 실리콘에 대해서 태양전지를 제작하여 표면 texturing이 광전변환효율에 미치는 영향에 대해서 분석하였다. 그 결과 SF6/O2 혼합 가스를 이용한 RIE texturing은 다결정 실리콘 표면에 주로 needle 구조를 형성하는 것을 확인하였다. 각 texturing 조건별 반사율의 차이는 needle 구조의 조밀도와 관련되는 것을 알 수 있었으며, 동일 공정 parameter 상에서 식각 시간 1, 2, 3, 4, 5분 기준 시간에 따른 표면 구조 분석 결과 seed 가 형성되고 그에 따라서 needle 형태로 식각되는 과정을 관찰하였다. 반사율은 분당 약 4%씩 낮아져 5분 식각 후 14.45% 까지 낮아졌으며, 표면 구조에서 폭은 약 30 nm로 모두 일정하며, 길이가 약 20, 30, 50, 80, 100 nm으로 증가되었다. 이 결과로 보아 seed로부터 needle 구조가 심화되어가는 것을 알 수 있었다. 시간에 따른 RIE texturing 후 제작된 태양전지는 효율이 1분 식각 기준 15.92%에서 약 0.35% 씩 낮아져 5분 식각 후 14.4%로 낮아졌다. Voc 는 texturing 시간에 관계없이 일정하며 Isc가 점점 감소되는 것으로 확인되었다. EQE 결과도 이와 동일하게 RIE texturing 시간이 길어질수록 전체 파장 범위에서 일정하게 낮아지는 것이 관찰되었다. Electroluminescence(EL) 이미지 결과 texturing 시간이 길어진 태양전지일수록 점점 어두운 이미지가 나타나 5분 식각의 경우 가장 어두운 결과를 나타내었다. 이런 결과는 한 가지 이유보다는 복합적인 문제로 예상되는데 궁극적으로는 RIE 공정 후 표면에 쌓인 charged particle들이 trap 준위를 형성하여 효율 및 공정상에 영향을 미친 것으로 보이며, 특히 잔류 O기가 불균일한 산화막을 형성하는 것으로 예상된다. 또한 EL 분석 결과를 볼 때 RIE texturing 공정이 길어질수록 불안정한 pn-junction을 형성하는 것을 확인하였으며, emitter 층 형성 후 PSG (phosphorous silica glass) 공정에서 needle의 상부 구조가 무너지면서 면저항이 증가된 결과로 분석된다. PSG 제거 후 측정된 면저항의 경우 3분 texturing 샘플부터 면저항이 약 4${\Omega}/sq$ 정도 증가됨을 확인하였다.

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[O2/N2] Plasma Etching of Acrylic in a Multi-layers Electrode RIE System (다층 RIE Electrode를 이용한 아크릴의 O2/N2 플라즈마 건식 식각)

  • Kim, Jae-Kwon;Kim, Ju-Hyeong;Park, Yeon-Hyun;Joo, Young-Woo;Baek, In-Kyeu;Cho, Guan-Sik;Song, Han-Jung;Lee, Je-Won
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.17 no.12
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    • pp.642-647
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    • 2007
  • We investigated dry etching of acrylic (PMMA) in $O_2/N_2$ plasmas using a multi-layers electrode reactive ion etching (RIE) system. The multi-layers electrode RIE system had an electrode (or a chuck) consisted of 4 individual layers in a series. The diameter of the electrodes was 150 mm. The etch process parameters we studied were both applied RIE chuck power on the electrodes and % $O_2$ composition in the $N_2/O_2$ plasma mixtures. In details, the RIE chuck power was changed from 75 to 200 W.% $O_2$ in the plasmas was varied from 0 to 100% at the fixed total gas flow rates of 20 sccm. The etch results of acrylic in the multilayers electrode RIE system were characterized in terms of negatively induced dc bias on the electrode, etch rates and RMS surface roughness. Etch rate of acrylic was increased more than twice from about $0.2{\mu}m/min$ to over $0.4{\mu}m/min$ when RIE chuck power was changed from 75 to 200 W. 1 sigma uniformity of etch rate variation of acrylic on the 4 layers electrode was slightly increased from 2.3 to 3.2% when RIE chuck power was changed from 75 to 200 W at the fixed etch condition of 16 sccm $O_2/4\;sccm\;N_2$ gas flow and 100 mTorr chamber pressure. Surface morphology was also investigated using both a surface profilometry and scanning electron microscopy (SEM). The RMS roughness of etched acrylic surface was strongly affected by % $O_2$ composition in the $O_2/N_2$ plasmas. However, RIE chuck power changes hardly affected the roughness results in the range of 75-200 W. During etching experiment, Optical Emission Spectroscopy (OES) data was taken and we found both $N_2$ peak (354.27 nm) and $O_2$ peak (777.54 nm). The preliminarily overall results showed that the multi-layers electrode concept could be successfully utilized for high volume reactive ion etching of acrylic in the future.

A Study on the Effect of Polyetherimide Surface Treatment on the Adhesion and High Temperature/High Humidity Reliability of MCM-D Interface (Polyetherimide 접착제의 표면 처리에 따른 MCM-D 계면 접착력 및 고온고습 신뢰성 변화에 관한 연구)

  • Yoon, Hyun-Gook;Ko, Hyoung-Soo;Paik, Kyung-Wook
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.9 no.12
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    • pp.1176-1180
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    • 1999
  • The adhesion strength and high temperature/high humidity reliability of polyetherimide (PEI) adhesive on silicon wafer after being treated by each reactive ion etching (RIE) Aluminum (Al)-chelate adhesion promoter were investigated. 180$^{\circ}$ peel test and <85$^{\circ}C$ 85%> humidity test were performed for the initial adhesion strength and high temperature/high humidity reliability, respectively. For investigating surface effect scanning electron microscope (SEM), atomic force microscope (AFM), deionized (DI)-water contact angle studies were carried out. To investigate RIE effect, PEI was treated with $^O_2$ RIE, and then laminated. The initial peel strength increased slightly from 1.6 kg/cm for the first 2 minutes, and then decreased. High temp/high humid resistance decreased rapidly by RIE etching. RIE treatment on PEI affected on both of roughness and hydrophilicity increase. Aluminum-chelate adhesion promoter was coated by spinning on silicon wafer. The initial peel strength showed no effect of adhesion promoter treatment, but high temp/high humidity resistance increased remarkably. Al-chelate adhesion promoter did not affect the roughness but increased hydrophilicity.

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다결정 3C-SiC 박막의 마그네트론 RIE 식각 특성

  • On, Chang-Min;Jeong, Gwi-Sang
    • Proceedings of the Korean Society Of Semiconductor Equipment Technology
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    • pp.183-187
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    • 2007
  • The magnetron reactive ion etching (RIE) characteristics of polycrystalline (poly) 3C-SiC grown on $SiO_2$/Si substrate by APCVD were investigated. Poly 3C-SiC was etched by $CHF_3$ gas, which can form a polymer as a function of side wall protective layers, with additive $O_2$ and Ar gases. Especially, it was performed in magnetron RIE, which can etch SiC at lower ion energy than a commercial RIE system. Stable etching was achieved at 70 W and the poly 3C-SiC was undamaged. The etch rate could be controlled from $20\;{\AA}/min$ to $400\;{\AA}/min$ by the manipulation of gas flow rates, chamber pressure, RF power, and electrode gap. The best vertical structure was improved by the addition of 40 % $O_2$ and 16 % Ar with the $CHF_3$ reactive gas. Therefore, poly 3C-SiC etched by magnetron RIE can expect to be applied to M/NEMS applications.

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A study on polycrystalline 3C-SiC etching with magnetron applied reactive ion etching for M/NEMS applications (마그네트론 RIE을 이용한 M/NEMS용 다결정 3C-SiC 식각 연구)

  • Chung, Gwiy-Sang;Ohn, Chang-Min;Nam, Chang-Woo
    • Journal of Sensor Science and Technology
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    • v.16 no.3
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    • pp.197-201
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    • 2007
  • The magnetron reactive ion etching (RIE) characteristics of polycrystalline (poly) 3C-SiC grown on $SiO_{2}$/Si substrate by APCVD were investigated. Poly 3C-SiC was etched by $CHF_{3}$ gas, which can form a polymer as a function of side wall protective layers, with additive $O_{2}$ and Ar gases. Especially, it was performed in magnetron RIE, which can etch SiC at a lower ion energy than a commercial RIE system. Stable etching was achieved at 70 W and the poly 3C-SiC was undamaged. The etch rate could be controlled from $20\;{\AA}/min$ to $400\;{\AA}/min$ by the manipulation of gas flow rates, chamber pressure, RF power, and electrode gap. The best vertical structure was improved by the addition of 40 % $O_{2}$ and 16 % Ar with the $CHF_{3}$ reactive gas. Therefore, poly 3C-SiC etched by magnetron RIE can expect to be applied to M/NEMS applications.

Study of Low Reflectance and RF Frequency by Rie Surface Texture Process in Multi Crystall Silicon Solar Cells (공정가스와 RF 주파수에 따른 웨이퍼 표면 텍스쳐 처리 공정에서 저반사율에 관한 연구)

  • Yun, Myoung-Soo;Hyun, Deoc-Hwan;Jin, Beop-Jong;Choi, Jong-Young;Kim, Joung-Sik;Kang, Hyoung-Dong;Yi, Jun-Sin;Kwon, Gi-Chung
    • Journal of the Korean Vacuum Society
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    • v.19 no.2
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    • pp.114-120
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    • 2010
  • Conventional surface texturing in crystalline silicon solar cell have been use wet texturing by Alkali or Acid solution. But conventional wet texturing has the serious issue of wafer breakage by large consumption of wafer in wet solution and can not obtain the reflectance below 10% in multi crystalline silicon. Therefore it is focusing on RIE texturing, one method of dry etching. We developed large scale plasma RIE (Reactive Ion Etching) equipment which can accommodate 144 wafers (125 mm) in tray in order to provide surface texturing on the silicon wafer surface. Reflectance was controllable from 3% to 20% in crystalline silicon depending on the texture shape and height. We have achieved excellent reflectance below 4% on the weighted average (300~1,100 nm) in multi crystalline silicon using plasma texturing with gas mixture ratio such as $SF_6$, $Cl_2$, and $O_2$. The texture shape and height on the silicon wafer surface have an effect on gas chemistry, etching time, RF frequency, and so on. Excellent conversion efficiency of 16.1% is obtained in multi crystalline silicon by RIE process. In order to know the influence of RF frequency with 2 MHz and 13.56 MHz, texturing shape and conversion efficiency are compared and discussed mutually using RIE technology.

Characteristics of Double Texturization by Laser and Reactive Ion Etching for Crystalline Silicon Solar Cell (레이저를 이용한 결정질 실리콘 태양전지의 Double Texturing 제조 및 특성)

  • Kwon, Jun-Young;Han, Kyu-Min;Choi, Sung-Jin;Song, Hee-Eun;Yoo, Jin-Soo;Yoo, Kwon-Jong;Kim, Nam-Soo
    • Korean Journal of Materials Research
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    • v.20 no.12
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    • pp.649-653
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    • 2010
  • In this paper, double texturization of multi crystalline silicon solar cells was studied with laser and reactive ion etching (RIE). In the case of multi crystalline silicon wafers, chemical etching has problems in producing a uniform surface texture. Thus various etching methods such as laser and dry texturization have been studied for multi crystalline silicon wafers. In this study, laser texturization with an Nd:$YVO_4$ green laser was performed first to get the proper hole spacing and $300{\mu}m$ was found to be the most proper value. Laser texturization on crystalline silicon wafers was followed by damage removal in acid solution and RIE to achieve double texturization. This study showed that double texturization on multi crystalline silicon wafers with laser firing and RIE resulted in lower reflectance, higher quantum yield and better efficiency than that process without RIE. However, RIE formed sharp structures on the silicon wafer surfaces, which resulted in 0.8% decrease of fill factor at solar cell characterization. While chemical etching makes it difficult to obtain a uniform surface texture for multi crystalline silicon solar cells, the process of double texturization with laser and RIE yields a uniform surface structure, diminished reflectance, and improved efficiency. This finding lays the foundation for the study of low-cost, high efficiency multi crystalline silicon solar cells.

Influence of Crystalline Si Solar Cell by Rie Surface Texturing (RIE 표면 텍스쳐링 모양에 따른 결정질 실리콘 태양전지의 영향)

  • Park, In-Gyu;Yun, Myoung-Soo;Hyun, Deoc-Hwan;Jin, Beop-Jong;Choi, Jong-Yong;Kim, Joung-Sik;Kang, Hyoung-Dong;Kwon, Gi-Chung
    • Journal of the Korean Vacuum Society
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    • v.19 no.4
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    • pp.314-318
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    • 2010
  • We fabricated a plasma texturing for multi-crystalline silicon cells using reactive ion etching (RIE). Multi-crystalline Si cells have not benefited from the cost-effective wet-chemical texturing processes that reduce front surface reflectance on single-crystal wafers. Elimination of plasma damage has been achieved while keeping front reflectance to extremely low levels. We will discuss reflectance, quantum efficiency and conversion efficiency for multi-crystalline Si solar cell by each RIE process conditions.