光伏电池---硅片的刻蚀

1、 刻蚀及去刻蚀及去PSG工艺工艺 主要内容 n刻 蚀 及 去 P S G 目 的 n刻 蚀 及 去 P S G 原 理 nR E N A 工 艺 流 程 n工 艺 常 见 问 题 以 及 解 决 方 法 n刻 蚀 工 艺 岗 位 职 责 n注 意 事 项 一、刻蚀及去PSG目的 n1.1 刻蚀目的 n 由于在扩散过程中，即使采用背靠背的单面扩散方 式，硅片的所有表面（包括边缘）都将不可避免地扩 散上磷。PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘 扩散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路，此短 路通道等效于降低并联电阻。 n 经过刻蚀工序，硅片边缘带有的磷将会被去除干净， 避免PN结短路造成并联

2、电阻降低。 n 1.2 去PSG目的 n 由于在扩散过程中氧的通入，在硅片表面形成一层SiO2，在高 温下POCl3与O2形成的P2O5，部分P原子进入Si取代部分晶格上的Si 原子形成n型半导体，部分则留在了SiO2中形成PSG。 n 磷硅玻璃的存在使得硅片在空气中表面容易受潮，导致电流的降 低和功率的衰减。 n 死层的存在大大增加了发射区电子的复合，会导致少子寿命的降 低，进而降低了Voc和Isc。 n 磷硅玻璃的存在使得PECVD后产生色差,在PECVD工序将使 镀的SIxNy容易发生脱落，降低电池的转换效率 6 二、湿法刻蚀及去PSG原理 n2.1 湿法刻蚀原理：利用HNO3和HF的混

3、合液体对扩散后硅片下表面和边缘进行腐 蚀,去除边缘的N型硅,使得硅片的上下表面相互绝缘。 边缘刻蚀原理反应方程式： n 3Si + 4HNO3+18HF =3H2 SiF6 + 4NO23Si + 4HNO3+18HF =3H2 SiF6 + 4NO2 + 8H2O + 8H2O LOREM IPSUM DOLOR 2. 2 去 P S G 原 理： S i O 2 + 4 H F = S i F 4 + 2 H 2 O S i F 4 + 2 H F = H 2 S i F 6 S i O 2 + 6 H F = H 2 S i F 6 + 2 H 2 O 去 P S G 工 序 检 验 方

4、 法： 当 硅 片 从 H F 槽 出 来 时， 观 察 其 表 面 是 否 脱 水， 如 果 脱 水， 则 表 明 磷 硅 玻 璃 已 去 除 干 净； 如 果 表 面 还 沾 有 水 珠， 则 表 明 磷 硅 玻 璃 未 被 去 除 干 净， 可 在 H F 槽 中 适 当 补 些 H F。 三、RENA InOxSide 工艺流程 水洗槽 水洗槽 Rena inOxside 制绒槽 吹干槽 传递过程 上片 扩散后接收 碱洗槽 水洗槽 酸洗槽 下片 刻蚀设备 n RENA InOxSide的主体分为以下七个槽，此外还有 滚轮、排风系统、自动及手动补液系统、循环系统和温 度控制系统等。 Et

5、ch bathRinse1 Alkaline Rinse Rinse2 HF bath Rinse3Dryer2 3.1 刻蚀槽 n 所用溶液为HF+HNO3+H2SO4，边缘刻蚀，除去边 缘PN结，使电流朝同一方向流动，发生下列化学反应： n 3Si + 18HF + 4HNO3 3H2SiF6 + 8H2O + 4NO n注意：扩散面须向上放置， H2SO4硫酸不参与反应， 仅仅是增加氢离子浓度，加快反应，增加溶液黏度 （增大溶液与PSG薄层间的界面张力）和溶液密度， 使硅片很好的浮于反应液上（仅上边缘2mm左右和下 表面与液体接触）。 3.2 碱洗槽 n KOH喷淋中和前道刻蚀后残留在硅

6、片表面的酸液， 去除硅片表面的多孔硅及其杂质，去除扩散形成的染 色，KOH溶液依靠冷却水降温保持在20左右，主要 发生下列化学反应： n Si+2KOH+H2O = K2SiO3+2H2 3.3 酸洗槽 n H F 循 环 冲 刷 喷 淋 中 和 前 道 碱 洗 后 残 留 在 硅 片 表 面 的 碱 液， 去 除 硅 片 表 面 的 磷 硅 玻 璃， 主 要 发 生 下 列 化 学 反 应： n H F + S i O 2 H 2 S i F 6 + H 2 O 四、工艺常见问题以及解决方法 4. 1、 腐 蚀 深 度： 工 艺 控 制 在 1. 2 0. 2 m n 检 测 仪 器： 电

7、子 称 n 腐 蚀 深 度 是 表 征 片 子 刻 通 与 否 的 一 个 重 要 参 数， 通 过 测 量 刻 蚀 前 后 片 子 减 薄 量， 可 以 计 算 出 腐 蚀 深 度， 根 据 具 体 测 量 情 况 可 以 改 变 工 艺 参 数: n槽体温度 原则上温度控制在8度，一般上下浮动1-2度，调整梯度为0.5-1 度，温度升高腐蚀深度增加，反之。温度可以作为刻蚀速率的调节手段， 但是这是最后的手段。由于温度较高的情况下，刻蚀溶液在刻蚀槽时会不 稳定，所以一般不宜长时间超过10度，当前我们的补液能保证刻蚀速率不 下降，所以我们无需调高刻蚀溶液的温度。 n滚轴速度 原则上带速控制在1

8、.0-1.5m/min，调整梯度式0.1-0.2 m/min， 速度越快，腐蚀深度越小，反之。 n 自动补液 调整自动补液的周期以及自动补液量（HF HNO3），补液周期越短，补液量越大，腐蚀深度越大， 反之。 n 手动补液 可以手动添加化学品（HF HNO3 DI水），一 般在腐蚀深度偏差较大时进行手动补液，一般在换液初 期和槽体寿命快到时。 4.2、刻蚀线：可能出现过刻或刻蚀不足的情况，一般不超 过2mm，通过肉眼观察，也可通过冷热探针测量边缘电压 来判断是否刻通。 刻蚀不足：一般首先通过调节参数保证腐蚀深度在工 艺控制范围内即可。 检验方法 n 冷热探针法 冷热探针法测导电型号 检验原理

9、 n热探针和N型半导体接触时，传导电子将流向温度较低 的区域，使得热探针处电子缺少，因而其电势相对于 同一材料上的室温触点而言将是正的。 n同样道理，P型半导体热探针触点相对于室温触点而言 将是负的。 n此电势差可以用简单的微伏表测量。 n热探针的结构可以是将小的热线圈绕在一个探针的周 围，也可以用小型的电烙铁。 检验操作及判断 n确 认 万 用 表 工 作 正 常， 量 程 置 于 2 0 0 m V。 n冷 探 针 连 接 电 压 表 的 正 电 极， 热 探 针 与 电 压 表 的 负 极 相 连。 n用 冷、 热 探 针 接 触 硅 片 一 个 边 沿 不 相 连 的 两 个 点， 电

10、 压 表 显 示 这 两 点 间 的 电 压 为 正 值， 说 明 导 电 类 型 为 P 型， 刻 蚀 合 格。 相 同 的 方 法 检 测 另 外 三 个 边 沿 的 导 电 类 型 是 否 为 P 型。 n如 果 经 过 检 验， 任 何 一 个 边 沿 没 有 刻 蚀 合 格， 则 这 一 批 硅 片 需 要 重 新 进 行 刻 蚀。 n 过刻以及刻蚀线不齐解决方法过刻以及刻蚀线不齐解决方法： n 抽风：抽风在很大程度上会影响到刻蚀槽液面波动，而 刻蚀槽任何的液面波动，对在液面上运行的硅片都有很 大影响，抽风对刻蚀线宽影响很大，调节以前首先要观 察好时片子哪条边刻蚀线宽异常再进行相应处

11、理，一般 不建议调整。 n 循环流量：调节循环流量，观察刻蚀效果，一般情况下， 循环流量增加刻蚀线宽增加，反之。 n 溶液比例：添加H2SO4,可以调整溶液粘稠度，增加溶液 的浮力。 n 此外，片与片之间的间距、滚轴的水平程度、滚轴 和内槽槽边高度水平等都会影响到刻蚀线宽，发现此类 问题及时通知相关人员进行处理，保证四周刻蚀均匀， 无过刻以及刻不通现象 。 n 一般来说，只要保证腐蚀深度在工艺控制范围，且刻 蚀线正常，片子就一定能刻通。 n4.3 碎片 n放片方法应严格按照作业指导书，轻拿轻放在正确位置，多晶156的硅片由 于面积较大，如果放置的位置不正确，很容易造成叠片卡片等，致使硅片 在机

12、器中碎裂。 n调整喷淋管的位置，至滚轮能够光滑的运行，调整风管和水管的位置，使 得片子在通过的时候，不会影响片子的运行。 n滚轴高低不平会影响片子的运行方向，导致叠片卡片，致使碎片。 n 作为工艺人员在生产过程中，如果发现机器碎片， 一方面应该提醒产线员工注意放片规范，减少叠片和歪 片；另一方面，应巡查上述主要地方，及时找到并清理 在设备中残留的碎片，杜绝更多碎片的产生。 4.4 吹不干 调整吹干气体流量，无效果，通知设备。 n 当班过程中，检查生产人员的无尘服穿戴、当班过程中，检查生产人员的无尘服穿戴、 上下片操作手法以及工艺卫生状况是否符合要求，上下片操作手法以及工艺卫生状况是否符合要求，

13、 对于不符合要求的情况及时提出，并督促其整改，对于不符合要求的情况及时提出，并督促其整改， 定期对员工进行集中培训。定期对员工进行集中培训。 湿法刻蚀相对等离子刻蚀的优点 1、 非 扩 散 面 P N 结 刻 蚀 时 被 去 除， 背 腐 蚀 太 阳 电 池 的 背 面 更 平 整， 其 背 面 反 射 率 优 于 刻 边， 背 腐 蚀 太 阳 电 池 能 更 有 效 地 利 用 长 波 增 加 I S C。 铝 背 场 比 刻 边 的 更 均 匀， 可 以 提 高 I Q E， 从 而 提 高 了 太 阳 电 池 的 U o c。 2、 硅 片 洁 净 度 提 高 （ 无 等 离 子 刻 蚀

14、 的 尾 气 污 染） 3、 节 水 （ r e n a 使 用 循 环 水 冲 洗 硅 片， 耗 水 较 少。 等 离 子 刻 蚀 去 P S G 用 槽 浸 泡， 用 水 量 大） 。 湿法刻蚀相对等离子刻蚀的缺点 n1、硅片水平运行，机碎高：（等离子刻蚀去PSG槽式 浸泡甩干，硅片受冲击小）； n3、传动滚轴易变形：（PVDF，PP材质且水平放置易 变形）； n4、成本高：（化学品刻蚀代替等离子刻蚀成本增加）。 五、刻蚀工艺岗位职责 n工 艺 员： n完 成 工 艺 负 责 的 点 检 项 目 的 点 检 工 作。 n仔 细 查 看 前 几 个 班 的 交 接 班 记 录， 了 解 前

15、几 个 班 出 现 的 工 艺 问 题 及 处 理 方 法， 再 次 出 现 时 可 减 少 处 理 时 间。 n关 注 当 班 刻 蚀 工 序 的 腐 蚀 量、 刻 蚀 线 宽 度 情 况， 对 出 现 的 异 常 及 时 加 以 解 决， 对 于 经 过 判 断 为 设 备 原 因 异 常， 及 时 联 系 相 关 人 员 解 决， 解 决 不 了 的 问 题 要 及 时 通 知 助 理 工 程 师。 n对 于 出 现 的 不 良 品， 根 据 工 艺 文 件 （ 正 在 写） 要 求， 决 定 返 工 或 是 流 至 下 一 道 工 序。 n当 班 过 程 中， 检 查 生 产 人 员

16、的 无 尘 服 穿 戴、 上 下 片 操 作 手 法 以 及 工 艺 卫 生 状 况 是 否 符 合 要 求， 对 于 不 符 合 要 求 的 情 况 及 时 提 出， 并 督 促 其 整 改， 定 期 对 员 工 进 行 集 中 培 训。 n协 助 助 理 工 程 师、 工 程 师 跟 踪 相 关 实 验， 统 计 数 据， 下 班 时， 按 时 准 确 填 写 交 接 班 记 录。 n1 0、 完 成 安 排 的 其 他 工 作。 n助理工程师：助理工程师： n关注当天的效率、碎片率、良品率等参数，对于出现的外观不良、漏电或 是效率低下等异常，及时联系其余工序的工程师一起进行排查。 n检查

17、每天的腐蚀量，对于异常点，积极排查异常并制定预防措施。 n对于技术员汇报的异常情况，视情况到场解决或是电话给出解决措施，若 不能解决的，及时通知工程师。 n负责刻蚀工序点检表格（各台设备的运行情况与关键参数点检表）的编写。 n协助工程师，安排刻蚀段的排查或改进实验，如有需要，与其他工序或是 其他职能部门进行沟通，实验结束后，及时给出实验报告。 n完成安排的其他工作 n工程师：工程师： n关注当天的效率、碎片率、良品率等参数、化学品用量，对于出现的外观不良、漏电或是 效率低下等异常，及时联系其余工序的工程师进行排查。 n确定工艺方案与工艺控制参数（腐蚀量、刻蚀线宽），药液使用寿命以及设备维护周期

18、， 上报主管工程师。 n对于日常工作中，根据需要，与其他职能部门（如设备、生产等部门）进行沟通，共同寻 找解决问题的方案。 n对于助理工程师汇报的异常情况，视情况到场解决或是电话给出解决方案，若不能解决的， 及时通知工艺主管。 n定期进行刻蚀参数优化实验或是安排刻蚀异常时的排查实验，根据实验结果提出改进措施。 n负责编写刻蚀工段的工艺文件、作业指导书，并组织相关人员进行学习。 n完成安排的其他工作。 n主管工程师：主管工程师： n1、关注当天的效率、碎片率、良品率等参数、化学品用量，对于出现的外观不良或是效 率低下等异常，及时安排排查。 n根据工作需要，负责与其他职能部门进行沟通，共同解决问题

19、。 n对于汇报的异常，视情况到场解决或是电话给出解决方案。 n根据实验结果，安排实施新的工艺方案，若新方案中涉及到更改工艺流程或是工艺路线的， 需向上级请示后决定是否实施。 n定期总结刻蚀工序的工作情况，并向工艺经理汇报。 n负责刻蚀工序人员的管理，分配领导安排的任务，定期组织会议，对本工段工作进行总结。 n对工艺文件、作业指导书等进行审核。 n完成领导安排的其他任务 六、注意事项 n注 意 化 学 品 防 护， 进 设 备 内 操 作， 一 定 要 穿 防 护 服。 n调 整 参 数 前 多 加 思 考， 在 不 确 定 的 情 况 下 务 必 找 相 关 人 员 确 认 后 方 可 调 整

20、， 调 整 后 要 密 切 关 注 生 产 情 况， 直 到 正 常 为 止。 n多 观 察、 多 总 结， 提 高 技 术 水 平。 附： 化 学 品 安 全 技 术 说 明 n HNO3： n 健康危害：其蒸气有刺激作用，引起眼和上呼吸道刺激症状，如流 泪、咽喉刺激感、呛咳，并伴有头痛、头晕、胸闷等。口服引起腹 部剧痛，严重者可有胃穿孔、腹膜炎、喉痉挛、肾损害、休克以及 窒息。皮肤接触引起灼伤。慢性影响：长期接触可引起牙齿酸蚀症。 n 急救措施：皮肤接触：立即脱去污染的衣着，用大量流动清水冲洗 至少15分钟。就医。眼睛接触：立即提起眼睑，用大量流动清水或 生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医

21、。吸入：迅速脱离现场至空气 新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立 即进行人工呼吸。就医。食入：用水漱口，给饮牛奶或蛋清。就医。 n HF n 健康危害：对皮肤有强烈的腐蚀作用。灼伤初期皮肤潮红、干燥。 创面苍白，坏死，继而呈紫黑色或灰黑色。深部灼伤或处理不当时， 可形成难以愈合的深溃疡，损及骨膜和骨质。本品灼伤疼痛剧烈。 眼接触高浓度本品可引起角膜穿孔。接触其蒸气，可发生支气管炎、 肺炎等。慢性影响：眼和上呼吸道刺激症状，或有鼻衄，嗅觉减退。 可有牙齿酸蚀症。骨骼线异常与工业性氟病少见 。 n 急救措施:皮肤接触：立即脱去污染的衣着，用大量流动清水冲洗 至少15分钟。就医

22、。眼睛接触：立即提起眼睑，用大量流动清水或 生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。吸入：迅速脱离现场至空气 新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立 即进行人工呼吸。就医。食入：用水漱口，给饮牛奶或蛋清。就医。 nH2SO4: n健康危害：对皮肤、粘膜等组织有强烈的刺激和腐蚀作用。蒸气或雾可引 起结膜炎、结膜水肿、角膜混浊，以致失明；引起呼吸道刺激，重者发生 呼吸困难和肺水肿；高浓度引起喉痉挛或声门水肿而窒息死亡。口服后引 起消化道烧伤以致溃疡形成；严重者可能有胃穿孔、腹膜炎、肾损害、休 克等。皮肤灼伤轻者出现红斑、重者形成溃疡，愈后癍痕收缩影响功能。 溅入眼内可造成灼伤，甚至角膜穿孔、全眼炎以至