光伏电池硅片的刻蚀PPT课件

刻蚀及去PSG工艺,1,主要内容,刻蚀及去PSG目的刻蚀及去PSG原理RENA工艺流程工艺常见问题以及解决方法刻蚀工艺岗位职责注意事项,2,一、刻蚀及去PSG目的,1.1 刻蚀目的 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。 经过刻蚀工序，硅片边缘带有的磷将会被去除干净，避免PN结短路造成并联电阻降低。,3,1.2 去PSG目的 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。,4,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。 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。 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,5,6,二、湿法刻蚀及去PSG原理,2.1 湿法刻蚀原理：利用HNO3和HF的混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：3Si + 4HNO3+18HF =3H2 SiF6 + 4NO2 + 8H2O,6,LOREM IPSUM DOLOR,2.2 去PSG原理： SiO2+4HF=SiF4+2H2O SiF4+2HF=H2SiF6 SiO2+ 6HF=H2SiF6+2H2O去PSG工序检验方法： 当硅片从HF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HF槽中适当补些HF。,7,三、RENA InOxSide 工艺流程,8,刻蚀设备,9,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。,10,3.1 刻蚀槽,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： 3Si + 18HF + 4HNO3 3H2SiF6 + 8H2O + 4NO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）。,11,3.2 碱洗槽,KOH喷淋中和前道刻蚀后残留在硅片表面的酸液，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： Si+2KOH+H2O = K2SiO3+2H2,12,3.3 酸洗槽,HF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： HF+SiO2 H2SiF6 + H2O,13,四、工艺常见问题以及解决方法,4.1、腐蚀深度：工艺控制在1.20.2m 检测仪器：电子称 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:,14,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。滚轴速度 原则上带速控制在1.0-1.5m/min，调整梯度式0.1-0.2 m/min，速度越快，腐蚀深度越小，反之。,15,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。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。,16,4.2、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。,17,检验方法,冷热探针法,冷热探针法测导电型号,18,检验原理,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。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。此电势差可以用简单的微伏表测量。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。,19,检验操作及判断,确认万用表工作正常，量程置于200mV。冷探针连接电压表的正电极，热探针与电压表的负极相连。用冷、热探针接触硅片一个边沿不相连的两个点，电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。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。,20,过刻以及刻蚀线不齐解决方法：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理，一般不建议调整。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。溶液比例：添加H2SO4,可以调整溶液粘稠度，增加溶液的浮力。,21,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 。 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。,22,4.3 碎片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，致使硅片在机器中碎裂。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。 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。,23,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。,24,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，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。,25,湿法刻蚀相对等离子刻蚀的优点,1、非扩散面PN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ISC。铝背场比刻边的更均匀，可以提高IQE，从而提高了太阳电池的Uoc。2、硅片洁净度提高（无等离子刻蚀的尾气污染）3、节水（rena使用循环水冲洗硅片，耗水较少。等离子刻蚀去PSG用槽浸泡，用水量大） 。,26,湿法刻蚀相对等离子刻蚀的缺点,1、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）；3、传动滚轴易变形：（PVDF，PP材质且水平放置易变形）；4、成本高：（化学品刻蚀代替等离子刻蚀成本增加）。,27,五、刻蚀工艺岗位职责,工艺员：完成工艺负责的点检项目的点检工作。仔细查看前几个班的交接班记录，了解前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。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。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。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，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。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。10、完成安排的其他工作。,28,助理工程师：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。检查每天的腐蚀量，对于异常点，积极排查异常并制定预防措施。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。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。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。完成安排的其他工作,29,工程师：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。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，上报主管工程师。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。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。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。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。完成安排的其他工作。,30,主管工程师：1、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。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。对于汇报的异常，视情况到场解决或是电话给出解决方案。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。定期总结刻蚀工序的工作情况，并向工艺经理汇报。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。对工艺文件、作业指导书等进行审核。完成领导安排的其他任务,31,六、注意事项,注意化学品防护，进设备内操作，一定要穿防护服。 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，调整后要密切关注生产情况，直到正常为止。多观察、多总结，提高技术水平。 附：化学品安全技术说明,32,HNO3：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。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。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。,33,HF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 。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。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。,34,H2SO4: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、全眼炎以至失明。慢性影响：牙齿酸蚀症、慢性支气管炎、肺气肿和肺硬化。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。吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通