光伏电池---硅片的刻蚀PPT课件.ppt

刻蚀及去PSG工艺 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 6 LOREMIPSUMDOLOR 2 2去PSG原理 SiO2 4HF SiF4 2H2OSiF4 2HF H2 SiF6 SiO2 6HF H2 SiF6 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 2019 12 20 7 三 RENAInOxSide工艺流程 2019 12 20 8 刻蚀设备 2019 12 20 9 RENAInOxSide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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2 0 2 m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 2019 12 20 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 2m min 速度越快 腐蚀深度越小 反之 2019 12 20 15 自动补液调整自动补液的周期以及自动补液量 HFHNO3 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 HFHNO3DI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 2019 12 20 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 2019 12 20 17 检验方法 冷热探针法 冷热探针法测导电型号 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 2019 12 20 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 保持呼吸道通畅 如呼吸