单晶硅电池片工艺.doc

单晶硅电池片工艺（初稿）工艺流程图：硅片检验硅片插入片盒去除损伤层制绒面淋洗中和三级串连阶梯式清洗烘干扩散周边刻蚀硅片插入片盒去除氧化层三级串连阶梯式清洗烘干制备氮化硅背面银铝浆烘干背面铝浆烘干正面银浆烧结测试分选检验入库1 单晶硅片质量检验标准11 外观检验111 基片大小：125125mm0.5mm112 形状：准方片113 直径：1501.0mm 1651.0mm114 厚度： 28030m;在所规定区域内5个测量值的平均值。115 TTV（m）total thickness variation 在选定圆片区域内，最大厚度变化值 50m116 表面缺陷：2个 深度不大于0.05mm117 破损及针孔：无可见破损和针孔118 边缘缺损：长度小于5mm，深度0.5的破损1个119 钜痕：5m1110 表面状况：表面颜色均匀一致，无残留硅粉，无水迹12 电特性：121 晶体：无位错直拉（CZ）单晶122 晶向：（100）3123 导电类型：P型（硼掺杂）124 电阻率（CM） 0.52.0 用四探针测量平均晶体电阻125 少子寿命：15S 使用微波光电导方法，在未钝化区域内，扫描22mm区域，去2000次测量平均值，硅锭边缘部分红区内数据不包括在平均值的计算内。126 碳浓度：510127 氧浓度：11013 质量判断标准：AQL2.52硅片插入片盒：21 工具仪器：25片 片盒 工作桌，凳子，真空吸附镊子22 原材料：125125mm硅片23 工艺过程：把一定高度的硅片放于工作桌上，在操作者面前，用真空镊子把硅片吸起，把硅片放于片盒的最下一层，释放真空，硅片脱离真空吸附落于硅片盒的槽中。重复上述动作，直至把任务完成。24 注意事项：241 人是最大的污染源，不要面对硅片说话，不要用手直接拿片盒，手上有钠离子、油类污染；242 操作人员要戴口罩、手套操作；243 硅片易碎，在操作过程中，工作人员要轻拿轻放，尽量减少碎片；244 真空吸头经常用酒精擦拭，在工作过程中，保持清洁。3硅片清洗：31 去除损伤层：311 目的：在硅片切割过程中，引起晶体表面晶格损伤，为把PN结制作在良好的晶体上，去除硅片表面的损伤层。312 溶液浓度的配比： NaOH：H2O=8500：34000（重量比）在实际工作中，34000克纯水，添加10000克的氢氧化钠313 溶液的配制过程：根据资料查明：NaOH的融解热，10.4千卡/摩尔850040104002210000卡22100003400065（度）结论：8500克氢氧化钠，可以使34000克纯水温升65度，理论计算要与实践相结合，只要把纯水从室温升高至25左右凭借着氢氧化钠的温升就可以达到85了。314 试剂纯度：纯水，18M/CM 氢氧化钠，电子纯315 溶液温度：851316 腐蚀速率：条件：20 NaOH溶液，85，经验数据表明 4m/min（两边共同去除）；内圆切割锯20m/每边，线锯10m/每边，通常内圆切割锯腐蚀时间10分钟，线锯腐蚀时间56.5分钟（根据实际情况摸索准确时间，经验数据，每隔几十片称量一次）317 反应机理： Si2NaOHH2O=Na2SiO32 H2 28 80 18 122 4 在硅片表面每边去除10m，两边共去除20mA每片去除的重量：g=12.512.50.00202.33=0.728gB每片消耗的NaOH 28：800.728：X X=2.08gC每片产生多少Na2SiO3 28：1220.728：X X=3.172gD如果每配制一次NaOH溶液可以清洗3000片，每片消耗2.08克NaOH，则消耗6.240Kg, 10 Kg的NaOH，只剩下3.76 Kg 在达到2500片时要密切注视，每花篮硅片称量是否达到了设计要求。E如果去除损伤层3000片则生成9.516Kg的Na2SiO3 ，整个花篮上浮，使花篮定位不准确严重影响机械手的正常运转。318 注意事项与问题的讨论： A在整个去除损伤层的过程中，大量的H2气泡有可能依附到硅片上，使硅片上浮，在片盒上必须设计一个片盒“盖片”，或者片盒“挡棒”，防止硅片上浮； B关于去除损伤层时间的讨论：现在硅片越来越薄，去除损伤层的时间可以大大缩短，要以实践为准。在硅片表面制作绒面的过程中，也要腐蚀掉一层硅，既要PN结制作在良好的晶体上，又要不能使硅片太薄，易产生碎片；32 制绒面：321 目的：为了提高效率减少光的反射，在硅片表面制作出直角四面棱锥，使入射光在硅片表面形成多次反射。在P型100晶向上，利用晶体的各向异性，在晶体上腐蚀出正金字墙。322 溶液浓度的配制： 纯水：氢氧化钠：异丙醇：硅酸钠1000：1520：45ml：46g323 溶液的配制过程： A把预热槽用纯水洗净，把纯水打入预加热槽； B把纯水加热到85； C把预热槽的纯水打入绒面槽； D依次按比例把NaOH、异丙醇、硅酸钠加入到绒面槽中 E等待温度恒定后进行操作324 试剂纯度： 纯水：18M/CM； 氢氧化钠：电子纯；异丙醇：优级纯；硅酸钠：优级纯325 溶液浓度：851326 绒面的制备时间：通常2530分钟左右327 反应机理：由于各晶面的面密度不同，腐蚀对各晶面有选择性。（100）、（111）面的面密度分别为2/a2、4.6/a2，因此（100）面的腐蚀密度速度最大，（111）面的腐蚀速度最小。所以腐蚀时（111）面最容易裸露在外面。实验得知，（100）面的腐蚀速度比（111）面大35倍。择优腐蚀对溶液浓度关系很大，浓度偏高则为抛光腐蚀；浓度偏低则为择优腐蚀。异丙醇为消泡剂。硅酸钠为缓冲腐蚀剂。328 注意事项与问题讨论： A绒面腐蚀时间：通常为25分钟，根据绒面状况可以适当增加510分钟； B绒面的等直角棱锥体的下边长为多长，反射的光为最长？实践表明，从统计规律来看，a35m从电池表面上反射的光线最少。温度偏低一点，82，腐蚀速率慢一点，a的长度在35m的可能性较大。 C在绒面的腐蚀过程中，尤其是在开始的第一、第二批硅片，这种现象最严重，即绒面不连续。这样就增大了反射光，减少了电池的转换效率。NaOH与Si的反应生成硅酸钠，硅酸钠是一种缓腐剂，缓腐的速率与硅酸钠的浓度有很大关系，在反应初期，生成的硅酸钠浓度过低，低于0.1时，反而引起加速反应，并有可能引起点腐蚀。腐蚀速率过快就容易产生平地。为克服上述现象，每次配制新的腐蚀溶液时增加0.40.6的硅酸钠，就是为了克服绒面不连续现象。 D在绒面的制作过程中，会产生大量的H2气泡，附着在硅片上，根据情况，要不断的向溶液中增加异丙醇。异丙醇是消泡剂。（根据实际情况及经验确定其用量） E绒面腐蚀液时间久了，硅酸钠的含量逐渐增多，粘度也增大，比重增大，硅片上浮，为了减少绒面的不连续性绒面的腐蚀液的废液也可留下1/4，再增加3/4的新溶液。 F在绒面的制备过程中，在显微镜下观察，经常会看到右图所示的现象，如果a为正常绒面，b的绒面就太小了；如果b为正常绒面，a的就太大了。B部分为小绒面，被气泡所覆盖，减缓了反应速度，生成小绒面。B部分为小绒面，其表面有油质污染，减缓了反应速度。（形成此现象的具体原因在生产中再摸索）33 漂洗：331 目的：在制绒面的过程中，其表面沾污了各种金属离子和各种盐类，本水槽中是四面溢流式，纯水来自上一个喷淋槽，在本槽中硅片初步清洗。332 漂洗时间：漂洗时间大约为2分钟左右，在实践中进一步摸索确定。333 漂洗方式：漂洗槽是四边溢流式，无任何金属粒子沾污的水泵过滤器，使纯水长生循环，加强去污效果。334 漂洗槽温度：室温。34 喷淋槽：341 目的：在漂洗槽得到初步清洗的硅片，在喷淋槽中得到进一步较彻底的清洗。纯水是18M/CM的纯水；雾化喷淋。342 喷淋时间：喷淋时间大约34分钟，在实践中进一步确定。343 喷淋槽温度：室温。35 中和槽：351 目的：进一步去除硅片表面的钠离子和硅酸盐类的沾污。352 溶液的配制：（5.17.5）L盐酸（28.126.5）L纯水353 溶液温度：室温354 溶液的纯度：电子级（MOS级）355 溶液的腐蚀时间：56.5分钟36 漂洗：工艺同3337 HF酸溶液漂洗硅片,371 目的：硅片在清洗的过程中不可避免的在硅片表面形成很厚的一层SiO2,把一层未清洗的SiO2去除 。372 溶液的配制： HF：H2O1：10 体积比373 溶液的纯度：电子级374 腐蚀时间：硅片表面不沾水为最佳。SiO2层很薄，腐蚀时间通常不大于20秒。375 溶液的温度：室温38 漂洗：工艺同3339 喷淋：工艺同34310 慢拉槽：3101 目的：一批可清洗125125的硅片300片，为了尽量减少硅片和提篮所沾附的水迹。3102 槽中的溶液：为18MCM的纯水3103 溶液的温度：855311 烘干槽：3111 目的：清除掉硅片表面的水渍。3112 烘干槽的温度范围：1001103113 烘干时间：每个槽不大于10分钟。4扩散工艺：41 目的：在硅片表面形成PN结42 工艺条件：序号名称炉温O2N2（大）N2（小）时间1升温8809001820L/分2装片8809001820L/分3进炉8809001820L/分54稳定8809001820L/分125通O28809001.17L/min1820L/分216通POCl38809001.17L/min1820L/分1.17L/min127吹氮8809001820L/分108出炉8809001820L/分10说明： 三氯氧磷的纯度：5个9 O2 99.995（压力：40 psi=2.8Kg/平方厘米） N2 99.998（压力：40 psi=2.8Kg/平方厘米）1psi=0.07Kg/平方厘米 CDA： 5Kg/立方厘米 循环水：进口水温25，出口水温35 源温：200.5 R：中心值 60 偏差：6020（5点检测值 max-min/max+min10） POCl3 99.99943 注意事项与问题讨论：431 硅片清洗之后，应在最短时间内进行扩散，尽量减少各种污染。432 怎样提高R均匀一致性： A现在炉管直径逐渐增大，投片量增大，其热惯性增大，炉子的稳定时间相应的加长，通常在12分钟左右，硅片的温度一致性好，这是R均匀的基础。 B大N2的流量通常为1820L/分，它是一种输送气体，把POCl3气体携带到炉管中，如果大氮流量偏小，就引起硅片前后的R不均匀。 C为了提高R的均匀性，在石英舟的前后放置石英挡板，目的是使气源更加均匀一致。 D为了提高扩散质量，在硅片表面生成非常厚的一层SiO2，减少表面的合金点，碱磷源对硅片的腐蚀作用，使R更均匀一致 。433 怎样尽量减少PN结的反向以漏电流： A在100级净化间内操作，操作者戴口罩、手套、尽量减少对硅片的污染； B硅片清洗要规范，在清洗过程中把各种沾污彻底清除掉。434 如果硅片在扩散时是背靠背放置，在扩散后一定要严格区分扩散面和没扩散面，如果相混淆，那么转换效率为零，将会发生重大责任事故。操作者必须十分小心认真，千万不能混淆。把一对背靠背扩散的AB把A片放置一堆，扩散面朝上，扩散面/未扩散面；把B片放置一堆，扩散面朝下，未扩散面/扩散面，然后在把两堆，再放置再一起，B片翻转180度与A片相重合，交周边刻蚀。435 炉管饱和：如果不连续生产，每天再正式生产之前，对炉管进行饱和，即正式的扩散工艺，把石英舟放入恒温，进行一次扩散，这样做使R较均匀一致。436 做样片：在饱和炉管之后，按正常的扩散工艺做样品，通过样片测试，观察样片是否在合格范围。437 四探测试台：根据不同的四探针，补充相应的操作步骤说明书，R一定要准确测量，才能更好的指导工艺调整。438 石英管清洗： A把石英管放于石英管清洗机内，用去离子水冲洗石英管内部外部； B用HCL：H2O1：10溶液浸泡40分钟； C用去离子水冲洗10分钟； D用氮气吹干，待用。 说明：1 所有石英制品在清洗过程中不可赤手触摸，必须戴手套； 2 按石英管清洗机的操作规程清洗。439 为了保持石英炉管的清洗，在炉管不工作时，炉管内也要保持正压，防止外部的尘埃进入炉管。为了提高炉管的使用寿命，在炉管不工作时也要恒温在400 4310 关于扩散炉气路系统的说明：A减压阀：压缩空气、氮气、氧气进入扩散炉，有一个减压阀，把压力调整到一个合适的范围，CDA：5Kg/平方厘米；O2、N2：2.83 Kg/平方厘米；B过滤器的作用：在改变量程，各种阀门在动作时都会在系统产生大量的尘埃，为了减少尘埃对系统的沾污，在每个气体回路中都安装了进口过滤器，对提高产品性能是有很大作用的；C浮子流量计与质量流量控制器：他们都是控制各自回路流量的气体流量的。浮子流量计是随回路气体的压力变化而变化的，而质量流量计的最大特点，基本不随回路气体的压力变化而变化，它的流量是非常稳定的；D源温控制器：源温控制器对扩散的R的均匀性很重要。POCl3 的饱和蒸汽压与温度基本成正比，如果源温不稳定，POCl3在炉管的浓度也不稳定。这就会严重影响扩散质量；E三氯乙烷清洗瓶：三氯乙烷是专为清洗炉管用的。在清洗炉管之后，炉管比较脏，可以用三氯乙烷清洗炉管，在科研时，每天在扩散氧化之前都用三氯乙烷清洗炉管；F单向阀：只准许POCl3和三氯乙烷向炉管方向流动，不允许向反向流动； G电磁阀气动阀：通过电磁阀来控制气动阀。在源瓶前后的气动阀一定要同时启动，或者，源瓶前面的气动阀要先启动，源瓶后面的气动阀后启动，否则不堪设想，会把源瓶的源全部送到炉管中会造成事故；H各个气路系统的作用：浮子流量计系统：在扩散炉不工作，或者突然停电后，为了保证炉管保持正压，而设计的一个气路，通常流量控制在46L/分 ；源温控制器气路：通过电磁阀气动阀的控制，质量流量计控制流量，以小N2携带POCl3把源通入炉管内；大N2气路：大N2作用运载气体，把源快速均匀的运载到炉管；O2气路：如果O2 的流量偏小，POCl3 热分解后，形成PCl5它会对硅片有腐蚀性，为了减少对硅片表面的腐蚀，一定要通一定量的O2气。5周边等离子刻蚀：51 目的：在PN结扩散时，不可避免的在硅片的正面和背面都形成了PN结，为了减少漏电流，利用等离子刻蚀的方法，把正、背面的PN结相奋力；52 主要设备：M 422001/um型等离子刻蚀机；53 主要材料和仪器：扩散PN结的硅片 聚四氯乙烯提篮 硅片上下部的压块 手套、口罩 N2、O2、CF4气体，纯度为5N54 工艺技术条件：541 输出功率：600W542 刻蚀时间：9分钟543 每批刻蚀的硅片数：200片/批544 工艺气体流量：CF4:82.5；O2：17.5；（适当变化比例，四十八所调试时注意）545 工艺气体的压力范围：0.10.2Mpa（详见设备操作规程）55 安全注意事项及问题讨论：551 设备在不工作时，系统应真空保存；552 如停机较长时间后再进行刻蚀工艺，需要先进行一次空载刻蚀后再刻蚀硅片；553 在刻蚀工艺自动运行过程中，千万不能触摸电感线圈，防止高压电击；554 扩散后的硅片是有方向性的，一边为扩散面，另一边为未扩散面，要么扩散面朝上，要么扩散面朝下，一定要永远这样做，绝对不能搞错，一旦发生错误，整批电池的转换效率为零；555 每片200片，硅片要排列整齐，用聚四氯乙烯提篮和上下压块把待刻蚀硅片压紧，防止刻蚀到硅片里边；556 把提篮放入真空室时要轻拿轻放，防止损坏石英钟罩，以及真空密封部分；557 机械泵的泵油要及时更换，至少每半个月或者每一个月换一次油，保持系统的真空良好；558 怎样判断周边刻蚀的质量呢？从电池片的IV曲线上就可以判断周边刻蚀的质量：如果出现如左图的不正常IV曲线，就说明等离子刻蚀质量不好，周边的PN结没有完全刻蚀掉，有明显的PN结漏气，必须调整工艺参数。6去除硅片表面的氧化层：61 目的：在PN结的扩散过程中，在硅片表面生长了一定厚度的磷硅玻璃层，为了形成良好的欧姆接触，减少入射光的反射，在淀积SixNyHz之前，把磷硅玻璃腐蚀掉。62 设备：去磷硅玻璃清洗机63 主要原材料和工具：A.已经周边刻蚀的硅片； B.氢氟酸 纯度等级：电子纯； C.氟化铵 纯度等级：电子纯； D.片盒、提篮；E.化学防腐手套； F.防护眼镜； G.围裙； H.金属镊子；64 硅片上片盒：641 已扩散的硅片有方向性（有扩散面和未扩散面），片盒同样有方向性，一定要定义好，扩散面对准片盒的哪一个方向；642 在装片的过程中，尽量减少对硅片的污染，人是最大沾污源，不要面对硅片说话，不能用手直接接触硅片；65 腐蚀液的配制： A40的氟化铵溶液5的氢氟酸（占氟化铵体积的5） B溶液温度：室温； C腐蚀时间：2分钟；说明：当片盒提出腐蚀溶液时，硅片表面不沾水，没有任何水痕，则表示硅片上的磷硅玻璃已经完全腐蚀干净。66 淋洗槽：（水浴槽），该槽的纯水来源于喷淋槽，该槽的纯水自循环，四边溢流式；从腐蚀槽出来的提篮，立刻放入水浴槽，时间23分钟。67 喷淋槽：喷淋槽的纯水来自纯水站；每一个提篮要喷淋2分钟。68 慢拉槽：进一步清洗硅片，在慢拉过程中，使提篮片盒和硅片上尽量沾少量的水痕；槽的水温在6080，时间：2分钟； 69 双位烘干槽： 温度： 100110 时间：10分钟； 干净的除油、除尘、除湿的空气吹干。 丝网印刷部分：1正面栅线设计：11 细栅线的宽度：0.12512 细栅线的根数为44根13 最边缘的细栅线到电池边缘的距离为1.7mm0.125441.72432.712514 两根细栅线之间的距离为2.7mm15 立栅线的宽度为1.