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Confidential RENA前后清洗工艺培训 何伟 一 什么是太阳能电池 太阳电池是利用光生伏特效应 把光能直接转换成电能的一种器件 它的工作原理可以概括成下面几个主要过程 第一 必须有光的照射 可以是单色光 太阳光或我们测试用的模拟太阳光源 第二 光子注入到半导体后 激发出电子 空穴对 这些电子空穴对必须有足够的寿命保证不会在分离前被附和 第三 必须有个静电场 PN结 起分离电子空穴的作用 第四 被分离的电子空穴 经电极收集输出到电池体外 形成电流 1 太阳能电池的原理 前清洗 制绒 扩散 PECVDSiNx 后清洗 刻边 去PSG 丝网印刷 烧结 测试 2 制造太阳能电池的基本工艺流程 二 前清洗 制绒 制绒按工艺不同可分为碱制绒和酸制绒 利用碱溶液对单晶硅不同晶面有不同的腐蚀速率 各向异性腐蚀 对 100 面腐蚀快 对 111 面腐蚀慢 如果将 100 作为电池的表面 经过腐蚀 在表面会出现以 111 面形成的锥体密布表面 金字塔状 称为表面织构化 但是对于多晶硅 由于晶体排列方式杂乱 如果利用碱液 无法进行腐蚀得到良好的金字塔织构化表面 此时只能用酸溶液进行各向同性腐蚀 获得表面存在许多凹坑的表面结构 也能起到良好的陷光作用 1 制绒工艺的分类 单晶硅片碱制绒绒面形状 多晶硅片酸制绒绒面形状 2 陷光原理 光在光滑半导体薄片表面上的反射 折射和透射 陷光原理图 当入射光入射到一定角度的斜面 光会反射到另一角度的斜面形成二次吸收或者多次吸收 从而增加吸收率 腐蚀深度在4 4 0 4 m时 制绒后的硅片表面反射率要一般在20 25 之间 此时得到的电性能较好 腐蚀深度与电性能间的关系 在绒面硅片上制成PN结太阳电池 它有以下特点 l 绒面电池比光面电池的反射损失小 如果再加减反射膜 其反射率可进一步降低 2 入射光在光锥表面多次折射 改变了入射光在硅中的前进方向 不仅延长了光程 增加了对红外光子的吸收 而且有较多的光子在靠近PN结附近产生光生载流子 从而增加了光生载流子的收集几率 3 在同样尺寸的基片上 绒面电池的PN结面积比光面大得多 因而可以提高短路电流 转换效率也有相应提高 4 绒面也带来了一些缺点 一是工艺要求提高了 二是由于它减反射的无选择性 不能产生电子空穴对的有害红外辐射也被有效地耦合入电池 使电池发热 三是易造成金属接触电极与硅片表面的点接触 使接触电阻损耗增加 三 RENAIntex前清洗 酸制绒 工艺 RENA清洗设备注 前 后清洗设备外观相同 内部构造和作用原理稍有不同 1 RENA前清洗工序的目的 去除硅片表面的机械损伤层 来自硅棒切割的物理损伤 清除表面油污 利用HF 和金属杂质 利用HCl 形成起伏不平的绒面 增加对太阳光的吸收 增加PN结面积 提高短路电流 Isc 最终提高电池光电转换效率 前清洗工艺步骤 制绒 碱洗 酸洗 吹干 Etchbath Dryer1 Rinse1 AlkalineRinse Rinse2 AcidicRinse Rinse3 Dryer2 RENAIntex前清洗设备的主体分为以下八个槽 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 2 设备构造 Etchbath 刻蚀槽 用于制绒 所用溶液为HF HNO3 作用 1 去除硅片表面的机械损伤层 2 形成无规则绒面 AlkalineRinse 碱洗槽 所用溶液为KOH 作用 1 对形成的多孔硅表面进行清洗 2 中和前道刻蚀后残留在硅片表面的酸液 AcidicRinse 酸洗槽 所用溶液为HCl HF 作用 1 中和前道碱洗后残留在硅片表面的碱液 2 HF可去除硅片表面氧化层 SiO2 形成疏水表面 便于吹干 3 HCl中的Cl 有携带金属离子的能力 可以用于去除硅片表面金属离子 HNO3 Si SiO2 NOx H2OSiO2 4HF SiF4 2H2OSiF4 2HF H2 SiF6 Si 2KOH H2O K2SiO3 2H2NO2 H2O HNO3 HNO2Si HNO2 SiO2 NO H2OHNO3 NO H2O HNO2 3 酸制绒工艺涉及的反应方程式 主操作界面 Manual界面 21 A1 换药时酸液流动方向A2 补药时酸液流动方向B 循环时液体流动方向C DIWater流动方向D Coolwater流动方向E Exhaust acidicgas A2 B C D E V VandSensorsa c liquidlevelsensor a underthelevel notenoughb liquidisfullc liquidoverfilld liquidwilloverfallf V Vopenwhileliquidcirculationg G MFC1h thermometeri conductivitymeterj MFC2 EtchBathairknife k MFC3l pump a b c d f g h i j k h h G 刻蚀槽管路图 A1 l A B Rinse3 DIwater流入方向循环水流向溢流向Rinse2 Rinse1 B V VandSensorsa 压力泵 将液体送入Rinse槽b 流量计c 滤芯 b C A a C c 换药时碱液流动方向循环时液体流动方向DIWater流动方向Coolwater流动方向Drain的方向 A B C D 碱槽管路图 E A A B c E D F A B Recipe界面 Replenish界面 Trend界面 4 前清洗换药规程 A 更换刻蚀槽药液 主界面依次点击stop ModeManual停机并将机器切换成手动操作模式 主界面 点击Manual进入手动换药界面 程序默认为刻蚀槽换药界面 点击F11 回到刻蚀槽换药界面 滚轮控制界面 切换到刻蚀槽换药界面 点击Systemdraining排去Bath槽和tank槽的药液 排药过程用水枪冲洗刻蚀槽槽盖 滚轮 冲洗好后将槽盖关闭 冲洗过程中穿戴好防护用具 注意安全 待图标显示Empty 黄色 点击PTFillingDI加水清洗 待Preppingcabinet显示FullDI时 点击Fillbath将水打入bath槽 待bath槽显示FullDI时 循环2min清洗 点击Systemdraining排水 待图标显示Empty 黄色 排水完毕 清洗结束 刻蚀槽换药界面 重复上述清洗步骤 清洗次数依据实际情况调整 一般为2次 点击PTFillingChemie向tank槽添加药液 若加药过程外围药液量不够报警 通知外围换药 待外围换药结束 确认无报警信息后点击PTFillingChemie继续加药 待Preppingcabinet显示FullChemie时 点击Fillbath将药液打入bath槽 待bath槽显示FullChemie时 依次点击F11 Drivers进入滚轮控制界面 依次点击Allconveyors Stop关闭滚轮 按F10返回主界面 依次点击ModeAuto Start开启机器 B 更换碱槽药液 主界面依次点击stop ModeManual停机并将机器切换成手动操作模式点击Manual进入手动换药界面 程序默认为刻蚀槽换药界面 点击F11 回到刻蚀槽换药界面 点击Alkaline进入碱槽换药界面 点击Draining将药液排掉 待图标显示Empty 黄色 点击FillingDI加水清洗 待AlkalineRinse图标显示FullDI时 点击Startcirculation打开循环 循环2min 清洗次数依实际情况而定 一般为2次 若清洗多次后水仍呈乳白色 可与设备人员沟通更换滤芯 点击Stop Draining将水排掉 待AlkalineRinse图标显示Empty 排水完毕 清洗结束 点击FillingChemie添加药液 若加药过程外围药液量不够报警 通知外围换药 待外围换药结束 确认无报警信息后点击PTFillingChemie继续加药 依次点击F11 Drivers进入滚轮控制界面 依次点击Allconveyors Stop关闭滚轮 按F10返回主界面 依次点击ModeAuto Start开启机器 C 更换酸槽药液 主界面依次点击stop ModeManual停机并将机器切换成手动操作模式点击Manual进入手动换药界面 程序默认为刻蚀槽换药界面 点击F11 回到刻蚀槽换药界面 点击F4 切换至酸槽换药界面 酸槽换药界面 点击Draining将药液排掉 待AcidicRinse图标显示Empty 黄色 点击FillingDI加水清洗 待AcidicRinse图标显示FullDI时 表示水已加满 这时设备进入自动循环状态 循环2min 清洗次数依实际情况而定 一般为2次 点击Draining将水排掉 待AcidicRinse图标显示Empty 排水完毕 清洗结束 点击FillingChemie添加药液 若加药过程外围药液量不够报警 通知外围换药 待外围换药结束 确认无报警信息后点击PTFillingChemie继续加药 依次点击F11 Drivers进入滚轮控制界面 依次点击Allconveyors Stop关闭滚轮 按F10返回主界面 依次点击ModeAuto Start开启机器 5 前清洗工序工艺要求 片子表面5S控制不容许用手摸片子的表片 要勤换手套 避免扩散后出现脏片 称重1 每批片子的腐蚀深度都要检测 不允许编造数据 搞混批次等 2 要求每批测量4片 3 放测量片时 把握均衡原则 如第一批放在1 3 5 7道 下一批则放在2 4 6 8道 便于检测设备稳定性以及溶液的均匀性 刻蚀槽液面的注意事项 正常情况下液面均处于绿色 如果一旦在流片过程中颜色改变 立即通知工艺人员 产线上没有充足的片源时 工艺要求 1 停机1小时以上 要将刻蚀槽的药液排到tank 减少药液的挥发 2 停机15分钟以上要用水枪冲洗碱槽喷淋及风刀 以防酸碱形成的结晶盐堵塞喷淋口及风刀 3 停机1h以上 要跑假片 至少一批 400片 且要在生产前半小时用水枪冲洗风刀处的滚轮 杜绝制绒后的片子有滚轮印 前清洗到扩散的产品时间 最长不能超过4小时 时间过长硅片会污染氧化 到扩散污染炉管 从而影响后面的电性能及效率 6 前清洗工序常见工艺问题 四 RENAInOxSide后清洗工艺培训 扩散过程中 虽然采用背靠背扩散 硅片的边缘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 同时 由于在扩散过程中氧的通入 在硅片表面形成一层二氧化硅 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 后清洗的目的就是进行湿法刻蚀和去除PSG 1 后清洗的目与原理 2 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 3 刻蚀中容易产生的问题及检测方法 1 刻蚀不足 边缘漏电 Rsh下降 严重可导致失效检测方法 测绝缘电阻2 过刻 正面金属栅线与P型硅接触 造成短路检测方法 称重及目测 SPC控制 当硅片从设备中流转出来时 工艺需检查硅片表面状态 绒面无明显斑迹 无药液残留 125单晶该工序产品单要求面腐蚀深度控制在0 8 1 6 m范围之内 且硅片表面刻蚀宽度不超过2mm 同时需要保证刻蚀边缘绝缘电阻大于1K欧姆 4 去除磷硅玻璃的目的 1 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 2 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 3 磷硅玻璃的存在使得PECVD后产生色差 去PSG原理方程式 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 后清洗工艺步骤 边缘刻蚀 碱洗 酸洗 吹干 RENAInOxSide后清洗设备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 Etchbath Rinse1 AlkalineRinse Rinse2 HFbath Rinse3 Dryer2 5 后清洗设备构造 Etchbath 刻蚀槽 用于边缘刻蚀 所用溶液为HF HNO3 H2SO4 作用 边缘刻蚀 除去边缘PN结 使电流朝同一方向流动 注意扩散面须向上放置 H2SO4的作用主要是增大液体浮力 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 AlkalineRinse 碱洗槽 所用溶液为KOH 作用 中和前道刻蚀后残留在硅片表面的酸液 HFBath HF酸槽 所用溶液为HF 作用 中和前道碱洗后残留在硅片表面的碱液 去PSG 后清洗机台的操作界面 基本的工艺要求 换药规程等 基本都都同于前清洗设备 在此不再累述 需要注意的是 后清洗刻蚀槽处的排风很重要 五 RENA设备常见报警信息 六 如何减小RENA设备的碎片率 71 正确位置 错误的位置 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 72 提高挡板的高度使得片子能够顺利的通过 滚轮能够碰到挡板的地方 可以选择将挡板切掉一部分 盖子容易碰到滚轮 73 减少CDA的压力 调节上下风刀的压力 使得上下压力到达均衡 调整风管的方向 确保O ring没有碰到风管 调节挡板和滚轮之间的距离 74 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 75 检查所有滚轮和O ring的位置是正确的 确保上下滚轮在同一条线上 调节滚轮的高度和水洗管的位置保证片子在传送过程中无偏移 如果发生偏移会产生碎片 76 调节滚轮 的速度小于滚轮 的速度 如果生产不赶产量 则尽量让生产人员放片子不要太急 拉大片间距 这样片子进出设备较均匀 不易产生叠片等现象 片子之间距离2cm 77 工艺人员在日常正常生产过程中 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 七 前后清洗十项影响效率 良率 或特定电参数 的原因 A 片源不同这里提到的片源差异包括多晶硅料的不同 锅底料 边皮料 金属硅 复拉料 重掺杂等等 以及晶体大小不同 微晶片等 对于前清洗 片源不同 腐蚀量 腐蚀速率和形成的绒面结构都会不同 短路电流将受到重大影响 其他电性能也会受到一定程度的影响 后清洗双向切割片的线痕过大会造成过刻等 预防措施 1集中投片配合工艺对药液的调节2每批产品测量刻蚀重量是有超规范 B 药液浓度的稳定性包括药液补加量的准确程度 药液的挥发 工艺参数的设置等 预防措施 1 设备带料不生产时把药液排到TANK槽中2 控制稳定的温度3 测量硅片反射率是否超规范4 每批产品测量刻蚀重量是有超规范5 希望设备端给设备安装实际测量药液补加的测量器 C 温度的波动温度直接影响片子与药液反应的程度 其波动的大小和波动的周期直接影响批内和批次间腐蚀量和刻蚀量的不同 进而导致电性能的波动 预防措施 1 设备定期检查cool是否正常2 设备端进行温度SPC监控3 工艺每天检查温度趋势4 测量硅片反射率是否超规范5 每批产品测量刻蚀重量是有超规范 D 设备喷淋的异常喷淋的异常会导致药液残留和一些反应不能正常进行 进而出现脏片 预防措施 1 设备每次做完PM时调整好喷淋角度 并用假片检查硅片是否有脏片 2 生产每两小时检查设备是否有碎片卡在滚轮中 堵住喷淋口3 盖挡板时须轻放 避面挡板打偏喷淋口4 对于碱槽 当设备待料超过15分钟时必须冲洗喷淋及风刀 E 过刻的异常后清洗造成过刻 镀膜后黑边 且造成短路 从而影响效率及良率预防措施 1 调节排风或降低流量或提高速度2 设备端安装排风监控表 并每天检查3 滚轮或槽体挡板变形 需调整滚轮或挡板4 药液浓度异常 需调节浓度5 希望设备端给设备安装实际测量药液补加的测量器 F 设备滚轮的变形异常导致碎片