制绒原理及工艺

清洗和制绒工艺培训2010年6月27日主要内容多晶单晶制绒的目的去磷硅工艺制绒原理及工艺清洗工序注意事项捕获更多的光子消除表面污染去除损伤制绒的目的原始硅片阳光吸收图制绒后阳光吸收图Safter=1.732*SbeforeRafter~13%(Rbefore~28%)增加光子吸收•硅片切割后清洗工艺中的有机物沾污；•硅片表面的碳沾污；•硅片切割时润滑剂的粘污。如果润滑剂过粘，会出现无法有效进入刀口的现象，如润滑剂过稀则冷却效果不好。这些润滑剂在高温下有可能碳化粘附在硅片表面。去除表面沾污（一）硅锭的铸造过程单晶硅多晶硅硅片表面的机械损伤层（二）多线切割硅片表面的机械损伤层（三）机械损伤层硅片机械损伤层（10微米）硅片表面的机械损伤层有机溶剂腐蚀：TMAH（四甲基氢氧化氨）无机溶剂腐蚀：KOH/NaOH+IPA/乙醇溶液、酸溶液等新方法：腐蚀液＋超声有利于获得更均匀更小的金字塔等离子体刻蚀等离子体法刻蚀形貌图制绒方法归纳主要内容多晶单晶制绒的目的去磷硅工艺制绒原理及工艺清洗工序注意事项左图中蓝色线为抛光后的Si的反射图，经过不同织构化处理之后的反射图。右图为在织构后再沉积SiNx:H薄膜的反射光谱图。C.J.J.Tool,Presentedatthe20thEuropeanPhotovoltaicSolarEnergyConferenceandExhibition,Barcelona,Spain,6-10June2005很好的织构化可以加强减反射膜的效果好的织构化的效果绒面产生的原理1、水分子的屏蔽效应（screeningeffect）阻挡了硅原子与OH根离子的作用，而水分子的屏蔽效应又以原子排列密度越高越明显。2、在{111}晶面族上，每个硅原子具有三个共价健与晶面内部的原子健结及一个裸露于晶格外面的悬挂健，{100}晶面族每一个硅原子具有两个共价健及两个悬挂健，当刻蚀反应进行时，刻蚀液中的OH－会跟悬挂健健结而形成刻蚀，所以晶格上的单位面积悬挂健越多，会造成表面的化学反应自然增快。图3悬挂健对反应的影响{111}{100}Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2各向异性的原因布满整个硅片表面小而均匀怎样是“好”的绒面主要内容多晶单晶制绒的目的去磷硅工艺制绒原理及工艺清洗工序注意事项硅片清洗制绒扩散制结等离子刻蚀去磷硅玻璃减反射膜制备PECVD丝网印刷检测分级烧结电池片生产流程•去除硅片表面的污染物；•在硅片表面腐蚀出绒面；•络合硅片表面沾污的金属离子。多晶制绒的目的多晶制绒的效果链式多晶制绒•多晶晶粒取向不一致，其表面的各向异性碱腐蚀并不能有效地降低光损失。•同时由于碱和各晶面反应速度不一致，容易在晶粒之间形成台阶，不利于后续的印刷工艺。•机械刻槽、反应离子刻蚀以及光刻技术等方法，成本较高，难以大规模量产。而同性酸腐蚀法成本低，工艺简单，更适合工业化生产。为什么用酸腐蚀多晶硅片表面的孔状绒面刻蚀槽：HF-HNO3溶液，去除表面油污、切割损伤层以及制备绒面；大致的刻蚀机制是HNO3腐蚀，在硅片表面形成一层SiO2,然后这层SiO2在HF酸的作用下除去。酸与硅的反应可以看成是局部的电化学过程，在反应发生的地方形成了阴极和阳极，阳极是硅的溶解反应，阴极是HNO3的消耗反应。阳极：Si+2H2O+nh+=SiO2+4H++(4-n)e-阴极：SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O总反应式：3Si+4HNO3+18HF=H2SiF6+2H2O+3(4-n)e-混酸槽腐蚀原理碱洗槽：KOH溶液，主要中和残留在硅片表面的酸，也可能发生下列化学反应：Si+2KOH+H2O=K2SiO3+2H2另外，酸腐蚀会在表面形成一层彩色均匀的多孔硅膜。这层硅膜具有极低的反射系数，但是它不利于p-n节的形成和印刷电极。所以要用KOH除去这层多孔硅。KOH的作用24其作用是通过氟离子与硅形成稳定的络离子来实现的。通常先由氢氟酸与二氧化硅作用生成易挥发的四氟化硅气体，然后四氟化硅再进一步与氢氟酸反应，生成可溶性的络合物六氟硅酸H2[SiF6]。生成物六氟硅酸可用去离子水冲除，由此达到去除SiO2。及清洗杂质沾污的目的。从制绒槽出来的硅片表面是亲水性的，这种状态下硅片非常容易吸收周围的污染物，同时硅片表面附着的水层在干燥以后，水中的杂质会沉积在硅片表面造成表观的不良。HF可以使得表面疏水。HF的作用HCl去除硅表面金属杂质，盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与Pt2+、Au3+、Ag+、Cu+、Cd2+、Hg2+等金属离子形成可溶于水的络合物。HCL的作用26金属杂质离子的影响槽位配比温度自动补液制绒HF:50LHNO3:250LDIWater:50L13±2℃HNO3:1.5±0.5L/篮HF:0.5±0.2L/篮DIWater:0.05L/篮漂洗DIWater:80L常温/碱洗KOH:5DIWater:125L20±5℃KOH:0.5L/篮漂洗DIWater:60L常温/酸洗HCl：16LDIWater：120L常温HCl：0.5±0.2L/篮酸洗HF：7LHCl：7LDIWater：117L常温HF：0.5±0.2L/篮HCl：0.5±0.2L/篮漂洗DIWater:60L常温/满提拉、烘干85℃/备注156多晶：制绒槽每30万片换液一次；其它槽位每10万片换一次。125多晶：制绒槽每45万片换液一次；其它槽位每15万片换一次。工艺参数•混酸腐蚀时间•时间太短，那么切割造成的表面损伤就没有完全除去，晶体缺陷就仍然存在，会降低开路电压Uoc和短路电流Jsc。•时间太长，凹陷尺寸就会变得很大，这样就会增加反射系数（相应减少Jsc）和增加表面积（相应的减少Uoc）关键因素主要内容多晶单晶制绒的目的去磷硅工艺制绒原理及工艺清洗工序注意事项•工艺参数不能随便的修改。•各班班长应在交接班时检查每个工艺参数，如发现工艺参数有修改，应询问上个班的班长或技术员。工艺参数硅片尺寸检查•上片过程中如发现有油污片、发亮片、微晶片（片源有“微晶片”说明的除外）等异常情况，需挑出并告知工艺员。•将缺角、隐裂等不合格硅片挑出，退库。•每放1500片时需更换手套，出入车间时需换手套。上料检验先将硅片分成扇形状，再一片片的取下插入小花篮中，注意轻拿轻放。插片注意：安全补水量及槽内的清洁需按照工艺文件配液，严禁私自配液。配液注意安全：需按照工艺文件的要求配液，严禁私自配液。补液水洗漂洗碱洗漂洗酸洗漂洗烘干上料开机机器准备配液下料关机清洁扩散工序物料准备检验返工流程制绒工艺流程•化学品溅入眼内,立即分开眼睑,用大量清水作长时间冲洗，就医。•化学品皮肤接触后立即用大量流水作长时间彻底冲洗,尽快地稀释和冲去，就医。（HF）•化学品误服后应立即催吐或洗胃，并送医院急救。•补充：衣服上沾有化学药水应用清水冲洗，再及时吹干。化学品的急救主要内容多晶单晶制绒的目的去磷硅工艺制绒原理及工艺清洗工序注意事项•在扩散过程中发生如下反应：•POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与Si反应生成SiO2和磷原子：•这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。252236ClO2P3O4PClPSiOSiOP4552252什么是磷硅玻璃？•氢氟酸是无色透明的液体，具有较弱的酸性、易挥发性和很强的腐蚀性。但氢氟酸具有一个很重要的特性是它能够溶解二氧化硅，因此不能装在玻璃瓶中。•在半导体生产的清洗和腐蚀工艺中，主要就利用氢氟酸的这一特性来除去硅片表面的二氧化硅层。磷硅玻璃的去除•氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸能与二氧化硅作用生成易挥发的四氟化硅气体。•若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。•总反应式为：O2HSiF4HFSiO242][SiFH2HFSiF624O2H][SiFH6HFSiO2622清洗液配制装片开机投片清洗烘干去磷硅清洗工艺•将各槽中破损硅片等杂质清除，用去离子水将各槽壁冲洗干净。•1号槽中注入一半深度的去离子水，加入氢氟酸，再注入去离子水至溢流口下边缘。•向2号槽中注满去离子水。清洗液配制•在配制氢氟酸溶液时，要穿好防护服，戴好防护手套和防毒面具。•不得用手直接接触硅片和承载盒。•当硅片在1号槽氢氟酸溶液中时，不得打开设备照明，防止硅片被染色。•硅片在两个槽中的停留时间不得超过设定时间，防止硅片被氧化。注意事项•当硅片从1号槽氢氟酸中提起时，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。•甩干后，抽取两片硅片，在灯光下目测：表面干燥，无水迹及其它污点。检验标准