刻蚀设备与工艺介绍.ppt

一、安全二、电池工艺流程三、刻蚀设备与工艺介绍,一、安全,安全！HF，HNO3，H2SO4，KOH，NaOH，HCl都是强腐蚀性的化学药品，其中HF腐蚀更是强烈，它们的固体颗粒、溶液、蒸汽会伤害到人的皮肤、眼睛、呼吸道，所以操作人员要按照规定穿戴防护服、防护面具、防护眼镜、长袖胶皮手套，遵守安全操作规程。一旦有化学试剂伤害了员工的身体，马上用纯水冲洗30分钟，送医院就医。当然这里首先说明安全是让大家引起足够的重视，不是危言耸听，保护好自己才能够更好的生产。当然，也没有必要因为危险就害怕，在做好安全防护的前提下，我们的生产安全是有保障的，这个已在各大型电池生产企业得到验证。,二、电池生产工艺流程,硅片检验,制绒,磷扩散,刻蚀,PECVD,丝网印刷,烧结,分档测试,检验包装,硅片扩散后电池的边缘会有N型杂质与P型基底形成PN结，以及扩散的过程中在电池表面形成了一层很厚的磷硅玻璃层（PSG），因此需要周边刻蚀将边缘的PN结去除，而磷硅玻璃则通过HF酸短时间浸泡来去除。故扩散后要进行去周边及去PSG工序，原来这道工序是分等离子刻蚀和HF酸洗设备两步进行的，现在我们的设备可以一次进行，目前我们拥有两种刻蚀机台：RENA In-oxside，SCHMID。,三、刻蚀工艺的作用,三、刻蚀工艺的作用,三、RENA 机台外观,三、SCHMID 机台外观,三、SCHMID SE机台外观,RENA刻蚀专辑,RENA Inoxide 大致构造,除刻蚀槽外，其它化学槽和水槽都是喷淋结构。去PSG氢氟酸槽是喷淋结构，而且片子浸入到溶液内部。,上片,刻蚀槽H2SO4/HNO3/HF,水喷淋,碱洗槽KOH,水喷淋,去PSG槽HF,水喷淋,下片,吹干风刀,RENA刻蚀的机理,尽管很复杂，但刻蚀反应不外分成两步：硝酸/亚硝酸（HNO2）将硅氧化成二氧化硅（主要是亚硝酸将硅氧化）。二氧化硅和氢氟酸反应（快反应），生成四氟化硅和水（快反应），四氟化硅又和水化合成氟硅酸进入溶液。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。,链的触发：硝酸将硅氧化成二氧化硅，生成二氧化氮或一氧化氮Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O(慢反应)Si+2HNO3=SiO2+2NO+2H2O(慢反应)链的扩展：二氧化氮、一氧化氮与水反应，生成亚硝酸，亚硝酸很快地将硅氧化成二氧化硅2NO2+H2O=HNO2+HNO3(快反应)Si+4HNO2=SiO2+4NO+2H2O(快反应)（第一步的主反应）4HNO3+NO+H2O=6HNO2(快反应)只要有少量的二氧化氮生成，就会和水反应变成亚硝酸。只要少量的一氧化氮生成，就会和硝酸、水反应很快地生成亚硝酸。亚硝酸会很快的将硅氧化，生成一氧化氮，一氧化氮又与硝酸、水反应。造成硅的快速氧化，硝酸则最终被还原成氮氧化物。最终硅片背面（与刻蚀溶液接触）被氧化。,RENA刻蚀的机理,RENA刻蚀的机理,第二步、二氧化硅的溶解,二氧化硅生成以后，很快与氢氟酸反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O;(四氟化硅是气体)SiF4+2HF=H2SiF6。总反应SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O最终刻蚀掉的硅以氟硅酸的形式进入溶液。,刻蚀线,一个程度有点重的微过刻的片子,正常情况下刻蚀线到边缘的距离控制在1.5mm以下，最宽不得超过1.5mm。,刻蚀线,对于直接RENA的片子，刻蚀后有时会有刻蚀线一条靠近边缘的淡淡的一条黑线。,刻蚀线一般是淡淡的一条黑线。有时在边缘会有很显眼的很黑很黑的线或黑区，这些东西就不是刻蚀线了，而是没有洗干净的酸，此时需要在碱槽手动补碱来解决。如果多次出现这种情况，必须检查碱洗槽是否堵碱。,刻蚀线,亚硝酸本身并不是特别稳定，它会慢慢分解。在时刻时停的小批量生产时，溶液中的亚硝酸浓度的平衡点不会超过一定的限度，刻蚀溶液会一直保持无色。大批量生产时，亚硝酸浓度平衡点会有所上升，亚硝酸浓度的略微增加，会导致有一个有趣的现象溶液颜色变成淡绿色和绿色。只要刻蚀正常，溶液颜色变绿不会对片子效率产生任何影响。刻蚀不合格片时可能会将一些杂质引入刻蚀溶液，污染刻蚀溶液，但这与变绿无关。,RENA刻蚀的机理溶液变绿,RENA刻蚀槽外观,传说中的 裘千仞的“水上漂”，想拥有吗？绝对给力！,Edge isolation through back side emitter removal,InOxSide,RENA刻蚀槽轻功“水上漂”,Edge Isolation Process,酸洗 HF和HCl，中和掉硅片表面残余的碱，去除残存的氧化物和重金属HF去除硅片表面氧化物盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与 Pt2+、Au3+、Ag+、Cu2+、Cd2+、Hg2+等金属离子形成可溶于水的络合物。,酸碱槽的清洗原理,碱洗：NaOH或KOH中和掉硅片表面残余的酸,去除多孔硅。,SCHMID专辑,SCHMID机台刻蚀的原理与RENA相同，所以这里不再重复对化学反应的探讨，主要关注的是一些不同点。,RENA刻蚀槽采用“水上漂”的原理进行硅片背表面和四周的刻蚀；SCHMID采用 滚轮带液 的原理进行刻蚀。,SCHMID滚轮带液,SCHMID滚轮带液,SCHMID滚轮带液,RENA刻蚀较SMD刻蚀耗酸量小 Rena刻蚀Nox易于溶解充分反应 Rena刻蚀工艺温度低不易挥发,90滚轮刻蚀,一、水膜形成过程模拟,前边沿位于水龙头正下方：1硅片后边沿2传感器位置3硅片沿边沿喷水膜开始：4喷水膜延迟距离喷水膜结束：5水膜区域6提前结束距离,SCHMID,RENA,RENA 碱结晶堵塞喷淋引起黄斑片 吹液风刀口堵塞引起碱浓度不足 易卡片SMD 电导率适时控制保证碱浓度 寖漠式工艺 减少不合格片,碱槽,SCHMID,RENA,RENA 碎片多 非适时酸浓度监测SMD 电导率控制保证酸浓度,酸槽,SCHMID,RENA,RENA 水刀冲洗彻底SMD 海绵滚轮易脏污，更换成本高,水喷淋吹干模块,SCHMID,RENA,RENA 风刀导致碎片 CDA成本高SMD 碎片低 成本低,吹干,SCHMID,RENA刻蚀没有配装HF浓度监测器,HF检测,SE刻蚀设备与工艺简介,二、工艺介绍,制约传统电池光电转换效率的环节最重要的是扩散和丝网印刷两道工序，这两道工序是相互制约的一对矛盾。在扩散工序，低参杂浓度可以降低少数载流子的体复合几率，且可以进行较好的表面钝化，降低少数载流子的表面复合几率，从而减小电池的反向饱和电流，提高电池的开路电压和短路电流。另外，因越靠近太阳电池的表面，光生载流子的产生率越高，而越靠近扩散结光生载流子的收集率越高，故浅扩散结可以在高载流子产生率的区域获得高的收集率，提高电池的短路电流。金属化工序，电池正、背面需要印刷银浆和铝浆，从而需要高的表面参杂浓度来获得好的欧姆接触。低的表面参杂浓度，在制作电极时使金属和硅接触部分形成高的接触电阻，而且扩散区的薄层电阻较大，也增加了对光生电流的阻力，从而进一步增加太阳电池的串联电阻，降低电池的填充因子，最终使电池光电转换率下降。因此，在传统硅太阳电池中，扩散的浓度要适应印刷电极的要求，通常要求扩散有较高的参杂浓度，在较高的参杂浓度下，硅片表面载流子复合率较高，会减小短路电流密度，从而使效率下降。从电池开路电压和短路电流角度考虑，应当进行低浓度参杂；从填充因子及电极与电池片接触角度考虑，应当进行高浓度参杂。那么，能够很好解决二者之间矛盾的工艺方法，是在电池片表面制作选择性发射极：即在电极接触区域采用高浓度参杂，在光吸收区域采用低浓度参杂。,一、SE刻蚀生产流程,一、SE刻蚀生产流程,特点：1、相对于传统PSG（经适型）增加了极性刻蚀槽和去掩膜槽；2、所有水洗槽都采用瀑布式水喷淋；3、一定的效率提升潜力（多晶：0.2%；单晶：0.5%）,一、传统PSG生产流程,特点：1、采用旋转台实现周边刻蚀；2、简单的去PSG工艺，附流量式加热装置；3、标准的吹干过程；4、经济适用。,一、上料台与DOD机台,一、DOD掩膜机印刷质量监控,生产过程中，需要按时检查掩膜印刷质量，有无虚印或者断栅等问题。该操作可以在硅片进入湿法刻蚀机台时进行监控。,一、水膜形成过程模拟,前边沿位于水龙头正下方：1硅片后边沿2传感器位置3硅片沿边沿喷水膜开始：4喷水膜延迟距离喷水膜结束：5水膜区域6提前结束距离,一、下料台外观检查,下料时检查硅片有无外观异常。石蜡清洗效果监控判断方法：使用紫外灯检测石蜡是否清洗干净，石蜡残留处在紫外灯照射下显示荧光色。掩膜覆盖良好时没有硅片本色露出，如果发现掩膜覆盖的地方有硅片本色显露，说明喷头堵塞，需找设备人员清理，不能生产。,一、下料台,下料机台图示,一、下料台碎片处理,1、碎片：普通碎片，设备识别后会自动将碎片放入下料台中的碎片盒。部分碎片由于缺损较少，设备可能难以识别，如缺角等类型碎片，可以直接从设备取出，操作中注意安全；,二、工艺介绍,二、工艺介绍-掩膜印刷,二、工艺介绍-Emitter etch(抛结),硝酸/亚硝酸（HNO2）将硅氧化成二氧化硅（主要是亚硝酸将硅氧化）。二氧化硅和氢氟酸反应（快反应），生成四氟化硅和水（快反应），四氟化硅又和水化合成氟硅酸进入溶液。,二、工艺介绍-Emitter etch(抛结),二、工艺介绍-Emitter etch(抛结),多孔硅膜厚测试，测试曲线,二、工艺介绍石蜡去除模块,二、工艺介绍石蜡去除模块,二、工艺介绍,Thanks for your attention,