刻蝕及去PSG工藝及異常處理

刻蝕及去PSG工藝及異常處理

北極星太陽能光伏網訊:刻蝕目的

由於在擴散過程中，即使採用背靠背的單面擴散方式，矽片的所有表面（包括邊緣）都將不可避免地擴散上磷。PN結的正面所收集到的光生電子會沿著邊緣擴散有磷的區域流到PN結的背面，而造成短路，此短路通道等效於降低並聯電阻。

（來源：微信公眾號「摩爾光伏」）

經過刻蝕工序，矽片邊緣帶有的磷將會被去除乾淨，避免PN結短路造成並聯電阻降低。

去PSG目的

由於在擴散過程中氧的通入，在矽片表面形成一層SiO2，在高溫下POCl3與O2形成的P2O5，部分P原子進入Si取代部分晶格上的Si原子形成n型半導體，部分則留在了SiO2中形成PSG。

磷矽玻璃的存在使得矽片在空氣中表面容易受潮，導致電流的降低和功率的衰減。

死層的存在大大增加了發射區電子的複合，會導致少子壽命的降低，進而降低了Voc和Isc。

磷矽玻璃的存在使得PECVD後產生色差,在PECVD工序將使鍍的SIxNy容易發生脫落，降低電池的轉換效率。

溼法刻蝕及去PSG原理

溼法刻蝕原理

利用HNO3和HF的混合液體對擴散後矽片下表面和邊緣進行腐蝕,去除邊緣的N型矽,使得矽片的上下表面相互絕緣。

邊緣刻蝕原理反應方程式：

3Si +4HNO3+18HF =3H2 [SiF6] + 4NO2↑ +8H2O

去PSG原理：

SiO2+4HF=SiF4+2H2O

SiF4+2HF=H2[SiF6]

SiO2+ 6HF=H2[SiF6]+2H2O

去PSG工序檢驗方法：

當矽片從HF槽出來時，觀察其表面是否脫水，如果脫水，則表明磷矽玻璃已去除乾淨；如果表面還沾有水珠，則表明磷矽玻璃未被去除乾淨，可在HF槽中適當補些HF。

RENA InOxSide 工藝流程

RENAInOxSide的主體分為以下七個槽，此外還有滾輪、排風系統、自動及手動補液系統、循環系統和溫度控制系統等。

刻蝕槽

所用溶液為HF+HNO3+H2SO4，邊緣刻蝕，除去邊緣PN結，使電流朝同一方向流動，發生下列化學反應：

3Si + 18HF + 4HNO3 → 3H2SiF6 + 8H2O + 4NO↑

注意：擴散面須向上放置， H2SO4硫酸不參與反應，僅僅是增加氫離子濃度，加快反應，增加溶液黏度（增大溶液與PSG薄層間的界面張力）和溶液密度，使矽片很好的浮於反應液上（僅上邊緣2mm左右和下表面與液體接觸）。

鹼洗槽

KOH噴淋中和前道刻蝕後殘留在矽片表面的酸液，去除矽片表面的多孔矽及其雜質，去除擴散形成的染色，KOH溶液依靠冷卻水降溫保持在20℃左右，主要發生下列化學反應：

Si+2KOH+H2O = K2SiO3+2H2↑

酸洗槽

HF循環衝刷噴淋中和前道鹼洗後殘留在矽片表面的鹼液，去除矽片表面的磷矽玻璃，主要發生下列化學反應：

HF+SiO2→ H2SiF6 + H2O

工藝常見問題以及解決方法

1腐蝕深度

工藝控制在1.2±0.2μm

檢測儀器：電子稱

腐蝕深度是表徵片子刻通與否的一個重要參數，通過測量刻蝕前後片子減薄量，可以計算出腐蝕深度，根據具體測量情況可以改變工藝參數。

槽體溫度

原則上溫度控制在8度，一般上下浮動1-2度，調整梯度為0.5-1度，溫度升高腐蝕深度增加，反之。溫度可以作為刻蝕速率的調節手段，但是這是最後的手段。由於溫度較高的情況下，刻蝕溶液在刻蝕槽時會不穩定，所以一般不宜長時間超過10度，當前我們的補液能保證刻蝕速率不下降，所以我們無需調高刻蝕溶液的溫度。

滾軸速度

原則上帶速控制在1.0-1.5m/min，調整梯度式0.1-0.2m/min，速度越快，腐蝕深度越小，反之。

自動補液

調整自動補液的周期以及自動補液量（HF HNO3），補液周期越短，補液量越大，腐蝕深度越大，反之。

手動補液

可以手動添加化學品（HF HNO3DI水），一般在腐蝕深度偏差較大時進行手動補液，一般在換液初期和槽體壽命快到時。

2 刻蝕線

可能出現過刻或刻蝕不足的情況，一般不超過2mm，通過肉眼觀察，也可通過冷熱探針測量邊緣電壓來判斷是否刻通。

刻蝕不足：一般首先通過調節參數保證腐蝕深度在工藝控制範圍內即可。

檢驗方法

冷熱探針法

檢驗原理

熱探針和N型半導體接觸時，傳導電子將流向溫度較低的區域，使得熱探針處電子缺少，因而其電勢相對於同一材料上的室溫觸點而言將是正的。

同樣道理，P型半導體熱探針觸點相對於室溫觸點而言將是負的。

此電勢差可以用簡單的微伏表測量。熱探針的結構可以是將小的熱線圈繞在一個探針的周圍，也可以用小型的電烙鐵。

檢驗操作及判斷

1.確認萬用表工作正常，量程置於200mV。

2.冷探針連接電壓表的正電極，熱探針與電壓表的負極相連。

3.用冷、熱探針接觸矽片一個邊沿不相連的兩個點，電壓表顯示這兩點間的電壓為正值，說明導電類型為P型，刻蝕合格。相同的方法檢測另外三個邊沿的導電類型是否為P型。

4.如果經過檢驗，任何一個邊沿沒有刻蝕合格，則這一批矽片需要重新進行刻蝕。

過刻以及刻蝕線不齊解決方法：

抽風

抽風在很大程度上會影響到刻蝕槽液面波動，而刻蝕槽任何的液面波動，對在液面上運行的矽片都有很大影響，抽風對刻蝕線寬影響很大，調節以前首先要觀察好時片子哪條邊刻蝕線寬異常再進行相應處理，一般不建議調整。

循環流量

調節循環流量，觀察刻蝕效果，一般情況下，循環流量增加刻蝕線寬增加，反之。

溶液比例

添加H2SO4,可以調整溶液粘稠度，增加溶液的浮力。

此外，片與片之間的間距、滾軸的水平程度、滾軸和內槽槽邊高度水平等都會影響到刻蝕線寬，發現此類問題及時通知相關人員進行處理，保證四周刻蝕均勻，無過刻以及刻不通現象。

一般來說，只要保證腐蝕深度在工藝控制範圍，且刻蝕線正常，片子就一定能刻通。

3 碎片

放片方法應嚴格按照作業指導書，輕拿輕放在正確位置，多晶156的矽片由於面積較大，如果放置的位置不正確，很容易造成疊片卡片等，致使矽片在機器中碎裂。

調整噴淋管的位置，至滾輪能夠光滑的運行，調整風管和水管的位置，使得片子在通過的時候，不會影響片子的運行。

滾軸高低不平會影響片子的運行方向，導致疊片卡片，致使碎片。

作為工藝人員在生產過程中，如果發現機器碎片，一方面應該提醒產線員工注意放片規範，減少疊片和歪片；另一方面，應巡查上述主要地方，及時找到並清理在設備中殘留的碎片，杜絕更多碎片的產生。

4 吹不幹

調整吹乾氣體流量，無效果，通知設備。

溼法刻蝕相對等離子刻蝕的優點

1、非擴散面PN結刻蝕時被去除，背腐蝕太陽電池的背面更平整，其背面反射率優於刻邊，背腐蝕太陽電池能更有效地利用長波增加Isc。鋁背場比刻邊的更均勻，可以提高IQE，從而提高了太陽電池的Voc。

2、矽片潔淨度提高（無等離子刻蝕的尾氣汙染）

3、節水（rena使用循環水衝洗矽片，耗水較少。等離子刻蝕去PSG用槽浸泡，用水量大）。

溼法刻蝕相對等離子刻蝕的缺點

1、矽片水平運行，機碎高：（等離子刻蝕去PSG槽式浸泡甩幹，矽片受衝擊小）；

2、傳動滾軸易變形：（PVDF，PP材質且水平放置易變形）；

3、成本高：（化學品刻蝕代替等離子刻蝕成本增加）。

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