太陽能光伏刻蝕清洗設備

北極星太陽能光伏網訊:在前一章中我們較為詳盡地介紹了太陽能電池製造過程中的一個重要工序———P-N結的製作，即常說的擴散過程，並對製作P-N結的擴散爐進行了簡單介紹。而在製造太陽能電池的工藝流程中，通常都在擴散後進行刻蝕。在擴散過程中，矽片的周邊表面也形成擴散層。周邊擴散層使電池的上電極和下電極形成短路，必須將它除去。這個工序是太陽電池製作中必不可少的一步，周邊存在任何微小的局部短路都會使電池並聯電阻下降，以至成為廢品。本章首先對光伏刻蝕技術進行了簡單的介紹，並在此基礎上介紹了幾類典型的刻蝕清洗設備的使用和維護。

5.1刻蝕技術簡介

5.1.1刻蝕的原理

在刻蝕工藝的前一步，對矽片進行了擴散，形成了P-N結。但形成的P-N結與理想的P-N結有差距，如圖5.1所示：

圖5.1理想的P-N結與實際形成的P-N結

周邊的擴散層可能造成電池短路，所以很有必要對周邊多餘的部分進行去除。在太陽電池的常見工藝中，常常是在含硼的磷型矽片上擴磷，所以要去除的主要是周邊擴散了磷的部分。

為了將擴散所得的矽片製成P-N結，我們得把四周的N型層去掉。背面的N型層可以用補償法消除，用絲網印刷鋁漿，然後燒結可以使N型層返回到P型。去周邊用雷射切割的方法或等離子體刻蝕法。雷射切割可以在太陽電池電極印刷和燒結結束後進行。雷射切割去周邊時必須把雷射束照在背電極上，而且不能讓雷射把矽片擊穿，必須控制好雷射的強度和運行速度，才能做到去周邊時對太陽電池的P-N結無影響。等離子體刻蝕法是目前在太陽電池製造業中應用得最多的一種方法，利用高頻輝光放電手段將CF4離解成活性原子和自由基，各種游離基中F原子為主要的刻蝕劑，與矽反應後生成具有揮發性的SiF4，後面還將詳細介紹。

5.1.2刻蝕技術的分類及特點

刻蝕是採用化學或物理的方法，有選擇地從半導體材料表面去除不需要材料的過程。通常刻蝕技術分為溼法腐蝕和幹法刻蝕兩種。

1.溼法腐蝕

溼法腐蝕是通過化學溶液與被刻蝕材料發生化學反應而去除被刻蝕物質的方法。溼法刻蝕的特點是各向同性，但會因存在側向腐蝕而產生底切現象，從而導致線寬失真，特別是微細線條的刻蝕更為困難，因此迫切需要尋找新的途徑。直到六十年代人們才發現等離子體可用於去除殘留碳化物，並可成功地用於等離子體去膠工藝中，隨後很快發展了半導體器件工藝中的幹法刻蝕技術。

2.幹法刻蝕

幹法刻蝕是把材料的被刻蝕表面暴露於等離子體中，等離子體通過光刻膠中開出的窗口與材料發生物理或化學的反應，從而去掉暴露的材料。幹法刻蝕又可分為物理性刻蝕與化學性刻蝕。物理性刻蝕是利用輝光放電將氣體如氬(Ar)解離成帶正電的離子，再利用偏壓將離子加速，使其轟擊在被刻蝕物表面上，將被刻蝕物質的原子擊出。此過程完全是物理上的能量轉移，故稱之為物理性刻蝕。其特色在於有很好的方向性，並可獲得接近垂直的刻蝕輪廓。但由於離子是全面均勻地濺射在晶片上的，光刻膠與欲刻蝕材料兩者會同時被刻蝕，因而刻蝕選擇性偏低。而且被擊出的物質並非揮發性物質，這些物質容易沉積在被刻蝕薄膜表面及側壁上，因此採用完全物理方式的刻蝕方法在半導體器件製程製造過程中很少被使用。而化學性刻蝕是利用等離子將刻蝕氣體解離產生帶電離子、分子、電子及反應性很強的原子團。此原子團擴散到被刻蝕薄膜表面，與被刻蝕薄膜表面原子反應形成具有揮發性的產物，並被真空設備抽離反應腔。由於此反應完全利用化學反應完成，故稱之為化學性刻蝕。此刻蝕方式與前面所述的溼法腐蝕類似，只是反應物的狀態從液態變成了氣態，且以等離子來促進反應速度。所以化學性刻蝕與溼法腐蝕有類似的優缺點，對掩膜、基底有較高的選擇比，且也有各向同性刻蝕現象。在半導體器件製作過程中，純化學性刻蝕通常應用於不需圖形轉換的步驟中，如用於光刻膠的去除。

使用最廣泛的是物理性的離子轟擊與化學性反應相結合的刻蝕方法。此法兼具各向異性與高刻蝕選擇比的雙重優點，刻蝕主要由化學反應來完成，這樣可以獲得較高選擇比。加入離子轟擊的作用是將被刻蝕材料表面的原子鍵破壞，以加快反應速度，將再沉積於被刻蝕表面的產物或聚合物轟擊打掉，以便使被刻蝕表面能再與刻蝕氣體接觸，刻蝕得以繼續進行，而側壁上的沉積物因未受到離子轟擊而被保留下來，這樣便可阻隔刻蝕表面與反應氣體的接觸，使側壁不受刻蝕而實現各向異性刻蝕。

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