电池片全工序基础工艺培训资料.docx
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电池片全工序基础工艺培训资料
培训资料
前道
一制绒工艺
制绒目的
1.消除表面硅片有机物和金属杂质。
2.去处硅片表面机械损伤层。
3.在硅片表面形成表面组织，增加太阳光的吸收减少反射。
工艺流程
来料，开盒，检查，装片，称重，配液加液，制绒，甩干，制绒后称重，绒面检查，流出。
单晶制绒
1号机
槽号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
作用
超声
溢流
制绒槽
超声
喷淋
溢流
成份
柠檬酸
/
双氧水+氨水
纯水
NaOH+IPA+Na2SiO3
纯水
配液
6瓶/25L+25L
5瓶+3瓶+3瓶
补加液
100-150g+1L
无
温度
90/60
60
80
常温
时间
300/600
200/500
1200s
300
300
400
2号机
槽号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
作用
酸腐制绒槽
酸洗
溢流
酸洗
溢流
溢流
喷淋
成份
纯水
HCL
纯水
HF
纯水
配液
16L
12L
补加液
时间
440420400
400
200
400
200
200
300
甩干
喷水（S）
喷氮（S）
延时（S）
压力MPa
低速/高速（r/m）
温度
30
320
10
0.4～0.7
200/300
128
基本原理
1#超声
去除有机物和表面机械损伤层。
目前采用柠檬酸超声，和双氧水与氨水混合超声。
3#4#5#6#制绒
利用NaOH溶液对单晶硅片进行各向异性腐蚀的特点来制备绒面。
当各向异性因子（（100）面与（111）面单晶硅腐蚀速率之比）=10时，可以得到整齐均匀的金字塔形的角锥体组成的绒面。
绒面具有受光面积大，反射率低的特点。
可以提高单晶硅太阳能电池的短路电流，从而提高太阳能电池的光转换效率。
化学反应方程式：
Si+2NaOH+H2O=Nasio3+2H2↑
影响因素
1.温度
温度过高，首先就是IPA不好控制，温度一高，IPA的挥发很快，气泡印就会随之出现，这样就大大减少了PN结的有效面积，反应加剧,还会出现片子的漂浮，造成碎片率的增加。
可控程度：
调节机器的设置，可以很好的调节温度。
2.时间
金字塔随时间的变化：
金字塔逐渐冒出来；表面上基本被小金字塔覆盖，少数开始成长；金字塔密布的绒面已经形成，只是大小不均匀，反射率也降到比较低的情况；金字塔向外扩张兼并，体积逐渐膨胀，尺寸趋于均等，反射率略有下降。
可控程度：
调节设备参数，可以精确的调节时间。
3.IPA
1.协助氢气的释放。
2.减弱NaOH溶液对硅片的腐蚀力度，调节各向因子。
纯NaOH溶液在高温下对原子排列比较稀疏的100晶面和比较致密的111晶面破坏比较大，各个晶面被腐蚀而消融，IPA明显减弱NaOH的腐蚀强度，增加了腐蚀的各向异性，有利于金字塔的成形。
乙醇含量过高，碱溶液对硅溶液腐蚀能力变得很弱，各向异性因子又趋于1。
可控程度：
根据首次配液的含量，及每次大约消耗的量，来补充一定量的液体，控制精度不高。
4.NaOH
形成金字塔绒面。
NaOH浓度越高，金字塔体积越小，反应初期，金字塔成核密度近似不受NaOH浓度影响，碱溶液的腐蚀性随NaOH浓度变化比较显著，浓度高的NaOH溶液与硅反映的速度加快，再反应一段时间后，金字塔体积更大。
NaOH浓度超过一定界限时，各向异性因子变小，绒面会越来越差，类似于抛光。
可控程度：
与IPA类似，控制精度不高。
5.Na2SiO3
SI和NaOH反应生产的Na2SiO3和加入的Na2SiO3能起到缓冲剂的作用，使反应不至于很剧烈,变的平缓。
Na2SiO3使反应有了更多的起点，生长出的金字塔更均匀，更小一点Na2SiO3多的时候要及时的排掉，Na2SiO3导热性差，会影响反应,溶液的粘稠度也增加，容易形成水纹、花蓝印和表面斑点。
可控程度：
很难控制。
4#酸洗
HCL去除硅片表面的金属杂质
盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与多种金属离子形成可溶与水的络合物。
6#酸洗
HF去除硅片表面氧化层，SiO2+6HF=H2[siF6]+2H2O。
控制点
1．减薄量
定义：
硅片制绒前后的前后重量差。
控制范围
单晶125，硅片厚度在200±25微米以上，减薄量在0.5±0.2g；硅片厚度在200±25微米以上，减薄量在0.4±0.2g。
单晶156，首篮减薄量在0.7±0.2g；以后减薄量在0.6±0.2g。
2．绒面
判断标准：
成核密度高，大小适当，均匀。
控制范围：
单晶：
金字塔尺寸3~10um。
3．外观
无缺口，斑点，裂纹，切割线，划痕，凹坑，有无白斑，赃污。
异常处理
问题
原因
解决方法
硅片表面大部分发白，发白区域未出绒面
1.NaOH含量偏低，不能充分进行反应，或者IPA含量过高，抑止反应进行。
1.首先判断原因。
2.增加NaOH的浓度，减少IPA的用量。
3.如果不能调节，重新配制溶液。
2.如果表现后续返工可以处理发白区域，则可以断定NaOH浓度不够。
采用稀碱超声。
3.表面清洁度不好。
延长超声时间。
4.溶液状态不够均匀。
1.对溶液进行充分搅拌，补加溶液必须先溶解，加入之后必须进行溶液充分搅拌，使用烧杯或竿进行“8”字形状搅拌溶液。
2.查看电源控制柜相应的加热开关是否都在正常工作。
硅片表面有白斑，部分白斑区域出现在不同硅片同一位置，白斑区域明显表现为被覆盖没有出绒现象
硅片表面的有机物等污染物粘附于硅片表面，阻止硅片制绒。
只使用柠檬酸进行超声，中间对超声槽溶液进行更换。
硅片过腐，表现为绒面角锥体过大，减薄量过大
碱浓度过大或反应温度过大，导致在<100>面上反应速率远大于 <111>面上反应速率。
测试温度，确定是否为80度；稀释溶液浓度，同时保证溶液的均匀性；降低下次碱配制的浓度。
单晶硅片四边都有白边
仍有白边部份硅片反应不够充分，这部份对中间无白边部份偏厚。
换言之，整个硅片化学反应不够均匀，中间部份反应放热不易，导致反应激烈。
保证溶液均匀，控制硅片中心速度，增加缓冲剂。
硅酸钠溶液可视为缓冲剂。
硅片两侧出现“花蓝印”的白边
由于溶液中硅酸钠的浓度过大，粘稠度增加，使得承片盒与硅片接触的地方得不到充分反应。
视花蓝印的严重程度和数量。
通常需要对溶液进行部分排放，并进行补对。
鼓泡此时一定要开启。
雨点
氢气泡粘附或氢气泡移动缓慢形成。
雨点处的绒面相对正常区域主要表现为制绒不够。
1、及早发现，并进行IPA补加，通常会去掉或消弱痕迹。
2、即使形成雨点状不必继续返工，镀完减反射膜，可以盖住。
但这并不是成为做出雨点而不加以改善的理由。
制绒时槽内硅片区域性发白
溶液不均匀或硅片本身原因导致。
长时间制绒未见效果，对相应区域进行少许NaOH补充，撒在相应槽区域即可；下次制绒之前需要对溶液搅拌均匀。
制绒时硅片漂浮
制绒IPA量不足，导致氢气粘附于硅片表面，没有及时被带走。
补加相应IPA量即可。
返工处理
返工类型
返工方法
减薄量实测值小于控制计划规定下限
重新制绒，制绒时间可视实际情况调整
各种硅片表面异常
根据减薄量的大小确定返工
二扩散工艺
扩散目的
在来料硅片P型硅片的基础上扩散一层N型磷源，形成PN结。
扩散原理
POCl3在高温下（>600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5），其反应式如下：
5POCl3=3PCl5+P2O5
生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：
2P2O5+5Si=5SiO2+4P
POCl3热分解时，如果没有外来的氧（O2）参与其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。
但在有外来O2存在的情况下，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气（Cl2）其反应式如下：
4PCl5+5O2=2P2O5+10Cl2
生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子，由此可见，在磷扩散时，为了促使POCl3充分的分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入一定流量的氧气。
就这样POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散。
扩散类型
1.恒定源扩散：
在稳态扩散的条件下，单位时间内通过垂直于扩散方向的单位面积的扩散质量与该截面处的浓度梯度成正比。
2.限定源扩散：
在再分布过程中，扩散是在限定源的条件下进有的，整个扩散过程的杂质源，限定于扩散前积累在硅片表面的无限薄层内的杂质总量，没有外来杂质补充即在硅片表面处的杂质流密度。
车间使用的是两步扩散：
预淀积+扩散。
预扩散是恒定源扩散，主要是使得硅片表面气体浓度一致，保持整批方块电阻是均匀性。
主扩散是限定源扩散，并且在主扩散后通入大氮气体，作为推进气体，加大PN结深度。
工艺流程
Tempress
StepNo.
StepName
Message
说明
0
Load/Unload
StandBy
等待并准备开始，温度为Temp.NormalRecipe:
0，舟的位置在起点，只通大N2
1
LoadIn
BoatIn
进舟
2
PaddleOut
BoatOut
出浆
3
Recovery
Stabilize
升高温度，等待温度达到扩散温度
4
Stabilize
Stabilize
稳定温度
5
Prepurge
Prepurge
预扩散，大N2流量增加，通小N2和O2
6
POCL3Dep
Deposition
扩散
7
Postpurge
Postpurge
再分布
8
Cooldown
Cooldown
冷却，温度为Temp.NormalRecipe:
0，只通大N2
9
PaddleIn
BoatIn
进浆
10
LoadBoat
BoatOut
出舟
11
Return
Load/Unload
返回Step0，等待开始
12
CriticalStop
StandBy
紧急停止跳步程序
48所
步号
时间
Zone1
Zone2
Zone3
小N2
大N2
干O2
说明
1
540
850
840
840
0
25000
0
进舟，准备并升温，此时只通大N2
2
600
890
880
880
0
25000
0
将温度升到扩散的要求，只通大N2
3
600
890
880
880
1200
32000
2200
预扩散，小量小N2和干O2，大N2流量增加
4
700
890
880
880
0
25000
1000
将源气体反应完全，只通干大N2和O2
5
1200
890
880
880
1500
32000
2500
扩散再分布，通足量的大N2，小N2和干O2
6
1200
850
840
840
0
25000
1000
同步4
7
300
850
850
850
0
25000
0
降低温度，此时只通大N2
8
540
850
850
850
0
25000
0
出舟并等待开始
影响因素
1.温度
温度T越高，扩散系数D越大，扩散速度越快。
2.时间
对于恒定源：
时间t越长结深越深，但表面浓度不变。
对于限定源：
时间t越长结深越深，表面浓度越小。
3.浓度
决定浓度是因素：
氮气流量、源温。
表面浓度越大，扩散速度越快。
4.第三组元
主要是掺硼量对扩散的影响，杂质增强扩散机制。
在二元合金中加入第三元素时，扩散系数也会发生变化。
掺硼量越大，扩散速率越快。
即电阻率越小，越容易扩散。
控制点
方块电阻，外观，单片均匀性，整管均匀性。
方块电阻：
表面为正方形的半导体薄层在电流方向所呈现的电阻。
R=电阻率*L/S,对方块硅片，长度等于宽度，则R=电阻率/厚度，方块电阻～（１／Ns*Xj）Ns：
电化学浓度，Xj：
扩散结深。
控制范围
中心方块电阻：
单晶：
42~48。
同一硅片扩散方块电阻中心值不均匀度：
小于等于12%（48）10%（T）。
同一炉扩散方块电阻中心值不均匀度：
小于等于25%（48）15%（T）。
48所扩散过程中问题解决方案
问题
原因
解决方法
扩散不到
1.炉门没关紧，有源被抽风抽走。
2.携带气体大氮量太小，不能将源带到管前。
3.管口抽风太大。
1.由设备人员将炉门重新定位，确保石英门和石英管口很好贴合。
2.增大携带气体大氮的流量。
3.将石英门旁边管口抽风减小。
扩散方块电阻偏高/偏低
偏高：
1.扩散温度偏低。
2.源量不够，不能足够掺杂。
3.源温较低于设置20度。
4.石英管饱和不够。
1.升高扩散温度，加大源量.
2.延长扩散时间。
3.增加淀积温度。
偏低。
1.扩散温度偏高。
2.源温较高于20度。
1.减小扩散温度。
2.减少扩散时间。
3.减少淀积温度。
扩散片与片间方块电阻不均匀
扩散温度不均匀
重新拉扩散炉管恒温
扩散后单片上方块电阻不均匀
扩散气流不均匀，单片上源沉积不均匀。
1.调整扩散气流量，加匀流板。
2.调整扩散片与片之间距离。
扩散后硅片上有色斑
甩干机扩散前硅片没甩干
调整甩干机设备及工艺条件
扩散过程中偏磷酸滴落
长时间扩散后对扩散管定期进行HF浸泡清洗
环境湿度过大
增大除湿机功率
太阳能电池效率忽高忽低
扩散间或石英管被污染，特别是在生产线被改造时最明显。
清洗石英管及石英制品，加强扩散间工艺卫生，强化TCA。
扩散方块电阻正常，但填充因子偏低。
品质因子有问题，n趋向于2，J02偏大，表明结区复合严重。
方法同上
Tempress扩散过程中问题解决方案
问题
原因
解决方法
方块电阻在源一侧低，炉口处高
1.炉门与炉管的密封性不好
2.尾部排气严重
3.假片数量太少
1.调整炉门密封性
2.减少尾部排气气流
3.使用更多的假片
单片（交叉）方块电阻在源一侧低，炉口处高
1.炉门与炉管的密封性不好
2.尾部排气严重
3.假片数量太少
1.调整炉门密封性
2.减少尾部排气气流
3.使用更多的假片
单片（交叉）方块电阻均匀性差
1.POCl3不够
2.排气压力过高
3.沉积温度过高
1.增加小N2流量
2.降低排气压力
3.降低沉积温度
顶部的方块电阻低，底部的高
1.舟被污染
2.校准硅片不是最好的（可能被磨光）
3.硅片在炉管中的位置太高
4.桨比硅片和炉管温度低
1.使用新的干净的舟
2.使用好的校准硅片，而不是磨光。
3.使用低脚的舟。
4.在升温步后插入回温步骤。
边缘处方块电阻低，中心高
1.假片被污染
2.校准硅片不是最好的（可能被磨光）
3.硅片在炉管中的位置太高
4.桨比硅片和炉管温度低
1.使用新的假片
2.使用好的校准硅片，而不是磨光
3.使用低脚的舟
4.在升温步后插入稳定温度步骤
方块电阻均匀性不连续
1.炉管和舟没有饱和
2.假片被污染
3.校准硅片不是最好的（可能被磨光）
4.石英件或硅片脏
5.沿着扩散炉通风
6.气流不足
1.预先处理炉管和舟
2.使用新的假片
3.使用好的校准硅片，而不是磨光
4.清洗炉管、舟、隔热包块和匀流挡板
5.使用干净的硅片
6.通过关闭可能的通风孔减小通风或者减小洁净室的过压。
7.增加N2和干O2流量
整管方块电阻太高
1.沉积时间过短
2.沉积温度过低
3.推进时间太短
4.推进温度太低
1.增加沉积时间
2.增加沉积温度
3.增加推进温度
4.增加推进温度
整管方块电阻太低
1.沉积时间过长
2.沉积温度过高
3.推进时间太长
4.推进温度太高
1.减少沉积时间
2.减少沉积温度
3.减少推进温度
4.减少推进温度
返工处理
方块电阻不在规定范围内：
1.轻微超出范围要求重新扩散，严重超出要求重新制绒。
2.低于范围要求从新制绒。
氧化发蓝：
去PSG工序，反面扩散。
色斑等由硅片表面问题引起的玷污：
去PSG后从新制绒。
偏磷酸：
去PSG后，重新制绒。
三刻蚀工艺
刻蚀目的
将硅片边缘的带有的磷去除干净，避免PN结短路造成并联电阻降低。
刻蚀原理
采用干法刻蚀。
采用高频辉光放电反应，采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或各种游离基，这些活性粒子扩散到硅片边缘，在那里与硅进行反应，形成挥发性生成物四氟化硅而被去除。
化学公式：
CF4+SIO2=SIF4+CO2
工艺流程
预抽，主抽，送气，辉光，抽空，清洗，预抽，主抽，充气。
影响因素
1.射频功率
射频功率过高：
等离子体中离子的能量较高会对硅片边缘造成较大的轰击损伤，导致边缘区域的电性能差从而使电池的性能下降。
在结区（耗尽层）造成的损伤会使得结区复合增加。
射频功率太低：
会使等离子体不稳定和分布不均匀，从而使某些区域刻蚀过度而某些区域刻蚀不足，导致并联电阻下降。
2.时间
刻蚀时间过长：
刻蚀时间越长对电池片的正反面造成损伤影响越大，时间长到一定程度损伤不可避免会延伸到正面结区，从而导致损伤区域高复合。
刻蚀时间过短：
刻蚀不充分，没有把边缘鳞去干净，PN结依然有可能短路造成并联电阻降低。
4.压力
压力越大，气体含量越少，参与反应的气体也越多，刻蚀也越充份。
注意事项
1.操作人员必须随时观察气流量、反射功率、反应室压力和辉光颜色的稳定性。
辉光颜色或功率如有异常，应及时报告相关设备人员。
必须抽测刻蚀效果，如有异常，重新刻蚀，并通知工艺人员。
注意，不能将扩散面弄混。
2.夹具、环氧板、刻蚀机石英罩等要定期清洗，保持刻蚀间的工艺卫生，长时间停止使用，再次使用之前必须辉光清洗。
去磷硅玻璃
扩散过程中，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，这一含有磷原子的二氧化硅层称之为磷硅玻璃。
基本原理
利用HF能SiO2反应，与其反应式为：
SiO2+4HF→SiF4↑+2H2O
但是如果HF过量，则SiF4会和HF继续反应，总的反应式为：
SiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2O
工艺流程
槽号
1
2
3
4
成分
HFHCL
纯水
纯水
纯水
配液
8L8L
时间
180
220
220
220
注意事项
1.插片务必确认扩散面的方向。
2.必须对花篮进行随时擦拭，更化氢氟酸必须同时对槽进行彻底清洗。
在配制和清洗时，一定要做好保护措施。
有氢氟酸和硅片接触的地方，禁止近距离使用照明。
硅片在两个槽中（悬挂在空中）的停留时间不得过长，防止硅片被氧化。
3.烘干或甩干的时间不能随便缩短！
防止干燥不彻底。
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。
控制点
1.边缘有效刻蚀宽度小于0.5mm。
2.侧面导电类型为P型。
异常处理
工序
故障表现
诊断
措施
刻蚀
硅片边缘呈现暗色（刻通正常为金属色）
工艺一般不会有问题，主要是刻蚀机器出现故障，通常伴有压力不稳定、辉光颜色不正常、功率和反射功率超出范围、气体流量偏出设定值等现象
停止使用，要求设备进行检修。
有效刻蚀宽度过大（钻刻、刻过现象）
硅片没有被夹具加紧，存在缝隙；硅片没有被对其；环氧板变形，边缘向里延伸；
加强员工意识，要求操作规范；更换出现问题的环氧板。
去PSG
PECVD工序存在水纹印
清洗后的硅片没有及时甩干
清洗之后的硅片必须立刻甩干，不能滞留在空气中。
PECVD工序有镀膜发白现象
清洗不干净；甩干后的硅片在空气中暴露时间过长，导致氧化
做返工处理，对硅片必须清洗干净，甩干之后的硅片不能放置于空气中，必须及时镀膜，否则重新清洗。
返工处理
测试边缘为N型：
重新刻蚀。
后道
四PECVD
PE目的
在硅片表面沉积一层氮化硅减反射膜，以增加入射在硅片上的光的透射，减少反射，氢原子搀杂在氮化硅中附加了氢的钝化作用。
其化学反应可以简单写成：
SiH4+NH3=SiN:
H+3H2。
基本原理
PECVD技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电（或另加发热体）使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。
PECVD方法区别于其它CVD方法的特点在于等离子体中含有大量高能量的电子，它们可以提供化学气相沉积过程所需的激活能。
电子与气相分子的碰撞可以促进气体分子的分解、化合、激发和电离过程，生成活性很高的各种化学基团，因而显著降低CVD薄膜沉积的温度范围，使得原来需要在高温下才能进行的CVD过程得以在低温下实现。
基本特征
1.薄膜沉积工艺的低温化（<450℃）。
2.节省能源，降低成本。
3.提高产能。
4.减少了高温导致的硅片中少子寿命衰减。
扩散方式
PE设备有两类：
平板式和管式。
按反应方式分为：
直接式（岛津）和间接式（Roth＆Rau）。
直接式：
基片位于一个电极上，直接接触等离子体。
间接式：
基片不接触激发电极。
在微波激发等离子的设备里，等离子产生在反应腔之外，然后由石英管导入反应腔中。
在这种设备里微波只激发NH3，而SiH4直接进入反应腔。
间接PECVD的沉积速率比直接的要高很多，这对大规模生产尤其重要。
影响因素
1．频率
射频PECVD系统大都采用50kHz~13.56MHz的工业频段射频电源。
较高频率（>4MHz）沉积的氮化硅薄膜具有更好的钝化效果和稳定性。
2．射频功率
增加RF功率通常会改善SiN膜的质量。
但是，功率密度不宜过大，超过1W/cm2时器件会造成严重的射频损伤。
3．衬底温度
PECVD膜的沉积温度一般为250～400℃。
这样能保证氮化硅薄膜在HF中有足够低的腐蚀速率，并有较低的本征压力，从而有良好的热稳定性和抗裂能力。
低于200℃下沉积的氮化硅膜，本征应力很大且为张应力，而温度高于450℃时膜容易龟裂。
4．气体流量
影响氮化硅膜沉积速率的主要气体是SiH4。
为了防止富硅膜，选择NH3/SiH4=2~20（体积比）。
气体总流量直接影响沉积的均匀性。
为了防止反应区下游反应气体因耗尽而降低沉积速率，通常采用较大的气体总流量，以保证沉积的均匀性。
5．反应气体浓度
SiH4的百分比浓度及SiH4/NH3流量比，对沉积速率、氮化硅膜的组分及物化性质均有重大影响。
理想Si3N4的Si/N＝0.75，而PECVD沉积的氮化硅的化学计量比会随工艺不同而变化，但多为富硅
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