制绒、刻蚀和清洗培训-孟祥熙

基本解决方法
讨论话题！！
表面问题的解决 绒面问题的解决 不同厂家硅片（国内外）的工艺处理的解决 关键因素的控制
操作规程说明
酸洗和水洗的时间不能随便所短！防止硅片清 洗不净造成污染。
明白了原理，才能真正做到有的放矢，才能明 白规定各种操作规程的目的。
操作人员的主观能动性是必须具有的，主动的 发现问题，汇总问题，及时反应问题。这是每 一个组长必须具有的，也必须监督并培养每个 组员做到积极主动。
操作注意事项
插片务必确认扩散面的方向。 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。 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，
等离子刻蚀所用的气体主要为CF4、O2、N2，CF4主 要是提供一些游离的中性基团或离子如CF4、CF3、 CF2、CF、C、F或它们的混合气体，这些粒子在电 场的作用下轰击硅片刻蚀部位，并发生反应。
O2的作用主要是提高刻蚀的速度；N2的目的主要是 起到稀释CF4、调节反应压力、带走反应气体和尾气 的作用。 它的优势在于快速的刻蚀速率同时可获得良好 的物理形貌。
损伤层的去除方法
就目前线切割技术来说，一般硅片表面的损伤层厚度（双面）保持在 10um，通过硅片的减薄量来衡量。对于单晶硅片，通常采用粗抛或细抛的 方法来消除。但由于现在市场上的硅片普遍较薄，所以，粗泡的方法一般 不会采用。我们目前单晶制绒的工艺，制绒前的高温稀碱超声就是细抛。 对于多晶硅片，通常都会在制绒的同时已经对损伤层进行了去除，单晶有 时候也是采用这样的方法的。
硅片表面预处理
硅片表面沾污主要包括：
¾ 有机杂质沾污 ¾ 颗粒沾污 ¾ 金属离子沾污
硅片表面预处理
硅片表面损伤层的去除
单晶硅
多晶硅
硅锭线切割
硅片表面损伤层的去除
表面损伤层的危害
表面损伤层如果去除不净，将会导致残余缺陷、残余缺陷在后续高温 处理过程中向材料深处继续延伸、切割过程中导致的杂质未能完全去除， 这些都会增加硅片的表面复合速率，严重影响电池片的效率。
多晶硅制绒是损伤层的去除和制 绒面同时进行的。控制的主要参数是 减薄量。为保证损伤层的去除干净， 减薄必须要够，但不能过大。
我们使用的多晶酸腐工艺是适用 的CrO3和HF，CrO3的主要作用是起氧 化，HF的作用是去除氧化层，二者结 合在一块使得硅片不断的剥离反应。 单独一样化学药品是不与硅反应的。 总的反应式为：
金属离子沾污硅片表面预处理硅片表面预处理硅片表面预处理硅片表面预处理单晶硅多晶硅硅锭线切割硅片表面损伤层的去除硅片表面损伤层的去除表面损伤层的危害表面损伤层如果去除不净将会导致残余缺陷残余缺陷在后续高温处理过程中向材料深处继续延伸切割过程中导致的杂质未能完全去除这些都会增加硅片的表面复合速率严重影响电池片的效率
刻蚀原理
等离子体的定义： 随着温度的升高，一般物质依次表现为固体、液体
和气体。它们统称为物质的三态。 如果温度升高到10e4K甚至10e5K，分子间和原子间
的运动十分剧烈，彼此间已难以束缚，原子中的电 子因具有相当大的动能而摆脱原子核对它的束缚， 成为自由电子，原子失去电子变成带正电的离子。 这样，物质就变成了一团由电子和带正电的的离子 组成的混合物 。这种混合物叫等离子体。它可以称 为物质的第四态。
3Si+2H2Cr2O7+18HF=3H2SiF6+2Cr2O3 +8H2O
制绒工序常见问题
表面问题 我们可以称硅片表面为电池片的脸，脸洗不好，是最容易
被察觉的。常见的问题有： 单晶：雨点，白斑，发白，发亮，流水印等 多晶：一般不存在什么表面的问题，主要集中多 晶体单晶面的问题上。
绒面问题 单晶：金字塔尺寸大小不均，过大，过小等 多晶：减薄不够导致损伤层去除不净，腐蚀坑过 深过窄，减薄过大导致腐蚀坑过大，大的 不规则腐蚀坑洞较多，绒面一致性差等。
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。
操作注意事项
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。
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。
刻蚀的目的
由于在扩散过程中，即使采用背靠背的单面扩散 方式，硅片的所有表面（包括边缘）都将不可避 免地扩散上磷。PN结的正面所收集到的光生电子 会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而 造成短路。此短路通道等效于降低并联电阻。
经过刻蚀工序，硅片边缘的带有的磷将会被去除 干净，避免PN结短路造成并联电阻降低。
硅片表面的织构化
——单晶
单晶硅片的绒面金相显微镜图片
利用低浓度碱溶液对晶体硅在不同 晶体取向上具有不同腐蚀速率的各 向异性腐蚀特性，在硅片表面腐蚀 形成角锥体（就是我们所说的金字 塔）密布的表面形貌 ，就称为表面 织构化。角锥体四面全是由〈111〉 面包围形成。反应式为： Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3 +2H2 ↑
刻蚀工序常见问题
刻蚀工艺中，关键的工艺参数是射频功率和刻蚀时间。
¾ 刻蚀不足：电池的并联电阻会下降。 ¾ 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。 ¾ 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。 ¾ 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。
入射光
反射光
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依靠表面金字塔形的方锥结构,对光进行多次反射,光程,增加了光生载流子的产量；曲折的绒面 又增加了p-n结面积,从而增加对光生载流子的收集 率；并改善了电池的红光响应。
硅片表面的织构化
——多晶
多晶硅片的绒面金相显微镜图片
注意，不能将扩散面弄混。
扩散后清洗的目的
扩散后清洗又称去PSG工序。
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。
此工序的目的就是将这一层物质去除干净。
基本原理
z 主要是利用氢氟酸能够与二氧化硅反应的特性。氢 氟酸的酸性虽然很弱，但是它具有很强的腐蚀性和 挥发性。更重要的一点是能够与二氧化硅反应，所 以，在半导体的清洗和腐蚀的工艺中，经常被用 到。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
等离子刻蚀的机理
通常的刻蚀方法包括干法刻蚀和湿法刻蚀。 我们目前使用的刻蚀工艺就是干法刻蚀，其工作
机理为：
使用等离子体进行刻蚀。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。
等离子刻蚀的机理
制绒、刻蚀和扩散后清洗工序的原理 及操作标准
工艺部：孟祥熙
培训摘要
硅片制绒工序 刻蚀工序 扩散后清洗工序（去PSG工序）
硅片的制绒
制绒目的
消除表面硅片表面有机沾污和金属杂质
去除硅片表面的机械损伤层
在硅片表面形成表面织构，增加太阳光的吸收减少反射
绒面不仅仅是制作金字塔或腐蚀坑洞，也是改善表面态的有效手段，绒面 制作不好表面态难以补偿，悬挂键大幅度增加，少子寿命复合严重，Isc的 提高几乎不可能。