制绒、扩散、后清洗(刻蚀/去PSG)工艺与异常处理

北极星太阳能光伏网讯:制绒的目的是在硅片表面形成绒面面，以减少电池片的反射率，绒面凹凸不平可以增加二次反射，改变光程及入射方式。

（来源：微信公众号“摩尔光伏”）

扩散是为电池片制造心脏，是为电池片制造P-N结，POCl3是当前磷扩散用较多的选择。POCl3为液态磷源，液态磷源扩散具有生产效率较高、稳定性好、制得PN结均匀平整及扩散层表面良好等优点。

在扩散工序，采用背靠背的单面扩散方式，硅片的侧边和背面边缘不可避免地都会扩散上磷原子。当阳光照射，P-N结的正面收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到P-N结的背面，造成短路通路。短路通道等效于降低并联电阻。刻蚀工序是让硅片边缘带有的磷的部分去除干净，避免了P-N结短路并且造成并联电阻降低。

主要内容

制绒目的

制绒原理

RENA制绒工艺流程

常见问题以及解决方法

A扩散基本原理

B吸杂技术分类形式

C机台常识与基本操作

D异常问题及解决方法

刻蚀及去PSG基础知识

RENA工艺流程

常见问题以及解决方法

刻蚀目的

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。

去PSG目的

由于在扩散过程中氧的通入，在硅片表面形成一层SiO2，在高温下POCl3与O2形成的P2O5，部分P原子进入Si取代部分晶格上的Si原子形成n型半导体，部分则留在了SiO2中形成PSG。

磷硅玻璃的存在使得硅片在空气中表面容易受潮，导致电流的降低和功率的衰减。

死层的存在大大增加了发射区电子的复合，会导致少子寿命的降低，进而降低了Voc和Isc。

磷硅玻璃的存在使得PECVD后产生色差,在PECVD工序将使镀的SIxNy容易发生脱落，降低电池的转换效率。

湿法刻蚀及去PSG原理

湿法刻蚀原理

利用HNO3和HF的混合液体对扩散后硅片下表面和边缘进行腐蚀,去除边缘的N型硅,使得硅片的上下表面相互绝缘。

边缘刻蚀原理反应方程式：

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工序检验方法：

当硅片从HF槽出来时，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，可在HF槽中适当补些HF。

RENA InOxSide 工艺流程

RENAInOxSide的主体分为以下七个槽，此外还有滚轮、排风系统、自动及手动补液系统、循环系统和温度控制系统等。

刻蚀槽

所用溶液为HF+HNO3+H2SO4，边缘刻蚀，除去边缘PN结，使电流朝同一方向流动，发生下列化学反应：

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

注意：扩散面须向上放置， H2SO4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，使硅片很好的浮于反应液上（仅上边缘2mm左右和下表面与液体接触）。

碱洗槽

KOH喷淋中和前道刻蚀后残留在硅片表面的酸液，去除硅片表面的多孔硅及其杂质，去除扩散形成的染色，KOH溶液依靠冷却水降温保持在20℃左右，主要发生下列化学反应：

Si+2KOH+H2O = K2SiO3+2H2↑

酸洗槽

HF循环冲刷喷淋中和前道碱洗后残留在硅片表面的碱液，去除硅片表面的磷硅玻璃，主要发生下列化学反应：

HF+SiO2→ H2SiF6 + H2O

工艺常见问题以及解决方法

1腐蚀深度

工艺控制在1.2±0.2μm

检测仪器：电子称

腐蚀深度是表征片子刻通与否的一个重要参数，通过测量刻蚀前后片子减薄量，可以计算出腐蚀深度，根据具体测量情况可以改变工艺参数。

槽体温度

原则上温度控制在8度，一般上下浮动1-2度，调整梯度为0.5-1度，温度升高腐蚀深度增加，反之。温度可以作为刻蚀速率的调节手段，但是这是最后的手段。由于温度较高的情况下，刻蚀溶液在刻蚀槽时会不稳定，所以一般不宜长时间超过10度，当前我们的补液能保证刻蚀速率不下降，所以我们无需调高刻蚀溶液的温度。

滚轴速度

原则上带速控制在1.0-1.5m/min，调整梯度式0.1-0.2m/min，速度越快，腐蚀深度越小，反之。

自动补液

调整自动补液的周期以及自动补液量（HF HNO3），补液周期越短，补液量越大，腐蚀深度越大，反之。

手动补液

可以手动添加化学品（HF HNO3DI水），一般在腐蚀深度偏差较大时进行手动补液，一般在换液初期和槽体寿命快到时。

2 刻蚀线

可能出现过刻或刻蚀不足的情况，一般不超过2mm，通过肉眼观察，也可通过冷热探针测量边缘电压来判断是否刻通。

刻蚀不足：一般首先通过调节参数保证腐蚀深度在工艺控制范围内即可。

检验方法

冷热探针法

检验原理

热探针和N型半导体接触时，传导电子将流向温度较低的区域，使得热探针处电子缺少，因而其电势相对于同一材料上的室温触点而言将是正的。

同样道理，P型半导体热探针触点相对于室温触点而言将是负的。

此电势差可以用简单的微伏表测量。热探针的结构可以是将小的热线圈绕在一个探针的周围，也可以用小型的电烙铁。

检验操作及判断

1.确认万用表工作正常，量程置于200mV。

2.冷探针连接电压表的正电极，热探针与电压表的负极相连。

3.用冷、热探针接触硅片一个边沿不相连的两个点，电压表显示这两点间的电压为正值，说明导电类型为P型，刻蚀合格。相同的方法检测另外三个边沿的导电类型是否为P型。

4.如果经过检验，任何一个边沿没有刻蚀合格，则这一批硅片需要重新进行刻蚀。

过刻以及刻蚀线不齐解决方法：

抽风

抽风在很大程度上会影响到刻蚀槽液面波动，而刻蚀槽任何的液面波动，对在液面上运行的硅片都有很大影响，抽风对刻蚀线宽影响很大，调节以前首先要观察好时片子哪条边刻蚀线宽异常再进行相应处理，一般不建议调整。

循环流量

调节循环流量，观察刻蚀效果，一般情况下，循环流量增加刻蚀线宽增加，反之。

溶液比例

添加H2SO4,可以调整溶液粘稠度，增加溶液的浮力。

此外，片与片之间的间距、滚轴的水平程度、滚轴和内槽槽边高度水平等都会影响到刻蚀线宽，发现此类问题及时通知相关人员进行处理，保证四周刻蚀均匀，无过刻以及刻不通现象。

一般来说，只要保证腐蚀深度在工艺控制范围，且刻蚀线正常，片子就一定能刻通。

3 碎片

放片方法应严格按照作业指导书，轻拿轻放在正确位置，多晶156的硅片由于面积较大，如果放置的位置不正确，很容易造成叠片卡片等，致使硅片在机器中碎裂。

调整喷淋管的位置，至滚轮能够光滑的运行，调整风管和水管的位置，使得片子在通过的时候，不会影响片子的运行。

滚轴高低不平会影响片子的运行方向，导致叠片卡片，致使碎片。

作为工艺人员在生产过程中，如果发现机器碎片，一方面应该提醒产线员工注意放片规范，减少叠片和歪片；另一方面，应巡查上述主要地方，及时找到并清理在设备中残留的碎片，杜绝更多碎片的产生。

4 吹不干

调整吹干气体流量，无效果，通知设备。

湿法刻蚀相对等离子刻蚀的优点

1、非扩散面PN结刻蚀时被去除，背腐蚀太阳电池的背面更平整，其背面反射率优于刻边，背腐蚀太阳电池能更有效地利用长波增加Isc。铝背场比刻边的更均匀，可以提高IQE，从而提高了太阳电池的Voc。

2、硅片洁净度提高（无等离子刻蚀的尾气污染）

3、节水（rena使用循环水冲洗硅片，耗水较少。等离子刻蚀去PSG用槽浸泡，用水量大）。

湿法刻蚀相对等离子刻蚀的缺点

1、硅片水平运行，机碎高：（等离子刻蚀去PSG槽式浸泡甩干，硅片受冲击小）；

2、传动滚轴易变形：（PVDF，PP材质且水平放置易变形）；

3、成本高：（化学品刻蚀代替等离子刻蚀成本增加）。