北京力诺桑普电池片生产工艺

（一） 实习报告实习报告 顾兆廷顾兆廷 （一） 时间过的真快，三个月的实习生活伴着时光的飞逝业已 结束。回想这些日子的学习和生活，我的的确确觉得获益良多。 （一） 我和力诺大学的其他三位同学是于 2002 年 12 月 12 日 到达实习所在地力诺桑普公司的。力诺桑普公司是以生产和销售太 阳能光电转换系统为主的公司。所谓太阳能光电转换，通俗得讲， 就是利用太阳能电池板这个中间载体，把光能转换为电能。 （一） 该公司是力诺集团所下属的分公司中科技含量相对较 高的一个公司。能在这个具有广阔发展前景的公司实习，真实我们 莫大的幸运。刚一下车，我们便立即感受到了公司大家庭的温暖。 老职工们，说是老职工，其实比我们早到公司时几天而已，便热情 的帮我们搬运行李，收拾床铺，然后款待我们吃午饭。互不相识的 人，相聚在力诺，为了一个共同服务社会的目标，便亲似兄弟姐妹， 拧成一根绳，会成一股劲，这便是我们的力诺大家庭。 （一） 下午我们接到通知，公司老总要和我们见面，并请我 们吃饭。我们几个怀着激动的心情，来到了公司领导办公的商务会 馆。会馆内一尘不染，装饰简明，几张桌子，几把椅子，几台电脑， 这边是公司的办公室。 （一） 力诺桑普公司的孙总经理和肖总经理分别和我们进行 了亲切的交谈。他们对我们谈了公司发展的广阔前景，对我们的实 习提出了要求并亲自为我们几个分配了实习岗位。谈话完毕，由肖 总经理和办公室魏主任和我们几个一同吃了晚饭。 （一） 回宿舍的路上，我们几个都鼓着一股劲，公司如此的 重视我们，我们没有理由不努力学习，认真工作，为力诺桑普公司 的发展贡献自己的一份微薄之力。 （一） 本次在力诺桑普的实习我一共在三个岗位上进行了实 习操作。依次是扩散、清洗和太阳能电池板的封装。其中又以扩散 的实习为主。清洗着重掌握了理论知识，太阳能电池板的封装则主 要是实际操作的练习。但是无论哪个端正思想，认认真真得学，一 丝不苟的去干。 （一） 扩散（phosphorus diffusion） 这里所说的扩散是一个笼统的概念，它的工艺流程包括结扩散 (phosphorus diffusion of emitter)氧化(oxidation)( 干氧氧化 dry oxidation、湿氧氧化 wet oxidation) 槽扩散（phosphorous diffusion of grooves）和烧结（背场）high temperature sinter(back surface field)四 个部分。扩散工艺的四个工艺流程均是在扩散炉内完成的。 管扩散炉的一般操作规程： 一、 开机顺序： （１） 和总电源开关（２）把设备炉体正面的总开关置于 “ON”位置（３）总电源正常供电时排风扇、程探器 开关都正常供电运行（４）检查没一炉管温控定值器 是否为所须值， ，打开温控器开关（５）打开炉体加 热开关（６）关炉顺序于开炉顺序相反 二、 温度定值调节器使用说明 该炉体有四个炉管，自上而下分别是槽扩散炉管、结扩散 炉管、氧化炉管和烧结炉管，其温度定值器自右至左依次 对应。操作时，按照规定的温度，拨盘定值。 三、 温度监控器的使用说明 指示灯：当温度为正常温度时为绿色，当超温时为红色， 达到温度时，指示灯不断闪烁。 结扩散（phosphorus diffusion of emitter ） 一、 结扩散概述：在整个硅片表面形成比较均匀一致的 p—n 结。结扩散的薄层电阻是获得良好的填充因子 和较好的短波相应折中考虑。薄层电阻较小，有利 于填充因子，但电池的短波会相应降低。一般经验 数值表明，薄层电阻的范围在 80-300 之间，理想的 薄层电阻在 100-200 之间，在其后的高温处理工艺 中，电阻还会进一步降低。在整个工艺过程中，洁 净度是至关重要的，否则会影响表面复合速度。 二、 结扩散工艺条件 炉温：865 摄氏度 时间：饱和炉管 30 分钟，然后沉积 30 分钟。大氮 480 毫升每分 小氮 500 毫升每分 氧气 400 毫升每分 薄层电阻 100-150 欧姆 结深 0.4-0.6um 炉温必须在达到 870 摄氏 度时进行饱和。 三、 注意事项 １、 每天在做扩散之前，必须饱和炉管 30 分钟。 ２、 在作正式片之前，要做样片。 ３、 为保持电池质量，防止硅片弯曲，硅片进出炉 温度 820 摄氏度，硅片进炉前在炉口预热 5 分 钟。 四、 结扩散工艺操作过程 １、 为保持源恒定，每天早上对三氯化氧磷加冰。 ２、 调节温度定值调节器。 ３、 调节大氮流量至 480 毫升每分。 ４、 观察炉温偏差指示表头，等待炉温恒定，指针 指 到中间位置，表示炉温恒定。 ５、 把炉温调至 865 摄氏度，等待炉温恒定。 ６、 饱和炉管：检查大氮流量为 480 毫升每分，把 氧气流量调至 400 毫升每分，开启小氮，流量 为 500 毫升每分。开源，30 分钟。 ７、 饱和时间到后，关源。 ８、 炉温调至 820 度，等炉温恒定做样片。 ９、 取下炉口的挡板，石英帽头，缓慢的用石英钩 把石英舟拉至炉口，把石英舟放到石英凳上，把待扩散样片放到石 英舟上，石英舟放道炉口预热５分钟，缓慢的把石英舟推至恒温区， 戴上石英帽，盖上挡板。 １０、调节炉温至 865 摄氏度，待炉温恒定。 １１、检查气体流量，开源。时间，30 分钟。 １２、降温，时间到后，把炉温降至 820 摄氏度，把石 英舟缓慢拉至炉口，把石英舟放置石英凳上，取样片，用四探针电 阻箱测样片薄层电阻，样片合格，作正式片。 １３、装片说明：选择硅片比较好的一面为结扩散面， 把两个待扩散的硅片背靠背放置于一个槽内，扩散面朝外。 １４、注意事项：扩散洁净是关键，每次操作都要戴手 套、口罩、工作帽，穿工作服。硅片放入恒温区，要与炉子同心， 硅片不要太靠近炉壁，否则会影响硅片的均匀性，一般前后左右都 要放置挡片，以保证正式挡片的均匀性。 氧化（oxidation ） 概述：１、氧化时起到结扩散后再分布的作用。 ２、氧化层有钝化保护作用。 ３、具有掩蔽选择扩散的作用。 氧化工艺条件 氧化工艺分为干氧氧化（dry oxidation）和湿氧氧化（wet oxidation） 炉温调至 980 摄氏度干氧 10 分钟＋湿氧 90 分钟＋干氧 20 分钟 水温 95-98 摄氏度氧化层厚度 3700 埃。 工艺操作过程 １、 调节炉温至 820 度，待炉温恒定。 ２、 清洗水瓶，把水瓶从加热器上取下，在去离子水龙头下 冲洗 10 分钟，在水瓶中装上三分之二的去离子水。放于 加热器上，接通电源加热，待温度至 95-98 摄氏度。 ３、 装片：每槽内装一片。 ４、 在炉口预热 5 分钟，时间到后，将石英舟缓慢推如恒温 区。 ５、 把炉温升至 980 摄氏度，炉温稳定后，关掉氮气，开启 氧气。干氧一直开，10 分钟后，接通湿氧，流量为 3 升 每分。 ６、 关掉湿氧，20 分钟后关掉干氧 ７、 开氮气，流量为４升每分。 ８、 把炉温降至 820 摄氏度，出炉，把石英舟缓慢缓慢拉出 恒温区，把硅片装入承片盒，待刻槽。 槽扩散（phosphorus diffusion of grooves） 概述：１、槽内高浓度的磷扩散，在镍硅之间形成低欧 姆接触２、由于重扩散区的存在，把电池的活化区与金 属相分离，提高了少子寿命。３、由于减少了复合电流， 可提高开路电压约 10 毫伏。 工艺条件 炉温：饱和 30 分钟，扩散 32 分钟。大氮 480 毫升每分， 小氮 500 毫升每分，薄层电阻 10-20 欧姆中心值 8-10 欧 姆 扩散厚度零点八至一微米。 注意事项于结扩散相同。 烧结（背场）high temperature sigter 概述：１、在硅片表面形成磷层。２、形成良好的欧姆 接触。３、在背场的烧结过程中，具有良好的吸杂作用， 对提高开路电压和短路电流有良好的作用。 工艺条件 炉温：980 摄氏度 时间：2 小时 大氮：4 升每分 工艺过程 １、 把氮气流量调至 4 升每分 炉温升至 820 摄氏度 ２、 把待烧结的硅片放在石英舟上，硅片背靠背的放置， 即铝面朝外，正面靠拢。 ３、 关闭氮气，开启氧气，流量至 4 升每分，把石英舟 较快的推入恒温区，同样不低于 500 毫升每分。 ４、 炉温由 820 摄氏度升至 930 或者 980 摄氏度之间。 ５、 烧结 2 个小时，时间到后，将炉温降至 820 摄氏度， 把石英舟缓慢拉出恒温区，装入承片盒，交下工序。 注意事项 １、 防止硅片弯曲：烧背场是太阳能电池的最后一次高 温工艺，一定要缓慢出炉，防止硅片弯曲。 ２、 防止硅片背面起球：硅片进炉时一定要通氧气，在 铝表面形成一定厚度的氧化层，进入恒温区后，立 即开氮气。 ３、 背场烧结过程中，要使铝尽量熔入硅，即高温快速 进炉，这样烧结平坦，吸杂效果好。 这就是管扩散炉的大体操作过程。下面简单介绍一下它 的原理 扩散技术是在高温条件下，将杂质原子以一定的可控量， 掺入到半导体中，以改变半导体基片（或已扩散过得区 域）的导电类型或表面杂质浓度。其优越性表现在： １、 通过对温度、时间等工艺条件的准确调节，来调节 pn 结结深和晶区管的基区宽度，并获得均匀平坦 的结面。 ２、 通过对扩散工艺的条件的调节与选择，来控制扩散 层表面杂质浓度及其杂质分布，以满足不同器件要 求。 ３、 与氧化、光科和真空镀膜等技术结合形成硅平面工 艺，做出各种复杂的 pn 结结面，有利于改善晶体 管和集成电路性能。 ４、 重复性、均匀性好，适合于大批量生产。 扩散类型 １、 替位式２、间隙式 替位式扩散杂质一般有：B、P、As、 Sb 间隙式扩散杂质一般有：Au、Cu、Ag、Fe 间隙式比替位式快。 两步法扩和一步法扩工艺 两步法扩散分预沉积和再分布，预沉积属于恒定表面源 扩散。在恒定源扩散过程中，硅片表面与浓度始终不变 的杂质（气体、固体）相接触，在整个扩散过程中，硅 片表面浓度 Ns 保持恒定，所以成恒定源扩散。 杂质浓度分布表达式：N(xt)=Nserfc(x*x/4Dt) 式中 N(x,t) 表示杂质进入硅体内距离 x 和时间 t 的变化关系。NS 表示表面处的 杂质浓度。D 该杂质扩散系数。erfc 为余误差函数。Ns 与扩散时间 无关，但与扩散杂质种类，杂质在硅内的固溶度和扩散温度有关。 硅片内部杂质浓度则随时间增加而增加，随离开硅表面距离而减少。 扩散层的方块电阻 扩散层的方块电阻又叫薄层电阻，他表示表面为正方形的扩散薄 层在电流方向（电流方向平行与正方形边）上所呈现的电阻。电阻 大小与薄层长度无关，而与薄层的平均电导率成反比，与薄层厚度 成反比。 扩 散 条 件 的 选 择 杂质源、扩散温度和扩散时间 扩散源有三种：气态、液态和固态三种 扩散系统：开管式、闭管式、箱式 １、 液态源扩散：液态源扩散法是用保护性气体，通过液态源瓶 （鼓泡或吹过表面）把杂质源蒸汽带入高温石英管中 ，经 高温热分解与硅片表面发生热反应，还原出杂质原子，并项 硅内扩散。主要有硼源扩散和磷源扩散。磷扩散源扩散：形 成 npn 结。晶体管的发射区使电极有良好的欧姆接触。杂志 源一般用三氯化氧磷也用氯化磷。三氯氧磷扩散机理是它在 常温时就有很高的饱和蒸汽压，对制作高表面浓度的发射区 适用。它在六百摄氏度以上发生热分解，生成五氯化磷和五 氧化二磷。生成的五氧化二磷在高温下与硅原子反应生成三 氯化硅和磷。所生成的磷原子扩散进入硅片内部形成 N 型 杂质浓度分布，同时生成五氯化磷，是一种不易分解和有害 的物质，因此，在磷扩散时应尽量避免五氯化磷的产生。方 法：通少量氧气促使五氯化磷生成五氧化磷和氯气。如果源 的颜色由无色变成淡黄色说明源已变质，不能继续使用。在 换源时也应该注意在未倒净旧源前不能用水冲洗源瓶，因为 大量三氯化氧磷遇水会爆炸。三氯化氧磷在室温下蒸汽压很 高，为了保持蒸汽压稳定，通常把源瓶放在零摄氏度冰水中， 每次扩散前先通源使石英壁充分吸附达到饱和。 Pn 区，表示已 n 区接受光线照射， p 区为衬底的的太阳电 池，顶层 n 型区域和衬底 p 区域组成 p-n 结。顶层上面涂有 减少光线反射的反射材料，称为减反射层，上面是窄细的金 属栅线为上电极，衬底下为底电极，结构类似于半导体二极 管。 硅太阳电池制作 １、 材料的选择。 ２、 表面处理。 ３、 p-n 结的制作。 ４、 制作上下电极。 ５、 蒸镀减反射膜。 绒面太阳电池 为了提高电池转化效率，不仅利用涂减反射膜办法以增加电 池短路电流，还从晶体结构方面探讨半导体的物理性能。 在腐蚀晶体时，晶体各表面被腐蚀速度快慢不均，利用这一 特点，得到凹凸不平，排列有序，在显微镜下看起来像金字 塔形的四面方锥体，而用肉眼看去，好像有一层黑色丝绒覆 盖在硅片表面，这样的电池叫做“绒面硅太阳电池”或“黑 色硅太阳电池” 。由于绒面硅太阳电池表面凹凸不平，所以 它接受光照时，绝大部分光线进入电池里面，不至于反射。 曲线因子、填充因子（FF） ，开路电压 Voc、短路电流 Isc FF=Vm*Im/Voc*Isc=Pmax/Voc*Isc 理想状态下，FF 约为 零点八。太阳能电池的最大输出功率： Pmax=Vm*Im=FF*Voc*Isc 清洗（chemical etch and clean） 半导体对杂质极为敏感，百万分之一至十亿分之一的微量 杂质，就对半导体的性质有影响。为了消除污染，建立了半 导体清洗工艺。 污染质的来源 １、 硅片成型过程中的污染。 ２、 环境的污染。 ３、 水造成的污染。 ４、 试剂带来的污染。 ５、 工艺气体带来的污染。 ６、 工艺本身造成的污染。 ７、 处理污染物造成的污染。 ８、 人体造成的污染。 清洗的基本原理 １、 清洗的热力学过程 硅片表面吸附着各种杂质粒子，被吸附的杂质粒子在 其平衡位置不停的震动着，其中有些杂质粒子由于获 得较大的动能而脱离硅片表面，重新回到周围的杂质 中去，这种现象被称为“解吸” 。与此同时，介质中 的另一些粒子又会在硅片表面上重新被吸附。对于硅 片表面，吸附是一种放热过程，解吸是一种吸热过程。 化学清洗的一般步骤 第一步：去除分子型沾污杂质，如蜡膜、光刻胶 油脂。 第二步：去处残余有机物和离子型沾污杂质。 第三步：去除原子型杂质。 每一步之后都用纯水冲洗，最后一次冲洗尤其要彻底，然后 是干燥。 一般程序 １、去除分子型杂质（油污）２、纯水冲洗 ３、去除离子型杂 质 ４、纯水冲洗 ５、去除原子型杂质 ６、纯水冲洗 ７、干 燥 硅片清洗剂 １、 有机溶剂 ２、合成洗涤剂 ３、无机酸 常用硅片清洗腐蚀液 一号洗液(APM) 配方： NH4OH:H２ O２ :H２ O=1:1:5 至 1:1:7， 使用条件：80 加减５摄氏度，时间为 10 分钟。作用去油脂，去光 刻胶薄膜,去粒子、原子。备注：1：如双氧水浓度小于 30%，则宜 用 1：2：7 配方,以保证清洗液中有足够的氧化剂，防止 NH4OH 腐 蚀硅片。 2：温度不宜过高，时间不宜长，否则 H2O2 耗尽。 3：挥发气体，遇到酸气，生成氨盐粉末，故单独排风。 二号洗液（HPM） HCl:H2O2:H2O=1:1:6 或者 1:2:8 使用温度： 80 加减 5 摄氏度。时间：10 分钟 在去除金属离子、原子，金污染 时使用 1：2：8 的配方效果最好。 三号洗液（SPM 或者 ARS）H 2SO4:H2O2=3:1 使用温度：120 加减 10 摄氏度 时间：10—15 分钟 作用：去油、去蜡等有机物， 去金属离子、原子 注意事项：1：配制时易溅出，需注意安全。 2：重新加入 H2O2，可反复使用，一槽液可使用 3-4 次。 硝酸 （HNO 3）浓度：67%-75% 温度： 90 加减 10 摄氏度 时间：6 加减 0.5 分钟 作用：去金属离子、去 Na+。注意：１：可 生成硅表面氧化层。２：在铝表面形成氧化层，可以阻挡铝被腐蚀。 硫酸 （HSO 4）浓度：９８％ 煮至冒白烟即停止加热，保持 ８分钟 作用：去有机物、去胶、去金属离子。 王水 HNO 3:HCl=1:3 煮至棕色变淡 作用：去金属离子、 去重金属离子 它的去金属离子的效果最好，基本不使硅片氧化， 但腐蚀性大。 太阳能电池的封装 太阳能电池的封装工艺同样比较复杂，我主要接触的是焊接的 操作。焊接比较的简单，主要是心细，认真，栅线表面光滑，平直， 不漏白边，同时，保持速度，保证产量。 以上是我在力诺桑普公司实习的三个岗位的学习总结。无论是 在哪个岗位上，我都觉得自己需要学习的知识还很多。三个月的生 活和学习，使我对力诺桑普公司产生了，深厚的感情。毕业在即， 我很快又要投入到生产中去，不管是在力诺桑普还是在其他的分公 司，我都会用我全部的热情，为力诺的发展贡献一分力量，最后， 祝愿我们力诺大家庭的明天会更好。 2003 年 3 月 25