CN103745940A - 扩散后方块电阻和少子寿命异常硅片的处理办法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种扩散后方块电阻（简称方阻）和少子寿命异常硅片的处理办法，该方法用于处理因扩散不当而不合质量标准的硅片。其特点是，包括如下步骤：（1）首先对单晶硅片单面扩散后方块电阻和少子寿命异常硅片进行分类，第一类为方阻和少子寿命分别为90-130Ω/sq和0-2μs，第二类为方阻和少子寿命分别为75-90Ω/sq和4-20μs，第三类为方阻和少子寿命分别为40-50Ω/sq和4-20μs，第四类为方阻和少子寿命分别为60-75Ω/sq和2-4μs；（2）对第一类硅片进行如下处理：按原扩散工艺再重复进行一次扩散。采用本发明的方法后，省去了重新清洗制绒的环节，大大节约了返工成本、时间。

Description

扩散后方块电阻和少子寿命异常硅片的处理办法
技术领域
本发明涉及一种扩散后方块电阻（简称方阻）和少子寿命异常硅片的处理办法，该方法用于处理因扩散不当而不合质量标准的硅片。
背景技术
目前对因扩散失误而产生的不合格品硅片一般都采用重新清洗制绒扩散的方式，这样多会因为二次制绒而导致硅片表面绒面的均匀性差、金字塔尺寸偏大、表面反射率下降等，影响电池片后续扩散不均、镀减反射膜不均，印刷断栅等，最终使电池效率有所损失。例如经重新清洗制绒的硅片反射率由原来的12.5%左右增至14%，再次减重0.3-0.4g，并且制成的电池片效率也要降低1.5%。另外，由于再次制绒减薄，使碎片率大大上升，因此此种返工方式对制造成本的控制也是不利的。由于是扩散后的硅片，再次清洗制绒对溶液的污染会影响后面硅片的清洗制绒效果，并且对于清洗制绒设备的洁净度也造成影响。对于单面制绒、单面扩散的情况操作就更不易。
发明内容
本发明的目的是提供一种扩散后方块电阻和少子寿命异常硅片的处理办法，采用该方法后省去了重新清洗制绒的环节，大大节约了返工成本、时间，也简化了返工处理的难度。
一种扩散后方块电阻和少子寿命异常硅片的处理办法，其特别之处在于，包括如下步骤：
（1）首先对单晶硅片单面扩散后方块电阻和少子寿命异常硅片进行分类，第一类为方阻和少子寿命分别为90-130Ω/sq和0-2μs，第二类为方阻和少子寿命分别为75-90Ω/sq和4-20μs，第三类为方阻和少子寿命分别为40-50Ω/sq和4-20μs，第四类为方阻和少子寿命分别为60-75Ω/sq和2-4μs；
（2）按照步骤（1）的分类标准，对第一类硅片进行如下处理：按原扩散工艺再重复进行一次扩散，扩散时确保三氯氧磷源瓶处于打开状态，扩散炉温度保持在扩散工艺起始温度800-820℃。
按照步骤（1）的分类标准，对第二类硅片进行如下处理：按原扩散工艺再重复进行一次扩散，扩散时通入三氯氧磷的时间为16-18min，主扩散温度为830-835℃；
按照步骤（1）的分类标准，对第三类硅片进行如下处理：按原扩散工艺再重复进行一次扩散，但本次扩散时是在硅片的非扩散面上进行的；
按照步骤（1）的分类标准，对第四类硅片进行如下处理：疏通清洗尾气装置使其畅通，然后炉内不放硅片，空运行2-3次扩散工艺；将异常硅片在酸液中浸泡10-20min，然后按原扩散工艺在硅片的非扩散面重复进行一次扩散。
其中酸液为10%的HF。
采用本发明的方法后，省去了重新清洗制绒的环节，大大节约了返工成本、时间和简化了返工处理的难度，并且由于重复高温磷吸杂的效果，使经返工处理的硅片制成的电池片转换效率没有损失。另外空运工艺来净化炉管的方式也可替代酸洗石英炉管带来的复杂性和危险性，对短周期炉管清洁有好处。
附图说明
附图1为本发明工艺在整个单晶硅片生产过程中的流程图。
具体实施方式
经过长期生产时间发现，单晶硅片单面扩散后方块电阻、少子寿命异常的硅片多为操作不当、设备故障或洁净度不达标引起的，本发明通过分析异常原因给出针对性的处理办法。
首先对扩散后不合格品进行分类：
1、首先对单晶硅片单面扩散后方块电阻和少子寿命异常硅片进行分类，第一类为方阻和少子寿命分别为90-130Ω/sq和≤2μs，第二类为方阻和少子寿命分别为75-90Ω/sq和4-20μs，第三类为方阻和少子寿命分别为40-50Ω/sq和4-20μs，第四类为方阻和少子寿命分别为60-75Ω/sq和2-4μs。
表一给出了正常扩散所用工艺。
表一：扩散工艺（注：气体流量为mL/min)
Figure BDA0000445299180000031
第一步进舟，是将满载硅片的石英舟送入高温扩散炉管内，为避免炉管内温度的损失，一般要尽量快速送入。第二步升温，是硅片放入炉管后关闭炉门，然后在这个密封的氮气氛下升温，使温度达到工艺要求的磷扩散温度（835-840℃）。第三步通氧，是在磷扩散前在硅片表面先形成一层纳米级厚度的氧化层。第四、五、六步磷扩散，是三氯氧磷、氧气、硅在氮气氛下充分反应，产生的磷原子扩散进入硅片形成0.3-0.5μm厚的pn结。第七步推进，是使扩散进入硅片的磷原子更均匀的分布。第八步退火，避免迅速冷却对硅片造成的热衰减和应力破坏。第九步出舟，将完成扩散工艺的硅片取出。
类别一处理方案（处理方案一）：此类不合格品是由于未将磷原子扩散进入硅片而只是将硅片表面氧化造成的。一般原因为三氯氧磷源瓶处于关闭状态；扩散炉温度过低等。针对此现象，按原扩散工艺再重复进行一次扩散，扩散时确保三氯氧磷源瓶处于打开状态，扩散炉温度保持在扩散工艺起始温度800-820℃。将上述原因一一排查并确定无误后，将硅片按原扩散工艺(表一)进行重复扩散。处理后测试方阻、少子寿命均正常，并跟踪其制成的电池片装换效率发现并无损失。
表二：扩散返工电池片的电性能参数
通过表二给出的电池电性能参数对比可以看出，经返工处理的硅片制成太阳电池后，其光电转换效率比正常扩散后硅片制成的太阳电池没有损失，甚至短路电流（Isc）和短路电流（Uoc）略有提升，但明显丝网印刷后的欧姆接触（Rs）变相对差，这是因为重复扩散是片内方阻均匀性相对变差，不过这都是在正常范围内。
类别二处理方案（处理方案二）：此类不合格品是由于扩散进入硅片的磷原子较少。一般原因为三氯氧磷液面过低；恒温水箱温度过低；扩散炉温度未达到工艺温度；流量计异常等。依据方阻高出的幅度，对原扩散工艺(表一)进行调整。为保证处理后方阻的均匀性，主要调整参数为通入三氯氧磷的时间、扩散温度。其中时间缩短至原来70%，主扩散温度下降5℃。按原扩散工艺再重复进行一次扩散，扩散时通入三氯氧磷的时间缩短至16-18min，主扩散温度下降至830-835℃。调整完扩散工艺后，硅片原来扩散面依旧向外按调整完的扩散工艺再次扩散。处理后硅片表面会成浅咖啡色状态，但去PSG清洗后便会消失无碍，并且对效率影响甚微。
现就类别二处理方案的成功率做说明，目前每次扩散工艺的产出量是400片，也就是说若出现工艺异常的情况就是以400片为单元出现，处理时也是以400片为单元，并且是即可处理。在以上给出的温度和时间范围内，通过抽检，方阻可恢复到60-80Ω/sq（即方阻一定是会降低，只是范围更宽，不一定完全在60-70Ω/sq，有10%在70-80Ω/sq，但也是可用的），少子寿命都大于等于4μs。
类别三处理方案（处理方案三）：此类不合格品是由于硅片表面沉积过多磷原子或结深过深造成的。一般原因为恒温水箱超温；扩散炉温度超出工艺温度；流量计异常等。因为目前所采用的扩散方式多为单面扩散（硅片只有一面被磷扩散），就可以将此类不合格硅片的非扩散面向外重新按原扩散工艺(表一)进行一次扩散。即按原扩散工艺再重复进行一次扩散，但本次扩散时是在硅片的非扩散面上进行的。虽然由于二次扩散，处理后的硅片边缘方阻会有些低使方阻片内均匀性变差，但此种处理方式类似硅片进行了双面扩散（硅片两面都被磷扩散），反而吸杂效果明显，使处理后的硅片少子寿命增至原来的两倍，最终使制成的电池片转换效率未受到影响。
表三：处理前后少子寿命对比
经翻面重复扩散的硅片相当于进行了双面扩散，其对硅片的表面钝化和内部吸杂作用都更优于单面扩散的硅片，主要体现为测试的少子寿命值较高，由表三的对比数据便可以看出。
类别四处理方案（处理方案四）：此类不合格品多由炉管内积存污染物而导致，而污染物一般为硅片清洗不足、硅片内杂质挥发和尾气排放不及时形成。对于这种情况，可以疏通清洗尾气装置，然后炉内不放硅片，空运行几次扩散工艺便可以改善。疏通清洗尾气装置，包括石英废液瓶、石英冷却瓶，使其畅通，然后炉内不放硅片，空运行2-3次扩散工艺；将异常硅片在酸液中（HF=10%）浸泡10-20min，然后按原扩散工艺在硅片的非扩散面重复进行一次扩散。处理后测试方阻、少子寿命均正常。

Claims (5)

1.一种扩散后方块电阻和少子寿命异常硅片的处理办法，其特征在于，包括如下步骤： 
（1）首先对单晶硅片单面扩散后方块电阻和少子寿命异常硅片进行分类，第一类为方阻和少子寿命分别为90-130Ω/sq和0-2μs，第二类为方阻和少子寿命分别为75-90Ω/sq和4-20μs，第三类为方阻和少子寿命分别为40-50Ω/sq和4-20μs，第四类为方阻和少子寿命分别为60-75Ω/sq和2-4μs； 
（2）按照步骤（1）的分类标准，对第一类硅片进行如下处理：按原扩散工艺再重复进行一次扩散，扩散时确保三氯氧磷源瓶处于打开状态，扩散炉温度保持在扩散工艺起始温度800-820℃。 
2.如权利要求1所述的扩散后方块电阻和少子寿命异常硅片的处理办法，其特征在于：按照步骤（1）的分类标准，对第二类硅片进行如下处理：按原扩散工艺再重复进行一次扩散，扩散时通入三氯氧磷的时间为16-18min，主扩散温度为830-835℃。 
3.如权利要求1所述的扩散后方块电阻和少子寿命异常硅片的处理办法，其特征在于：按照步骤（1）的分类标准，对第三类硅片进行如下处理：按原扩散工艺再重复进行一次扩散，但本次扩散时是在硅片的非扩散面上进行的。 
4.如权利要求1所述的扩散后方块电阻和少子寿命异常硅片的处理办法，其特征在于：按照步骤（1）的分类标准，对第四类硅片进行如下处理：疏通清洗尾气装置使其畅通，然后炉内不放硅片，空运行2-3次扩散工艺；将异常硅片在酸液中浸泡10-20min，然后按原扩散工艺在硅片的非扩散面重复进行一次扩散。 
5.如权利要求4所述的扩散后方块电阻和少子寿命异常硅片的处理办法，其特征在于：其中酸液为10%的HF。 
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