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传统单晶硅的加工

作者: 来源: OFweek太阳能光伏网 发表时间: 2012-06-05 已浏览 字号:

 

  传统的圆形硅片加工的具体工艺流程一般为:单晶炉取出单晶→检查称重量,量直径和其他表观特征→切割分段→测试→清洗→外圆研磨→检测分档。检测项目包括直径,划痕,破损,裂纹,方向指示线(标明头尾),定位面,长度,重量。导电类型,电阻率,电阻率均匀性,少数载流子寿命。位错,漩涡缺陷和其他微缺陷等; →切片→倒角→清洗→磨片→清洗→检验→测厚分类→化学腐蚀→测厚检验→抛光→清洗→再次抛光→清洗→电性能测量→检验→包装→贮存。

  直拉单晶硅生长完成后呈圆棒状,而太阳电池需要利用硅片,因此,单晶硅生长完成后需要进行机械加工。对于不同的器件,单晶硅需要不同的机械加工程序。对于大规模集成电路所用单晶硅而言,一般需要对单晶硅棒进行切断、滚圆、切片、倒角、磨片、化学腐蚀和抛光等一系列工艺,在不同的工艺间还需进行不同程度的化学清洗。而对于太阳电池用单晶硅而言,硅片的要求比较低,通常应用前几道加工工艺,即切断、滚圆、切片、倒角、磨片和化学腐蚀等。为了便于理解,我们将大规模集成电路的硅片加工作一一介绍,并与太阳能电池硅片进行对比。

圆形硅片加工的主要步骤

方形硅片加工的主要步骤

  硅抛光片的几何参数及一些参数定义

  硅抛光片的基本几何参数

  集成电路硅片的规格要求比较严格,必须有一系列参数来表示和限制。主要包括:硅片的直径或边长,硅片的厚度、平整度、翘曲度及晶向的测定,下面分别一一讨论。

  1. 硅片的直径(边长),硅片的厚度是硅片的重要参数。如果硅片的直径(边长)太大,基于硅片的脆性,要求厚度增厚,这样就浪费昂贵的硅材料,而且平整度难于保证,对后续加工及电池的稳定性影响较大,再说单晶硅的硅锭直径也很难产生很大;直径或边长太小,厚度减小,用材少,平整度相对较好,电池的稳定性较好,但是硅片的后续加工会增加电极等方面的成本。一般情况下,太阳能电池的硅片是根据硅锭的大小设置直径或边长的大小,一般的圆形单晶、多晶硅硅片的直径为(76.2 mm )或(101.6 mm ),而单晶正方形硅片的边长为100mm、125mm、150mm;多晶正方形硅片的边长为100mm、150mm、210mm。

  2. 硅片的平整度是硅片的最重要参数,它直接影响到可以达到的特征线宽和器件的成品率。对于太阳能硅片则影响转换效率和寿命,不同级别集成电路的制造需要不同的平整度参数,平整度目前分为直接投影和间接投影,直接投影的系统需要考虑的是整个硅片的平整度,而分步进行投影的系统需要考虑的是投影区域的局部的平整度。太阳能硅片要求较低,硅片的平整度一般用TIR 和FPD 这两个参数来表示。

  3. 硅片的翘曲度是衡量硅片的参数之一,它也影响到可以达到的光刻的效果和器件的成品率。不同级别集成电路的制造需要不同的翘曲度参数,硅片的翘曲度一般用BOW、TTV 和WARP 这三个参数来表示。

  4.晶向的测定也是一个重要的参数晶向是指晶列组的方向,它用晶向指数表示。半导体集成电路是在低指数面的半导体衬底上制作的。硅MOS 集成电路硅片通常为(100)晶面的硅片,硅双极集成电路硅片通常为(111)晶面或(100)晶面的硅片。硅片表面的晶体取向对于器件制造较为重要[21],在单晶切割,定位面研磨和切片操作之前都要进行晶向定向,使晶向及其偏差范围符合工艺规范的要求。晶向测定的方法主要X射线法。X 射线法的精度较高,已经得到了广泛应用。但是,对太阳电池所用硅片通常不进行晶向的检查,只是对硅片的厚度进行控制。但是,晶向念头过大,会影响光电转换效率。

  割断

  割断是指在晶体生长完成取出后,沿垂直于晶体生长的方向切去晶体硅头和硅尾无用的部分,即头部的籽晶和放肩部分以及尾部的收尾部分。一般利用外圆切割机进行切断,而大直径的单晶硅,一般使用带式切割机来割断。切断后所形成的是圆柱体,其截面是圆形;对于正方形硅片加工的硅棒,一样进行割断后所形成的是圆柱体,其截面是圆形。

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