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许多晶圆清洗技术都在竞争高效太阳能电池处理的使用,本文在清洁效率和作为工业预扩散清洁的适用性方面进行了实验比较,为了证明所讨论的预扩散清洗的适用性和阈值的有效性,根据前期实验,取代了制造太阳能电池前体的POR清洗程序。
在所有清洗程序中,稀释的氟化氢使用的浓度为2%,POR中稀释的氯化氢浓度工业清洗为3%,浸泡时间为5分钟,在80°C下,SPM(硫酸过氧化氢混合物)中的浸泡时间为10分钟,整个POR过程需要45分钟。对于氟化氢/臭氧浴,使用的氟化氢浓度低于0.5%,使用臭氧发生器产生臭氧,并通过臭氧接触膜溶解在HF水溶液中,臭氧浓度通过光度测量确定为16至20 g/Sm³,赛力斯碳浴由一个纤维素碳和0.2份过氧化氢以及6份去离子水组成,将浴液加热至50°C,浸泡时间为5分钟。
图2
不同工序的清洗效率如图所示2,显示清洗前后的金属表面浓度,不同元素的定量极限在1E10~3E10原子/cm2的范围内有所不同,晶片表面为铜和铁(线锯切过程中的残留物),所有的清洗都显著降低了这些浓度,而工业清洗序列(HCl+HF)留下的最高铜值,两种先进的清洗序列达到与POR相似的低水平。
为了检查在大规模生产时是否仍然如此,运行了一个清洗浴的浓缩模拟,在这个模拟中,假设清洗直接发生在初始碱性蚀刻步骤之后和第一个扩散步骤之前,输入值可以在图中找到,计算出的清洗浴浓度。
为了确定浴液老化对晶片表面浓度的影响,使用铜和铁标准溶液,加入新鲜配制的清洗浴液,将SPM清洗后的晶圆分别浸入填充清洗浴中,分别浸泡5分钟(Seluris®C)和10分钟(HF/臭氧),用水冲洗叶片后,提取金属表面污染物进行ICP-MS分析,所得到的晶圆表面的铜和铁浓度如图所示5。
图5
实验中我们表明,HF/臭氧浴的铜去除效率随着浴的老化而恶化,可能是由于外镀效应,而没有检测到对硒®C的影响,HF/臭氧浴可能需要不同的饲料+排气设置,以保持浴中较低的金属浓度,从而获得良好的清洗效率。
为了通过实验收集阈值的证据,使用了不同的清洗程序和不同的尖峰水平进行不同的晶圆表面污染处理,将具有高电阻率的纹理晶片浸入浴池中,从而测量的表面浓度。然而,铜的浓度在检测限(POR)范围内有所不同,最高可达600个E10个原子/cm2,被污染的晶片被扩散(含硼和磷)并钝化。
即使对于含有305ppbCu的HF/臭氧,我们也只得到了隐含Voc的一小部分下降,这表明我们的整个过程比它的单个步骤更稳定,一种可能的解释是,通过扩散步骤的组合,吸气更有效,所有测试的POR替代品都比工业清洁性能更好,然而,POR还没有完全得到满足,然而高效的电池工艺需要更先进的清洗,清洁需要简单和具有成本效益,有两种替代方案被证明适合于大规模生产,根据实验结果推导出ISCKonstanz高效生物n型太阳能电池标准工艺扩散步骤前的阈值铜表面浓度在1E12原子/cm2的范围内。