太陽能電池片生產(chǎn)工藝常用化學(xué)品及其應(yīng)用

1、太陽能電池片生產(chǎn)工藝常用化學(xué)品及其應(yīng)用一般來說，半導(dǎo)體工藝是將原始半導(dǎo)體材料轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫钠骷囊粋€過程，太陽能電池工藝就是其中的一種，這些工藝都要使用化學(xué)藥品。1 常用化學(xué)藥品 太陽能電池工藝常用化學(xué)藥品有：乙醇（C2H5OH）、氫氧化鈉（NaOH）、鹽酸（HCl）、氫氟酸(HF)、異丙醇（IPA）、硅酸鈉（Na2SiO3）、氟化銨（NH4F）、三氯氧磷（POCl3）、氧氣（O2）、氮氣（N2）、三氯乙烷（C2H3Cl3）、四氟化碳（CF4）、氨氣（NH3）和硅烷（SiH4），光氣等。2 電池片生產(chǎn)工藝過程中各化學(xué)品的應(yīng)用及反應(yīng)方程式：2.1一次清洗工藝2.1.1去除硅片損傷層： Si + 2

2、 NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2 H2 28 80 122 4對125*125的單晶硅片來說，假設(shè)硅片表面每邊去除10um，兩邊共去除20um，則每片去處的硅的重量為：g=12.5*12.5*0.002*2.33 = 0.728g。 （硅的密度為2.33g/cm3）設(shè)每片消耗的NaOH為X克，生成的硅酸鈉和氫氣分別為Y和Z克，根據(jù)化學(xué)方程式有： 28 ：80 = 0.728 ： = 2.08g28 ：122 = 0.728 ：Y Y=3.172g 28 ：4 = 0.728 ：Z Z= 0.104g2.1.2制絨面： Si + 2 NaOH + H2O = Na2SiO3 +

3、 2 H2 28 80 122 4由于在制絨面的過程中，產(chǎn)生氫氣得很容易附著在硅片表面，從而造成絨面的不連續(xù)性，所以要在溶液中加入異丙醇作為消泡劑以助氫氣釋放。另外在絨面制備開始階段，為了防止硅片腐蝕太快，有可能引起點腐蝕，容易形成拋光腐蝕，所以要在開始階段加入少量的硅酸鈉以減緩對硅片的腐蝕。2.1.3 HF酸去除SiO2層在前序的清洗過程中硅片表面不可避免的形成了一層很薄的SiO2層，用HF酸把這層SiO2去除掉。 SiO2 + 6 HF = H2SiF6 + 2 H2OHCl酸去除一些金屬離子，鹽酸具有酸和絡(luò)合劑的雙重作用，氯離子能與 Pt 2+、Au 3+、 Ag +、Cu+、Cd 2+

4、、Hg 2+等金屬離子形成可溶于水的絡(luò)合物。2.2擴(kuò)散工藝擴(kuò)散過程中磷硅玻璃的形成： Si + O2 SiO2 5POCl3 3 PCl5 + P2O5（600）三氯氧磷分解時的副產(chǎn)物PCl5，不容易分解的，對硅片有腐蝕作用，但是在有氧氣的條件下，可發(fā)生以下反應(yīng)： PCl5 + 5O2 2 P2O5 + 10Cl2 (高溫條件下)磷硅玻璃的主要組成：小部分P2O5，其他是SiO2·P2O5或SiO2·P2O5。這三種成分分散在二氧化硅中。在較高溫度的時候，P2O5作為磷源和Si反應(yīng)生成磷，反應(yīng)如下：2 P2O5 +5 Si = 5 SiO2 + 4 P 在擴(kuò)散工藝中，三氯乙

5、烷用于爐管清洗，三氯乙烷的燃燒（分解）的產(chǎn)物有：光氣、一氧化碳、二氧化碳和氯化氫等。 2.3等離子刻蝕工藝 所謂等離子體就是由帶電的正、負(fù)電荷的粒子組成的氣體，正負(fù)電荷數(shù)相等，其凈電荷相等。等離子刻蝕所用的等離子體，是輝光放電形成的“電離態(tài)”氣體，其中包括正離子、負(fù)離子、電子、中性原子、分子及化學(xué)上活潑的自由基，這種“電離態(tài)”的氣體是在向氣體系統(tǒng)中施加足以引起電離的高能電場條件下產(chǎn)生的。 在我們的工藝中，是用CF4來刻蝕擴(kuò)散后的硅片，其刻蝕原理如下： CF4 CFx* + (4-x) F* (x3) Si + 4 F* SiF4 SiO2 + 4 F* SiF4 + O2 Si和SiO2在CF

6、4等離子體中的刻蝕速率是很低的，因為在純的CF4等離子體中，這些過程的刻蝕速率受制于較低的F*濃度，因此刻蝕效率較低，如果在其中加入O2，Si和SiO2的刻蝕速率會增加，加入O2之后，反應(yīng)室中產(chǎn)生了COF2，CO及CO2而消耗了CFx*自由基，于是減少了F*消耗量，結(jié)果F*濃度增大，相應(yīng)的刻蝕速率也增大。選擇適當(dāng)?shù)腃F4和O2的比例，會得到良好的刻蝕效果。2.4二次清洗工藝 由于在擴(kuò)散以后在硅片表面形成了一層磷硅玻璃，主要成分還是二氧化硅。因此為了形成良好的歐姆接觸，減少光的反射，在沉積減反射膜后續(xù)工藝之前，必須用HF酸把磷硅玻璃腐蝕掉。 SiO2+6HF = H2SiF6+2H2O 由于這個

7、反應(yīng)太快，不便于控制，因此不能單獨用氫氟作為腐蝕劑。根據(jù)化學(xué)平衡原理，減小氫氟酸的濃度和氫離子濃度，可以降低腐蝕速度。所以要在氫氟酸的溶液中加入氟化銨溶液，以減少氫氟酸的濃度和氫離子的濃度，從而減緩氫氟酸對SiO2的腐蝕速度。其原因： 1. 氟化銨是一種弱酸和弱堿組成的鹽，由于它在水中可以電離為銨離子和氟離子，溶液中大量的氟離子的存在使氫氟酸在溶液中的電離平衡HF = H+ + F 向左移動。 2.氟化銨能與氫氟酸結(jié)合生成絡(luò)合物氟氫化銨NH4HF2，從而減低了氫氟酸的濃度。HF + NH4F = NH4HF2當(dāng)氫氟酸和二氧化硅作用時，氫氟酸濃度因消耗而減少，這時氟氫化銨NH4HF2就電離生成氫

8、氟酸，繼續(xù)補(bǔ)充氫氟酸，使氫氟酸的濃度基本上保持不變，同時氫離子濃度變化不大，從而使腐蝕過程保持一定的較低速度。3.由于反應(yīng)生成的六氟硅酸H2SiF6是一種強(qiáng)酸，在溶液中全部電離。隨著反應(yīng)地進(jìn)行，氫離子的濃度不斷增加，就不斷增加反應(yīng)速度。加入氟化銨以后，在反應(yīng)中就不能生成六氟硅酸，而是生成六氟硅酸銨，使氫離子濃度不會隨反應(yīng)而增加。2.5 PECVD工藝 為了進(jìn)一步減少入射光的損失，在硅片上沉積一層氮化硅薄膜。 3SiH4 + 4NH3 Si3N4 +12 H2 3SiH4 + 2N2 Si3N4 + 6H22.6燒結(jié)工藝 3半導(dǎo)體安全基本知識3.1 半導(dǎo)體廠的安全衛(wèi)生問題半導(dǎo)體廠常見的潛在危害可

9、分為三大類： (一).化學(xué)物質(zhì)危害 半導(dǎo)體工藝非常繁雜，使用的危險化學(xué)品也相當(dāng)多，包括強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、腐蝕性有機(jī)溶劑、有毒氣體、自燃?xì)怏w、或窒息氣體等，如果這些危險化學(xué)物質(zhì)泄漏出來，接觸到人體會造成很大的傷害；也有可能因為這些物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)變化，造成火災(zāi)爆炸等重大意外事故。危害性氣體根據(jù)危害特征，半導(dǎo)體工藝中使用的氣體分為以下四類：有毒、易腐蝕、易燃和自然性氣體，有毒氣體是指對人體生命有危害的氣體，腐蝕性氣體接觸時會損毀生命組織和設(shè)備，易燃?xì)怏w則為暴露于火星、明火和其他燃燒源時易被引燃的氣體，如氫氣。54以下在空氣中易自然的物質(zhì)為自然性氣體。危害性氣體的毒性等級是以規(guī)定的時間內(nèi)人體暴露在其中卻不會受

10、到健康傷害的最高濃度來量化的。允許暴露的程度越低，毒性越大。危害性化學(xué)品半導(dǎo)體制造中，有許多液體化學(xué)品是危險的腐蝕性物質(zhì)，處理腐蝕性化學(xué)品時，則必須穿戴上防護(hù)鏡和身體防護(hù)設(shè)施，為了防止吸入腐蝕性化學(xué)品的蒸汽，必須在通風(fēng)櫥中進(jìn)行操作，儲存化學(xué)品時必須特別小心，例如，HF必須保存在塑料容器中，因為它會腐蝕玻璃。所有員工必須知道最近的眼睛沖洗器處。因為大多數(shù)溶劑會揮發(fā)出有害蒸氣，而且許多是易燃的，所以防止暴露和吸入溶劑蒸氣的眼部和身體防護(hù)設(shè)施也是必不可少的。溶劑必須保存在易燃物質(zhì)儲存柜中，遠(yuǎn)離明火、火星和熱源。處理廢溶劑時要將它們放置在廢溶劑容器中。注意要特別小心，不能將廢酸和廢溶劑混合在一起，防止

11、發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)。(二).幅射和靜電危害 在半導(dǎo)體工藝中所用的一些設(shè)備單元，例如PECVD微波源、蝕刻機(jī)RF產(chǎn)生器等皆有潛在產(chǎn)生游離或非游離幅射的危害。如果防護(hù)措施沒做好，使人體曝露在輻射中過量，即會傷害到人體。游離幅射對曝露的人體具傷害細(xì)胞效應(yīng)，而非游離幅射會造成眼睛與皮膚傷害，還可能引起令人惡厭的電效應(yīng)干擾重要設(shè)備的功能操作，或發(fā)生靜電火花等。 (三).機(jī)械危害 半導(dǎo)體工藝有使用機(jī)械人與自動化操作之相關(guān)工藝設(shè)備有潛在對相關(guān)人員發(fā)生機(jī)械危害，例如設(shè)備組件之功能異常與移動部份對人員所發(fā)生之撞擊、切割、夾卷等機(jī)械性危害。 在半導(dǎo)體生產(chǎn)制造中，雖然經(jīng)常要用到化學(xué)品，有害氣體，這些很可能對人體造成危害，但是像化學(xué)品、有害氣體、輻射等這些在正常情況下都是被有效控制的，按照相應(yīng)的程序文件正常操作，并合理使用PPE(個人防護(hù)設(shè)備)條件下不會有安全性問題，只有在意外情況下才可能導(dǎo)致一些傷害。PPE防護(hù)用具：化學(xué)品酸堿貯存區(qū)等可能接觸酸堿腐蝕性液體的人員配備耐酸堿圍裙、耐酸堿手套、防護(hù)眼鏡、防酸堿工作鞋等?？赡芙佑|有毒氣體的人員配備防毒面具。設(shè)備維修、檢修人員配備防毒面具、耐酸堿工作服、手套、工作鞋、安全眼鏡等。應(yīng)急救援人員配備防護(hù)服、防毒面具、耐酸堿工作服、耐酸堿手套、耐酸堿工作鞋、安全眼鏡、空氣呼吸