太陽能矽晶片切片技術發展趨勢

 

刊登日期:2016/8/5
  • 字級

晶片切割是太陽能矽晶片生產過程中一個重要製程,矽晶片的切割製程,針對單晶片與多晶片可使用不同的切割方式。單晶片從早期使用砂漿切割,近年來漸漸演變成使用鑽石線切割,而多晶片一直以來使用砂漿切割作為其切片製程。

相較於砂漿切割,鑽石線切割具有高切削速度與低成本的優勢,然而,鑽石線切割使用在多晶矽晶片時,卻有一些問題尚待克服,例如,晶片的切割面太過光滑,並存在許多深而長的切割痕,造成電池製作時結構化蝕刻的困難,因此多晶矽晶片的量產切片製程一直無法使用鑽石線切割。本文將對砂漿切割與鑽石線切割兩種切割方式作一討論比較,並介紹近年來各界研發的一些新技術,以用來解決鑽石線切割用於多晶矽晶片製程的問題,以及近年來最新發展的無切損製程晶片製造技術。

砂漿切片技術
太陽能發展的初期,晶片的切割使用刀片切割的方式(如圖二),切割刀片一般使用內圓切割刀,刀片材質為不鏽鋼,內部刀口的位置黏有鑽石顆粒,切割刀盤在切割時,有極高的張力並高速轉動,切割速度(進刀速度)快,但是由於一次只能切出一片晶片,因此無法符合太陽能產業的量產需求。為了因應太陽能產業的高產能需求,線切割方式開始被運用在矽晶片的切片製程,線切割機切割方式如圖三所示。切割線材質為不鏽鋼,利用切割導輪將切割線往復纏繞成多個切削段,因此可以同時切割出上百片的矽晶片。
 
鑽石線切片技術與單晶矽晶片製造
鑽石線切片技術在切削原理上與傳統砂漿切割相同,其差異在於鑽石線切割製程不需要額外添加切割漿料,而是預先在切割線上黏著固定鑽石切割粒子,因此,在切割過程中不需要使用到油性的潤滑液來懸浮分散切割粒子,只需要用水來進行冷卻即可。由於鑽石切割顆粒是固定在切割線上不會隨切削時移動,因此又稱為 Fixed Abrasive Wire Saw。圖四為鑽石線切割與傳統砂漿切割在切削製程中的比較。



圖四、鑽石線切割與砂漿切割示意圖
 
鑽石線切片技術與多晶矽晶片製造
對於一直以來使用砂漿切割的多晶矽晶片,在使用鑽石線切割時卻發現存在有嚴重的問題,多晶矽晶片在結構化蝕刻時與單晶矽晶片使用的蝕刻液不同,多晶片一般是使用硝酸與氫氟酸的混合溶液,這是因為多晶片的每個晶粒晶向都不同,而鹼液蝕刻對於不同的晶向有不同的蝕刻速度,因此多晶片用鹼液蝕刻會非常的不均勻,而酸蝕刻由於蝕刻速度快,對於蝕刻方向沒有選擇性,因此適合用在多晶矽晶片的結構化蝕刻。
 
非切割法之晶片製造技術
無切割損失的晶片製造技術,使用的是非切割的方式來直接製作出晶片,過去美國 Silicon Genesis 公司嘗試利用氫離子植佈,再將晶片由晶錠上面剝離,雖然證實可以得到 6吋面積大小的矽晶片,但是由於……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 

圖十一、太陽能矽晶片厚度未來預估
 
作者:王珽玉 / 工研院綠能所;鄭鉦耀、劉俊毅 / 綠能科技(股)公司
★本文節錄自「工業材料雜誌」356期,更多資料請見下方附檔。

分享
為此篇文章評分

相關廠商