硅片生产过程详细讲解
培训目的：
1、确定硅片生产过程整个目标；
2、为工艺过程确定一典型流程；
3、描述每个工艺步骤的目的；
4、在硅片生产过程中，硅片性能的三个主要关系的确定。
简介
硅片的准备过程从硅单晶棒开始，到清洁的抛光片结束，以能够在绝好的环境中使用。期间，从一单晶硅棒到加工成数片能满足特殊要求的硅片要经过很多流程和清洗步骤。除了有许多工艺步骤之外，整个过程几乎都要在无尘的环境中进行。硅片的加工从一相对较脏的环境开始，最终在10级净空房内完成。
工艺过程综述
硅片加工过程包括许多步骤。所有的步骤概括为三个主要种类：能修正物理性能如尺寸、形状、平整度、或一些体材料的性能；能减少不期望的表面损伤的数量；或能消除表面沾污和颗粒。硅片加工的主要的步骤如表1.1的典型流程所示。工艺步骤的顺序是很重要的，因为这些步骤的决定能使硅片受到尽可能少的损伤并且可以减少硅片的沾污。在以下的章节中，每一步骤都会得到详细介绍。
表1.1 硅片加工过程步骤
1.切片
2.激光标识
3.倒角
4.磨片
5.腐蚀
6.背损伤
7.边缘镜面抛光
8.预热清洗
9.抵抗稳定——退火
10.背封
11.粘片
12.抛光
13.检查前清洗
14.外观检查
15.金属清洗
16.擦片
17.激光检查
18.包装/货运
切片（class 500k）
硅片加工的介绍中，从单晶硅棒开始的第一个步骤就是切片。这一步骤的关键是如何在将单晶硅棒加工成硅片时尽可能地降低损耗，也就是要求将单晶棒尽可能多地加工成有用的硅片。为了尽量得到最好的硅片，硅片要求有最小量的翘曲和最少量的刀缝损耗。切片过程定义了平整度可以基本上适合器件的制备。
切片过程中有两种主要方式——内圆切割和线切割。这两种形式的切割方式被应用的原因是它们能将材料损失减少到最小，对硅片的损伤也最小，并且允许硅片的翘曲也是最小。
切片是一个相对较脏的过程，可以描述为一个研磨的过程，这一过程会产生大量的颗粒和大量的很浅表面损伤。
硅片切割完成后，所粘的碳板和用来粘碳板的粘结剂必须从硅片上清除。在这清除和清洗过程中，很重要的一点就是保持硅片的顺序，因为这时它们还没有被标识区分。
激光标识(Class 500k)
在晶棒被切割成一片片硅片之后，硅片会被用激光刻上标识。一台高功率的激光打印机用来在硅片表面刻上标识。硅片按从晶棒切割下的相同顺序进行编码，因而能知道硅片的正确位置。这一编码应是统一的，用来识别硅片并知道它的来源。编码能表明该硅片从哪一单晶棒的什么位置切割下来的。保持这样的追溯是很重要的，因为单晶的整体特性会随着晶棒的一头到另一头而变化。编号需刻的足够深，从而到最终硅片抛光完毕后仍能保持。在硅片上刻下编码后，即使硅片有遗漏，也能追溯到原来位置，而且如果趋向明了，那么就可以采取正确的措施。激光标识可以在硅片的正面也可在背面，尽管正面通常会被用到。
倒角
当切片完成后，硅片有比较尖利的边缘，就需要进行倒角从而形成子弹式的光滑的边缘。倒角后的硅片边缘有低的中心应力，因而使之更牢固。这个硅片边缘的强化，能使之在以后的硅片加工过程中，降低硅片的碎裂程度。图1.1举例说明了切片、激光标识和倒角的过程。
图1.1
磨片（Class 500k）
接下来的步骤是为了清除切片过程及激光标识时产生的不同损伤，这是磨片过程中要完成的。在磨片时，硅片被放置在载体上，并围绕放置在一些磨盘上。硅片的两侧都能与磨盘接触，从而使硅片的两侧能同时研磨到。磨盘是铸铁制的，边缘锯齿状。上磨盘上有一系列的洞，可让研磨砂分布在硅片上，并随磨片机运动。磨片可将切片造成的严重损伤清除，只留下一些均衡的浅显的伤痕；磨片的第二个好处是经磨片之后，硅片非常平整，因为磨盘是极其平整的。
磨片过程主要是一个机械过程，磨盘压迫硅片表面的研磨砂。研磨砂是由将氧化铝溶液延缓煅烧后形成的细小颗粒组成的，它能将硅的外层研磨去。被研磨去的外层深度要比切片造成的损伤深度更深。
腐蚀（Class 100k）
磨片之后，硅片表面还有一定量的均衡损伤，要将这些损伤去除，但尽可能低的引起附加的损伤。比较有特色的就是用化学方法。有两种基本腐蚀方法：碱腐蚀和酸腐蚀。两种方法都被应用于溶解硅片表面的损伤部分。
背损伤（Class 100k）
在硅片的背面进行机械损伤是为了形成金属吸杂中心。当硅片达到一定温度时?，如Fe, Ni, Cr, Zn等会降低载流子寿命的金属原子就会在硅体内运动。当这些原子在硅片背面遇到损伤点，它们就会被诱陷并本能地从内部移动到损伤点。背损伤的引入典型的是通过冲击或磨损。举例来说，冲击方法用喷砂法，磨损则用刷子在硅片表面磨擦。其他一些损伤方法还有：淀积一层多晶硅和产生一化学生长层。
边缘抛光
硅片边缘抛光的目的是为了去除在硅片边缘残留的腐蚀坑。当硅片边缘变得光滑，硅片边缘的应力也会变得均匀。应力的均匀分布，使硅片更坚固。抛光后的边缘能将颗粒灰尘的吸附降到最低。硅片边缘的抛光方法类似于硅片表面的抛光。硅片由一真空吸头吸住，以一定角度在一旋转桶内旋转且不妨碍桶的垂直旋转。该桶有一抛光衬垫并有砂浆流过，用一化学/机械抛光法将硅片边缘的腐蚀坑清除。另一种方法是只对硅片边缘进行酸腐蚀。
图1.2举例说明了上述四个步骤：
图1.2
预热清洗（Class 1k）
在硅片进入抵抗稳定前，需要清洁，将有机物及金属沾污清除，如果有金属残留在硅片表面，当进入抵抗稳定过程，温度升高时，会进入硅体内。这里的清洗过程是将硅片浸没在能清除有机物和氧化物的清洗液（H2SO4+H2O2）中，许多金属会以氧化物形式溶解入化学清洗液中；然后，用氢氟酸（HF）将硅片表面的氧化层溶解以清除污物。
抵抗稳定——退火（Class 1k）
硅片在CZ炉内高浓度的氧氛围里生长。因为绝大部分的氧是惰性的，然而仍有少数的氧会形成小基团。这些基团会扮演n-施主的角色，就会使硅片的电阻率测试不正确。要防止这一问题的发生，硅片必须首先加热到650℃左右。这一高的温度会使氧形成大的基团而不会影响电阻率。然后对硅片进行急冷，以阻碍小的氧基团的形成。这一过程可以有效的消除氧作
为n-施主的特性，并使真正的电阻率稳定下来。
背封（Class 10k）
对于重掺的硅片来说，会经过一个高温阶段，在硅片背面淀积一层薄膜，能阻止掺杂剂的向外扩散。这一层就如同密封剂一样防止掺杂剂的逃逸。通常有三种薄膜被用来作为背封材料：二氧化硅（SiO2）、氮化硅（Si3N4）、多晶硅。如果氧化物或氮化物用来背封，可以严格地认为是一密封剂，而如果采用多晶硅，除了主要作为密封剂外，还起到了外部吸杂作用。
图1.3举例说明了预热清洗、抵抗稳定和背封的步骤。
图1.3 预热清洗、阻抗稳定和背封示意图
粘片（Class 10k）在硅片进入抛光之前，先要进行粘片。粘片必须保证硅片能抛光平整。有两种主要的粘片方式，即蜡粘片或模板粘片。
顾名思义，蜡粘片用一固体松香蜡与硅片粘合，并提供一个极其平的参考表面？。这一表面为抛光提供了一个固体参考平面。粘的蜡能防止当硅片在一侧面的载体下抛光时硅片的移动。蜡粘片只对单面抛光的硅片有用。
另一方法就是模板粘片，有两种不同变异。一种只适用于单面抛光，用这种方法，硅片被固定在一圆的模板上，再放置在软的衬垫上。这一衬垫能提供足够的摩擦力因而在抛光时，硅片的边缘不会完全支撑到侧面载体，硅片就不是硬接触，而是“漂浮”在物体上。当正面进行抛光时，单面的粘片保护了硅片的背面。另一种方法适用于双面的抛光。用这种方法，放置硅片的模板上下两侧都是敞开的，通常两面都敞开的模板称为载体。这种方法可以允许在一台机器上进行抛光时，两面能同时进行，操作类似于磨片机。硅片的两个抛光衬垫放置在相反的方向，这样硅片被推向一个方向的顶部时和相反方向的底部，产生的应力会相互抵消。这就有利于防止硅片被推向坚硬的载体而导致硅片边缘遭到损坏。？除了许多加载在硅片边缘负荷，当硅片随载体运转时，边缘不大可能会被损坏。
抛光（Class ≤1k）
硅片抛光的目的是得到一非常光滑、平整、无任何损伤的硅表面。抛光的过程类似于磨片的过程，只是过程的基础不同。磨片时，硅片进行的是机械的研磨；而在抛光时，是一个化学/机械的过程。这个在操作原理上的不同是造成抛光能比磨片得到更光滑表面的原因。
抛光时，用特制的抛光衬垫和特殊的抛光砂对硅片进行化学/机械抛光。硅片抛光面是旋转的，在一定压力下，并经覆盖在衬垫上的研磨砂。抛光砂由硅胶和一特殊的高pH值的化学试剂组成。这种高pH的化学试剂能氧化硅片表面，又以机械方式用含有硅胶的抛光砂将氧化层从表面磨去。
硅片通常要经多步抛光。第一步是粗抛，用较硬衬垫，抛光砂更易与之反应，而且比后面的抛光中用到的砂中有更多粗糙的硅胶颗粒。第一步是为了清除腐蚀斑和一些机械损伤。在接下来的抛光中，用软衬、含较少化学试剂和细的硅胶颗粒的抛光砂。清除剩余损伤和薄雾的最终的抛光称为精抛。
粘片和抛光过程如图1.4所示：
图1.4 粘片和抛光示意图
检查前清洗（class 10）
硅片抛光后，表面有大量的沾污物，绝大部分是来自于抛光过程的颗粒。抛光过程是一个化学/机械过程，集中了大量的颗粒。为了能对硅片进行检查，需进行清洗以除去大部分的颗粒。通过这次清洗，硅片的清洁度仍不能满足客户的要求，但能对其进行检查了。
通常的清洗方法是在抛光后用RCA SC-1清洗液。有时用SC-1清洗时，同时还用磁超声清洗能更为有效。另一方法是先用H2SO4/H2O2，再用HF清洗。相比之下，这种方法更能有效清除金属沾污。
检查
经过抛光、清洗之后，就可以进行检查了。在检查过程中，电阻率、翘曲度、总厚度超差和平整度等都要测试。所有这些测量参数都要用无接触方法测试，因而抛光面才不会受到损伤。在这点上，硅片必须最终满足客户的尺寸性能要求，否则就会被淘汰。
金属物去除清洗
硅片检查完后，就要进行最终的清洗以清除剩余在硅片表面的所有颗粒。主要的沾污物是检查前清洗后仍留在硅片表面的金属离子。这些金属离子来自于各不同的用到金属与硅片接触
的加工过程，如切片、磨片。一些金属离子甚至来自于前面几个清洗过程中用到的化学试剂。因此，最终的清洗主要是为了清除残留在硅片表面的金属离子。这样做的原因是金属离子能导致少数载流子寿命，从而会使器件性能降低。SC-1标准清洗液对清除金属离子不是很有效。因此，要用不同的清洗液，如HCl，必须用到。
擦片
在用HCl清洗完硅片后，可能还会在表面吸附一些颗粒。一些制造商选择PVA制的刷子来清除这些残留颗粒。在擦洗过程中，纯水或氨水（NH4OH）应流经硅片表面以带走沾附的颗粒。用PVA擦片是清除颗粒的有效手段。
激光检查
硅片的最终清洗完成后，就需要检查表面颗粒和表面缺陷。激光检查仪能探测到表面的颗粒和缺陷。因为激光是短波中高强度的波源。激光在硅片表面反射。如果表面没有任何问题，光打到硅片表面就会以相同角度反射。然而，如果光打到颗粒上或打到粗糙的平面上，光就不会以相同角度反射。反射的光会向各个方向传播并能在不同角度被探测到。
包装/货运
尽管如此，可能还没有考虑的非常周到，硅片的包装是非常重要的。包装的目的是为硅片提供一个无尘的环境，并使硅片在运输时不受到任何损伤；包装还可以防止硅片受潮。如果一片好的硅片被放置在一容器内，并让它受到污染，它的污染程度会与在硅片加工过程中的任何阶段一样严重，甚至认为这是更严重的问题，因为在硅片生产过程中，随着每一步骤的完成，硅片的价值也在不断上升。理想的包装是既能提供清洁的环境，又能控制保存和运输时的小环境的整洁。典型的运输用的容器是用聚丙烯、聚乙烯或一些其他塑料材料制成。这些塑料应不会释放任何气体并且是无尘的，如此硅片表面才不会被污染。最后六个步骤如图1.5所示。
图1.5 检查前清洗、外观检查、金属离子去除清洗、擦片、激光检查和包装/货运示意图硅片制备阶段的问题
在硅片的制造过程中，涉及到许多参数。而且这些参数中有许多会因最终硅片目标不同而发生变化。对硅片来说，有一些参数始终是很重要的，如平整度、缺陷、沾污等。在下面的章节中将详细讨论。
当硅片被不正确运行的刀片所切割时，就会造成弯曲的刀口。这些刀口都不会相同，这就使硅片有不同种类的平面缺陷。能以最好的方式使硅片得到平整的表面是很重要的，因此应以尽可能平的面去切割硅片。
有不同的测量方法来测试硅片的平整度。一些测量方法给出了圆形的或者说是整个硅片的平整度而另一些方法只显示出局部的硅片平整度。整个的平整度对于设计样品时是很重要的，？从另一方面说，局部的平整度对于？设计是很重要的，？一些整体平整度测试的术语是弯曲度（bow）、翘曲度（warp）、总厚度超差（TTV）、总指示读数（TIR）和焦平面背离（FPD）。局部平整度测试的术语也与其一致。
Bow
硅片弯曲度是测量硅片弯曲程度，它是与硅片中心从一通过靠近硅片边缘的三个基点建立的平面的背离程度。弯曲度测试是一种较老的测试手段，不经常使用。因为弯曲度测试只能测试与中心的背离，其他方法也就相应产生了。实际上，硅片的背离会发生在硅片的任一位置，而且能产生很多问题。在最近的时间里，S型弯曲或翘曲的测试被真正采用。这种变形有比弯曲更复杂的形状。
Warp
硅片形状变形的另一测试方法是翘曲度的测试。翘曲度是测量硅片确定的几个参考面的中心线位置的最高点与最低点之最大差值。硅片的翘曲度起决于使用的一对无接触扫描探针。硅片被放置在三个形成参考平面的支点上，这对探针中一支可以在硅片一侧的任意位置，而另一支则在另一侧的相应位置。探针按设定的程序，沿硅片表面移动，测量到硅片表面指定点的距离。一旦所有的距离都已测得，翘曲的程度也就知道了。测定翘曲度，第一步就是找到顶部探针与顶部硅片表面的距离（a）和相应底部探针与底部硅片表面的距离（b）。换句话说，就得到了b-a的所有测量点。有了这些数据，将b-a的最大值减去b-a的最小值，再除以2就是Warp值（如图1.6所示）。
图1.6 翘曲度（Warp）和总厚度偏差（TTV）测量示意图
硅片的翘曲度与半导体制造有关，因为一片翘曲的硅片在光刻过程中可能会引起麻烦；还可能在一些加工过程中粘片时也有问题。小量的翘曲在一些加工过程中可以通过真空吸盘或夹具得到补偿。
TTV
一种检测硅片厚度一致性的方法，叫总厚度超差（TTV），就是指硅片厚度的最大值与最小值之差。测量TTV可在测量Warp时同时进行。Warp中类似的探针和数据处理方法可以为TTV 所采用。实际上，不同的仅仅是计算公式。在计算TTV时，第一步是将顶部探针与顶部硅片表面的距离（a）和相应底部探针与底部硅片表面的距离（b）相加，这里，我们要的是相加（a+b），TTV就是将a+b的最大值减去a+b的最小值。
TIR
总指示读数是一种只与硅片的正面有关的参数。测量方法是将与真空吸盘平行吸住的一面作为参考平面，TIR就是正面最高处与最凹处的差值。（见图1.7）
图1.7 总指示读数（TIR）和焦平面偏离（FPD）测量示意图
FPD
焦平面偏离（FPD）是指硅片上距焦平面最高处和最深处到焦平面的距离中远的一个。有时这个平面是参考硅片背面或是一个假想的平面。这一测量值表明了？
迄今为止，所讨论的所有平整度测试方法都是指整体测试。换句话说，所有的测试方法都是体现硅片整体的表面情况。这些方法中的大部分也可以测试局部状况。差别仅在于测试时所覆盖的区域是整体还是局部。通常，区域的选择尺寸同典型的电路芯片相同。举个例子，局部测试的硅片平整度称为局部厚度超差（LTV），LTV几乎与TTV相同，区别仅在于前者只对应硅片的小区域范围。
污染
硅片表面的污染是一个主要关注的问题。硅片生产过程从相对较脏的切片开始到最终进入一净空房结束，硅片要暴露在大量的不同化学品和溶液中，而且硅片还要被放入许多不同的机器进行机械加工，所有这些接触都会导致颗粒沾污。另两个主要的污染是金属和有机物。金属因硅片经过许多机器加工，金属与硅片表面直接接触而被留在硅片表面；有机物则可能来自于任何物体上的油脂或油。在硅片最终被发往客户前，所有的污染都必须被清除。
安全
同其他制造环境一样，在设备的每一位置，都有其特殊的安全要求。在半导体制造的硅片生产阶段，许多安全问题非常类似于在一装备完好设备商店，有高速度的刀片和所有手工滚磨设备。硅片生产中的许多过程是机械导向的，因此，这些有操作危险的过程必须有一定的安全程序。
除了这些显而易见的机械危险外，还有化学方面的危险。硅片的生产要用到许多危险的化学药品，如在敞开式的硅片清洗中用到的HF和KOH。这些化学品的使用象水一样频繁，而且容易被灌输一种错误的安全观念。因此，当在进行与这些化学品相关的工作时，必须确定出所有正确的安全方针。
其它还有涉及到各种不同辐射的安全问题。在切片区域，有X-ray源；激光扫描区域，有激光的辐射可能会引起潜在的火灾，甚至使人失明。在这些区域，都应穿着适当的防护服，并应谨慎操作以防发生安全问题。
术语表
弯曲度（bow）
硅片弯曲度是指硅片中心与一通过靠近硅片边缘的三个基点建立的平面的背离程度。弯曲度是对整个硅片而言。
10级（class10）
通常指环境的清洁度时，10级是指每立方英尺空气中0.5μm大小的颗粒不超过10个，而且更大的颗粒数更少。这是一个非常洁净的环境。
硅胶
硅胶是一种悬浮的硅土颗粒，细小到无法分辨出各个颗粒，也无法从悬浮液中分离出来。微切伤
微切伤是由刀片的颤动而引起的，它是刀片在行进过程中细微的背离，而在硅片上沿着切口留下的细小的脊状损伤。
外吸杂
外吸杂是一种适用在硅片背面的吸杂方法。
焦平面背离（FPD）
焦平面背离的测试能说明离硅片正面上任何点的焦平面的最远距离。FPD能衡量整个硅片正表面。
吸杂
吸杂是一种诱使金属杂质远离硅片正面的方法。通常通过在晶体结构中造成高应力区域来实现。有两种不同的吸杂方法：外吸杂和内吸杂。
雾化
雾化是硅片出现雾气的一个条件。可能由硅片的任何的沾污或损伤而引起。
平均载流子寿命？
平均载流子寿命是指在硅体内多数载流子的平均复合时间。
Piranha
Piranha是一种清洗液，由硫酸（H2SO4）和双氧水（H2O2）组成。之所以起这个名字是因为当上述两种化学品混合时，溶液温度会达到120℃左右并剧烈沸腾。
总指示读数（TIR）
总指示读数是硅片的正面上距设定参考面最高处与最凹处的距离。TIR能表明整个硅片正面的情况。
总厚度超差（TTV）
总厚度超差（TTV）是指硅片最厚处与最薄处的差值。TTV也是对整个硅片的测试。
翘曲度（warp）
翘曲度（warp）是指离硅片中心线最高和最低的差值，是整个硅片的测试。
习题
1、硅片生产的主要目的是为了生产---（）
a.无损伤硅片
b.清洁、平整、无损伤的硅片
c.？
d.有粗糙纹理的硅片
2、一个典型的工艺流程是---（）
a.切片、磨片、抛光、检查
b.切片、抛光、磨片、检查
c.磨片、切片、抛光、检查
d.抛光、切片、磨片、检查
3、磨片的目的是---（）
a.提供一个高度抛光表面
b.探测硅片表面的缺陷或沾污
c.硅片抵抗的稳定
d.清除切片过程造成的深度损伤
4、抛光过程是一个---（）
a.一个化学/机械过程
b.一个严格的化学过程
c.一个严格的机械过程
d.其它类型的过程
5、退火（抵抗稳定）过程为消除______的抵抗影响---（）
a.piranha清洗液（H2SO4+H2O2）
b.silox？
c.金属
d.氧
6、哪一种平整度测试能说明硅片厚度的一致性---（）
a.TTV（总厚度超差）
b.TIR（总指示读数）
c.翘曲度
d.FPD（焦平面背离）
切片
目的
1、当将晶棒加工成硅片时，能确定切片加工的特性；
2、描述切片时所用的碳板的作用；
3、知道内圆切片和线切割机的优点和缺点；
4、硅片进行标识的目的；
5、硅片边缘？的原因；
6、描述硅片边缘？的典型方法。
简介
本章主要讨论多种切片工艺和它们的特征，对硅片的激光扫描，及硅片的边缘的contour。切片综述
当单晶硅棒送至硅片生产区域时，已经准备好进行切割了。晶棒已经过了头尾切除、滚磨、参考面磨制的过程，直接粘上碳板，再与切块粘接就能进行切片加工了。
为了能切割下单个的硅片，晶棒必须以某种方式进行切割。在进行内圆切片的工场内，切片可能会引用许多标准。切片过程有一些要求：能按晶体的一特定的方向进行切割；切割面尽可能平整；引入硅片的损伤尽可能的少；材料的损失尽量少。为了满足切片的这些要求，一些特殊的切片方法产生了。在下面章节中将讨论几种切片的特殊方法和相关的工艺。
碳板
当硅片从晶棒上切割下来时，需要有某样东西能防止硅片松散地掉落下来。有代表性的是用碳板与晶棒通过环氧粘合在一起从而使硅片从晶棒上切割下来后，仍粘在碳板上。许多情况下，碳板经修正、打滑、磨平后，在材料准备区域进行粘接。
碳板不是粘接板的唯一选择，任何种类的粘接板和环氧结合剂都必须有以下几个特性：能支持硅片，防止其在切片过程中掉落并能容易地从粘板和环氧上剥离；还能保护硅片不受污染。其它粘板材料还有陶瓷和环氧。
图2.1说明了碳板与晶棒的粘接。
图2.1 粘棒示意图
石墨是一种用来支撑硅片的坚硬材料，它被做成与晶棒粘接部位一致的形状。大多数情况下，碳板应严格地沿着晶棒的参考面粘接，这样碳板就能加工成矩形长条。当然，碳板也可以和晶棒的其它部位粘接，但同样应与该部位形状一致。碳板的形状很重要，因为它要求能在碳板和晶棒间使用尽可能少的环氧和尽量短的距离。这个距离要求尽量短，因为环氧是一种相当软的材料而碳板和晶棒是很硬的材料。当刀片从硬的材料切到软的材料再到硬的材料，可能会引起硅片碎裂。
碳板不仅在切片时为硅片提供支持，而且也在刀片切完硅片后行经提供了材料，保护了刀片。这里有一些选择环氧类型参考：强度、移动性和污染程度。粘接碳板与晶棒的环氧应有足够强的粘度，才能支持硅片直到整根晶棒切割完成。要找到这样的环氧并非难事，但还要考虑到污染程度，因此，它必须能很容易地从硅片上移走，只有最小量的污染。一般地，环氧能很容易在热的乙酸溶液中溶解，或用其他的方法解决。所有这些方法，都应对硅片造成尽可能低的污染。
刀片
当从晶棒上切割下硅片时，期望切面平整、损伤小、沿特定方向切割并且损失的材料尽量小。任何的不能满足这些最低标准的切割方法都不能被采用。有一个速度快、安全可靠、经济的切割方法是很值得的。
当进行切片时，刀片所切下处或边缘处的材料都会损失，因此，更希望是一种低损失量的切片方法。这种损失量称为刀片损失。刀片损失是指材料损失的总量，因为这个损失是由于刀片在开槽时的移动而造成的。如果在切片过程中损失更少的量，那就意味着从同根晶棒上能切下更多的硅片，也就是降低了每一硅片的成本。
在半导体企业，通常只有几种切割方法被采用。两种通常被应用的方法是环型切割和线切割。环型切割通常是指内圆切割，是将晶棒切割为硅片的最广泛采用的方法。
内圆切割
内圆切割正如它的名字一样，切割的位置在刀片的表面。刀片是由不锈钢制成的大而薄的圆环。刀片的内侧边缘镀有带钻石颗粒的镍层。这一钻石-镍的镀层提供了用来切割晶棒的表面，
（见图2.2）。对于150mm的硅片，每刀用时3分钟。
图2.2
内圆刀片的构成和厚度
对一典型的内圆刀片，其中心部位由约0.005英寸的不锈钢制成，镍-钻石涂层是不锈钢刀片边缘两侧约0.003英寸。内圆刀片的内侧边缘总厚度约为0.0125英寸。这样，材料损失厚度略大于刀片的最厚度，大概在0.013英寸左右。
镍-钻石涂层的厚度是内圆刀片的一个重要参数。很明显，这一厚度越小，刀片损失也就越少。但是，如果涂层太薄的话，刀片切下的路径太窄，刀片可能会有更大潜在可能冲击边缘，如果刀片发生任何偏差而撞击到边缘，硅片就会受到损伤，在接下来的步骤中就需要去除更多的材料。因此，有一个最适宜的镍-钻石涂层能得到最低的材料损失。
不管金属的污染，不锈钢因为它的特性而被作为内圆刀片普遍采用的核心材料。不锈钢有高的延展性能允许刀片有很大的张力，这种强的张力能使刀片绷的很紧很直，从而在切割时能保持刀片平直。钢的另一个有利之处就是它很耐用。这种经久的耐用性，能额外使用同一刀片而不需更换，从而使硅片的生产成本降低。这是很重要的因为更换一把刀片需耗时1.5小时左右。
记住在切片时使用了不锈钢也很重要，因为硅片会带有大量的金属离子。在硅片进行高温热处理之前，必须将金属从表面清除。否则，任何高温的过程都会使金属离子扩散进硅片而不易清除了。
内圆刀片
用内圆刀片来切割晶棒的原因是它有低的刀片损失，内圆刀片在开始塑性变形后，被张紧在鼓上。？这已超出了不锈钢的伸展点，为了能充分说明这个条件，要先介绍几个术语。压力是描述单位能承受的重量；张力是指改变后的长度与原始长度之比。通常用压力-张力曲线来表示材料特性。如图2.3所示，可以得到材料的伸展点和最终延展强度。伸展点是指材料在这一点上停止了按施加在其身上力比例伸展。从所画的图上可以看出，压力-张力曲线最终成了线性关系。当压力超过一定数值时，材料就开始快速伸展而增加的压力很小。材料没有完全失效所能承受的最大压力称为最终延展强度。在压力-张力曲线上，它处在最高点，这点以后，如果材料再承受任何一点压力都会导致材料断裂。
图2.3
图2.3为内圆刀片张紧时的典型压力-张力曲线。当刀片伸展至塑变区域后，就变得很刚直了。这就使不锈钢刀片有一中心厚度约0.006英寸左右，要达到同样的程度，外圆刀片的厚度是它的十倍多。厚度为0.0125英寸的内圆刀片，每切一刀，就损失一片硅片的50%厚度。如果刀片有其十倍厚，那么每切一刀，硅片的500%厚度都损失了。这就导致硅片的数量减少为原来的1/4（见图2.4）。硅片数量的减少直接导致其成本的显著上升。
图2.4
内圆刀片的切片运动类似于一种研磨形式。研磨剂（钻石）混合在镍金属内，钻石是非常硬的物质，能刮去任何其它物质的表面，还有两种相近硬度的材料见莫氏硬度等级。
莫氏硬度等级
莫氏等级是在1800年代晚期，由Friedrich Mohs发展起来的。他的等级图是根据一种材料切割其它材料而得出的。在这等级图上，任何硬度高的材料都能切割硬度比它低的材料。这一等级图范围从扑面粉—最软的材料之一，到钻石—最硬的材料都包括在内了。图2.5列出了十种元素/化合物按硬度顺序排列的莫氏原始等级图。硅与石英有相近的硬度。从图上可看出，钻石能切割硅。
图2.5
当钻石涂覆在内圆刀片上切割晶棒时，它是在研磨硅材料。含钻石的研磨层在硅体内不断地研磨，造成硅的微观断裂而产生细微碎片。当刀片通过材料时，一些碎片也被带出来了。这个不断摩擦的过程，产生热和许多颗粒。一种润滑/冷却溶液，通常如水或水容性润滑剂，用来清除相切位置的颗粒。这种液体能控制硅沫并使温度下降。
内圆切片尺寸
切割硅片需要的内圆刀片尺寸是很大的，如对于200mm硅片，刀片的外圆直径约在32英
寸左右。这么大的尺寸是为了使内径足够大，从而能将粘有碳板的晶棒都能通过。另外，刀片本身也必须能够切割晶棒的任何位置而不会使晶棒碰到刀片外侧的张紧圈。内径也相对较大，因为有了大的洞，刀片才能变得更硬。
对于相同尺寸的晶棒，有一个办法能减小刀片的尺寸，就是在切割前将晶棒滚圆。这个安排有利之处在于内圆切片时，只要通过晶棒一半的路程，因此，不需要如此大的直径。问题是，这种方法在切片时，要不引起硅片中心的？很困难。另一问题是它会导致碎裂并使硅片中心产生缺陷。随着晶棒直径的增大，内圆切片变得越来越不实用。
切片损伤
当切片机在切割晶棒时，会引起很多损伤。这些损伤来自于切片过程切磨的形式。这一过程会造成硅片产生许多细微破裂和裂纹，这种损伤层的平均厚度约为25-30μm。这样的损伤存在于刀片与晶棒接触的任何地方。因为切片接触的是硅片的表面，所以硅片表面存在着许多这样的损伤，这就意味着在接下来的过程中必须清除掉这些损伤，硅片才会有用。
如果刀片有任何振动，损伤层就会更深，有时候甚至是平均厚度的2-3倍。为了防止损伤层的延伸扩展，必须小心仔细地操作，尽可能消除刀片振动。有些损伤如果很深的话，在磨片之后仍能在硅片上看到。
刀片偏转
硅片弯曲和厚度偏差的主要根源在切片过程。影响硅片形状的最主要因素是切片过程中的刀片偏转。如果刀片在切片时发生振动，那么很有可能在刀片所在一侧的损伤层会比另一侧更深。不同的是，因刀片振动引起的损伤称为切片微分损伤。
在切片过程中，刀片偏转监测器能提供刀片偏转的实时监测。刀片偏转监测器的安装尽可能接近于切片区域。这个位置一般接近刀片的内圆处，并接近刀片切入晶棒的入口或刀片退出时的出口（如图2.6所示）。监测器是通过刀片处产生的旋涡来测试的。刀片偏转监测器的输出与反馈回路有关，当监测器探测到偏离时，这个回路能自动纠正路径偏离。在这个系统中，有一力量能纠正刀片偏差。这个系统使硅片切片时，有更少的翘曲度。
图2.6
在内圆切片时，刀片偏离的主要原因是对于刀片的切片速率而言，刀片的进给太快了。一般内圆刀片的进给速度是5cm/min。另一原因可能是钻石变脏了或者脱离了镍的涂层。当刀片因为脏而开始出现偏差时，就应进行修刀了。
修刀过程是使刀片的涂层暴露出新的、锐利的钻石。修刀通常是将碳化硅或氧化铝的研磨棒切片来完成。研磨棒能将镍钻涂层的外层磨去从而显露出新的尖锐的钻石。要检查修刀是否成功，唯一的方法就是再进行硅棒的切割。尽管修刀能生产新的尖利的表面，但除非必须，否则不大进行，因为每一次修刀都会减少刀片的寿命并增加机器待工时间。
问题
在切片过程中，经常会发生一些问题：硅片晶向错误，过分的切片损伤，刀片偏离，刀片失灵和碎片。
刀片失灵有几种：刀片变形、镍-钻涂层崩溃、刀片断裂。经常发生的问题是刀片变形。内圆刀片的变形可能因在张紧时的错误方式或在试图快速通过晶棒时的刀片进给速度太快。其它刀片变形的发生可能因不锈钢刀片承受的力太大造成刀片延展。刀片如果过度变形后，就不能保持笔直通过晶棒。这是因为刀片在切片时会发生抖动。刀片失灵造成的最主要的问题是
引起硅片断裂和大量的表面损伤。
碎片（刀片退出时）
无论任何方式，当刀片切割某种材料即将完成时，刀片在材料底部时，可能会引起材料碎裂，这种现象称为exit chip。碎片的发生是由于在切割的最后阶段，在材料的小区域中存在高的局部应力。当持续施加相同大小的压力在越来越薄的材料上，材料就无法再承受这样的压力。这片材料就开始断裂，材料的碎片就会松散。这些碎片尺寸相对较大，使硅片缺损，这样的硅片就不能使用了。图2.7列举了碎片的发生。
图2.7
最小限度（碎片）
有两种方法防止碎片的发生，一种方法是在最后阶段，减小刀片施加在硅片上的压力。在最后，可以通过降低刀片进给速率来减小压力。另一个方法是在晶棒外侧位置贴上几片材料，使切割完成。外表面额外材料的增加提供载体有利于切片的完成。这样就减少了硅片较薄边缘的压力，硅片也不会碎裂了。
有一防止碎片的系统可供选择，可以消除任何碎片的发生。就是使晶棒直径生长的稍大一点，那么在切片时，即使发生碎片，滚磨去碎裂处，仍有足够的材料。这种方法的应用使晶棒直径大1.3mm左右。切片之后，多余的材料就会被磨去。有了足够的材料，那么所有碎片的发生几乎都能包含在内了。
应指出的是，碎片大多发生在(100)晶向的硅片上，原因是（100）的硅片，切割垂直于（110）和其它（100）晶面。沿着（110）晶面切割很容易引起硅片碎裂。因此，在切割（100）向的硅片时，硅片有沿（110）晶面发生碎裂的趋向。
在（111）向的硅片上，（111）面是与硅片的面相平行的。单晶硅的裂纹大多沿着（111）面。因此，任何裂纹的发生平行于切片方向而不会引起碎片。
除了内圆切割外，还有线切割。尽管线切割已使用了几个世纪，但被应用到半导体厂家仅仅在最近20年内。它们最初需要昂贵的投资，但因在切片损失上的减少能使其很快收回成本。线切割使用研磨砂浆来切割晶棒，砂浆贴附在接触并进入晶棒的钢线上，钢线会产生压力压迫研磨剂与晶棒接触，这样在砂浆和晶棒间的压力接触使材料被磨去。
线切割的基本结构很简单，一根小直径的钢线绕在几个导轮上使钢线形成梯形的形状。导轮上有凹槽能确保钢线以一定距离分隔开。一根连续的钢线集中绕导轮的一个个凹槽上，形成许多相同间隔的切割表面。线之间的空间决定了想要的硅片厚度。钢线的移动由线轴控制，因为整个系统只有一根钢线。线的两端分别绕在线轴上，晶棒慢慢向上（或向下）移动，穿过钢线，钢线能从晶棒上同时切割下许多硅片。图2.8是线切割的简单示意图。如150mm 硅片，整根晶棒的切割完成只需约5-8小时。
图2.8
典型的线切割机使用的钢线直径约在0.006英寸。这么小的尺寸所造成的切片损失只有0.008英寸。单根线通常有100km长，绕在两个线轴上。如此长的钢线的应用使线的单个区域每次都不会与砂浆及晶棒接触很长时间。这种与砂浆接触时间的减少有利于延长钢线的寿命。而且，长的钢线意味着在一个方向上的进给能维持相当长的时间而不需要转换方向通
过反向的绕线回来。
在一些系统中，钢线的进给在这次是一个方向，然后方向可翻转，然后再翻转。？举例来说，钢线向前走了约30秒，然后反向走25秒，然后再向前，如此反复。这样就使钢线通过系统的时间延长，或者刚在一个方向经过系统，反过来又要经过了。
典型的钢线进给速度在10m/s（22mph），即一根100km长的钢线经过一个方向需10，000秒或约2.75小时。其中一个线导轮由马达驱动，控制整个钢线系统。
钢线必须保持一定的张力能压迫砂浆中的磨砂研磨晶棒，并防止导轮上的钢线进给错误。这都由一个线张紧装置来自己控制并调整系统。这个系统保持钢线在一定张力下，并控制钢线的进给速度。
线切割机的钢线与晶棒接触，而砂浆沉积在钢线上。砂浆由碳化硅与油混合而成，或其他一些类似的坚硬材料与液体的混合物。通过钢线的带动，砂浆会对晶棒缓慢研磨，带走晶棒表面少许材料，形成凹槽。钢线的不断移动将凹槽中的材料不断带走，在钢线完全通过晶棒后，砂浆仍随钢线移动。
随着硅片直径的增加，线切割机在硅片切割中将扮演更主要的角色。当硅片达到300mm或更大时，内圆刀片的直径也必须增大，而且刀片的厚度必须增加才能充分维持其刚直性，这样就会造成更多的刀片损失。另一方面，线切割机对于更大直径的硅片，不需要改变线的粗细。因此，线切割的切片损失仍保持不变，同一根晶棒就能得到比内圆切片更多的硅片。
线切割的问题
对于线切割，有两种主要的失效模式：钢线张力的错误改变和钢线断裂。如果钢线的张力错误，线切割机就不能有效进行切割了。钢线有任何一点的松动，都会使其在对晶棒进行切割时发生摇摆，引起切割损失，并对硅片造成损伤。低的张力还会发生另一问题，会使钢线导轮发生错误进给。这一错误可能造成对晶棒的错误切割或者使钢线断裂。在切割过程中，钢线可能会从一个凹槽跳到另一个凹槽中，使硅片切割进行到一半。钢线也可能因张力太大，达到它所能承受的极限，导致钢线断裂。如果钢线断裂，可能对硅片造成损伤，并使切割过程停止。断裂的钢线还可能造成众多硅片的断裂。
其它切割方式
近几年来，还有许多切割工艺被建议用在硅片切割上。如线性电气加工EDM，配置研磨线，电气化学，和电气-光化学。比起现在的切割工艺，所有的这些方法都有其潜在的优势，然而，比起已解决的问题，它们仍存在更多的问题而不能被商业上应用。最可能的方法是EDM，又称火花腐蚀加工，它有非常低的切片损失。
晶向
当进行切片时，必须按客户要求沿一个方向切割。所有的客户都希望硅片有一特定的晶向，无论是在一单晶平面还是如果特定的，与平面有特定数值的方向。在这样的情况下，就要尽可能使硅片的切割接近这一方向。一个与正确方向的小小偏离都会影响到以后器件的构成。一些制作过程要依靠晶向蚀刻，其它则需要基层的晶向准确。硅片晶向发生任何问题都会引起器件制造问题。因此，必须在切片开始时就检查硅片晶向的正确性。
当晶棒粘在切片机上时，以参考面为基础，将晶棒排好。然而，也不能保证切出来的硅片晶向正确，除非先切两片硅片，用X-ray机检查晶向是否正确。如图2.9所示，这个过程类似于单晶生长模式中的描述，除了衍射是针对硅片表面而不是边缘。如果硅片的晶向错误，那么就要调整切片机上晶棒的位置。切片机有调整晶向的功能。在正确的晶向定好之后，硅片的切割就可以进行下去了。
图2.9 X-ray衍射
碳板清除
切片完成之后，粘在硅片上的碳板需要清除。使硅片与碳板粘合在一起的环氧剂能被轻易地清除。例如，一些环氧能通过乙酸、水或加热来去除。操作时应小心，使硅片边缘不会碎裂，并且保持硅片仍在同一顺序。
硅片的原始顺序必须被保持直至激光刻字。这样就能保证知道硅片在原晶棒中的位置。硅片的正确顺序是很重要的，因为随着单晶硅晶棒上的位置点的改变，硅的特性会改变。来自于晶棒底部的硅片与来自顶部的硅片相比，有不同的电阻率、掺杂剂浓度和氧含量。因此硅片的特性也就不同，确定硅片在晶棒中的位置是很必要的。
碳板从硅片上移走之后，硅片就能清洗了。因为这时候，经过了切片加工，正如所知道的，切片是很脏的过程，硅片上有大量有害物、环氧剂残留。残留在硅片上的物质、环氧剂相对较难清除，因此，应经过一个？清洗工艺。
激光刻字
经切片及清洗之后，硅片需用激光刻上标识。这一标识能提供硅片多方面的信息，并能追溯硅片的来源。硅片以从晶棒上切割下的相同顺序进行刻字，以保持硅片的顺序。标识主要用来识别硅片的，以保证每一硅片的所有过程的信息都能被保持并作为参考。如果硅片中发现一问题，知道硅片经过了哪些过程，在晶棒的哪一位置是很重要的。如果所有这些信息都能知道，问题的来源就能被隔离，在更多的硅片经过相同次序而发生同一问题前就能被纠正。所以，在硅片表面的标识是很必要的，至少至抛光结束。
激光标识一般刻在硅片正面的边缘处，用激光蒸发硅而形成标识。？标识可以是希腊字母或条形码。条形码有一好处，因为机器能快速而方便地读取它，但不幸的是，人们很难读出。因为激光标识在硅片的正面，它们可能会在硅片生产过程中被擦去，除非刻的足够深。但如果刻的太深，很可能在后面的过程中受到沾污。因此，保持标识有最小的深度但能通过最后的过程是很值得的。一般激光刻字的深度在175μm左右。这样深度的标刻称为硬刻字；标识很浅并容易清除的称为软刻字。
通常在激光刻字区域做的是另一任务是根据硅片的物理性能进行分类，通常以厚度进行分类。将与标准不一致的硅片从中分离出来。不符合标准的原因通常有崩边、破损、翘曲度太大或厚度超差太大。
边缘倒角
经过标识和分类后，进行边缘倒角使硅片边缘有圆滑的轮廓。这样操作的主要目的是消除切片过程中在硅片边缘尖利处的应力。边缘倒角另外的好处是能清除切片过程中一些浅小的碎片。
边缘倒角形态
硅片边缘的形状由磨轮形状决定。？因此，倒角磨轮有一个子弹头式的研磨凹槽。（见图2.10）
图2.10倒角示意图
硅片边缘的轮廓首先是由真空吸头将硅片吸住后旋转而完成的。硅片缓慢旋转，磨轮则以高速旋转并以一定力量压在硅片边缘。通过倒角磨轮沿着硅片边缘形状移动这样的系统来保持磨轮与硅片边缘的接触。这使得参考面也能通过磨轮进行倒角（见图2.11）。在硅片旋转几次之后，硅片边缘就能得到磨轮凹槽的形状了。
图2.11倒角磨轮沿硅片边缘运动图例
既然硅片的参考面也同时倒角，就有一些问题发生。一个问题是当参考面进行倒角时，可能会被磨去一点。因为参考面是在某些过程中用来进行硅片对齐，这个参考需要被保持。当前大多边缘倒角设备是凸轮驱动并有特定的路径，来替代硅片的？，这样，整个硅片边缘倒角时就不会发生任何问题了。
倒角磨轮
倒角磨轮是用来进行边缘倒角的一个金属圆盘，直径约为2-4英寸左右。磨轮约0.25英寸厚，有一子弹头式凹槽在圆盘边缘。磨轮的研磨表面是一层镍-钻涂层。
为了检查并保证倒角形状的正确，硅片边缘轮廓可以从高放大倍率的投影仪上看到。当从屏幕上查看倒角轮廓时，需启用一控制模板，重叠在硅片图象上。模板的放置使它与硅片图象相同比例。模板的放置显示了一个允许的区域，硅片必须与其一致。图2.12显示了硅片边缘轮廓与控制模板的双重图象。
图2.12倒角轮廓与叠在上面的控制模板图例
硅片生产工艺流程及注意要点
硅片生产工艺流程及注意要点 简介 硅片的准备过程从硅单晶棒开始，到清洁的抛光片结束，以能够在绝好的环境中使用。期间，从一单晶硅棒到加工成数片能满足特殊要求的硅片要经过很多流程和清洗步骤。除了有许多工艺步骤之外，整个过程几乎都要在无尘的环境中进行。硅片的加工从一相对较脏的环境开始，最终在10级净空房内完成。 工艺过程综述 硅片加工过程包括许多步骤。所有的步骤概括为三个主要种类：能修正物理性能如尺寸、形状、平整度、或一些体材料的性能；能减少不期望的表面损伤的数量；或能消除表面沾污和颗粒。硅片加工的主要的步骤如表1.1的典型流程所示。工艺步骤的顺序是很重要的，因为这些步骤的决定能使硅片受到尽可能少的损伤并且可以减少硅片的沾污。在以下的章节中，每一步骤都会得到详细介绍。 表1.1 硅片加工过程步骤 1.切片 2.激光标识 3.倒角 4.磨片 5.腐蚀 6.背损伤 7.边缘镜面抛光 8.预热清洗 9.抵抗稳定——退火 10.背封 11.粘片 12.抛光 13.检查前清洗 14.外观检查
15.金属清洗 16.擦片 17.激光检查 18.包装/货运 切片（class 500k） 硅片加工的介绍中，从单晶硅棒开始的第一个步骤就是切片。这一步骤的关键是如何在将单晶硅棒加工成硅片时尽可能地降低损耗，也就是要求将单晶棒尽可能多地加工成有用的硅片。为了尽量得到最好的硅片，硅片要求有最小量的翘曲和最少量的刀缝损耗。切片过程定义了平整度可以基本上适合器件的制备。 切片过程中有两种主要方式——内圆切割和线切割。这两种形式的切割方式被应用的原因是它们能将材料损失减少到最小，对硅片的损伤也最小，并且允许硅片的翘曲也是最小。 切片是一个相对较脏的过程，可以描述为一个研磨的过程，这一过程会产生大量的颗粒和大量的很浅表面损伤。 硅片切割完成后，所粘的碳板和用来粘碳板的粘结剂必须从硅片上清除。在这清除和清洗过程中，很重要的一点就是保持硅片的顺序，因为这时它们还没有被标识区分。 激光标识(Class 500k) 在晶棒被切割成一片片硅片之后，硅片会被用激光刻上标识。一台高功率的激光打印机用来在硅片表面刻上标识。硅片按从晶棒切割下的相同顺序进行编码，因而能知道硅片的正确位置。这一编码应是统一的，用来识别硅片并知道它的来源。编码能表明该硅片从哪一单晶棒的什么位置切割下来的。保持这样的追溯是很重要的，因为单晶的整体特性会随着晶棒的一头到另一头而变化。编号需刻的足够深，从而到最终硅片抛光完毕后仍能保持。在硅片上刻下编码后，即使硅片有遗漏，也能追溯到原来位置，而且如果趋向明了，那么就可以采取正确的措施。激光标识可以在硅片的正面也可在背面，尽管正面通常会被用到。
晶体硅太阳能电池的制造工艺流程
晶体硅太阳能电池的制造 工艺流程 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。 晶体硅太阳能电池的制造工艺流程说明如下： （1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。 （2）清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去30－50um。 （3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。 （4）磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散，制成PN＋结，结深一般为－。 （5）周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层，会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。 （6）去除背面PN＋结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN＋结。 （7）制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。 （8）制作减反射膜：为了减少入反射损失，要在硅片表面上覆盖一层减反射膜。制作减反射膜的材料有MgF2 ，SiO2 ，Al2O3，SiO ，Si3N4 ，TiO2 ，Ta2O5等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。 （9）烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。 （10）测试分档：按规定参数规范，测试分类。
由此可见，太阳能电池芯片的制造采用的工艺方法与半导体器件基本相同，生产的工艺设备也基本相同，但工艺加工精度远低于集成电路芯片的制造要求，这为太阳能电池的规模生产提供了有利条件。
硅片生产工艺技术流程
顺大半导体发展有限公司太阳能用 硅单晶片生产技术 目录 一、硅片生产工艺中使用的主要原辅材料 1、拉制单晶用的原辅材料，设备和部件： 2、供硅片生产用的原辅材料，设备和部件： 二、硅片生产工艺技术 1、硅单晶生产部 （1）、腐蚀清洗工序生产工艺技术 对处理后原材料质量要求 （2）、腐蚀清洗生产工艺流程 ①多晶硅块料，复拉料和头，尾料处理工艺流程 ②边皮料酸碱清洗处理工艺流程 ③埚底料酸清洗处理工艺流程 ④废片的清洗处理工艺流程 （3）、硅单晶生长工艺技术 （4）、单晶生长中的必备条件和要求 ①单晶炉 ②配料与掺杂 （5），单晶生长工艺参数选择 （6）、质量目标： （7）、硅单晶生长工艺流程
2、硅片生产部 （1）、硅片加工生产工艺技术 （2）、硅片加工工艺中的必备条件和要求 ①切割机 ②切割浆液 （3）、质量目标 （4）、硅片加工工艺技术流程 ①开方锭生产工艺流程 ②切片生产工艺流程 （5）、硅片尺寸和性能参数检测
前言 江苏顺大半导体发展有限公司座落于美丽的高邮湖畔。公司始创生产太阳能电池用各种尺寸的单晶和多晶硅片。拥有国内先进的拉制单晶设备104台，全自动单晶炉112台。年产量可达到××××吨。拥有大型先进的线切割设备×××台。并且和无锡尚德形成了合作联盟（伙伴），每×可以向尚德提供×××硅单晶片。同时河北晶于2004年，占地面积××××。公司现在有×××名员工，从事澳、南京等光伏组件公司都和顺大形成了长年的合作关系。为了公司的进一步发展，扩大产业链，解决硅单晶的上下游产品的供需关系，2006年在扬州投资多晶硅项目，投资规模达到××亿。工程分两期建设，总规模年产多晶硅6000吨。2008年底首期工程已经正式投入批量生产，年产多晶硅×××吨。 太阳能用硅片生产工艺十分复杂，要通过几十道工序才能完成，只有发挥团队精神才能保证硅片的最终质量。编写该篇壮大资料的目的：首先让大家了解整个硅片生产过程，更重要的是让各生产工序中的每一位操作人员明确自己的职责，更自觉地按操作规程和规范做好本职工作，为顺大半导体发展有限公司的发展，尽自己的一份力量。
电池片生产工艺流程汇总
电池片生产工艺流程 一、制绒 a.目的 在硅片的表面形成坑凹状表面，减少电池片的反射的太阳光，增加二次反射的面积。一般情况下，用碱处理是为了得到金字塔状绒面； 用酸处理是为了得到虫孔状绒面。不管是哪种绒面，都可以提高硅片的陷光作用。 b.流程 1.常规条件下，硅与单纯的HF、HNO3（硅表面会被钝化，二氧化硅与HNO3不反应）认为是不反应的。但在两种混合酸的体系中，硅则可以与溶液进行持续的反应。 硅的氧化 硝酸/亚硝酸（HNO2）将硅氧化成二氧化硅（主要是亚硝酸将硅氧化） Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O (慢反应 3Si+4HNO3=3SiO2+4NO+2H2O (慢反应 二氧化氮、一氧化氮与水反应，生成亚硝酸，亚硝酸很快地将硅氧化成二氧化硅。 2NO2+H2O=HNO2+HNO3 (快反应 Si+4HNO2=SiO2+4NO+2H2O (快反应（第一步的主反应）
4HNO3+NO+H2O=6HNO2(快反应 只要有少量的二氧化氮生成，就会和水反应变成亚硝酸，只要少量的一氧化氮生成，就会和硝酸、水反应很快地生成亚硝酸，亚硝酸会很快的将硅氧化，生成一氧化氮，一氧化氮又与硝酸、水反应，这样一系列化学反应最终的结果是造成硅的表面被快速氧化，硝酸被还原成氮氧化物。 二氧化硅的溶解 SiO2+4HF=SiF4+2H2O(四氟化硅是气体 SiF4+2HF=H2SiF6 总反应 SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O 最终反应掉的硅以氟硅酸的形式进入溶液。 2.清水冲洗 3.硅片经过碱液腐蚀（氢氧化钠/氢氧化钾），腐蚀掉硅片经酸液腐蚀后的多孔硅 4.硅片经HF、HCl冲洗，中和碱液，如不清洗硅片表面残留的碱液，在烘干后硅片的表面会有结晶 5.水冲洗表面，洗掉酸液 c.注意
单晶硅片制作工艺流程
单晶硅电磁片生产工艺流程 ?1、硅片切割，材料准备： ?工业制作硅电池所用的单晶硅材料，一般采用坩锅直拉法制的太阳级单晶硅棒，原始的形状为圆柱形，然后切割成方形硅片（或多晶方形硅片），硅片的边长一般为10~15cm，厚度约200~350um，电阻率约1Ω.cm的p型（掺硼）。 ?2、去除损伤层： ?硅片在切割过程会产生大量的表面缺陷，这就会产生两个问题，首先表面的质量较差，另外这些表面缺陷会在电池制造过程中导致碎片增多。因此要将切割损伤层去除，一般采用碱或酸腐蚀，腐蚀的厚度约10um。 ? ? 3、制绒： ?制绒，就是把相对光滑的原材料硅片的表面通过酸或碱腐蚀，使其凸凹不平，变得粗糙，形成漫反射，减少直射到硅片表面的太阳能的损失。对于单晶硅来说一般采用NaOH加醇的方法腐蚀，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成无数的金字塔结构，碱液的温度约80度，浓度约1~2%，腐蚀时间约15分钟。对于多晶来说，一般采用酸法腐蚀。 ? 4、扩散制结：
?扩散的目的在于形成PN结。普遍采用磷做n型掺杂。由于固态扩散需要很高的温度，因此在扩散前硅片表面的洁净非常重要，要求硅片在制绒后要进行清洗，即用酸来中和硅片表面的碱残留和金属杂质。 ? 5、边缘刻蚀、清洗： ?扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。周边扩散层使电池的上下电极形成短路环，必须将它除去。周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。 目前，工业化生产用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边。 扩散后清洗的目的是去除扩散过程中形成的磷硅玻璃。 ? 6、沉积减反射层： ?沉积减反射层的目的在于减少表面反射，增加折射率。广泛使用PECVD淀积SiN ,由于PECVD淀积SiN时,不光是生长SiN 作为减反射膜,同时生成了大量的原子氢,这些氢原子能对多晶硅片具有表面钝化和体钝化的双重作用,可用于大批量生产。 ? 7、丝网印刷上下电极： ?电极的制备是太阳电池制备过程中一个至关重要的步骤，它不仅决定了发射区的结构，而且也决定了电池的串联电阻和电
晶体硅的生产过程
一、单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。 单晶硅棒是生产单晶硅片的原材料，随着国内和国际市场对单晶硅片需求量的快速增加，单晶硅棒的市场需求也呈快速增长的趋势。 单晶硅圆片按其直径分为6英寸、8英寸、12英寸（300毫米）及18英寸（450毫米）等。直径越大的圆片，所能刻制的集成电路越多，芯片的成本也就越低。但大尺寸晶片对材料和技术的要求也越高。单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ）和外延法。直拉法、区熔法生长单晶硅棒材，外延法生长单晶硅薄膜。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池。目前晶体直径可控制在Φ3~8英寸。区熔法单晶主要用于高压大功率可控整流器件领域，广泛用于大功率输变电、电力机车、整流、变频、机电一体化、节能灯、电视机等系列产品。目前晶体直径可控制在Φ3~6英寸。外延片主要用于集成电路领域。 由于成本和性能的原因，直拉法（CZ）单晶硅材料应用最广。在IC工业中所用的材料主要是CZ抛光片和外延片。存储器电路通常使用CZ抛光片，因成本较低。逻辑电路一般使用价格较高的外延片，因其在IC制造中有更好的适用性并具有消除Latch－up的能力。 单晶硅也称硅单晶，是电子信息材料中最基础性材料，属半导体材料类。单晶硅已渗透到国民经济和国防科技中各个领域，当今全球超过2000亿美元的电子通信半导体市场中95%以上的半导体器件及99%以上的集成电路用硅。 二、硅片直径越大，技术要求越高，越有市场前景，价值也就越高。 日本、美国和德国是主要的硅材料生产国。中国硅材料工业与日本同时起步，但总体而言，生产技术水平仍然相对较低，而且大部分为2.5、3、4、5英寸硅锭和小直径硅片。中国消耗的大部分集成电路及其硅片仍然依赖进口。但我国科技人员正迎头赶上，于1998年成功地制造出了12英寸单晶硅，标志着我国单晶硅生产进入了新的发展时期。 目前，全世界单晶硅的产能为1万吨/年，年消耗量约为6000吨～7000吨。未来几年中，
单晶硅生产工艺及单晶硅片生产工艺
单晶硅生产工艺及单晶硅片生产工艺 单晶硅原子以三维空间模式周期形成的长程有序的晶体。多晶硅是很多具有不同晶向的小单晶体单独形成的，不能用来做半导体电路。多晶硅必须融化成单晶体，才能加工成半导体应用中使用的晶圆片。 加工工艺： 加料—→熔化—→缩颈生长—→放肩生长—→等径生长—→尾部生长（１）加料：将多晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，杂质的种类依电阻的Ｎ或Ｐ型而定。杂质种类有硼，磷，锑，砷。 （２）熔化：加完多晶硅原料于石英埚内后，长晶炉必须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持一定压力范围内，然后打开石墨加热器电源，加热至熔化温度（１４２０℃）以上，将多晶硅原料熔化。 （３）缩颈生长：当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中。由于籽晶与硅熔体场接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用缩颈生长使之消失掉。缩颈生长是将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小到一定大小（４－６ｍｍ）由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能长出晶体表面，产生零位错的晶体。 （４）放肩生长：长完细颈之后，须降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小。 （５）等径生长：长完细颈和肩部之后，借着拉速与温度的不断调整，可使晶棒直径维持在正负２ｍｍ之间，这段直径固定的部分即称为等径部分。单晶硅片取自于等径部分。 （６）尾部生长：在长完等径部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么热应力将使得晶棒出现位错与滑移线。于是为了避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开。这一过程称之为尾部生长。长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期。 单晶硅棒加工成单晶硅抛光硅片 加工流程： 单晶生长—→切断—→外径滚磨—→平边或Ｖ型槽处理—→切片 倒角—→研磨腐蚀—→抛光—→清洗—→包装
单晶多晶硅片生产工艺流程详解
在【技术应用】单晶、多晶硅片生产工艺流程详解（上）中，笔者介绍了单晶和多晶硅片工艺流程的前半部分，概述了一些工艺流程和概念，以及术语的相关知识。而本文则是从切片工艺开始了解，到磨片和吸杂，看硅片如何蜕变。 切片 切片综述 当单晶硅棒送至硅片生产区域时，晶棒已经过了头尾切除、滚磨、参考面磨制的过程，直接粘上碳板，再与切块粘接就能进行切片加工了。 为了能切割下单个的硅片，晶棒必须以某种方式进行切割。切片过程有一些要求：能按晶体的一特定的方向进行切割；切割面尽可能平整；引入硅片的损伤尽可能的少；材料的损失尽量少。 碳板 当硅片从晶棒上切割下来时，需要有某样东西能防止硅片松散地掉落下来。有代表性的是用碳板与晶棒通过环氧粘合在一起从而使硅片从晶棒上切割下来后，仍粘在碳板上。 碳板不是粘接板的唯一选择，任何种类的粘接板和环氧结合剂都必须有以下几个特性：能支持硅片，防止其在切片过程中掉落并能容易地从粘板和环氧上剥离；还能保护硅片不受污染。其它粘板材料还有陶瓷和环氧。 石墨 是一种用来支撑硅片的坚硬材料，它被做成与晶棒粘接部位一致的形状。大多数情况下，碳板应严格地沿着晶棒的参考面粘接，这样碳板就能加工成矩形长条。当然，碳板也可以和晶棒的其它部位粘接，但同样应与该部位形状一致。碳板的形状很重要，因为它要求能在碳板和晶棒间使用尽可能少的环氧和尽量短的距离。这个距离要求尽量短，因为环氧是一种相当软的材料而碳板和晶棒是很硬的材料。当刀片从硬的材料切到软的材料再到硬的材料，可能会引起硅片碎裂。 这里有一些选择环氧类型参考：强度、移动性和污染程度。粘接碳板与晶棒的环氧应有足够强的粘度，才能支持硅片直到整根晶棒切割完成，因此，它必须能很容易地从硅片上移走，只有最小量的污染。 刀片 当从晶棒上切割下硅片时，期望切面平整、损伤小、沿特定方向切割并且损失的材料尽量小。有一个速度快、安全可靠、经济的切割方法是很值得的。 在半导体企业，两种通常被应用的方法是环型切割和线切割。环型切割通常是指内圆切割，是将晶棒切割为硅片的最广泛采用的方法。
硅片生产流程
硅片生产流程 小组成员：吴国栋徐浩王汉杰王超 简介 硅片的准备过程从硅单晶棒开始，到清洁的抛光片结束，以能够在绝好的环境中使用。期间，从一单晶硅棒到加工成数片能满足特殊要求的硅片要经过很多流程和清洗步骤。除了有许多工艺步骤之外，整个过程几乎都要在无尘的环境中进行。硅片的加工从一相对较脏的环境开始，最终在10级净空房内完成。 工艺过程综述 硅片加工过程包括许多步骤。所有的步骤概括为三个主要种类：能修正物理性能如尺寸、形状、平整度、或一些体材料的性能；能减少不期望的表面损伤的数量；或能消除表面沾污和颗粒。硅片加工的主要的步骤如表1.1的典型流程所示。工艺步骤的顺序是很重要的，因为这些步骤的决定能使硅片受到尽可能少的损伤并且可以减少硅片的沾污。在以下的章节中，每一步骤都会得到详细介绍。 硅片加工过程步骤 1. 切片 2. 激光标识 3. 倒角 4. 磨片 5. 腐蚀 6. 背损伤 7. 边缘镜面抛光 8. 预热清洗 9. 抵抗稳定——退火 10. 背封 11. 粘片 12. 抛光 13. 检查前清洗 14. 外观检查 15. 金属清洗
16. 擦片 17. 激光检查 18. 包装/货运 切片（class 500k） 硅片加工的介绍中，从单晶硅棒开始的第一个步骤就是切片。这一步骤的关键是如何在将单晶硅棒加工成硅片时尽可能地降低损耗，也就是要求将单晶棒尽可能多地加工成有用的硅片。为了尽量得到最好的硅片，硅片要求有最小量的翘曲和最少量的刀缝损耗。切片过程定义了平整度可以基本上适合器件的制备。 切片过程中有两种主要方式——内圆切割和线切割。这两种形式的切割方式被应用的原因是它们能将材料损失减少到最小，对硅片的损伤也最小，并且允许硅片的翘曲也是最小。 切片是一个相对较脏的过程，可以描述为一个研磨的过程，这一过程会产生大量的颗粒和大量的很浅表面损伤。 硅片切割完成后，所粘的碳板和用来粘碳板的粘结剂必须从硅片上清除。在这清除和清洗过程中，很重要的一点就是保持硅片的顺序，因为这时它们还没有被标识区分。 激光标识(Class 500k) 在晶棒被切割成一片片硅片之后，硅片会被用激光刻上标识。一台高功率的激光打印机用来在硅片表面刻上标识。硅片按从晶棒切割下的相同顺序进行编码，因而能知道硅片的正确位置。这一编码应是统一的，用来识别硅片并知道它的来源。编码能表明该硅片从哪一单晶棒的什么位置切割下来的。保持这样的追溯是很重要的，因为单晶的整体特性会随着晶棒的一头到另一头而变化。编号需刻的足够深，从而到最终硅片抛光完毕后仍能保持。在硅片上刻下编码后，即使硅片有遗漏，也能追溯到原来位置，而且如果趋向明了，那么就可以采取正确的措施。激光标识可以在硅片的正面也可在背面，尽管正面通常会被用到。 倒角 当切片完成后，硅片有比较尖利的边缘，就需要进行倒角从而形成子弹式的光滑的边缘。倒角后的硅片边缘有低的中心应力，因而使之更牢固。这个硅片边缘的强化，能使之在以后的硅片加工过程中，降低硅片的碎裂程度。图1.1举例说明了切片、激光标识和倒角的过程。 磨片（Class 500k） 接下来的步骤是为了清除切片过程及激光标识时产生的不同损伤，这是磨片过程中要完成的。在磨片时，硅片被放置在载体上，并围绕放置在一些磨盘上。硅片的两侧都能与磨盘接触，从而使硅片的两侧能同时研磨到。磨盘是铸铁制的，边缘锯齿状。上磨盘上有一系列的洞，可让研磨砂分布在硅片上，并随磨片机运动。磨片可将切片造成的严重损伤清除，只留下一些均衡的浅显的伤痕；磨片的第二个好处是经磨片之后，硅片非常平整，因为磨盘是极其平整的。 磨片过程主要是一个机械过程，磨盘压迫硅片表面的研磨砂。研磨砂是由将氧化铝溶液延缓煅烧后形成的细小颗粒组成的，它能将硅的外层研磨去。被研磨去的外层深度要比切片造成的损伤深度更深。
硅片生产过程详解
培训目的： 1、确定硅片生产过程整个目标； 2、为工艺过程确定一典型流程； 3、描述每个工艺步骤的目的； 4、在硅片生产过程中，硅片性能的三个主要关系的确定。 简介 硅片的准备过程从硅单晶棒开始，到清洁的抛光片结束，以能够在绝好的环境中使用。期间，从一单晶硅棒到加工成数片能满足特殊要求的硅片要经过很多流程和清洗步骤。除了有许多工艺步骤之外，整个过程几乎都要在无尘的环境中进行。硅片的加工从一相对较脏的环境开始，最终在10级净空房内完成。 工艺过程综述 硅片加工过程包括许多步骤。所有的步骤概括为三个主要种类：能修正物理性能如尺寸、形状、平整度、或一些体材料的性能；能减少不期望的表面损伤的数量；或能消除表面沾污和颗粒。硅片加工的主要的步骤如表1.1的典型流程所示。工艺步骤的顺序是很重要的，因为这些步骤的决定能使硅片受到尽可能少的损伤并且可以减少硅片的沾污。在以下的章节中，每一步骤都会得到详细介绍。 表1.1 硅片加工过程步骤 1.切片 2.激光标识 3.倒角 4.磨片 5.腐蚀 6.背损伤 7.边缘镜面抛光 8.预热清洗 9.抵抗稳定——退火 10.背封 11.粘片 12.抛光 13.检查前清洗 14.外观检查 15.金属清洗 16.擦片 17.激光检查 18.包装/货运
切片（class 500k） 硅片加工的介绍中，从单晶硅棒开始的第一个步骤就是切片。这一步骤的关键是如何在将单晶硅棒加工成硅片时尽可能地降低损耗，也就是要求将单晶棒尽可能多地加工成有用的硅片。为了尽量得到最好的硅片，硅片要求有最小量的翘曲和最少量的刀缝损耗。切片过程定义了平整度可以基本上适合器件的制备。 切片过程中有两种主要方式——内圆切割和线切割。这两种形式的切割方式被应用的原因是它们能将材料损失减少到最小，对硅片的损伤也最小，并且允许硅片的翘曲也是最小。 切片是一个相对较脏的过程，可以描述为一个研磨的过程，这一过程会产生大量的颗粒和大量的很浅表面损伤。 硅片切割完成后，所粘的碳板和用来粘碳板的粘结剂必须从硅片上清除。在这清除和清洗过程中，很重要的一点就是保持硅片的顺序，因为这时它们还没有被标识区分。 激光标识(Class 500k) 在晶棒被切割成一片片硅片之后，硅片会被用激光刻上标识。一台高功率的激光打印机用来在硅片表面刻上标识。硅片按从晶棒切割下的相同顺序进行编码，因而能知道硅片的正确位置。这一编码应是统一的，用来识别硅片并知道它的来源。编码能表明该硅片从哪一单晶棒的什么位置切割下来的。保持这样的追溯是很重要的，因为单晶的整体特性会随着晶棒的一头到另一头而变化。编号需刻的足够深，从而到最终硅片抛光完毕后仍能保持。在硅片上刻下编码后，即使硅片有遗漏，也能追溯到原来位置，而且如果趋向明了，那么就可以采取正确的措施。激光标识可以在硅片的正面也可在背面，尽管正面通常会被用到。 倒角 当切片完成后，硅片有比较尖利的边缘，就需要进行倒角从而形成子弹式的光滑的边缘。倒角后的硅片边缘有低的中心应力，因而使之更牢固。这个硅片边缘的强化，能使之在以后的硅片加工过程中，降低硅片的碎裂程度。图1.1举例说明了切片、激光标识和倒角的过程。 图1.1 磨片（Class 500k） 接下来的步骤是为了清除切片过程及激光标识时产生的不同损伤，这是磨片过程中要完成的。在磨片时，硅片被放置在载体上，并围绕放置在一些磨盘上。硅片的两侧都能与磨盘接触，从而使硅片的两侧能同时研磨到。磨盘是铸铁制的，边缘锯齿状。上磨盘上有一系列的洞，可让研磨砂分布在硅片上，并随磨片机运动。磨片可将切片造成的严重损伤清除，只留下一些均衡的浅显的伤痕；磨片的第二个好处是经磨片之后，硅片非常平整，因为磨盘是极其平整的。 磨片过程主要是一个机械过程，磨盘压迫硅片表面的研磨砂。研磨砂是由将氧化铝溶液延缓煅烧后形成的细小颗粒组成的，它能将硅的外层研磨去。被研磨去的外层深度要比切片造成的损伤深度更深。
硅片生产流程
硅片生产流程及主要设备 作为一种取之不尽的清洁能源，太阳能的开发利用正引起人类从未有过的极大关注。商业化太阳能电池采用的是无毒性的晶硅，单晶和多晶硅电池的特点是光电转换效率高、寿命长且稳定性好。硅片是晶体硅光伏电池加工成本中最昂贵的部分, 随着半导体制造技术的不断成熟完善，硅片制造成本不断降低。硅片切割是太阳能光伏电池制造工艺中的关键部分,太阳能电池所用硅片的切割成本一直居高不下，要占到太阳能电池总制造成本的30％以上。所以降低这部分的制造成本对于提高太阳能对传统能源的竞争力至关重要。目前硅片的切割方法都是围绕如何减小切缝损失、降低切割厚度、增大切片尺寸及提高切割效率方面进行的。 1.工艺流程：硅锭（硅棒）--切块（切方）--倒角抛光--粘胶--切片--脱胶清洗--分选检验、包装 2．工艺简介 切块／切方:将硅锭或者硅棒切成适合切片的尺寸,一般硅锭切成25 块（主流）。 倒角抛光：将晶柱的圆面棱角研磨成符合要求的尺寸，对表面进行抛光处理，从而获得高度平坦的晶片。 粘胶：用粘附剂把晶柱固定在由铝板和玻璃板组成的夹具上，自然硬化或用恒温炉使其硬化。 切片：把晶柱切割成硅片，切割的深度要达到夹具上的玻璃板，
以便在之后的程序中把硅片和玻璃板分开。 脱胶清洗：用清水清洗切成的硅片，再用热水浸泡，使硅片与玻璃板分开。 分选检验包装：抽样检查厚度、尺寸、抗阻值等指标，全部检查破损、裂痕、边缘缺口，挑选出符合要求的硅片进行包装。3．太阳能硅片切割方法 太阳能硅片切割方法主要有: 外圆切割、内圆切割和磨料线切割和电火花切割(WEDM )等。80年代中期之前的硅片切割都是由外圆切割机床或者内圆切割机床完成的, 这两种切割方法在那时的研究已经达到了鼎盛时期, 相当多功能的全自动切片机相继商品化, 生产主要分布在瑞士、德国、日本、美国等地方。 90年中后期以来, 多线切割技术逐渐走向成熟,其切缝损失小、切割直径大、成片效率高、适合大批量硅片加工, 在国内外太阳 能电池的硅片切割上,得到广泛的应用。WEDM 经过近半个世纪的发展, 技术已经十分成熟, 达到了相当高的工艺水平, 是一种非接触、宏观加工力很小的加工方式, 理论上采用WEDM 切割, 硅片的厚度可以达到很薄。 3．1外圆切割 外圆切割机主要有卧式和立式两种, 由主轴系统、冷却循环系统、工业机控制系统、电磁旋转工作台等组成, 其中主轴系统是它的核心系统, 刀片安装在主轴上面, 一般是在钢质圆片基体外圆部分电镀一层金刚石磨粒, 可以单刀切割或者多刀切割。
多晶硅太阳能电池生产工艺.docx
太阳能电池光电转换原理主要是利用太阳光射入太阳能电池后产生电子电洞对，利用P-N 接面的电场将电子电洞对分离,利用上下电极将这些电子电洞引出，从而产生电流。整个生产流程以多晶硅切片为原料，制成多晶硅太阳能电池芯片。处理工艺主要有多晶硅切片清洗、磷扩散、氧化层去除、抗反射膜沉积、电极网印、烧结、镭射切割、测试分类包装等。 生产工艺主要分为以下过程： ⑴ 表面处理（多晶硅片清洗、制绒） 与单晶硅绒面制备采用碱液和异丙醇腐蚀工艺不同，多晶硅绒面制备采用氢氟酸和硝酸配成的腐蚀液对多晶硅体表面进行腐蚀。一定浓度的强酸液对硅表面进行晶体的各相异性腐蚀，使得硅表面成为无数个小“金字塔”组成的凹凸表面，也就是所谓的“绒面”，以增加了光的反射吸收，提高电池的短路电流和转换效率。从电镜的检测结果看，小“金字塔”的底边平均约为10um 。主要反应式为： 32234HNO 4NO +3SiO +2H O Si +???→↑氢氟酸 2262SiO 62H O HF H SiF +→+ 这个过程在硅片表面形成一层均匀的反射层（制绒），作为制备P-N 结衬底。处理后对硅片进行碱洗、酸洗、纯水洗，此过程在封闭的酸蚀刻机中进行。碱洗是为了清洗掉硅片未完全反应的表面腐蚀层，因为混酸中HF 比例不能太高，否则腐蚀速度会比较慢，其反应式为：2232SiO +2KOH K SiO +H O →。之后再经过酸洗中和表面的碱液，使表面的杂质清理干净，形成纯净的绒面多晶硅片。 酸蚀刻机内设置了一定数量的清洗槽，各股废液及废水均能单独收集。此过程中的废酸液（L 1，主要成分为废硝酸、氢氟酸和H 2SiF 6）、废碱液（L 2，主要成分为废KOH 、K 2SiO 3）、废酸液（L 3，主要成分为废氢氟酸以及盐酸）均能单独收集，酸碱洗后均由少量纯水洗涤，纯水预洗废液（S 1、S 2、S 3）和两级纯水漂洗废水（W 1），收集后排入厂区污水预处理设施，处理达标后通过专管接入清流县市政污水管网。 此过程中使用的硝酸、氢氟酸均有一定的挥发性，产生的酸性废气（G 1-1、G 1-2），经设备出气口进管道收集系统，经厂房顶的碱水喷淋系统处理达标后排放。G 1-2与后序PECVD 工序产生的G 5（硅烃、氨气）合并收集后经过两级水吸收处理后经排气筒排放。
单晶硅片制作工艺流程
单晶硅片制作工艺流程 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
单晶硅电磁片生产工艺流程 ?1、硅片切割，材料准备： ?工业制作硅电池所用的单晶硅材料，一般采用坩锅直拉法制的太阳级单晶硅棒，原始的形状为圆柱形，然后切割成方形硅片（或多晶方形硅片），硅片的边长一般为10~15cm，厚度约200~350um，电阻率约1Ω.cm的p型（掺硼）。 ?2、去除损伤层： ?硅片在切割过程会产生大量的表面缺陷，这就会产生两个问题，首先表面的质量较差，另外这些表面缺陷会在电池制造过程中导致碎片增多。因此要将切割损伤层去除，一般采用碱或酸腐蚀，腐蚀的厚度约10um。 ? ? ?3、制绒： ?制绒，就是把相对光滑的原材料硅片的表面通过酸或碱腐蚀，使其凸凹不平，变得粗糙，形成漫反射，减少直射到硅片表面的太阳能的损失。对于单晶硅来说一般采用NaOH加醇的方法腐蚀，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成无数的金字塔结构，碱液的温度约80度，浓度约1~2%，腐蚀时间约15分钟。对于多晶来说，一般采用酸法腐蚀。 ? ?4、扩散制结：
?扩散的目的在于形成PN结。普遍采用磷做n型掺杂。由于固态扩散需要很高的温度，因此在扩散前硅片表面的洁净非常重要，要求硅片在制绒后要进行清洗，即用酸来中和硅片表面的碱残留和金属杂质。 ? ?5、边缘刻蚀、清洗： ?扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。周边扩散层使电池的上下电极形成短路环，必须将它除去。周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。目前，工业化生产用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边。 ?扩散后清洗的目的是去除扩散过程中形成的磷硅玻璃。 ? ?6、沉积减反射层： ?沉积减反射层的目的在于减少表面反射，增加折射率。广泛使用PECVD淀积SiN ,由于PECVD淀积SiN时,不光是生长SiN作为减反射膜,同时生成了大量的原子氢,这些氢原子能对多晶硅片具有表面钝化和体钝化的双重作用,可用于大批量生产。 ? ?7、丝网印刷上下电极：
多晶硅硅片生产流程
多晶硅硅片生产流程 (1)洗料 为得到纯净的多晶硅原料，须将多晶硅原料清洗，去除杂质和油污。将多晶硅料放入氢氟酸和硝酸中浸泡，然后用高纯水多次清洗，清洗干净后进入下一道工序。 b、烘料 将清洗干净的多晶硅原料放入烘箱中烘干。 c、装袋 烘干后的多晶硅原料按型号、电阻率分别包装。 d 、配料 根据生产需要将不同电阻率的多晶硅料加入母合金配制成符合要求的原料。（2）多晶铸锭阶段 a、准备阶段 经减压、放气后打开炉盖，清洁炉壁及石墨件，将清洗好的石英坩埚装入炉内。 b、投料 将配制好的多晶硅料500 公斤装入石英坩埚中，合上炉盖。检查水和泵油情况，正常后进入下一工序。 c、抽真空 密封炉盖后启动真空泵，将炉体内抽成真空，然后充入氩气。 d、化料 将坩埚加热到1420℃以上将多晶料融化。 e、定向凝固 多晶料全部融化后开始凝固多晶，开始时多晶每分钟生长0.8 mm～1.0 mm,长晶速度由工作台下移速度及冷却水流量控制，长晶速度近于常速，硅锭长度受设备及坩埚高度限制，当硅锭达到工艺要求时，凝固结束。停机使多晶炉降，约四个小时后将多晶锭取出。 f、检验
检验多晶锭的电阻率、寿命及氧炭含量，合格的进入下一道工序，不合格的作标记切断，部分可以回收重新铸锭。 （3）切片 a.多晶硅锭 将铸锭生产工序检测的硅锭清洗干净 b.切方 将硅锭固定在切方机上，要完全水平。固定好后切成方棒（6 英寸125mm×125m m；8 英寸156mm×156mm）。 c.抛光 将切好的方棒在抛光机上抛光。 e.清洗粘胶 将切方抛光好的方棒用超声波清洗机清洗干净后，粘在工件板的玻璃板上。 f.切片 将粘好硅棒的工件板按在切片机上（4 根），将硅片切成180微米厚的硅片。 g.脱胶 将切割好的粘在玻璃板上的硅片用70 度的热水将硅片与玻璃板分离 h.清洗 将脱过胶的硅片插在硅片盒中在超声波清洗机中清洗。清洗时先在常清水中清洗，然后在放有清洗剂的70度热水中清洗，最后在常清水中清洗。 i.甩干 将经过清洗的硅片连盒插在甩干机的甩干工位上甩干。 j.检片 将甩干好的硅片检测硅片TV 和TTV 及表面洁净度，并将硅片按等级分类。k.包装 该工艺方案具有简单，易操作，产品成品率高等特点。
硅片生产技术工艺
硅片生产工艺 硅片的生产工艺可以分成两个阶段, 拉单晶硅棒和切片抛光 多晶硅材(天然的) 拉单晶硅棒(CZ法) (译者注:直拉法(CZ)培育硅单晶) 在(CZ法)拉棒的过程中,天然多晶硅被放置在晶体拉制炉里面的石英坩埚里面,该石英坩埚被放置在石墨加热器环绕的石墨坩埚的.这些天然多晶硅在惰性气体或者真空里面被加热融化,然后用种子晶慢慢的拉出来. 单晶硅棒 一个完整的单晶硅棒长成之后就是这样的形状,一个直径D=200mm的单晶硅棒的重量在60到100公斤. 硅棒的外径滚磨 硅棒被切成一定的长度,同时外围被磨制成达到技术要求的外径. 一个方向标记或者一个奥痕添加在外围来表示晶体的生长方向. (译者注:我见到的晶棒多数都是在顶端打个标记, 周围有四根棱线,晶向为100). 这就是一个磨制完成的硅棒,周围磨制的痕迹可以通过直径和左顶端(这个图显示硅棒上面有个凹槽)
硅棒放在石墨架上面,硅片一片一片用内园切割机旋转钻石刀片.线切割通常用于直径200mm或者以上硅棒的切片. 倒角 硅片的周围用钻石工具区磨制达到产品直径的要求,进一步磨制将切割成的晶片税利边修整成圆弧形。 研磨 硅片放在一个两边都有纤维的旋转盒体里面,硅片两侧表面都进行磨制. 腐蚀(双面化学抛光) 硅片放在一个化学腐蚀的盒子里面旋转,用酸化的方式去除来自上一道工序的表面缺陷。 热处理,去处不稳定因素 热处理在扩散炉中进行,使在拉棒过程中带来的氧得以扩散,从而达到想要得电阻率. 抛光(有一面为镜面抛光) 指单晶硅片表面需要改善微缺陷，从而获得高平坦度晶片的抛光。 清洗 在单晶硅片加工过程中很多步骤需要用到清洗，这里的清洗主要是抛光后的最终清洗。清洗的目的在于清除晶片表面所有的污染源。
单晶硅片从切片到抛光清洗的工艺流程
一、硅片生产主要制造流程如下： 切片→倒角→磨片→磨检→CP→CVD→ML→最终洗净→终检→仓入 二、硅片生产制造流程作业实习 1.硅棒粘接： 用粘接剂对硅棒和碳板进行粘接，以利于牢固的固定在切割机上和方位角的确定。 2.切片(Slice)： 主要利用内圆切割机或线切割机进行切割，以获得达到其加工要求的厚度，X、Y方向角，曲翘度的薄硅片。 3.面方位测定： 利用X射线光机对所加工出的硅片或线切割前要加工的硅棒测定其X、Y方位角，以保证所加工的硅片的X、Y方位角符合产品加工要求。 4.倒角前清洗： 主要利用热碱溶液和超声波对已切成的硅片进行表面清洗，以去除硅片表面的粘接剂、有机物和硅粉等。 5.倒角(BV)： 利用不同的砥石形状和粒度来加工出符合加工要求的倒角幅值、倒角角度等，以减少后续加工过程中可能产生的崩边、晶格缺陷、处延生长和涂胶工艺中所造成的表面层的厚度不均匀分布。 6.厚度分类： 为后续的磨片加工工艺提供厚度相对均匀的硅片分类，防止磨片中的厚度不均匀所造成的碎片等。 7.磨片(Lapping):
去除切片过程中所产生的切痕和表面损伤层，同时获得厚度均匀一致的硅片。 8.磨片清洗： 去除磨片过程中硅片表面的研磨剂等。 9.磨片检查： 钠光灯下检查由于前段工艺所造成的各类失效模式，如裂纹、划伤、倒角不良等。 10.ADE测量： 测量硅片的厚度、曲翘度、TTV、TIR、FPD等。 11.激光刻字： 按照客户要求对硅片进行刻字。 12.研磨最终清洗： 去除硅片表面的有机物和颗粒。 13.扩大镜检查： 查看倒角有无不良和其它不良模式。 14.CP前洗： 去除硅片表面的有机物和颗粒。 15.CP(ChemicalPolishing): 采用HNO3+HF+CH3COOH溶液腐蚀去除31um厚度，可有效去除表面损伤层和提高表面光泽度。 16.CP后洗： 用碱和酸分别去除有机物和金属离子。
太阳能电池片生产制造工艺
太阳能电池（硅片）的生产工艺原理 太阳能电池片的生产工艺流程分为硅片检测——表面制绒——扩散制结——去磷硅玻璃——等离子刻蚀——镀减反射膜——丝网印刷——快速烧结等。具体介绍如下： 一、硅片检测 硅片是太阳能电池片的载体，硅片质量的好坏直接决定了太阳能电池片转换效率的高低，因此需要对来料硅片进行检测。该工序主要用来对硅片的一些技术参数进行在线测量，这些参数主要包括硅片表面不平整度、少子寿命、电阻率、P/N型和微裂纹等。该组设备分自动上下料、硅片传输、系统整合部分和四个检测模块。其中，光伏硅片检测仪对硅片表面不平整度进行检测,同时检测硅片的尺寸和对角线等外观参数；微裂纹检测模块用来检测硅片的内部微裂纹；另外还有两个检测模组，其中一个在线测试模组主要测试硅片体电阻率和硅片类型，另一个模块用于检测硅片的少子寿命。在进行少子寿命和电阻率检测之前，需要先对硅片的对角线、微裂纹进行检测，并自动剔除破损硅片。硅片检测设备能够自动装片和卸片，并且能够将不合格品放到固定位置，从而提高检测精度和效率。 二、表面制绒 单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方厘米硅表面形成几百万个四面方锥体也即金字塔结构。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率。硅的各向异性腐蚀液通常用热的碱性溶液，可用的碱有氢氧化钠，氢氧化钾、氢氧化锂和乙二胺等。大多使用廉价的浓度约为1%的氢氧化钠稀溶液来制备绒面硅，腐蚀温度为70-85℃。为了获得均匀的绒面，还应在溶液中酌量添加醇类如乙醇和异丙醇等作为络合剂，以加快硅的腐蚀。制备绒面前，硅片须先进行初步表面腐蚀，用碱性或酸性腐蚀液蚀去约20～25μm，在腐蚀绒面后，进行一般的化学清洗。经过表面准备的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，应尽快扩散制结。 三、扩散制结 太阳能电池需要一个大面积的PN结以实现光能到电能的转换，而扩散炉即为制造太阳能电池PN结的专用设备。管式扩散炉主要由石英舟的上下载部分、废气室、炉体部分和气柜部分等四大部分组成。扩散一般用三氯氧磷液态源作为扩散源。把P型硅片放在管式扩散炉的石英容器内，在850---900摄氏度高温下使用氮气将三氯氧磷带入石英容器，通过三氯氧磷和硅片进行反应，得到磷原子。经过一定时间，磷原子从四周进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，形成了N型半导体和P型半导体的交界面，也就是PN结。这种方法制出的PN结均匀性好,方块电阻的不均匀性小于百分之十,少子寿命可大于10ms。制造PN结是太阳电池生产最基本也是最关键的工序。因为正是PN结的形成，才使电子和空穴在流动后不再回到原处，这样就形成了电流，用导线将电流引出，就是直流电。 四、去磷硅玻璃 该工艺用于太阳能电池片生产制造过程中，通过化学腐蚀法也即把硅片放在氢氟酸溶液中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性的络和物六氟硅酸，以去除扩散制结后在硅片表面形成的一层磷硅玻璃。在扩散过程中，POCL3与O2反应生成P2O5淀积在硅片表面。P2O5与Si反应又生成SiO2和磷原子，这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。去磷硅玻璃的设备一般由本体、清洗槽、伺服驱动系统、机械臂、电气控制系统和自动配酸系统等部分组成，主要动力源有氢氟酸、氮气、压缩空气、纯水，热排风和废水。氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸与二氧化硅反应生成易挥发的四氟化硅气体。若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。
硅片清洗工艺的详细分析
太阳能硅片的清洗工艺 1.药槽清洗液最佳配比确定 由以上实验数据分析, 在清洗剂浓度较低时,不能达到良好的清洗效果, 切割过程中吸附到Si片表面的砂浆等沾污依然停留在 S i 片表面。提高清洗剂用量, 砂浆残留的片数减少, 但是持续加大清洗剂用量, 又会造成新的污染, 即清洗剂残留，和砂浆残留一样, 会影响Si 片的质量。因此选择其中效果最好的配比为2.0L。 2．药槽清洗温度的确定 药槽清洗温度设置与表面活性剂的性质密切相关，这是因为在低温时非离子表面活性剂与水完全混溶, 亲水基聚氧乙烯与水形成的氢键能量低, 随着温度升高分子热运动加剧氢键被破坏, 导致非离子表面活性剂在水中的溶解度下降, 当温度升高并且达到一定值时, 非离子表面活性剂从水溶液中析出变混浊, 此时的温度即为浊点，温度
对非离子表面活性剂的去污能力的影响是明显的, 研究表明当温度接近于浊点时, 清洗效果最好。通过实验得出40-55℃均可, 但45℃为最佳。 3.碱性清洗液与Si的反应 选择生产线连续进行清洗一个药槽,从新配清洗液开始每隔1 min测其 pH 值, 所得数据如图。 配置好准备清洗用的碱性清洗液pH值在 1 2~1 3 , 碱性很强, Si片浸人清洗液后,表面会产生大量直径在0.5mm 左右的气泡, 认为是Si和清洗液中大量存在的-OH 发生如下反应: Si+4OH-→(SiO4)4+2H2 反应持续进行, 过程测量药槽中清洗液pH值, 相比开始降低0.1-0.3,但是继续测量, pH值将保持在一定水平11. 5-1 2 左右不再继续下降,这是因为上步反应生成的 (SiO4)4是不稳定的, 它在水溶液中继续和水发生如下反应 (SiO4)4+ 4H20→Si(OH)4 + 4OH-
单晶硅棒切片工艺详细流程
单晶硅切片制作. 生产工艺流程具体介绍如下： 固定：将单晶硅棒固定在加工台上。 切片：将单晶硅棒切成具有精确几何尺寸的薄硅片。此过程中产生的硅粉采用水淋，产生废水和硅渣。退火：双工位热氧化炉经氮气吹扫后，用红外加热至300~500℃，硅片表面和氧气发生反应，使硅片表面形成二氧化硅保护层。 倒角：将退火的硅片进行修整成圆弧形，防止硅片边缘破裂及晶格缺陷产生，增加磊晶层及光阻层的平坦度。此过程中产生的硅粉采用水淋，产生废水和硅渣。 分档检测：为保证硅片的规格和质量，对其进行检测。此处会产生废品。研磨：用磨片剂除去切片和轮磨所造的锯痕及表面损伤层，有效改善单晶硅片的曲度、平坦度与平行度，达到一个抛光过程可以处理的规格。此过程产生废磨片剂。 清洗：通过有机溶剂的溶解作用，结合超声波清洗技术去除硅片表面的有机杂质。此工序产生有机废气和废有机溶剂。 RCA清洗：通过多道清洗去除硅片表面的颗粒物质和金属离子。 SPM清洗：用H2SO4溶液和H2O2溶液按比例配成SPM溶液，SPM溶液具有很强的氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液，并将有机污染物氧化成CO2和H2O。用SPM清洗硅片可去除硅片表面的有机污物和部分金属。此工序会产生硫酸雾和废硫酸。 DHF清洗：用一定浓度的氢氟酸去除硅片表面的自然氧化膜，而附着在自然氧化膜上的金属也被溶解到清洗液中，同时DHF抑制了氧化膜的形成。此过程产生氟化氢和废氢氟酸。 APM清洗：APM溶液由一定比例的NH4OH溶液、H2O2溶液组成，硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜（约6nm呈亲水性），该氧化膜又被NH4OH腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的颗粒和金属也随腐蚀层而落入清洗液内。此处产生氨气和废氨水。 HPM清洗：由HCl溶液和H2O2溶液按一定比例组成的HPM，用于去除硅表面的钠、铁、镁和锌等金属污染物。此工序产生氯化氢和废盐酸。 DHF清洗：去除上一道工序在硅表面产生的氧化膜。 磨片检测：检测经过研磨、RCA清洗后的硅片的质量，不符合要求的则从新进行研磨和RCA清洗。 腐蚀A/B：经切片及研磨等机械加工后，晶片表面受加工应力而形成的损伤层，通常采用化学腐蚀去除。腐蚀A是酸性腐蚀，用混酸溶液去除损伤层，产生氟化氢、NOX和废混酸；腐蚀B是碱性腐蚀，用氢氧化钠溶液去除损伤层，产生废碱液。本项目一部分硅片采用腐蚀A，一部分采用腐蚀B。 分档监测：对硅片进行损伤检测，存在损伤的硅片重新进行腐蚀。 粗抛光：使用一次研磨剂去除损伤层，一般去除量在10~20um。此处产生粗抛废液。 精抛光：使用精磨剂改善硅片表面的微粗糙程度，一般去除量1 um以下，从而的到高平坦度硅片。产生