年产25台8英寸区熔硅单晶炉建设项目可行性研究报告
浙江晶盛机电股份有限公司
2012年6月5日
目录
第一部分项目概况 (3)
一．项目背景 (3)
二．国内外现状、水平和发展趋势 (3)
三．项目简介 (4)
四．项目开发的内容及意义 (4)
第二部分项目实施必要性 (6)
一．项目实施的意义 (6)
二．产品需求分析 (7)
三. 销售渠道分析 (8)
第三部分项目建设的可行性 (8)
一．强大的技术研发团队 (8)
二．已有的销售渠道优势 (9)
第四部分项目投资方案 (9)
一．土地建设 (9)
二．设备投入 (10)
三．人员投入 (10)
四．实施进度 (10)
五．主要投资估算 (11)
六．项目资金来源 (11)
第五部分项目效益分析 (11)
一．经济效应评价 (11)
二．社会效益评价 (12)
第六部分项目风险分析 (12)
一．市场风险 (12)
二. 技术风险 (13)
第七部分报告总结 (13)
第一部分项目概况
一．项目背景
在全球信息化和经济全球化的进程中，信息产业相继成为了每个发达国家的第一大产业。而半导体工业（尤其是集成电路工业）则是信息产业的基础和核心，是国民经济现代化与信息化建设的先导与支柱产业，是改造和提升传统产业及众多高新技术产业的核心技术。半导体材料（Si、GaAs、InP、GeSi、SiC等）是半导体工业的最重要的主体功能材料，其中硅材料则是第一大功能电子材料。无论是在通信业、计算机业、网络业、家电业，还是在太阳能光伏电池材料产业中都得到广泛的应用。
二．国内外现状、水平和发展趋势
传统单晶硅生产采用的是提拉法（CZ），这种方法生产的单晶硅占到80%以上。但是由于这种生长方法熔区在坩埚内，难以避免会有坩埚污染，无法达到较高纯度等要求，不能满足对单晶硅有更高纯度要求的工业应用领域的需求。而采用区熔法（FZ）生产的单晶硅，由于没有坩埚污染，生长的单晶硅在纯度、各向完整性、微缺陷等各个方面性能良好，能够满足较高使用要求，特别是以IGBT 功率元器件为代表的新型电力电子器件产业要求。
由于区熔单晶硅生长技术门槛高，全球的区熔单晶硅生产商数量少，全球前5家公司垄断了全部产量的95.5%以上。目前处于领先地位的是日本信越公司（Shinetu）和德国Siltronic公司（德国Wacker公司控股），2008年Siltronic 公司已开始少量销售8英寸区熔单晶硅片。目前6英寸级商业化的设备供应商只有PVA-Tepla公司进入国内，处于垄断地位。因此，研发制造国产化的6-8英寸区熔单晶硅生长设备是打破国外技术垄断、缩小我国区熔单晶硅材料制造技术与国际先进水平差距的必由之路。
三．项目简介
浙江晶盛机电股份有限公司（以下简称“晶盛机电”）拟投资18,000万元建设年产25台8英寸区熔硅单晶炉项目。该项目主要包括金加工车间、装配车间、调试车间、各类仓库、车间办公室以及员工倒班宿舍的建造；同时还需购置、安装相应的加工设备、检测设备以及水电气等辅助设施。
四．项目开发的内容及意义
（1）晶盛机电厂区现状
由于晶盛机电老厂区空间的限制，无法安排区熔炉的生产。同时，区熔硅单晶炉对环境要求较高：要求地基震动要小，对部件、整机装配与调试车间的温度与湿度控制都有一定的要求，离铁路较近的老厂区厂房不能满足上述要求。因此，本项目将通过另行选择与购置土地，新建区熔炉零部件加工，装配和调试车间。（2）厂房设计原则
1、工艺水平和机械化水平应与生产纲领相适应，并达到国内同类生产规模的先进水平。
2、按照工艺流程合理、车间内外物流通畅的原则合理布置车间平面区划；按照低投入、快产出、高效益、均衡生产的目标进行工艺设计。
3、充分利用成熟的生产工艺，在满足生产质量和产能的前提下尽可能的采用可靠性好、性价比高的设备，同时充分采用新工艺、新技术以提高工艺水平。（3）主要零件加工工艺流程
a、主炉室
法兰粗车→激光切割板材下料→卷板→拼焊→整形→粗抛→组焊→振动去应力→精加工→精抛→测试检验→入库
b、上下炉室
法兰粗车→激光切割板材下料→卷板→拼焊→整形→粗抛→组焊→振动去应力→精加工→精抛→测试检验→入库
c、上、下支撑框
法兰粗车→激光切割板材下料→卷板（外协）→拼焊→初次振动去应力→组焊→二次振动去应力→精加工→测试检验→入库
e、电路板
元件采购→外协焊接→电路板测试1→老化测试→电路板测试2→入库
f、控制柜装配流程
控制柜部件基座安装―→控制柜电缆线连接―→继电器、电路板等元件安装―→模拟测试系统进行调试
（4）装配工艺流程
区熔炉装配工艺流程
主要工艺说明：
a、机加工工序采用数控车床、数控高速立式车床、加工中心等高效、柔性、数控化设备，以满足多品种、高精度零件的加工需要。
b、焊接工序将采用专用自动氩弧焊机组，以提高焊接零件的产品质量，同时可大大提高生产效率，减低工人劳动强度。
c、装配工序按均衡生产的原则组织生产，设备按装配工艺流程进行布置，以便于生产管理，减少材料和工件的往返运输，提高生产效率。
d、增加三坐标测量仪、超声波探伤仪、氦质谱检漏仪等检测试验设备和装置，以确保产品质量，满足用户的质量要求。
e、各生产车间要留有扩大生产的余地，为以后增加产能准备好条件。
第二部分项目实施必要性
一．项目实施的意义
（1）符合国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要精神
国家“十一五”规划纲要中提到“按照走新型工业化道路要求，坚持以市场为导向、企业为主体，把增强自主创新能力作为中心环节，调整优化产品结构、企业组织结构和产业布局，提升整体技术水平和综合竞争力，促进工业由大变强。”
本项目的实施将进一步增强企业自主创新能力，拓展产品结构和产业布局，提升公司整体技术水平和综合竞争力。晶盛机电在2011年3月承担国家科技重大02专项的“8英寸区熔硅单晶炉国产设备研制”课题，为公司研制国产化大规格区熔硅单晶炉提供了研究经费的支持以及与高端客户合作研发的机会，将为填补国内大规格区熔硅单晶炉技术空白做贡献。
（2）促进国内以IGBT为代表的新型电力电子器件产业的发展
伴随着中国经济的腾飞，国内各项基础设施及能源建设都处在飞速发展时期。以国家电网工程、高速轨道交通、电动汽车及混合动力汽车、绿色节能产业等为代表的一批对国民经济有巨大拉动作用的国家重点项目，均对新型电力电子器件有着旺盛的需求。这些器件的需求将持续带动区熔单晶硅保持相对较高的增长率，成为未来半导体硅材料产业增长的核心之一。按照Winegarner分析预计，由于全球功率节能器件（Power Semi）和光电子器件需求的大幅度上升，区熔单晶硅在未来几年内将保持两位数的增长率。
本项目的实施将对满足我国节能环保、新能源技术以及新兴战略产业对大直
径区熔单晶硅的需求，打破国外技术垄断具有重要的战略意义。
（3）市场竞争及企业自身发展的需要
随着以IGBT为代表的新型电力电子器件的快速增长，为区熔单晶硅的发展提供了广阔市场空间和机遇。
通过实施本项目，开发具有自主知识产权的6-8英寸区熔单晶硅生长设备并实现产业化，将增强自主创新能力,加快缩短与国际先进水平的差距，使产品性能和质量达到或接近国外同类产品的先进水平有着积极的意义。
综上所述：面对未来的市场发展和新的应用领域，我国的区熔单晶硅生长设备的制造技术、晶体材料的制备技术、产业发展的速度和水平，将进一步推进我国交通、新能源、电子信息、装备制造等产业的快速、稳健地发展。
二．产品需求分析
本项目将面向高压大功率IGBT芯片产品制造需求，研究开发制备直径150mm-200mm区熔单晶硅棒的区熔硅单晶炉设备的产业化技术，形成性能稳定的批量生产能力；以满足1200V-3300V IGBT 芯片产业化对区熔硅单晶的要求和4500-6500V以上 IGBT芯片的研制需求。研究开发国产区熔硅单晶炉，待达到批量生产条件后进入生产线考核并通过用户验证，形成批量生产，为下游客户提供大规格的高性价比的区熔硅单晶炉设备。
项目的区熔硅单晶体应用市场发展趋势分析如下：
据ISSUPLY分析 2010年-2013年全球IGBT市场规模如下表：
（单位：亿美元）
综合ISSUPLY、CCID等资料分析，我国2010-2013年IGBT市场增长预测见下表
（单位：亿元人民币）
三. 销售渠道分析
晶盛机电从2006成立以来，研发生产多种硅晶体生长设备，已形成专业、稳定的销售渠道，并建立了较为完善的半导体硅材料制备设备、光伏硅材料制备设备销售网络和大型的客户群信息。
第三部分项目建设的可行性
一．强大的技术研发团队
浙江晶盛机电股份有限公司于2012年5月11日在创业板首发上市，募集资金11亿元，股票代码：300316，发行后注册资本为13,335万元。
晶盛机电是一家专业研发、生产和销售半导体硅材料、太阳能光伏硅材料制备设备的民营企业。是国家级、区外高新技术企业、银行资信AAA企业。现有员工500多人。
浙江晶盛机电股份有限公司拥有以教授、博士、硕士为主体的专业研发、管理人才团队和一支训练有素的工人技术队伍，具有较强的产品开发和技术创新能力。
晶盛机电于2007年初自主研制成功的国内首台半导体级全自动单晶硅生长炉，改变了高端单晶炉技术被国外长期垄断的产业格局，实现了进口替代。后续又开发出拥有自主知识产权的ZJS系列投料量涵盖30公斤-300公斤等十种规格的全自动单晶硅生长炉，被国家科技部等四部委评为2010年国家重点新产品。分别于2010年和2011年新推出JSH480、JSH600、JSH800等三种规格的多晶硅铸锭炉产品，其中800型多晶硅铸锭炉被中国半导体协会评为2011年创新型新产品。针对光伏行业低成本、高光电转换效率的两大技术需求，公司成功地研发了水冷夹套技术、连续加料装置、双电源独立控制、水致冷装置等多项国内外首
创技术，实现了硅晶体生长“全自动、高性能、高效率、低能耗”国内领先、国际先进的技术指标。优质的产品和良好的售后服务赢得了著名光伏和半导体材料企业的充分肯定。
晶盛机电还承担了多项国家级和省部级重大科研项目。2009年公司承担了国家科技重大专项《极大规模集成电路制造设备及成套工艺》之“300mm硅单晶直拉生长装备的开发”课题；2011年公司又承担了国家科技重大专项《极大规模集成电路制造设备及成套工艺》之“8英寸区熔硅单晶炉国产设备研制”课题。这些课题的成功实施，将为填补我国高端硅晶体生长装备相关技术的空白，实现进口替代作出重要的贡献。
二．已有的销售渠道优势
晶盛机电的晶体制造设备在太阳能光伏材料行业和半导体材料行业具有良好的品牌效应和较高的知名度，已经建立了一个比较完善的销售网络。8英寸区熔硅单晶炉是应用于半导体电力电子硅晶体材料制备行业，因此，该产品完全可以利用现有的销售网络进行销售，与现有产品拥有相通的客户，能够为客户带来“一站式”采购，具有更加综合、有效的销售优势。
第四部分项目投资方案
一．土地建设
为保证项目的有效实施，公司已向上虞经济开发区、市政府有关部门申请70亩土地建造厂房，并希望通过社会公平、公正的招标程序得到工业用地。
若能竞争到新厂区地块，下一步将通过委托专业设计单位对新厂区进行整体布局规划、新厂区设计，其中包括能保证项目实施的厂房、生产、生活辅助用房、水电设施容量要求的规划等。为公司的区熔硅单晶炉新产品的批量制造做好生产条件的厂区、厂房建设的准备工作。
二．设备投入
为了满足区熔硅单晶炉批量生产的要求，公司需新增项目需要的专用设备，如多轴加工中心、大型数控车床、龙门加工中心等机械加工设备和精密专业检测仪器8,859.61万元。
三．人员投入
由公司总经理担任本项目组长，带领项目团队进行建设和生产。公司还专门组建了一支机械、电气安装、调试的设备管理队伍，保证在厂房建设好之后，相关设备能得到及时的安装、调试及投入生产。
四．实施进度
根据本项目内容和实施进度要求，项目建设期为24个月（2年），项目实施进度建议如下表：
项目实施计划进度表
五．主要投资估算
（1）建设投资
本项目建设投资为18,000.00万元，其中建筑工程为6,728.74万元，设备及安装工程为8,859.61万元，其他费用及铺底流动资金为2,411.65万元。本项目新增投资构成分析见下表：
（2）流动资金估算
流动资金占用参照企业目前的实际情况，并考虑经营管理水平提高等因素，采用详细分项估算法估算，本项目新增铺底流动流动资金1,487万元。
六．项目资金来源
本项目共需资金18,000万元，资金来源：15,000万元为超募资金,其余均为自筹资金。
第五部分项目效益分析
一．经济效应评价
该项目总投资18,000万元，预计达产后年销售收入可达32,051万元。该项目的主要经济技术指标见下表。
项目综合技术经济指标汇总表
二．社会效益评价
公司通过自主研发，实现区熔硅单晶炉的进口替代，为国内用户提供性价比高的区熔硅单晶炉设备，同时提升公司在晶体生长设备行业的知名度和晶盛的品牌效应。
第六部分项目风险分析
一．市场风险
（1）市场需求量
伴随着中国经济的腾飞，国内各项基础设施及能源建设都处在飞速发展时期。以国家电网工程、高速轨道交通、电动汽车及混合动力汽车、绿色节能产业等为代表的一批对国民经济有巨大拉动作用的国家重点项目，均对新型电力电子器件有着旺盛的需求。这些器件的需求将持续带动区熔单晶硅保持相对较高的增
长率，成为未来半导体硅材料产业增长的核心之一。按照Winegarner分析预计，由于全球功率节能器件（Power Semi）和光电子器件需求的大幅度上升，区熔单晶硅在未来几年内将保持两位数的增长率。以IGBT为代表的新型电力电子器件的快速增长，造成生产电力电子器件的主体材料区熔硅单晶的紧缺，对国内电力电子器件的发展形成制约，从而影响到我国以高压输变电工程、智能电网、高速铁路建设等为代表的一系列重大项目的发展。
由于区熔硅单晶硅设备制造技术门槛高，目前6英寸级商业化的设备供应商只有PVA-Tepla公司进入国内，处于垄断地位。该公司产品售价在2500万元左右，由于国产区熔炉设备价格仅为进口设备2/3左右，预计国产区熔炉将会在未来几年的国内市场中占绝大多数份额，所以市场需求量风险危害程度不大。（2）竞争能力
晶盛机电在2011年承担了国家科技重大02专项中“8英寸区熔硅单晶炉国产设备研制”课题，目前正在进行拉晶试验研究之中，已取得阶段性成果。由于本项目属于自主研发与生产，因而具有资源自有、生产成本低的竞争优势。生产竞争能力风险对项目的生产影响不大。
二. 技术风险
本项目产品是由浙江晶盛机电股份有限公司自主研发并实施生产。产品技术水平处于国内领先，具有核心技术竞争优势。只要保证项目的产品质量达到国际同类产品的标准，同时加快产业化的速度，充分利用现有的研发领先地位，项目技术风险就会大大降低。
项目在短期内没有技术风险，当然，本公司将会不断研究产品的新技术、新工艺，从满足客户对产品不同的技术要求去提升产品技术与产品质量，才能规避今后的技术风险。
第七部分报告总结
本项目建设总投资为18,000.00万元，其中建筑工程为6,728.74万元，设备及安装工程为8,859.61万元，其他费用及铺底流动资金为2,411.65万元。项目完成后形成新增年产25台8英寸区熔硅单晶炉的生产能力。
项目建设期为2年，项目达产后，新增销售收入32,051万元，净利率26.21%。
基于上述的技术经济分析与测算，我们认为本项目符合国家新兴产业发展政策，市场前景看好，经济效益显著，符合国家产业导向和企业产品结构调整的要求，可以改变高端区熔硅单晶炉技术长期被国外垄断的产业格局而实现进口替代，具有良好的社会效益，本项目具有较强的抗风险能力，因此，公司年产25台8英寸区熔硅单晶炉建设项目是可行的。
金属1001 覃文远3080702014 单晶硅制备方法 我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。 单晶硅，英文，Monocrystallinesilicon。是硅的单晶体。具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999%，甚至达到99.9999999%以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。 用途：单晶硅具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，且随着温度升高而增加，具有半导体性质。单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第ЩA族元素，形成P型半导体，掺入微量的第VA族元素，形成N型，N型和P型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。 单晶硅是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。在开发能源方面是一种很有前途的材料。 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。 直拉法 直拉法又称乔赫拉尔基斯法（Caochralski）法，简称CZ法。它是生长半导体单晶硅的主要方法。该法是在直拉单晶氯内，向盛有熔硅坩锅中，引入籽晶作为非均匀晶核，然后控制热场，将籽晶旋转并缓慢向上提拉，单晶便在籽晶下按照籽晶的方向长大。拉出的液体固化为单晶，调节加热功率就可以得到所需的单晶棒的直径。其优点是晶体被拉出液面不与器壁接触，不受容器限制，因此晶体中应力小，同时又能防止器壁沾污或接触所可能引起的杂乱晶核而形成多晶。直拉法是以定向的籽晶为生长晶核，因而可以得到有一定晶向生长的单晶。 直拉法制成的单晶完整性好，直径和长度都可以很大，生长速率也高。所用坩埚必须由不污染熔体的材料制成。因此，一些化学性活泼或熔点极高的材料，由于没有合适的坩埚，而不能用此法制备单晶体，而要改用区熔法晶体生长或其
单晶硅生长炉 目录 单晶硅生长炉 原理简介 目前国内外晶体生长设备的现状 单晶硅生长炉的特点 单晶硅生长炉 原理简介 目前国内外晶体生长设备的现状 单晶硅生长炉的特点 展开 编辑本段单晶硅生长炉 单晶硅生长炉是通过直拉法生产单晶硅的制造设备。主要由主机、加热电源和计算机控制系统三大部分组成。 1、主机部分： ●机架，双立柱 ●双层水冷式结构炉体 ●水冷式阀座 ●晶体提升及旋转机构 ●坩埚提升及旋转机构 ●氩气系统 ●真空系统及自动炉压检测控制 ●水冷系统及多种安全保障装置 ●留有二次加料口 2、加热器电源： 全水冷电源装置采用专利电源或原装进口IGBT及超快恢复二极管等功率器件。配以特效高频变压器，构成新一代高频开关电源。采用移相全桥软开关（ZVS）及CPU独立控制技术，提高了电能转换效率，不需要功率因数补偿装置。 3、计算机控制系统： 采用PLC和上位工业平板电脑PC机，配备大屏幕触摸式HMI人机界面、高像素CCD测径ADC系统和具有独立知识产权的“全自动CZ法晶体生长SCADA监控系统”，可实现从抽真空—检漏—炉压控制—熔料—稳定—溶接—引晶—放肩—转肩—等径—收尾—停炉全过程自动控制。
中国西安理工大学研究所 。 美国KAYEX公司 德国CGS GmbH公司 编辑本段单晶硅生长炉的特点 HD系列硅单晶炉的炉室采用3节设计。上筒和上盖可以上升并向两边转动，便于装料和维护等。炉筒升降支撑采用双立柱设计，提高稳定性。支撑柱安装在炉体支撑平台的上面，便于平台下面设备的维护。炉筒升降采用丝杠提升技术，简便干净。 全自动控制系统采用模块化设计，维护方便，可靠性高，抗干扰性好。双摄像头实时采集晶体直径信息。液面测温确保下籽晶温度和可重复性。炉内温度或加热功率控制方式可选，保证控温精度。质量流量计精确控制氩气流量。高精度真空计结合电动蝶阀实时控制炉内真空度。上称重传感器用于晶棒直径的辅助控制。伺服电机和步进电机的混合使用，即可满足转动所需的扭矩，又可实现转速的精确控制。质量流量计精确控制氩气流量。 自主产权的控制软件采用视窗平台，操作方便简洁直观。多种曲线和数据交叉分析工具提供了工艺实时监控的平台。完整的工艺设定界面使计算机可以自动完成几乎所有的工艺过程。 加热电源采用绿色纵向12脉冲直流电源。比传统直流电源节能近15%。 特殊的温场设计使晶体提拉速度提高20-30%。
单晶硅太阳能电池 1.基本结构 2.太阳能电池片的化学清洗工艺 切片要求：①切割精度高、表面平行度高、翘曲度和厚度公差小。②断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。③提高成品率，缩小刀(钢丝)切缝，降低原材料损耗。④提高切割速度，实现自动化切割。 具体来说太阳能硅片表面沾污大致可分为三类： 1、有机杂质沾污：可通过有机试剂的溶解作用，结合兆声波清洗技术来去除。 2、颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或兆声波清洗技术来去除粒径≥ 0.4 μm颗粒，利用兆声波可去除≥ 0.2 μm颗粒。 3、金属离子沾污：该污染必须采用化学的方法才能将其清洗掉。硅片表面金属杂质沾污又可分为两大类：（1）、沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。（2）、带正电的金属离子得到电子后面附着（尤如“电镀”）到硅片表面。
1、用 H2O2作强氧化剂，使“电镀”附着到硅表面的金属离子氧化成金属，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。 2、用无害的小直径强正离子（如H+），一般用HCL作为H+的来源，替代吸附在硅片表面的金属离子，使其溶解于清洗液中，从而清除金属离子。 3、用大量去离子水进行超声波清洗，以排除溶液中的金属离子。 由于SC-1是H2O2和NH4OH的碱性溶液，通过H2O2的强氧化和NH4OH 的溶解作用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除；同时溶液具有强氧化性和络合性，能氧化Cr、Cu、Zn、Ag、Ni、Co、Ca、Fe、Mg等，使其变成高价离子，然后进一步与碱作用，生成可溶性络合物而随去离子水的冲洗而被去除。因此用SC-1液清洗抛光片既能去除有机沾污，亦能去除某些金属沾污。在使用SC-1液时结合使用兆声波来清洗可获得更好的清洗效果。 另外SC-2是H2O2和HCL的酸性溶液，具有极强的氧化性和络合性，能与氧化以前的金属作用生成盐随去离子水冲洗而被去除。被氧化的金属离子与CL-作用生成的可溶性络合物亦随去离子水冲洗而被去除。 3.太阳能电池片制作工艺流程图 具体的制作工艺说明 （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0.3－0.5um。
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，
单晶硅生长炉原理 单晶硅生长炉原理 首先，把高纯度的多晶硅原料放入高纯石英坩埚，通过石墨加热器产生的高温将其熔化；然后，对熔化的硅液稍做降温，使之产生一定的过冷度，再用一根固定在籽晶轴上的硅单晶体（称作籽晶）插入熔体表面，待籽晶与熔体熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶体便会在籽晶下端生长；接着，控制籽晶生长出一段长为100m 单晶硅生长炉 m左右、直径为3～5mm的细颈，用于消除高温溶液对籽晶的强烈热冲击而产生的原子排列的位错，这个过程就是引晶；随后，放大晶体直径到工艺要求的大小，一般为75～300mm，这个过程称为放肩；接着，突然提高拉速进行转肩操作，使肩部近似直角；然后，进入等径工艺，通过控制热场温度和晶体提升速度，生长出一定直径规格大小的单晶柱体；最后，待大部分硅溶液都已经完成结晶时，再将晶体逐渐缩小而形成一个尾形锥体，称为收尾工艺；这样一个单晶拉制过程就基本完成，进行一定的保温冷却后就可以取出。 直拉法，也叫切克劳斯基（J.Czochralski）方法。此法早在1917年由切克劳斯基建立的一种晶体生长方法，用直拉法生长单晶的设备和工艺比较简单，容易实现自动控制，生产效率高，易于制备大直径单晶，容易控制单晶中杂质浓度，可以制备低电阻率单晶。据统计，世界上硅单晶的产量中70％～80％是用直拉法生产的。 单晶硅生长炉现状 目前国内外晶体生长设备的现状如下： 美国KAYEX公司 国外以美国KAYEX公司为代表，生产全自动硅单晶体生长炉。KAYEX公司是目前世界上最大，最先进的硅单晶体生长炉制造商之一。KAYEX的产品早在80年代初就进入中国市场，已成为中国半导体行业使用最多的品牌。该公司生长的硅晶体生长炉从抽真空－检漏－熔料－引晶－放肩－等径－收尾到关机的全过程由计算机实行全自动控制。晶体产品的完整性与均匀性好，直径偏差在单晶全长内仅±1mm。主要产品有CG3000、CG6000、KAYEX100PV、KAYEX120PV、KEYEX150，Vision300型，投料量分别为30kg、60kg、100kg、120kg、150kg、300kg。
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
中国晶体硅生长炉设备调查 目前我国有超过30家企业在生产多晶硅铸锭炉和单晶炉。现推出中国晶体硅生长炉设备调查。 多晶硅铸锭炉发展迅速太阳能产业的迅猛发展需要更多的硅料及生产设备来支撑。世界光伏产业中，多晶硅片太阳能电池占据主导地位，带动了多晶硅铸锭生长设备市场的发展。目前，全球太阳能电池的主流产品为硅基产品，占太阳能电池总量的85％以上。多晶硅太阳能电池占太阳能电池总量的56%。多晶硅太阳能电池由于产能高，单位能源消耗低，其成本低于单晶硅片，适应降低太阳能发电成本的发展趋势。多晶铸锭生长技术已逐渐发展成为一种主流的技术，由此也带动了多晶硅铸锭炉市场的发展。多晶硅铸锭炉作为一种硅重熔的设备，重熔质量的好坏直接影响硅片转换效率和硅片加工的成品率。 目前，我国引进最多的是GT SOALR（GT Advanced Technologies Inc.，以下简称GT） 的结晶炉。在国际多晶硅铸锭炉市场上，市场份额占有率最高的为美国GT公司和德国ALD公司。GT公司市场主要面向亚洲，在亚洲的市场销售额占其收入的60%；ALD公司主要面向欧洲市场。其他多晶铸锭设备的主要国际生产商还有美国Crystallox Limited、挪威Scanwafer、普发拓普、和法国ECM。德国ALD公司生产的多晶硅铸锭炉投料量为400kg/炉；美国Crystallox Limited 公司为275kg/炉；挪威Scanwafer公司生产的多晶硅铸锭炉可同时生产4锭，投料量达到800～1000kg/炉，该设备属于专利产品，暂时不对外销售；法国ECM生产的多晶硅铸锭炉采用三温区设计，提高了硅料的再利用率高。 国内的保定英利、江西赛维LDK、浙江精功太阳能都是引进GT的结晶炉。从早期160公斤级到240公斤级，目前容量已增加到450公斤级甚至到800公斤级。2003年10月国内第一条铸锭线在保定英利建成，2006年4月LDK项目投产，百兆瓦级规模生产启动。随后，尚德、林洋、CSI等众多企业多晶硅电池开始量产。2002年, 30~50kg的小型浇铸炉研发；2004年, 100kg试验型热交换型铸锭炉研发；2007年, 240kg大生产型定向凝固炉研发成功并推向市场。
直拉硅单晶生长的现状与发展 摘要：综述了制造集成电路（IC）用直拉硅单晶生长的现状与发展。对大直径生长用磁场拉晶技术，硅片中缺陷的控制与利用（缺陷工程），大直径硅中新型原生空位型缺陷，硅外延片与SOI片，太阳电池级硅单和大直径直拉硅生长的计算机模拟，硅熔体与物性研究等进行了论述。 关键词：直拉硅单晶；扩散控制；等效微重力；空洞型缺陷；光电子转换效率；硅熔体结构 前言 20世纪中叶晶体管、集成电路（IC）、半导体激光器的问世，导致了电子技术、光电子技术的革命，产生了半导体微电子学和半导体光电子学，使得计算机、通讯技术等发生了根本改变，有力地推动了当代信息（IT）产业的发展．应该强调的是这些重大变革都是以半导体硅材料的技术突破为基础的。2003年全世界多晶硅的消耗，达到了19 000 t，但作为一种功能材料，其性能应该是各向异性的．因此半导体硅大都应该制备成硅单晶，并加工成硅抛光片，方可制造I C 器件。 半导体硅片质量的提高，主要是瞄准集成电路制造的需要而进行的。1956年美国仙童公司的“CordonMoore”提出，IC芯片上晶体管的数目每隔18~24个月就要增加一倍，称作“摩尔”定律。30多年来事实证明，IC芯片特征尺寸（光刻线宽）不断缩小，微电子技术一直遵循“摩尔定律”发展。目前，0.25 μm、0.18μm线宽已进入产业化生产。这就意味着IC的集成度已达到108~109量级，可用于制造256MB的DRAM和速度达到1 000MHE的微处理芯片。目前正在研究开发0.12 μm到0.04μm的MOS器件，预计到2030年，将达到0.035μm 水平。微电子芯片技术将从目前器件级，发展到系统级，将一个系统功能集成在单个芯片上，实现片上系统（SOC）。 这样对半导体硅片的高纯度、高完整性、高均匀性以及硅片加工几何尺寸的精度、抛光片的颗粒数和金属杂质的沾污等，提出了愈来愈高的要求。 在IC芯片特征尺寸不断缩小的同时，芯片的几何尺寸却是增加的。为了减少周边损失以降低成本，硅片应向大直径发展。在人工晶体生长中，目前硅单晶尺寸最大。 当代直拉硅单晶正在向着高纯度、高完整性、高均匀性（三高）和大直径（一大）发展。 磁场直拉硅技术 硅单晶向大直径发展，投料量急剧增加。生长φ6″、φ8″、φ12″、φ16″硅单晶，相应的投料量应为60 kg、150 kg、300 kg、500 kg。大熔体严重的热对流，不但影响晶体质量，甚至会破坏单晶生长。热对流驱动力的大小，可用无量纲Raylieh数表征：
单晶硅生长原理及工艺 摘要：介绍了直拉法生长单晶硅的基本原理及工艺条件。通过控制不同的工艺参数（晶体转速：2.5、10、20rpm ；坩埚转速： 5、 150×1000mm 优质单晶硅棒。分别对这三种单晶硅样品进行 了电阻率、氧含量、碳含量、少子寿命测试，结果表明，当晶体转速为10rpm ，坩埚转速为 ０７ ），男，助理研究员，E-mail ：lxliu2007@https://www.doczj.com/doc/5d5775181.html, 。 刘立新1，罗平1，李春1，林海1，张学建1，2，张莹1 （1.长春理工大学 材料科学与工程学院，长春 130022；2.吉林建筑工程学院，长春 130021） Growth Principle and Technique of Single Crystal Silicon LIU Lixin 1，LUO Ping 1，LI Chun 1，LIN Hai 1，ZHANG Xuejian 1，2 ，ZHANG Ying 1 （1.Changchun University of Science and Technology ，Changchun 130022；2.Jilin Architectural and civil Engineering institute ，Changchun 130021） Abstract ：This paper introduces the basic principle and process conditions of single crystal silicon growth by Cz method.Through controlling different process parameters (crystal rotation speed:2.5，10，20rpm;crucible rotation speed:-1.25，-5，-10)，three high quality single crystal silicon rods with the size of é? ??ì?2a?÷?￠?ˉ3éμ??·?￠ì????üμ?3?μè ［1］ 。此外，硅 没有毒性，且它的原材料石英(SiO 2)构成了大约60%的地壳成分，其原料供给可得到充分保障。硅材料的优点及用途决定了它是目前最重要、产量最大、发展最快、用途最广泛的一种半导体材料［2］。 到目前为止，太阳能光电工业基本上是建立在 硅材料基础之上的，世界上绝大部分的太阳能光电器件是用单晶硅制造的。其中单晶硅太阳能电池是 最早被研究和应用的，至今它仍是太阳能电池的最 主要材料之一。单晶硅完整性好、纯度高、资源丰富、技术成熟、工作效率稳定、光电转换效率高、使用寿命长，是制备太阳能电池的理想材料。因此备受世界各国研究者的重视和青睐，其市场占有率为太阳能电池总份额中的40%左右［3］。 随着对单晶硅太阳能电池需求的不断增加，单晶硅市场竞争日趋激烈，要在这单晶硅市场上占据重要地位，应在以下两个方面实现突破，一是不断降低成本。为此，必须扩大晶体直径，加大投料量，并且提高拉速。二是提高光电转换效率。为此，要在晶体生长工艺上搞突破，减低硅中氧碳含 第32卷第4期2009年12月 长春理工大学学报（自然科学版） Journal of Changchun University of Science and Technology （Natural Science Edition ）Vol.32No.4 Dec.2009
一次清洗工艺说明 1.目的 确保单晶硅片扩散前的清洗腐蚀的工艺处于稳定的受控状态 2.使用范围 适用于单晶硅片扩散前的清洗腐蚀工序 3.责任 本工艺说明由技术部负责 4.硅片检验 4.1 将包装箱打开，查看规格、电阻率、厚度、单多晶、厂家、编号是否符合要求； 4.2 检查硅片是否有崩边、裂纹、针孔、缺角、油污、划痕、凹痕；(见附图一、二) 4.3 将不合格品放置规定碎片盒子内，作统一处理。 5.装片（见附图三） 5.1 片盒保持干净，片盒底部衬以海绵，将硅片插入片盒中，每盒最多插25片硅片。 5.2 禁止手与片盒、硅片直接接触，必须戴塑料洁净手套或乳胶手套操作。每插100张硅 片，需更换手套。 5.3 操作中严禁工作服与硅片和片盒接触。 6.上料（见附图四） 6.1 硅片插完后，取出片盒底部的海绵，扣好压条。 6.2 将已插好硅片的片盒整齐、有序的装入包塑的不锈钢花篮中，每篮12个片盒，片盒之 间有适当的间隔。 7化学腐蚀液的配制 7.1 准备：将各槽中破损硅片等杂质清除，用去离子水将各槽壁冲洗干净。 7.2 配制：向5、6、8、10#槽中注满去离子水，1-4、7、9#槽中注入约一半深度的去离子水，按照“7.3”比例分别向各槽加入指定量的化学药品，再注去离子水达到指定的高度。 7.4 配制溶液要求：
7.4.1 配料顺序：1#槽按水、氢氧化钠的顺序；2-4#槽按硅酸钠、氢氧化钠、异丙醇的顺序。 7#槽按水、氢氟酸、水的顺序；9#槽按水、盐酸、水的顺序。 7.4.2 时间要求：2-4#槽按硅酸钠、氢氧化钠配制完毕后，需等待10分钟之后硅酸钠、氢 氧化钠完全溶解后，才能加异丙醇。1#槽配制完毕后,温度达到工艺要求 之后，同时2-4#槽的其中一槽加硅酸钠、氢氧化钠10分钟后，才可进硅 片。 7.4.3 异丙醇加液要求：需用塑料管或漏斗将异丙醇加到制绒槽的底部，在硅片进入1#槽 之后才能加异丙醇，减少异丙醇的挥发。 8.各化学药品规格及要求 8.1 氢氧化钠：电子纯，容量500克/瓶，浓度≥98%。 8.2 异丙醇：电子纯，容量4升/瓶，浓度≥99.9%，密度0.78克/毫升。 8.3 硅酸钠：电子纯，容量500克/瓶。 8.4 盐酸：MOS级，容量4升/瓶，浓度36%～38%，密度1.18克/毫升。 8.5 氢氟酸：MOS级，容量4升/瓶，浓度≥49%，密度1.13克/毫升。 9.工艺过程化学药品的补加（见下表） 11.清洗腐蚀工艺参数的设置（见下表） 11.1 小片盒放置硅片 11.1.1 使用小片盒清洗硅片腐蚀工艺参数的设置（见下表）
单晶硅生长炉 单晶硅生长炉是通过直拉法生产单晶硅的制造设备。主要由主机、加热电源和计算机控制系统三大部分组成。1、主机部分：●机架，双立柱●双层水冷式结构炉体●水冷式阀座●晶体提升及旋转机构●坩埚提升及旋转机构●氩气系统●真空系统及自动炉压检测控制●水冷系统及多种安全保障装置●留有二次加料口2、加热器电源：全水冷电源装置采用专利电源或原装进口IGBT及超快恢复二极管等功率器件。配以特效高频变压器，构成新一代高频开关电源。采用移相全桥软开关（ZVS）及CPU独立控制技术，提高了电能转换效率，不需要功率因数补偿装置。 3、计算机控制系统：采用PLC和上位工业平板电脑PC机，配备大屏幕触摸式HMI 人机界面、高像素CCD测径ADC系统和具有独立知识产权的“全自动CZ法晶体生长SCADA监控系统”，可实现从抽真空—检漏—炉压控制—熔料—稳定—溶接—引晶—放肩—转肩—等径—收尾—停炉全过程自动控制。 编辑本段原理简介 首先，把高纯度的多晶硅原料放入高纯石英坩埚，通过石墨加热器产生的高温将其熔化；然后，对熔化的硅液稍做降温，使之产生一定的过冷度，再用一根固定在籽晶轴上的硅单晶体（称作籽晶）插入熔体表面，待籽晶与熔体熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶体便会在籽晶下端生长；接着，控制籽晶生长出一段长为100mm左右、直径为3～5mm的细颈，用于消除高温溶液对籽晶的强烈热冲击而产生的原子排列的位错，这个过程就是引晶；随后，放大晶体直径到工艺要求的大小，一般为75～300mm，这个过程称为放肩；接着，突然提高拉速进行转肩操作，使肩部近似直角；然后，进入等径工艺，通过控制热场温度和晶体提升速度，生长出一定直径规格大小的单晶柱体；最后，待大部分硅溶液都已经完成结晶时，再将晶体逐渐缩小而形成一个尾形锥体，称为收尾工艺。这样一个单晶拉制过程就基本完成，进行一定的保温冷却后就可以取出。 直拉法，也叫切克劳斯基（J.Czochralski）方法。此法早在1917年由切克劳斯基建立的一种晶体生长方法，用直拉法生长单晶的设备和工艺比较简单，容易实现自动控制，生产效率高，易于制备大直径单晶，容易控制单晶中杂质浓度，可以制备低电阻率单晶。据统计，世界上硅单晶的产量中70%～80%是用直拉法生产的。 编辑本段目前国内外晶体生长设备的现状
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
EKZ 2700/3500单晶提拉炉 ? E KZ 2700/3500单晶提拉炉 ? VGF 632/732 Si 多晶硅铸锭炉 ? SR -110 硅芯炉 ? FZ -14M 型测试炉 ? FZ 区熔炉 ? VGF Kronos 化合物晶体生长炉 EKZ 2700 / 3500 单晶炉技术参数 坩锅直径： 最大 508 mm （20寸）/ 660 mm （26寸） 晶体直径： 最大 220 mm / 300 mm 晶体长度： 最长 1.8 m / 2.5 m 装 料 量： 最大 120 kg / 200 kg 炉室直径： 约 790 mm / 940 mm 炉室高度： 约 1190 mm / 1680 mm 闸板阀直径：300 mm / 360 mm 副 室：开门式 / 开门式，管式 重量（单晶炉）：8000 kg / 9000 kg 重量（电源柜）：1600 kg / 1400 kg 重量（控制柜）：360 kg / 360 kg 坩锅传动单元 上升速度：0.02－200 mm/min / 0.02－200 mm/min 行 程：约 350 mm / 650 mm 旋转速度：0.5－35 rpm / 0.5－35 rpm 晶体传动单元 提拉速度：0.1－1000 mm/min / 0.1－1000 mm/min 旋转速度：0.5－35 rpm / 0.5－35 rpm 水，电，气 功 率：最大 220 KVA / 最大 300 KVA 工艺气体：最大 120 l/min / 最大 120 l/min 压缩空气：4－6 bar / 4－6 bar 水 压：最高 4 bar / 最高 4 bar 水 消 耗：最大 180 l/min / 最大 200 l/min 控制系统 自动化工艺 PLC/PC 控制，标准配置 选项 颗粒料加料系统 热场升级到20寸
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：
e光伏产业链流程及工艺设备
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，但工艺加工精度低于集成电路芯片的制造要求 晶体硅太阳能电池的制造工艺流程： （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0.3－0.5um。 （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。 太阳能电池组件生产工艺 1、电池检测—— 2、正面焊接—检验— 3、背面串接—检验— 4、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）—— 5、层压—— 6、去毛边（去边、清洗）—— 7、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）—— 8、焊接接线盒—— 9、高压测试——10、组件测试—外观检验—11、包装入库
加工工艺 单晶硅棒加工成单晶硅抛光硅片
单晶硅可以用于二极管级、整流器件级、电路级以及太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造，其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域，在军事电子设备中也占有重要地位。 在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。北京2008年奥运会将把“绿色奥运”做为重要展示面向全世界展现，单晶硅的利用在其中将是非常重要的一环。现在，国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段，正在向实际应用阶段过渡，太阳能硅单晶的利用将是普及到全世界范围，市场需求量不言而喻。 单晶硅产品包括φ3”----φ6”单晶硅圆形棒、片及方形棒、片，适合各种半导体、电子类产品的生产需要，其产品质量经过当前世界上最先进的检测仪器进行检验，达到世界先进水平。 相对多晶硅是在单籽晶为生长核，生长的而得的。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
单晶硅棒切片工艺详细流程-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
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。
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
单晶硅生产工艺 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。