多晶铸锭培训教材
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铸锭培训教材
SIH2CL2
SIHCL3
SICL4氯气
SICL 4
SIH2CL2
SIHCL SICL4 3
再分配反应
SIHCL3
氢化料分离
SIH2CL S2IHCL3
SIH2CL2、SIHCL3 分离提纯
SIH2CL2 再分离反应器
SICL4 SICL4
SIHCL 3SIH2CL2
SICL4 、SIH2CL2、 SIHCL3分离提纯
高纯多晶硅是制备单晶硅和铸造多晶硅的原料，也是半导体和太阳能光伏产业的物质基础。按纯度可分为冶金 级太阳能级和电子级： （1）冶金级硅：即金属硅，呈多晶状态，纯度一般在95%-99%。对于半导体工业而言，杂质含量太多，主要为C、B、 P等非金属杂质和Fe、Al等金属杂质，所以它只能作为冶金工业的添加剂。
多晶硅片生产主要流程
硅料
硅锭
切方
切片
硅片
多晶铸锭工艺流程图
硅料准备
回收料 纯料
坩埚准备
检测
喷砂 酸洗 免洗
清洗
配料
喷涂
烧结
坩 埚 装 料
DSS 炉铸
锭
铸 锭 完 成
回收硅料的表面处理
• 铸锭需要干净的硅料，目前除去硅料表面的杂质主要有两种方法： • 机械方法：打磨、喷砂
首先对硅料进行分类：非常干净的免洗硅料直接送去配料；无黑斑、无机械杂质 的硅料和多晶T2料不需要进行打磨、喷砂，可直接进行清洗；多晶边角料和尾料 等其它有大量杂质、氮化硅或石英嵌入在硅料的表面，对这种硅料应先进行打磨， 将杂质、氮化硅和石英充分去除干净后再去进行喷砂处理；对于表面有少量杂质 的硅料可直接进行喷砂。
• 化学方法：酸洗、清洗。 • 硅料表面氧化、镀膜、刻字、粘胶等难以处理的拿去酸洗。 • 酸洗主要使用HNO3、HF等强酸。 • 喷砂之后的硅料、表面轻微脏污的硅料拿去清洗。先用强碱（KOH等）清洗，再用
多晶铸锭生产工艺培训
元素 平衡分配系数
浙江昱辉阳光能有有限公司
B 0.8
P 0.35
C 0.07
O 1.25
Fe 8×10-5
Co 8×10-4
Ni 3×10-7
17
杂质元素和微缺陷沿硅锭高度的分布
1
4
2
5
3
1、少子寿命分布 2、金属元素（Fe）分布 3、缺陷密度分布 4、氧分布 5、碳分布
浙江昱辉阳光能有有限公司
18
7
预清洗、脱胶
浙江昱辉阳光能有有限公司
8
硅片清洗
浙江昱辉阳光能有有限公司
9
硅片检验
浙江昱辉阳光能有有限公司
10
一 多晶硅锭的组织结构与结晶炉热场 二 定向凝固时硅中杂质的分凝 三 定向凝固生长方法 四 多晶铸锭作业流程 五 硅锭、硅块性能检测
浙江昱辉阳光能有有限公司
11
一、多晶硅锭的组织结构与结晶炉热场
浙江昱辉阳光能有有限公司
13
5、定向凝固：长晶要求固-液界面处的温度梯度大于0，横向则要求尽可能小的温度梯 度；温度梯度和热流保持在垂直方向上，从而形成定向生长的柱状晶。
图1.1 GT多晶炉热场结构示意图
图1.1 ALD多晶炉热场结构示意图
浙江昱辉阳光能有有限公司
14
6、硅结晶的特点：与一般金属不同，硅的不同晶面自由能不相同，表面自由能最低的晶 面会优先生长，特别是由于杂质的存在，晶面吸附杂质改变了表面自由能，所以多晶硅柱 状晶生长方向基本垂直，但常伴有分枝晶。 7、长晶速度：即结晶生长前沿的移动速度，取决于热场的变动，是综合控制晶体生长素 的和质量的最重要工艺数据。降低液相温度梯度可提高晶体生长速度；提高固相温度梯度 可提高晶体生长速度，但温度梯度过大，会使热应力过大，引起位错密度增加，造成内裂 纹。
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B 0.8
P 0.35
C 0.07
O 1.25
Fe 8×10-5
Co 8×10-4
Ni 3×10-7
17
杂质元素和微缺陷沿硅锭高度的分布
1
4
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3
1、少子寿命分布 2、金属元素（Fe）分布 3、缺陷密度分布 4、氧分布 5、碳分布
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7
预清洗、脱胶
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8
硅片清洗
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9
硅片检验
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10
一 多晶硅锭的组织结构与结晶炉热场 二 定向凝固时硅中杂质的分凝 三 定向凝固生长方法 四 多晶铸锭作业流程 五 硅锭、硅块性能检测
浙江昱辉阳光能有有限公司
11
一、多晶硅锭的组织结构与结晶炉热场
浙江昱辉阳光能有有限公司
13
5、定向凝固：长晶要求固-液界面处的温度梯度大于0，横向则要求尽可能小的温度梯 度；温度梯度和热流保持在垂直方向上，从而形成定向生长的柱状晶。
图1.1 GT多晶炉热场结构示意图
图1.1 ALD多晶炉热场结构示意图
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14
6、硅结晶的特点：与一般金属不同，硅的不同晶面自由能不相同，表面自由能最低的晶 面会优先生长，特别是由于杂质的存在，晶面吸附杂质改变了表面自由能，所以多晶硅柱 状晶生长方向基本垂直，但常伴有分枝晶。 7、长晶速度：即结晶生长前沿的移动速度，取决于热场的变动，是综合控制晶体生长素 的和质量的最重要工艺数据。降低液相温度梯度可提高晶体生长速度；提高固相温度梯度 可提高晶体生长速度，但温度梯度过大，会使热应力过大，引起位错密度增加，造成内裂 纹。
2023年铸锭车间SOP培训教材
TEAM
铸锭车间SOP培训
SOP training for ingot casting workshop
REPORT-Grey
2023/8/28 星期一
安全操作规程 设备操作流程 质量管理要点 生产流程控制 异常情况处理
目录
01
安全操作规程
Safety operating procedures
铸锭车间入场检查
2.清洗锤头：浸泡、刷洗、全面清洁
清洗步骤：将锤头放置在清洗槽中，使用适量的清洁剂浸泡锤头。使用合适的刷子或软布蘸取清洁剂在锤头表面轻轻刷洗。确保彻底清洗锤头的每个部分，包括头部、柄和其他外部附件。
3.冲洗和净化锤头
冲洗和净化：将清洗干净的锤头取出并冲洗干净，确保清洗剂完全清除。将锤头放置在通风良好的区域晾干或使用吹风机吹干以确保彻底干燥。在使用锤头之前，可用消毒液或酒精清洁锤头以达到彻底净化的目的。
原材料检验标准优化生产流程
此外，执行原材料检验标准可以优化生产流程。在原材料的使用过程中，可能会面临原材料级别过多、质量不稳 定等问题，这可能导致生产过程中出现无法预期的偏差。通过充分检验原材料，可以及早发现潜在的问题，并及 时采取措施纠正。这不仅可以加强生产过程的控制，还能降低不必要的成本和资源的浪费，提高生产效率和产品
不良品处理流程
其次，通过与其他相关部门（如质量部门、生产调度部门等）进行沟通，确保对不良品原因的全面了解和准确判断。 在不良品原因确定后，应及时采取针对性的纠正措施，以防止类似问题再次发生。
接下来，对不良品进行分类，并按照公司内部的不良品管理制度进行处置。这可能包括退换、修复、报废等不同处 理方式，具体根据不良品的性质和影响程度来决定。
设备维护
1. 定期检查设备：根据设备厂家的要求和操作手册，制 定定期检查计划，包括设备的润滑、清洁、紧固螺丝、 换油等维护工作。通过定期检查，可以及时发现设备存 在的问题，减少故障发生的可能性。 2. 故障排除与维修：在设备运行过程中，如出现异常现 象或故障，需要及时进行排查，找出问题所在并采取相 应措施进行修复。为了避免瞎猜测或犯错，操作人员应 该按照规定的维修步骤和操作方法进行处理，确保设备 在最短时间内恢复正常运行。 3. 预防性维护：除了定期检查和故障维修外，还应实施 预防性维护措施，以延长设备的使用寿命和提高设备的 可靠性。例如，定期更换易损件、进行设备调整和校准、 定期清洗设备内部等。预防性维护可以减少设备故障率， 保证设备的稳定运行。 4. 设备记录与报告：操作人员需要及时记录设备的维护 情况、故障处理情况和维修记录等。这样可以方便后续
铸锭车间SOP培训
SOP training for ingot casting workshop
REPORT-Grey
2023/8/28 星期一
安全操作规程 设备操作流程 质量管理要点 生产流程控制 异常情况处理
目录
01
安全操作规程
Safety operating procedures
铸锭车间入场检查
2.清洗锤头：浸泡、刷洗、全面清洁
清洗步骤：将锤头放置在清洗槽中，使用适量的清洁剂浸泡锤头。使用合适的刷子或软布蘸取清洁剂在锤头表面轻轻刷洗。确保彻底清洗锤头的每个部分，包括头部、柄和其他外部附件。
3.冲洗和净化锤头
冲洗和净化：将清洗干净的锤头取出并冲洗干净，确保清洗剂完全清除。将锤头放置在通风良好的区域晾干或使用吹风机吹干以确保彻底干燥。在使用锤头之前，可用消毒液或酒精清洁锤头以达到彻底净化的目的。
原材料检验标准优化生产流程
此外，执行原材料检验标准可以优化生产流程。在原材料的使用过程中，可能会面临原材料级别过多、质量不稳 定等问题，这可能导致生产过程中出现无法预期的偏差。通过充分检验原材料，可以及早发现潜在的问题，并及 时采取措施纠正。这不仅可以加强生产过程的控制，还能降低不必要的成本和资源的浪费，提高生产效率和产品
不良品处理流程
其次，通过与其他相关部门（如质量部门、生产调度部门等）进行沟通，确保对不良品原因的全面了解和准确判断。 在不良品原因确定后，应及时采取针对性的纠正措施，以防止类似问题再次发生。
接下来，对不良品进行分类，并按照公司内部的不良品管理制度进行处置。这可能包括退换、修复、报废等不同处 理方式，具体根据不良品的性质和影响程度来决定。
设备维护
1. 定期检查设备：根据设备厂家的要求和操作手册，制 定定期检查计划，包括设备的润滑、清洁、紧固螺丝、 换油等维护工作。通过定期检查，可以及时发现设备存 在的问题，减少故障发生的可能性。 2. 故障排除与维修：在设备运行过程中，如出现异常现 象或故障，需要及时进行排查，找出问题所在并采取相 应措施进行修复。为了避免瞎猜测或犯错，操作人员应 该按照规定的维修步骤和操作方法进行处理，确保设备 在最短时间内恢复正常运行。 3. 预防性维护：除了定期检查和故障维修外，还应实施 预防性维护措施，以延长设备的使用寿命和提高设备的 可靠性。例如，定期更换易损件、进行设备调整和校准、 定期清洗设备内部等。预防性维护可以减少设备故障率， 保证设备的稳定运行。 4. 设备记录与报告：操作人员需要及时记录设备的维护 情况、故障处理情况和维修记录等。这样可以方便后续
铸锭基础知识培训
一、多晶硅简介•性质：灰色金属光泽。
密度2.32~2.34。
熔点1410℃。
•沸点2355℃。
溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝•酸和盐酸。
硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时•易碎裂。
加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显•变形。
常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。
高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。
具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。
电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。
由干燥硅粉与干燥氯化氢气体在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。
•多晶硅是单质硅的一种形态。
熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。
多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。
例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。
在化学活性方面，两者的差异极小。
多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。
二、坩埚简介•单晶炉使用石英玻璃坩埚主要成分是单一高纯度的二氧化硅（SiO2 ）•多晶铸锭炉多使用石英陶瓷坩埚主要化学成分为二氧化硅（SiO2 ）99.0%三氧化二铝（Al2O3）0.5%氧化钙（CaO）0.5%陶瓷坩埚的软化温度高达1700℃，且在此温度以下不会发生翘曲，尺寸稳定性和一致性非常好，而多晶硅铸锭的最高温度为1540℃，所以在多晶硅提纯和定向结晶中使用陶瓷坩埚效果较好。
三、多晶硅铸锭炉的工作原理：将多晶硅料装入有涂层的坩埚内后放在定向凝固块上，关闭炉膛后抽真空，加热待硅料完全熔化后，隔热笼缓慢往上提升，通过定向凝固块将硅料结晶时释放的热量辐射到下炉腔内壁上，使硅料中形成一个竖直温度梯度。
多晶铸锭车间作业指导书
3.1.10.检查溢流线是否有翘起、断开，是否在溢流孔的正下方。
3.1.11.检查陶瓷片是否有碎掉的，碎掉的及时更换，加热器与隔热层之间电阻不小于3KΩ•cm。
3.1.12.检查各阀门是否能正常开启。
3.1.13.查看主参数是否正确。
3.1.14.检查配方是否正确
3.2装炉作业指导
3.2.1.坩埚内料的高度不能超过坩埚护板的高度，加上盖板后盖板不能碰到硅料，装护板需2人操作，一人扶好护板，防止脱落。
5.4.断电处理：在运行中突然断电，炉温会快速下降。在断电窗口中点静音，并记下断电时的功率、温度、点暂停，进入模式界面，在真值表中将加热模式改为功控模式，并把功率设定值设定为断电时功率值加5%-10%，当温度快上升到断电时的温度时，把加热模式改为断电时的加热控制模式，点“继续运行”继续配方运行。
5.5.断水处理：当发生断水时，会弹出断水警告窗口，若20秒内未来水，将自动断电。断水报警可以分两种情况处理：1、一路断水，可将临界值改为0，防止断电，5分钟内修复流量计，然后重新运行。2、全部断水，则说明冷却水源发生故障，则需要紧急启动备用水源，确保炉体供水正常。
3.4.8.冷却阶段，功率慢慢下降至零，隔热层缓慢提升至350mm，温度曲线平稳下降。至400℃以下时，准备出炉。
3.5出炉
出炉前的准备工作
a)准备好叉车，确认电量是不是符合出锭要求。
b)准备好劳保用具，如高温手套等。
c)保证至少2人作业，1人开叉车，1人在叉车后方注意叉车左右前后位置，以免发生碰撞。
4.1.出炉时佩戴好劳保用品，防止烫伤。
4.2.加热前仔细检查配方主参数是否正确，准确无误后再开始加热。
4.3.熔化阶段保证硅料充分熔化。
4.4.长晶阶段曲线平稳，有异常要及时发现，同时多观察溢流窗口。
3.1.11.检查陶瓷片是否有碎掉的，碎掉的及时更换，加热器与隔热层之间电阻不小于3KΩ•cm。
3.1.12.检查各阀门是否能正常开启。
3.1.13.查看主参数是否正确。
3.1.14.检查配方是否正确
3.2装炉作业指导
3.2.1.坩埚内料的高度不能超过坩埚护板的高度，加上盖板后盖板不能碰到硅料，装护板需2人操作，一人扶好护板，防止脱落。
5.4.断电处理：在运行中突然断电，炉温会快速下降。在断电窗口中点静音，并记下断电时的功率、温度、点暂停，进入模式界面，在真值表中将加热模式改为功控模式，并把功率设定值设定为断电时功率值加5%-10%，当温度快上升到断电时的温度时，把加热模式改为断电时的加热控制模式，点“继续运行”继续配方运行。
5.5.断水处理：当发生断水时，会弹出断水警告窗口，若20秒内未来水，将自动断电。断水报警可以分两种情况处理：1、一路断水，可将临界值改为0，防止断电，5分钟内修复流量计，然后重新运行。2、全部断水，则说明冷却水源发生故障，则需要紧急启动备用水源，确保炉体供水正常。
3.4.8.冷却阶段，功率慢慢下降至零，隔热层缓慢提升至350mm，温度曲线平稳下降。至400℃以下时，准备出炉。
3.5出炉
出炉前的准备工作
a)准备好叉车，确认电量是不是符合出锭要求。
b)准备好劳保用具，如高温手套等。
c)保证至少2人作业，1人开叉车，1人在叉车后方注意叉车左右前后位置，以免发生碰撞。
4.1.出炉时佩戴好劳保用品，防止烫伤。
4.2.加热前仔细检查配方主参数是否正确，准确无误后再开始加热。
4.3.熔化阶段保证硅料充分熔化。
4.4.长晶阶段曲线平稳，有异常要及时发现，同时多观察溢流窗口。
多晶铸锭资料123
3、实际生产中固液界面还存在一个溶质富集层，杂质的分 配系数还与该富集层的厚度、杂质的扩散速度、硅液的 对流强度及晶体生长速度均有关，引入有效分配系数K’ 来表示：
K ’ =K/[K+(1-K)exp(-Rδ/DL)] 式中:K’ 有效分配系数, K 平衡分配系数, R 生长速度cm/s, δ 溶质富集层厚度（固液界面的扩散层）cm （0.005-0.05）, DL 扩散系数cm2/s R或δ趋近于0，K’趋近于K时，最大程度提 纯。 R趋近于∞，K’趋近于1时，无提纯作用。
二、太阳电池多晶硅锭的组织结构
柱 状 晶 结 构 多 晶 硅 锭 的
三、定向凝固时硅中杂质的分凝
1、太阳电池硅锭的生长也是一个硅的提纯过程，是基于 杂质的分凝效应进行的。如下图所示，一杂质浓度为C0 的组分，当温度下降至T’’时，其固液界面处固相侧的杂质 浓度为C*S。
三、定向凝固时硅中杂质的分凝
七、坩埚设备
一、涂层材料
制备铸造多晶硅时 ，在原料熔化、晶体生长过程中， 硅熔体和坩埚长时间接触会产生黏滞性。由于两种材料 的热膨胀系数不同，如果硅材料和坩埚壁结合紧密，在 晶体冷却时很可能造成晶体硅或坩埚破裂。而硅熔体和 坩埚的长时间接触还会造成陶瓷坩埚的腐蚀，使多晶硅 中的氧浓度升高。为了解起这些问题， 工艺上一般采 用Si3N4等材料作为涂层附在坩埚的内壁，隔离硅熔体 和坩埚的直接接触，不仅解决了黏滞问题， 而且可以 降低多晶硅中的氧、 炭 杂质浓度。 利用定向凝固技 术生长的铸造多晶硅， 多数情况下坩埚是消耗品，不 能重复循环使用，即一炉多晶硅需要一只陶瓷坩埚。 采用Si3N4涂层可使陶瓷坩埚得到重复使用，降低了生 产成本。
保温框 热源 坩埚 液固界面
石墨块
隔热板 （防止不锈钢炉底过热）
K ’ =K/[K+(1-K)exp(-Rδ/DL)] 式中:K’ 有效分配系数, K 平衡分配系数, R 生长速度cm/s, δ 溶质富集层厚度（固液界面的扩散层）cm （0.005-0.05）, DL 扩散系数cm2/s R或δ趋近于0，K’趋近于K时，最大程度提 纯。 R趋近于∞，K’趋近于1时，无提纯作用。
二、太阳电池多晶硅锭的组织结构
柱 状 晶 结 构 多 晶 硅 锭 的
三、定向凝固时硅中杂质的分凝
1、太阳电池硅锭的生长也是一个硅的提纯过程，是基于 杂质的分凝效应进行的。如下图所示，一杂质浓度为C0 的组分，当温度下降至T’’时，其固液界面处固相侧的杂质 浓度为C*S。
三、定向凝固时硅中杂质的分凝
七、坩埚设备
一、涂层材料
制备铸造多晶硅时 ，在原料熔化、晶体生长过程中， 硅熔体和坩埚长时间接触会产生黏滞性。由于两种材料 的热膨胀系数不同，如果硅材料和坩埚壁结合紧密，在 晶体冷却时很可能造成晶体硅或坩埚破裂。而硅熔体和 坩埚的长时间接触还会造成陶瓷坩埚的腐蚀，使多晶硅 中的氧浓度升高。为了解起这些问题， 工艺上一般采 用Si3N4等材料作为涂层附在坩埚的内壁，隔离硅熔体 和坩埚的直接接触，不仅解决了黏滞问题， 而且可以 降低多晶硅中的氧、 炭 杂质浓度。 利用定向凝固技 术生长的铸造多晶硅， 多数情况下坩埚是消耗品，不 能重复循环使用，即一炉多晶硅需要一只陶瓷坩埚。 采用Si3N4涂层可使陶瓷坩埚得到重复使用，降低了生 产成本。
保温框 热源 坩埚 液固界面
石墨块
隔热板 （防止不锈钢炉底过热）
多晶硅原生硅料的铸锭与电池片的性能参数讲解
3、负的电阻率温度系数
硅材料在温度升高的情况下电阻率是下降的，而金属的特性却相反，温度升高， 电阻率是上升的。
4、整流特性
可以将N型导电材料和P型导电材料组成P-N结，形成单项导电，二极管等电 子晶体管就是根据这个特性制作的。 5、光电特性 半导体硅在太阳光照的情况下产生光生电荷载流子效应，电荷载流子定向移 动产生电流。我们也是根据这个特性才做成电池片进行太阳能率特性
电阻率在杂质、光电磁等因素的影响下，可以产生较大范围的波动，半导体 材料的电阻率一般在10E-5---10E8，原生硅料的电阻率是非常大的，可以说几乎 不导电，然而在加入杂质时电阻率大大下将，我们太阳能硅片的电阻率一般要求 在0.5—3之间。为什么电阻率要处于0.5—3之间呢？这是因为还有另外一个非常 重要的电学性能—少数载流子的浓度和寿命在约束。
2、导电特性
硅中存在两种导电的载流子，一种是电子，为带负电的载流子；另一种为空 穴，为带正电的载流子。在普通金属中只有电子来导电，而在硅材料中却存在两 种载流子在导电。在塑料橡胶等物质中是没有导电类介质的，所以是绝缘体。纯 的硅在没有参杂以前，材料中的电子和空穴的浓度时相等的，当人为进行参杂时 ，如果能使其电子的浓度大于空穴的浓度时，我们称为N型半导体，此时的电子 成为多数载流子，空穴成为少数载流子；当材料中的空穴浓度大于电子浓度时， 就是P型半导体材料，此时材料中的空穴为多数载流子，电子则是少数载流子。
硅料的种类、以及清洗对硅锭的影响
硅料中由于粗硅中可能含有碳元素而在提纯是残留在原 生多晶硅中，碳元素和硅本身为同族元素，对硅的电学性能 没有多大的影响，但碳会和硅在敢问下形成碳化硅颗粒，碳 化硅就是切片车间用来切割硅锭的砂浆，硬度非常大，如果 碳化硅颗粒沉淀在硅锭中，在切片时就可能引起断线。这个 硬质点不仅会引起断线，如果不断线也会出现跳线，硅片上 必然会出现划痕，硅片就不合格，而且这个影响不止会影响 一片硅片，可能会影响好几片。