单晶生产详细流程
单晶硅的生产工艺
单晶硅的生产工艺
单晶硅是一种高纯度的硅材料，广泛应用于太阳能电池、集成电路、半导体等领域。
它的制备过程主要包括三个步骤：原料准备、单晶生长和晶圆加工。
首先，原料准备是制备单晶硅的关键步骤。
通常使用的原料是金属硅，它的纯度需要达到99.9999%以上。
原料经过高温预处理，去除其中的杂质和气体。
然后将原料放入熔炉中，加热至高温，使其熔化成液态硅。
接下来是单晶生长阶段。
在熔融硅中加入少量的掺杂剂，以改变硅的性质。
然后，在特定的条件下，将种子晶体（通常是硅材料的小晶片）以特定的角度浸入熔融硅中。
通过缓慢提升或旋转种子晶体，可以在其上生长出一片完整的单晶硅。
在整个生长过程中，需要精确控制温度、气氛和流速等参数，以保证单晶的质量和形状。
最后是晶圆加工过程。
将生长好的单晶硅锯成薄片，通常称为晶圆。
晶圆表面会有一层氧化膜，需要通过化学腐蚀或机械抛光等方法去除。
然后，在晶圆表面通过光刻和腐蚀等工艺制作电路图案。
最后，进行离散元件的切割、测试和包装等步骤，得到最终的单晶硅产品。
总的来说，单晶硅的生产工艺是一个复杂而精细的过程。
在每个步骤中，需要严格控制工艺参数，以确保单晶硅的质量和性能。
随着技术的进步，单晶硅的生产工艺不断完善，产量和质量也在不断提高，为相关行业的发展提供了重要的支持。
单晶生产制造流程
Shank you !
再见！
三种炉型对比
西安炉、 西安炉、京 运通炉（ 运通炉（18 寸热场） 寸热场）
55KG 60KG 1100mm
汉虹炉（ 汉虹炉（20 寸热场） 寸热场） 投炉量 最大投炉量 6英寸晶棒长 英寸晶棒长
80KG 95KG 1600mm
三种炉型的晶棒
京运通炉与 西安炉，棒 长1100mm
三种炉型的晶棒
单晶生产制造流程
讲师： 讲师：梁超
总目录
单晶车间简介 单晶炉类型 单晶生产工艺流程 后道工序
单晶车间简介
生产经理
行政助理
生产主管 A生产班长 B生产班长
工艺工程师
PMC
设备主管
C生产班长
评估组长
维修A组
维修B组
维修C组
直拉甲组 直拉A组 直拉辅助
直拉乙组 直拉B组 直拉辅助
直拉丙组 直拉C组 直拉辅助
配料员 划线组 切段组 退火组
成品包装组
单晶炉类型
１、京运通炉 ２、汉虹炉 ３、西安炉
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京运通炉
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京运通炉触摸屏控制柜
汉虹炉
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汉虹炉控制柜
西安炉
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单晶生长工艺流程
１、备料（母合金称重、分料） ２、清炉 ３、装料 ４、抽空检漏 ５、化料 ６、挥发 ７、引晶 ８、放肩 ９、转肩 10、等径 11、收尾 12、冷却 13、取棒
返回总目录
备料－－母合金称重
返回目录
备料－－分料
返回目录
清炉
返回目录装料返回源自录抽空检漏化料返回目录
挥发
引晶(颈)
返回目录
放肩
单晶硅多晶硅的生产工艺以及性质特点培训
单晶硅多晶硅的生产工艺以及性质特点培训1. 简介单晶硅和多晶硅是用于制造半导体器件的重要材料。
本文将介绍单晶硅和多晶硅的生产工艺以及它们的性质特点。
2. 单晶硅的生产工艺单晶硅是由纯度极高的硅原料制成的。
下面是单晶硅的生产工艺步骤：2.1 原料准备原料准备阶段是整个生产过程的第一步。
常用的硅源包括硅石、三氯化硅等。
在这个阶段，硅源会经过多次加热、冷却和化学处理，以提高其纯度。
2.2 硅棒生长在硅棒生长阶段，通过将高纯度的硅溶液注入到石英坩埚中，然后慢慢降低温度，硅原料会逐渐结晶并形成硅棒。
这个过程需要精确的温度控制和其他参数调节，以确保硅棒的质量。
2.3 硅棒加工硅棒生长完成后，需要将其进行加工。
这个过程包括将硅棒切割成小块、研磨和抛光。
最终得到的是一系列小块的单晶硅片，它们可以用于制造半导体器件。
3. 多晶硅的生产工艺多晶硅与单晶硅不同，它的结晶结构是无序的。
下面是多晶硅的生产工艺步骤：3.1 原料准备多晶硅的原料准备阶段与单晶硅类似，也需要对硅源进行加热、冷却和化学处理，以提高纯度。
3.2 硅片生长在硅片生长阶段，通过将高纯度的硅原料加热至熔化状态，并引入掺杂物，在特定的温度和压力下，硅原料会结晶并形成多晶硅。
这个过程需要精确的温度和压力控制，以确保多晶硅的质量。
3.3 硅片加工多晶硅生长完成后，需要将其进行加工。
与单晶硅类似，多晶硅需要经过切割、研磨和抛光等步骤，以得到最终的多晶硅片。
4. 单晶硅和多晶硅的性质特点单晶硅和多晶硅在性质特点上有一些区别：4.1 结晶结构单晶硅具有有序的结晶结构，原子排列有规律，这使得单晶硅具有较高的电子迁移率和较低的电阻率。
多晶硅的结晶结构是无序的，原子排列无规律，电子迁移率和电阻率相对较低。
4.2 成本由于生产工艺的复杂性，单晶硅的生产成本相对较高。
多晶硅的生产成本相对较低。
4.3 应用范围单晶硅通常用于制造高性能的半导体器件，如集成电路和太阳能电池等。
多晶硅由于成本较低，通常用于制造一些低成本的半导体器件，如显示器件和光电器件等。
单晶硅生产工艺
单晶硅生产工艺单晶硅生产工艺是一种重要的制备方法，用于制造高纯度的单晶硅材料。
它在电子工业、光伏产业等领域有着广泛的应用。
本文将介绍单晶硅的生产工艺及其主要步骤。
单晶硅是由纯净的硅材料制成的，其主要原料是石英砂。
首先，经过物理和化学的处理，石英砂中的杂质被去除，以保证最终产品的高纯度。
这一步骤常常被称为净化或精炼过程。
接下来，经过矿山开采和选矿，石英砂被破碎成小颗粒，并通过浮选等方法将杂质与硅分离。
随后，石英粉末被送入高温石英炉。
在炉内，石英粉末通过升温和冷却的过程，使纯净的硅材料逐渐结晶成块状。
在晶体生长的过程中，需要维持稳定的温度和压力条件。
通常使用感应炉等加热设备来提供热能。
在此过程中，石英容器或若干种不同的晶体生长设备被使用。
静态法是目前最常用的单晶生长方法。
在这种方法中，石英产生的热能被保持在恒定的温度下，使石英坯体逐渐结晶成大片的单晶硅材料。
这种方法具有高度的可控性和较低的成本。
在单晶硅生长结束后，晶坯需要经过多个步骤的加工。
首先，晶体被切割成薄片，这些薄片被称为晶片。
晶片表面经过粗糙化处理，以提高其表面的光电转换效率。
接着，晶片需要进行蚀刻，以去除表面的污染物和缺陷。
蚀刻可以采用湿法或干法，具体的选择取决于生产过程的要求。
最后，晶片被切割成具有特定尺寸的硅片。
这些硅片可以使用在半导体行业中，如电子器件和集成电路的制造。
总之，单晶硅生产工艺是一系列精密的步骤，用于制备高纯度的单晶硅材料。
这些步骤包括石英砂的净化、晶体生长、晶片加工和硅片切割等。
通过这些步骤，可以得到适用于电子工业和光伏产业的高质量单晶硅材料。
单晶炉图解
Z单晶的生产流程如图:
CZ单晶的生产流程
本项目单晶硅棒主要的生产技术包括以下几个部分：
1）加料：将多晶硅原料及掺杂放入石英坩埚内，并根据导电类型而进行掺杂。
2）熔化：加完多晶硅原料于石英坩埚内后，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，那么效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。
7）开炉取料：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。
8）晶体测试。
9）检验包装出厂。
单晶硅片制作流程
单晶硅片制作流程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。
单晶硅电池生产工艺
单晶硅电池生产工艺单晶硅电池是一种常见的太阳能电池，它由纯度很高的单晶硅制成。
单晶硅电池的生产工艺可以分为以下几个主要步骤：1. 制备硅单晶体：首先需要制备高纯度的硅单晶体。
通常采用Czochralski法来制备纯度达到99.9999%以上的硅单晶体。
该方法是将高纯度的硅原料加热到液态，并通过旋转和拉升的过程，使硅单晶体逐渐形成。
形成的硅单晶体被称为硅锭。
2. 切割硅锭：硅锭经过一段时间的冷却和稳定后，可以进行切割。
切割硅锭的方法通常使用的是磨锯法，将硅锭切割成很薄的硅片，即硅片。
3. 清洗硅片：硅片切割完毕后，通常会在清洗液中进行清洗，去除表面的杂质和污渍。
清洗液一般使用酸性溶液，例如盐酸或硝酸等。
4. 表面处理：清洗过后的硅片进行表面处理，以去除可能对电池效率有影响的氧化层。
常用的表面处理方法有酸洗、碱洗和氢氟酸腐蚀等。
5. 去除硅片边角：硅片的边角较为尖锐，不利于后续的加工和组装。
因此需要通过切割或高温烧结的方法去除硅片的边角，使其变得光滑。
6. 电池片制备：经过上述步骤的硅片可以进行电池片的制备。
在电池片制备的过程中，需要在硅片上涂覆抗反射膜，以提高光吸收效率。
然后将导电网格层和金属背电极层刻蚀在硅片的正面和背面，以便收集和传导电流。
7. 检测和测试：制备完成的单晶硅电池需要进行各种测试和检测，以确保其质量和性能达到要求。
常用的测试参数包括开路电压、短路电流、填充因子和转换效率等。
8. 封装和组装：最后一步是将单晶硅电池进行封装和组装，以便将其用于太阳能电池板或其他应用中。
封装和组装的过程包括将电池片与透明材料和支撑材料粘合在一起，以保护电池片，并确保其正常工作。
以上是单晶硅电池的主要生产工艺。
随着技术的不断发展和改进，制备单晶硅电池的工艺也在不断优化，以提高电池的效率和质量。
半导体晶体制备
半导体晶体的制备主要包括单晶制备和晶圆制备两个步骤。
单晶制备的方法主要有：
从熔体中拉制单晶：使用与熔体相同材料的小单晶体作为籽晶，当籽晶与熔体接触并向上提拉时，熔体依靠表面张力也被拉出液面，同时结晶出与籽晶具有相同晶体取向的单晶体。
区域熔炼法制备单晶：使用一籽晶与半导体锭条在头部熔接，随着熔区的移动，结晶部分即成单晶。
从溶液中再结晶。
从汽相中生长单晶：包括液相外延和汽相外延两种方法。
液相外延是将所需的外延层材料溶于某一溶剂成饱和溶液，然后将衬底浸入此溶液，逐渐降低其温度，溶质从过饱和溶液中不断析出，在衬底表面结晶出单晶薄层。
汽相外延生长则是用包含所需材料为组分的某些化合物气体或蒸汽通过分解或还原等化学反应淀积于衬底上。
晶圆制备的过程则包括切割、抛光和清洗等步骤。
首先，将生长好的晶体进行切割，得到薄片状的晶圆。
然后，通过机械和化学方法对晶圆进行抛光，以获得平整的表面。
最后，对晶圆进行清洗，去除表面的杂质和污染物。
在制备过程中，还可能涉及到掺杂的步骤，掺杂是为了改变半导
体材料的导电性能，通常将杂质原子引入晶体中。
掺杂分为两种类型：n型和p型。
n型半导体是通过掺入少量的五价元素（如磷）来增加自由电子的浓度，而p型半导体则是通过掺入少量的三价元素（如硼）来增加空穴的浓度。
掺杂可以通过不同的方法实现，如扩散、离子注入和分子束外延等。
以上是半导体晶体制备的简要步骤和方法，实际制备过程可能因材料、设备和技术等因素而有所不同。
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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
切断：目的是切除单晶硅棒的头部、尾部及超出客户规格的部分，将单晶硅棒分段成切片设备可以处理的长度，切取试片测量单晶硅棒的电阻率含氧量。
切断的设备：内园切割机或外园切割机
切断用主要进口材料：刀片
外径磨削：由于单晶硅棒的外径表面并不平整且直径也比最终抛光晶片所规定的直径规格大，通过外径滚磨可以获得较为精确的直径。
外径滚磨的设备：磨床
平边或V型槽处理：指方位及指定加工，用以单晶硅捧上的特定结晶方向平边或V型。
处理的设备：磨床及X－RAY绕射仪。
切片：指将单晶硅棒切成具有精确几何尺寸的薄晶片。
切片的设备：内园切割机或线切割机
倒角：指将切割成的晶片税利边修整成圆弧形，防止晶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。
倒角的主要设备：倒角机
研磨：指通过研磨能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。
研磨的设备：研磨机（双面研磨）
主要原料：研磨浆料（主要成份为氧化铝，铬砂，水），滑浮液。
腐蚀：指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。
腐蚀的方式：（A）酸性腐蚀，是最普遍被采用的。
酸性腐蚀液由硝酸（HNO3），氢氟酸（HF），及一些缓冲酸（CH3COCH，H3PO4）组成。
（B）碱性腐蚀，碱性腐蚀液由KOH或NaOH加纯水组成。
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。
抛光的设备：多片式抛光机，单片式抛光机。
抛光的方式：粗抛：主要作用去除损伤层，一般去除量约在10－20um；
精抛：主要作用改善晶片表面的微粗糙程度，一般去除量1um以下
主要原料：抛光液由具有SiO2的微细悬硅酸胶及NaOH（或KOH或NH4OH）组成，分为粗抛浆和精抛浆。
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。
清洗的方式：主要是传统的RCA湿式化学洗净技术。
主要原料：H2SO4，H2O2，HF，NH4HOH，HCL
（3）损耗产生的原因
A.多晶硅--单晶硅棒
多晶硅加工成单晶硅棒过程中：如产生损耗是重掺埚底料、头尾料则无法再利用，只能当成冶金行业如炼铁、炼铝等用作添加剂；如产生损耗是非重掺埚底料、头尾料可利用制成低档次的硅产品，此部分应按边角料征税。
重掺料是指将多晶硅原料及接近饱和量的杂质（种类有硼，磷，锑，砷。
杂质的种类依电阻的N或P型）放入石英坩埚内溶化而成的料。
重掺料主要用于生产低电阻率（电阻率＜0.011欧姆／厘米）的硅片。
损耗：单晶拉制完毕后的埚底料约15％。
单晶硅棒整形过程中的头尾料约20％。
单晶整形过程中（外径磨削工序）由于单晶硅棒的外径表面并不平整且直径也比最终抛光晶片所规定的直径规格大，通过外径磨削可以获得较为精确的直径。
损耗约10％-13％。
例：
4英寸5英寸
标称直径100mm 125mm
拉晶直径106mm 131mm
磨削损耗12.36% 9.83%
拉制参考损耗0.70% 0.80%
合计损耗13.06% 10.63%
此外，由于单晶硅的电阻率范围、电阻率均匀性、杂质种类、缺陷状态等参数在不同客户的要求下，都会对成品的实收率有影响，即使是同一规格的产品，不同厂家生产该产品的合格率也会不同。
一般来讲，由于晶体质量原因造成的损耗率为7．5％。
从多晶硅--单晶硅棒总损耗率：4英寸约为45．3％
5英寸约为43．8％
B、单晶硅棒--单晶硅抛光片
单晶硅棒加工成单晶硅抛光片过程中损耗主要在切片工序，如采用内园切割机在切割过程中由于刀片的研磨及切片过程中刀片的摆动造成。
此间的损耗约34％-35％，因此刀片质量是关键，刀片越薄损耗越小。
例：
4英寸5英寸
切片刀厚310+-25 380+-25
硅片厚度650 750
损耗率34% 35%
其他工序的净损耗从切片到最终抛光，此间损耗约16.67%-19.23%。
例：
4英寸5英寸
切片厚度650 750
抛光厚度525 625
损耗率19.23% 16.67%
从单晶硅棒到抛光片的损耗还包括切片过程中的崩边、裂缝，磨片过程中的碎片和缺口，碱腐蚀过程中的沾污、花斑，抛光等过程中的碎片划伤造成的损耗，具体如下：切片5％、倒角1％、磨片5％、腐蚀2％、退火2％、抛光5％、清洗2％，此间损耗率约20％
从单晶硅棒--单晶硅抛光片的总损耗率：4英寸约为57．4％
5英寸约为56.7％。