半导体制造技术实践总结

半导体制造技术实践总结报告

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2014 年春季学期

一、实践目的

通过生产实习学习半导体器件与集成电路相关制造工艺原理，掌握半导体工艺设备的结构原理、操作方法和半导体制造工艺技术以及工艺过程测试与分析方法，并学以致用、理论联系实际，巩固和理解所学的理论知识。同时了解半导体器件和集成电路的新工艺和新技术，积累实践知识，拓宽专业知识面，为器件和集成电路的设计与制造奠定基础。另外，培养在实际生产过程中发现问题、分析问题、解决问题和独立工作的能力，增强综合实践能力，建立劳动观念、实践观念和创新意识，树立实事求是、严肃认真的科学态度，提高综合素质。同时生产实践也是了解本专业发展现状、把握科技前沿脉搏和半导体相关专业理论知识在生产实际中应用状况的重要课堂，开阔专业视野，拓宽专业知识面。从而巩固专业思想，明确努力方向。

二、实践安排

三、实践过程和具体内容

学习太阳能电池板的制作过程来了解各个工艺步骤，帮助巩固所学理论知识，初步了解半导体器件的生产实际，提高知识应用和实际动手能力。

1、太阳能电池工作原理

太阳能电池板是通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能的装置，大部分太阳能电池板的主要材料为“硅”。太阳电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原

理基本相同，现以晶体硅为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N 型硅，形成P-N结。

当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。

一、太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。

（1）光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍。一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为2000～2500美元。因此，适用小规模特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。

（2）光—电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用的太阳能电池组，这是其它电源无法比拟的

图3-1 太阳能电池板成品

制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电转换效应。

图3-2 太阳能电池板的工作原理

图3-2所示为太阳电池的基本结构，从上到下依次为：上电极和栅线、减反射膜（图上未显示）、N型区、PN结、P型区以及下电极。

太阳电池板分类主要有以下几种：

晶体硅电池板：多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池。

非晶硅电池板：薄膜太阳能电池、有机太阳能电池。

化学染料电池板：染料敏化太阳能电池。

柔性太阳能电池

图3-3 太阳电池生产工艺步骤

工艺步骤按照电池结构可分为：硅片清洗和表面制绒——扩散制结——去磷硅玻璃——等离子刻蚀——减反射膜制备——丝网印刷——烧结。

第一步硅片清洗和表面制绒。

图3-4 绒面

单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每立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。硅片表面织构化方法比较多，主要有刻槽、化学腐蚀等。其中化学腐蚀方法工艺简单，成本低廉，适用于大规模工业生产，是当前研究热点之一。化学腐蚀也成为湿法腐蚀，就是将晶片置于液态的化学腐蚀液中进行腐蚀。其腐蚀过程与一般化学反应相同。在腐蚀过程中，

腐蚀液将把它所接触到的材料浸蚀溶掉。

单晶硅的绒面制作是采用择优腐蚀的方法来完成的。一般步骤为：

1、NaOH 清洗损伤层。在40 L 去离子水+800 g NaOH 粉末+750 ml 异丙醇的混合液中超声波清洗，水温80℃左右，清洗10分钟。这一步的主要作用是去除表面损伤层，减薄硅片厚度。硅片在碱溶液中会发生的化学反应为 ↑+→++232222H SiO Na O H NaOH Si

2、去离子水清洗2遍。先用热水清洗，水温70~80℃；再用冷水清洗（20L 水）。这一步主要是洗掉硅片表面残留的第1步的去损伤层液体。

3、制绒。20 L 去离子水+300 g NaOH+400 g Na 2SiO 3+1 L 异丙醇的混合溶液，水温80℃左右，把硅片放入其中反应30分钟。在这里所加入的异丙醇为表面活性添加剂，如果只用碱溶液来腐蚀单晶硅表面，做出的金字塔型绒面并不均匀，原因是硅表面的可沾性较差，所以通常加入表面活性添加剂来曾加单晶硅表面的可沾性，同时也能提供OH -离子，促进单晶硅表面织构化的充分进行。

4、去离子水清洗2遍。先用热水清洗，水温70~80℃；再用冷水清洗（20L 水）。去除第3步残留液。

5、HF 清洗。把硅片放入20L 去离子水+0.4L HF 的混合液中，水温80℃左右，反应6分钟。

6、去离子水清洗2遍。先用热水清洗，水温70~80℃；再用冷水清洗（20L 水）。去除第5步残留液。

7、HCl 清洗。把硅片放入20L 去离子水+2L HCl 的混合液中，常温下，反应6分钟。

8、去离子水清洗2遍。冷水清洗2次（20L 水）。去除第7步残留液。 第二步 扩散制结。