半导体技术应用于太阳能.ppt

第三代半导体清洗技术及 在太阳能电池领域的应用,北京中联科利行销部 2008年4月12日,半导体清洗技术的发展,半导体清洗技术发展史,硅片的尺寸发展,CPU芯片发展,存储器芯片发展,半导体清洗技术 发展,CUC,半导体清洗设备的发展趋势,半导体清洗设备的发展是依据硅片尺寸变大及工艺技术的进步而不断提高的: 从手动设备发展到自动有花篮设备是为适应工厂大批量生产； 从自动有花篮设备发展到自动无花篮设备是为提高清洗效果； 从自动无花篮设备发展到单晶圆清洗设备是为适应12寸IC芯片清洗；,CUC,半导体清洗技术的发展,半导体清洗设备的发展,70 80年代，以旧工艺为代表、手动操作式的清洗机为第一代清洗设备，无药液自动补偿控制。 80 90年代，以RCA工艺技术为基础、采用PLC控制的自动硅片清洗机为第二代清洗设备。 90 00年代，无花篮式自动处理设备及改良型RCA工艺使用，针对大尺寸硅片，达到高清洗效果的清洗机为第三代清洗设备。 21世纪 ，基于第三代清洗技术、采用机能水工艺以满足低于0.1m线宽、低K值、多层配线等生产工艺要求的自动硅片清洗机，挑战湿法清洗工艺的极限。,CUC,半导体湿法工艺面临的挑战,湿法工艺的发展焦点主要集中在： 降低缺陷率：主要指particle去除数目和效率； 选择比：根据化学药液对不同材料的刻蚀速度不同来达到既刻蚀目标又不损伤图形、衬 底、或衬底上的薄膜（由药液的种类改良而定）的目的； 表面处理的均一性； 湿法工艺面临的挑战： 在半导体芯片集成度约来越高，线宽越来越小的情况下，如何无损伤去除颗粒是要面临的关键问题； 传统化学清洗药液导致介电常数显著变化和对薄膜结构的构成损伤 ，很难维持低k材料的电介常数； 单片喷淋清洗设备在12寸IC芯片的制造过程中被广泛使用，清洗效果好，无交叉污染问题及节省药液。,CUC,第三代半导体清洗设备的优势对比,CUC,第三代半导体清洗设备的优势总结,CUC,CUC第三代清洗技术方案特点,中联科利的设备解决方案： 1、环境改良 气流控制技术的应用（层流净化系统和风帘技术）；,排风口（负压）,溢流,设备顶部设置洁净单元，利用气流的导向作用实现挥发的腐蚀性气体及反应生成气体快速排放。采用先进的层流净化技术，消除了酸碱蒸气的影响。,洁净单元,两面风帘 隔离,溢流,两面风帘隔离，顶部外加洁净单元，利用三面气流的导向作用，迅速排放反应产生的腐蚀性气体，避免了气体的串槽现象。,CUC,中联科利的设备解决方案： 2、表面处理 物理方面：兆声波改良技术和二流体的应用； 化学方面：机能水的应用；,兆声/超声,漂洗,CUC,CUC第三代清洗技术方案特点,兆声波,二流体,中联科利的设备解决方案： 3、优质部品的选用： 接头、管路、阀、过滤器、泵； 槽体结构和材质：PFA、QZ、PVDF、PTFE、SUS316、 SUS304等,CUC,CUC第三代清洗技术方案特点,中联科利的设备解决方案： 4、干燥装置的选用： 甩干机 IPA蒸气干燥 Maragoni干燥 TFT-LCD清洗设备使用 风刀、IR干燥方式,CUC,CUC第三代清洗技术方案特点,甩干机,IPA V/D,表面处理的均一性： 1、药液浓度的控制： 槽体结构和功能上采用四面溢流循环槽体设计保证槽内各位置药液浓度一致； 利用时间控制和批次控制管理自动补液系统，保证多批次药液浓度一致；,普通的槽体设计,中联科利的槽体设计,溢流,补液系统,溢流槽,CUC,CUC第三代清洗技术方案特点,CUC第三代清洗技术方案特点,CUC,表面处理的均一性： 2、药液温度控制： 采用电子冷热器控制，药液温度控制精度达到0.5，电子冷热器内部温度控制精度达到0.1，保证多批次清洗、刻蚀效果一致；,表面处理的均一性： 3、时间控制： 采用PLC全自动控制，工艺配方功能；,CUC第三代清洗技术方案特点,CUC,设备加工环境： 由日本清洗行业资深专家进行设计指导，并监督加工质量；在1000级无尘室进行设备加工；制造车间实施5S管理。,CUC第三代清洗技术方案特点,风淋室,无尘车间,CUC,中联科利全系列半导体清洗设备,清洗设备,湿法清洗机,部件清洗机,药液系统,硅片清洗,湿法刻蚀,RCA清洗,EKC清洗,SiN刻蚀,SiO2刻蚀,去胶,石英管清洗,花篮和金属部件清洗,药液供应系统,废液回收系统,辅助设备 (N2柜 甩干机 药液槽 存储柜等),CUC,半导体&太阳能清洗技术对比,半导体传统RCA清洗技术： 硅片经过不同工序加工后，其表面已受到严重沾污，一般讲硅片表面沾污大致可分在三类： A. 有机杂质沾污 B. 颗粒沾污 C. 金属离子沾污 用RCA法清洗可以有效去除粒子，并且能去除AL Mg Ca Na等金属离子杂质。改良的RCA用SPM溶液去有机杂质沾污，稀的HF腐蚀表面生成的自然氧化膜。,CUC,半导体&太阳能清洗技术对比,单晶硅太阳能电池清洗制绒技术： 利用碱性溶液对单晶硅不同晶面的腐蚀速率的差异，在硅片表面腐蚀出“金字塔”的绒面结构。制绒后硅片表面无白斑、绒面均匀、气泡印小。,CUC,半导体&太阳能清洗技术对比,多晶硅太阳能电池清洗制绒技术： 利用HNO3作为强氧化剂，与Si反应生成SiO2并产生空穴，HF与生成的SiO2反应生成溶于水的络合物H2SiF6 ，从而在硅片表面形成微沟。反应过程放出巨大的热量，控制好浓度、时间和温度能达到良好的绒面效果。适量添加CH3COOH可缓和反应。,CUC,半导体&太阳能清洗技术对比,晶体硅太阳能电池制绒优点： 通过化学湿法制绒的方式来降低硅片表面对可见光的反射率,制绒前,制绒后,CUC,半导体&太阳能清洗设备要求对比,太阳能电池清洗设备要求高产能, 清洗后形成金字塔结构的均匀绒面 半导体清洗设备要求洁净度高，硅片表面残余颗粒数少,CUC,应用到太阳能清洗设备的关键技术,半导体清洗技术在太阳能电池上的应用,设计理念源于半导体设备要求 应用第三代半导体清洗技术 单晶多晶综合型制绒设备 成熟的浓度温度控制工艺，保证处理均一性 机械手定位精确、运行平稳，有效降低碎片率 运用气流控制技术，极大地减少污染,CUC,浙江绍兴向日葵太阳能清洗案例,全自动制绒清洗设备,设备参数 设备尺寸：L18m x W2.1m x H2.3m 硅片尺寸：125x125x0.2(mm) 156x156x0.2(mm) 生产能力： 1600片/小时 单晶制绒： 30min 80-85 多晶制绒： 5-10min 20-25 自动补液： NaOH、IPA、Na2SiO3、 HF、HNO3、HCL、DIW、 HOT DIW等 传送速率： 200-500mm/sec,CUC,卧式石英炉管清洗机,浙江绍兴向日葵太阳能清洗案例,CUC,设备参数 设备尺寸：L4.5m x W1.1m x H2.0m 炉管尺寸：300 x max 3500(mm) （根据客户需求定制） 清洗步骤：放置炉管-注酸-浸泡- 酸回收-DIW喷淋-排水- 气枪吹干-取出炉管 主要特点：进口耐酸材质 外型美观 炉管正反转清洗 自/手动换液清洗 循环过滤系统,太阳能电池工艺,电池片生产流程：,扩散 制结 Diffusion Furnace,等离子 刻蚀 Plasma Etching,去磷硅 玻璃 After Diffusion Cleaning,减反射膜制备 Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,丝网 印刷 Screen Printing,检测分级 Testing and Selecting,烧结 Dryer/Firing Furnaces,硅片腐蚀 制绒 Wafer Etching,CUC,中联科利太阳能制绒设备,制绒设备工序流程（单/多晶兼容）,CUC,自动上料,单晶粗抛,QDR,单晶制绒1,单晶制绒2,QDR,单晶制绒3,单晶制绒4,QDR,多晶制绒,Overflow,QDR,HCl酸洗,QDR,HF酸洗,QDR,Overflow,慢提拉/OF,热N2烘干,自动下料,甩干机,中联科利太阳能制绒设备特点,工艺的稳定性,补液点,良品区,最佳工艺点,制绒量,上限,下限,制绒的影响因素：,浓度 温度 时间,通过对各影响因素的分析确定最佳的工艺窗口区间，对各工艺点进行有效控制。,CUC,中联科利太阳能制绒设备特点,CUC,工艺的针对性 一、严格的科学检测方法 对硅片原料进行初始状态检测，确定清洗制绒工艺方案。 包括： 1、外观的检测 2、电阻率的分布值 3、中心厚度与边缘（5mm内）的厚度值分布,中联科利太阳能制绒设备特点,CUC,工艺的针对性 二、仿工业化的实验室试验 根据检测结果，在最短的时间内确定清洗制绒的药液组成、配 比以及工艺参数，保证生产的迅速顺利进行。 三、在线的工艺确定 实验室试验通过后，在线调整工艺参数，最终确定清洗制绒药液以及控制工艺。 四、快速的工艺调整 依靠中联科利强大的技术力量支持，以及在湿制程方面积累的丰富经验，可迅速对不同厂商不同批次的硅片的作出工艺调整。,中联科利太阳能制绒设备特点,CUC,低腐蚀量,稳定的制绒工艺，全自动的操作系统，工艺的针对性，严格的工艺操作监控手段等。,降低绒面制作对去损伤的要求，使得以更小的刻蚀量以获得良好的绒面结构。 刻蚀量：10m,中联科利太阳能制绒设备特点,CUC,兼容性,采用不同的耐腐蚀及兼容性材料，提高材料对单多晶工艺的可兼容性。两面风淋隔离，顶部外加洁净单元，利用三面气流的导向作用，迅速排放单多晶制绒所产生的腐蚀性气体，避免了气体的窜槽现象，解决了槽间的相互影响，从而实现单多晶工艺兼容。国内设备大多没有考虑到酸碱腐蚀隔离问题。,洁净单元,两面风淋隔离,溢流,腐蚀性气体,中联科利半导体技术优势在太阳能设备中的具体应用,关键技术,CUC,先进的气路控制系统：,在设备的顶部增加洁净单元，利用气流体的导向作用实现挥发的腐蚀性气体以及生成气体快速排放,洁净单元,排风口（负压）,溢流,传统的制绒槽：排风口在顶部，碱性蒸气易在壁上形成结晶，酸气易形成粘稠,中联科利先进的气流控制系统，消除了酸碱蒸气的影响,延长设备寿命 改善操作环境 增加洁净度 避免二次污染 保证质量,关键技术,CUC,传统的制绒设备采用简单的自然溢流 我们的设备采用四周圆齿状的结构，消除了表面张力的影响，实现均匀溢流，循环无死角,普通的槽体设计,中联科利的槽体设计,溢流,全溢流的循环槽体设计,关键技术,CUC,自动补液系统的应用,预热、恒温、预混合的全自动补液系统 配合循环槽体可实现去除反应产物的功能 保持药液的最佳状态,关键技术,CUC,自动补液系统的应用,多点检测 ，冷热恒温，管路加热,全自动的补液循环系统,最优的补液点控制,关键技术,日本资深专家严格的生产流程控制，洁净的生产环境，使太阳能的设备具有半导体设备的品质。选用满足半导体要求的管件、材料。,CUC,半导体优良加工工艺的应用,关键技术,CUC,高速伺服马达 快速平稳传送、冲击小 高效的生产效率 提高生产量 降低碎片率,关键技术,机械臂提升部整体包覆PP板； 花篮挂钩采用进口耐腐材料； 金属框体外露部均有防腐包板。,CUC,设备防腐措施,关键技术,采用QDR技术 成倍提高清洗效果,CUC