半导体技术应用于太阳能

1、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19701980199020002005201021k456 64k(3m)84M (0.8m)12 184k(10m)256k (2m)16M (0.6m)256M (0.25m)4G(90nm)64G(40nm)16k( 6m)1M (1.3m)64M (0.4m)1G(0.18m)16G(65nm)(35nm)RCA清洗工艺研发出来RCA(SC1+SC2)改良RCA(SC1+SC2DHF+SC3)机能水(DIW+O3/NH3)硅片的尺寸发展CPU芯片发展存储器芯片发展

2、半导体清洗技术发展CUC2 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3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

3、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。CUC4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

4、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。CUC5第三代半导体清洗设备的优势对比环境净化表面处理部件选用干燥技术浓度控制温度控制时间控制兆声波技术第一代清洗设备(手动清洗设备)差差便宜 不实用差不均差超时差第二代清洗设备(自动有花篮)好差不实用好均匀好好好第三代清洗设备(自动无花篮,带有CIM通信功能)好好长期耐用好均匀好好好对比应用优势说明应用层流净化系统，控制气流流向采用改良的RCA清洗工艺,表面清洗效果好使用进口的稳定耐用的设备部件, 设备稳定性高利用IPA蒸气的干燥方法来消除硅片表面水痕在线浓

5、度监测及自动补液系统采用电子冷热器控制，药液温度控制精度达到0.5采用PLC全自动控制利用兆声波的机械能来去除杂质颗粒CUC6第三代半导体清洗设备的优势总结降低缺陷率表面均一性自动化程度适用产品第一代清洗设备(手动清洗设备)有水痕残留，有花篮印 表面灰暗等问题刻蚀后，厚度不均。温度不易控制低 适用小尺寸 批量生产小尺寸硅片加工(制做电路前)25寸芯片第二代清洗设备(自动有花篮)无水痕残留，硅片边缘清洗不净刻蚀后，厚度均一性好。高 适用批量生产68寸芯片第三代清洗设备(自动无花篮 带有CIM通信功能)无水痕残留，使用改良RCA工艺清洗效果显著刻蚀后，厚度均一性好。高 适用批量生产812寸芯片第1

6、3代硅材料（砷化镓、氮化镓） 结论：第3代半导体清洗设备的洁净程度高，自动化程度高，设备的稳定性好，可靠性高，半导体器件清洗质量的一致性好。CUC7CUC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。CUC8中联科利的设备解决方案： 2、表面处理 物理方

7、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 CUCCUC第三代清洗技术方案特点兆声波 二流体 9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CUCCUC第三代清洗技术方案特点10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 CUCCUC第三代清洗技术方案特点甩干机 IPA V/D 11 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

8、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CUCCUC第三代清洗技术方案特点12CUC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；13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CUC14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

9、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CUC15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)CUC16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

10、去有机杂质沾污，稀的HF腐蚀表面生成的自然氧化膜。 CUC17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。CUC18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。CUC19半导体&太阳能清洗技术对比 晶体

11、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CUC20半导体&太阳能清洗设备要求对比产能清洗要求药液系统自动化程度干燥方式全自动RCA清洗设备200片/小时显著去除杂质颗粒 有机残余物自动补液 (以时间和批次控制)高IPA干燥太阳能电池清洗制绒16002000片/小时形成均匀金字塔结构的绒面自动补液(依据经验)高旋转甩干/热N2烘干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CUC21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

12、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CUC22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/secCUC23卧式石英炉管清洗机浙江

13、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24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PlasmaEtching去磷硅玻璃After Diffusion Cleaning减反射膜制备Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition丝网印刷Scree

14、n Printing检测分级Testing and Selecting烧结Dryer/Firing Furnaces硅片腐蚀 制绒Wafer EtchingCUC25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2QDR单晶制绒3单晶制绒4QDR多晶制绒OverflowQDRHCl酸洗QDRHF酸洗QDROverflow慢提拉/OF热N2烘干自动下料甩干机26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。CUC2

15、7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28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。

16、29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：10m30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31中联科利半导体技术优势在太阳能设备中的具体应用32

17、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33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34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35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36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37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38关键技术 机械臂提升部整体包覆PP板