影響電子級(jí)多晶硅清洗質(zhì)量的因素

文/安生虎

電子級(jí)多晶硅的生產(chǎn)工藝和光伏級(jí)的多晶硅生產(chǎn)工藝高度相似，但是并不屬于一個(gè)相同行業(yè)，在具體的設(shè)計(jì)理念、工藝流程、設(shè)備的性能選型、材料的標(biāo)準(zhǔn)以及質(zhì)量控制方式等方面都存在比較突出的差異。在原本的裝置局部方面提升并不能滿足電子級(jí)多晶硅的生產(chǎn)需求，這也就衍生除了一整套全新的生產(chǎn)方式。表面金屬雜質(zhì)含量屬于電子級(jí)多晶硅的重要質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之一，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，電子級(jí)多晶硅的1 級(jí)品表面金屬雜質(zhì)應(yīng)當(dāng)在5.5ppbw 以內(nèi)，但是我國(guó)整體生產(chǎn)效益并不理想，這也間接提升了對(duì)清洗質(zhì)量的要求。對(duì)此，探討電子級(jí)多晶硅清洗質(zhì)量影響因素具備顯著現(xiàn)實(shí)意義。

1 表面清洗劑的選擇和使用

應(yīng)用表面清洗劑的主要目的在于去除掉電子級(jí)多晶硅表現(xiàn)所附著的各種灰塵顆粒物、有機(jī)物以及油脂，這也是非常重要的清洗工作環(huán)節(jié)。電子級(jí)多晶硅在還原工序中拆除運(yùn)輸?shù)胶罄m(xù)的處理工序中，會(huì)通過(guò)破碎與篩分處理，此時(shí)表面容易附著各種油脂和有機(jī)物，因?yàn)橛椭陀袡C(jī)物當(dāng)中含量比較多的碳元素，在后續(xù)的酸洗同時(shí)很難有效地去除掉，所以需要先采用清洗劑對(duì)表面的外層雜質(zhì)進(jìn)行處理掉。但是，在不同質(zhì)量等級(jí)的清洗劑選擇方面必須慎重，如果清洗劑選擇不合理便會(huì)導(dǎo)致清洗質(zhì)量較差。在選擇清洗劑時(shí)，需要各種元素的準(zhǔn)確分析控制，例如鉀、鈣、鈉，盡可能保障這一些元素含量較少，從而為后續(xù)的水沖洗提供質(zhì)量保障。

2 水洗方式的選擇

電子級(jí)多晶硅中的硅料清洗過(guò)程中，不同的水沖洗方式所呈現(xiàn)出的效果并不相同，在去除硅料表面殘留的清洗劑和酸液效果方面也存在比較突出的差異。比較常用的18MΩ.cm 超純水水洗方式是以噴淋、浸泡、沖洗為主，新工藝采用多種重復(fù)或交替的方式處理，可以有效的去除掉硅料表面上、硅料裂縫中、硅料和花籃之間的殘留酸性物質(zhì)和金屬雜質(zhì)，在水沖洗的同時(shí)借助水洗槽體的結(jié)構(gòu)方式提升超聲振動(dòng)、壓縮空氣（氮?dú)猓┕呐莸男Ч瑥亩鴮?shí)現(xiàn)清洗效果的提升。

3 清洗工藝的參數(shù)

電子級(jí)多晶硅清洗過(guò)程中工藝參數(shù)相對(duì)較多，例如會(huì)涉及到酸配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及補(bǔ)液量，不同工藝參數(shù)需要有一個(gè)具體的控制標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)清洗的實(shí)效性進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，從而保障整個(gè)清洗的質(zhì)量水平。將不同工藝參數(shù)控制在最佳值屬于一個(gè)動(dòng)態(tài)性、復(fù)雜問(wèn)題，這也是我國(guó)目前在清洗技術(shù)方面的主要問(wèn)題。在酸配比方面，酸洗的工序當(dāng)中，所選用的氫氟酸和硝酸混合液和硅料進(jìn)行蝕刻反應(yīng)，硅料的蝕刻厚度可以劃分為重、中、輕三個(gè)程度，一般重度的蝕刻厚度在8μm 以上，輕度的蝕刻在1μm 以內(nèi)，中度則在重度與輕度之間。氫氟酸和濃硝酸的配比會(huì)直接決定厚度效果，假設(shè)硅料的金屬雜質(zhì)比較深，則應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮重度時(shí)刻，此時(shí)氫氟酸和濃硝酸的配比應(yīng)當(dāng)在1:5 或1:1 之間，假設(shè)硅料表面的金屬含量在表層，則可以采用氫氟酸和稀硝酸的混合液進(jìn)行處理。

在反應(yīng)溫度方面，反應(yīng)的溫度主要是來(lái)源于硅料和混酸液在接觸時(shí)所呈現(xiàn)出的問(wèn)題，因?yàn)殡娮蛹?jí)多晶硅和濃硝酸反應(yīng)的過(guò)程會(huì)出現(xiàn)大量的熱量，如果不及時(shí)調(diào)控溫度會(huì)導(dǎo)致蝕刻的速率很難控制，在硅料的清洗過(guò)程中需要保留1 到2 個(gè)酸槽，此時(shí)可以借助耐酸材質(zhì)的換熱器進(jìn)行處理，將混合液的溫度控制在25 到30℃左右，此時(shí)做好反應(yīng)過(guò)程的速率控制顯得非常重要。對(duì)于硅料的清洗設(shè)備而言，需要設(shè)置多個(gè)酸槽，借助逐漸冷卻的方式實(shí)現(xiàn)溫度梯度性的控制，從而達(dá)到平穩(wěn)性的反應(yīng)速度。

在反應(yīng)時(shí)間方面，反應(yīng)時(shí)間也被成為時(shí)刻的時(shí)間，與硅料和混酸液接觸時(shí)作為開(kāi)始時(shí)間，在兩者之間完全分離時(shí)作為結(jié)束時(shí)間，兩個(gè)時(shí)間的差值便是反應(yīng)時(shí)間。反應(yīng)時(shí)間會(huì)直接決定硅料的時(shí)刻厚度以及反應(yīng)的效率。普通情況下蝕刻的厚度越大，清洗之后的硅料表面金屬雜質(zhì)也會(huì)更少，并且需要按照硅料的具體尺寸，設(shè)置合理的反應(yīng)時(shí)間，一般對(duì)于大尺寸的電子級(jí)多晶硅反應(yīng)時(shí)間應(yīng)當(dāng)更長(zhǎng)，在重度的蝕刻要求之下，硅料的尺寸一般在50 到100mm左右，此時(shí)的反應(yīng)時(shí)間應(yīng)當(dāng)在2 分鐘左右。

在補(bǔ)液量方面，補(bǔ)液量屬于酸洗槽當(dāng)中的溶液含量，因?yàn)楣枇系倪B續(xù)性酸反應(yīng)過(guò)程，酸的消耗會(huì)逐漸的減少，此時(shí)為了更好的維持酸槽當(dāng)中的酸濃度穩(wěn)定性，需要及時(shí)補(bǔ)液確保反應(yīng)過(guò)程的穩(wěn)定性。補(bǔ)液量的合理調(diào)整不僅會(huì)只決定電子級(jí)多晶硅的蝕刻厚度，同時(shí)還會(huì)直接決定硅料清洗之后的表面色澤效果。

4 設(shè)備的心梗

設(shè)備的自動(dòng)化程度和機(jī)體材質(zhì)會(huì)直接決定電子級(jí)多晶硅的清洗處理效率以及質(zhì)量，設(shè)備的設(shè)計(jì)思路主要是按照清洗工藝的流程所決定，設(shè)備的性能決定因素涉及到了槽體的數(shù)量、花籃的結(jié)構(gòu)、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)翻轉(zhuǎn)的酸洗方式以及機(jī)械手的轉(zhuǎn)換性能等方面。以槽體數(shù)量為例，槽體的數(shù)量需要按照工藝原理所決定，槽體設(shè)置多成本高資源浪費(fèi)，反之清洗質(zhì)量差，會(huì)形成瘢痕、色差?；@筐設(shè)計(jì)輕而簡(jiǎn)便，減少與硅料接觸和掛液因素。酸洗方式的選擇也關(guān)乎著硅料表觀刻蝕的均勻性。全自動(dòng)機(jī)械控制將來(lái)自人為的污染和安全因素得到改善。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在電子級(jí)多晶硅清洗過(guò)程中，不同清洗環(huán)節(jié)都非常重要，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)直接決定最終的清洗質(zhì)量。對(duì)此，今后需要不斷的創(chuàng)新和優(yōu)化電子級(jí)多晶硅的清洗工作方式，尤其是在材料選擇優(yōu)化、工藝參數(shù)的調(diào)整、設(shè)備工作性能的提高等多方面進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，從而保障清洗環(huán)節(jié)的工作質(zhì)量，最終順利清洗出高質(zhì)量的電子級(jí)多晶硅。