電子級多晶硅中雜質的吸附與膜分離技術進展

崔德耀

新特能源股份有限公司 新疆烏魯木齊 830026

1 概述

近些年來，隨著我們國家在電子技術以及智能化技術等方面的飛速發展，使得其芯片的應用越來越廣泛，其中在對芯片的原材料需要用到較高純度的電子級多晶硅；然而在電子級多晶硅的工業生產過程中往往由于其中存在的雜質（B、P）很難被去除，進而對電子級多晶硅的純度等有著顯著的制約影響作用，于是為了能夠讓電子級多晶硅更好的應用與當前的國內國際市場，就需要對其制備工藝進行不斷優化改善[1]。早期在對電子級多晶硅進行制備時往往選擇增加精餾塔的數量等方式方法進行提純，但是由于工藝流程的增長，也就意味著管道設備中的金屬雜質更容易進入多晶硅中，增加多晶硅中的表金體金；在實踐中隨即出現了吸附和膜分離技術，該技術的應用為提升電子級多晶硅的制備純度、有效降低雜質含量有著顯著促進作用。故本文選擇以吸附和膜分離技術為研究對象，對其電子級多晶的制備進行實證研究，在此基礎上對該方法的存在問題、研究進展等進行論述。

2 電子級多晶硅工藝中的雜質及其危害

2.1 雜質的種類及進入途徑

在電子級多晶硅的制備過程中的雜質來源主要有兩類，一類是工業硅中所存在一些物質，例如硼、磷、鐵、鈣、鋁等；另外一部分的雜質則主要來源于制備工藝中相關設備以及器材在實際進行制備過程中經腐蝕所帶進來的一些金屬元素，例如管道、閥門中的所含有的鐵、銅、錳、鈉、鈦、鎳等元素，并且還會有諸如碳、甲烷有機無機雜質；更為重要的是，近些年的實證研究發現，工業生產的環境也會對其純度產生一定影響，例如工廠中裝飾材料所、生產線員工帶入的雜質、包裝物與產品接觸產生的雜質、產品與外界空氣過多接觸等。因此，可以看出來在電子級多晶硅的制備過程中所含有的雜質來源以及雜質種類是相對比較多的，并且電子級多晶硅的要求均相對較高，這些雜質的存在就會對整個材料的應用效果產生巨大影響。

2.2 雜質的危害以及對微電子生產工藝的影響

從目前各個國家對于電子行業的重視以及創新改善，使得其對于硅片的應用直徑逐漸在增大，因此就會在這些硅片上面有更多的芯片進行集成應用；并且其芯片自身的集成技術也在飛速發展，目前已經達到納米級的高度，也就是說明未來對于芯片的應用標準、相關材料的純度和質量等將會有更高的要求，從而才能保證其相關的產品能夠發揮實效。在大量的實踐中均一致表明，在硅片中存在的固體顆粒以及分子態化學污染物對于硅片的整體應用質量、范圍等均有著顯著的影響作用，例如會造成嚴重的光刻缺陷、硅片的膜觸差以及積層缺陷等，更甚者對于整個集成電路以及元器件的使用壽命等均有顯著制約影響。在所有的雜質中，對芯片影響比較大的還要屬堿金屬鈉以及鐵、鋁、鋅等物質的含量，以及半金屬材料中的砷和硫的含量，這些元素對于集成電路和元器件的影響是很大的，在實際的工業制備電子級磷酸過程中應當引起足夠的重視，否則將會造成嚴重的后果。

3 雜質的吸附技術以及進展

3.1 活性炭吸附及其集成技術

在雜質的吸附技術中，應用較多且比較廣泛的是活性炭吸附技術，其主要應用的原理在于活性炭具有不同形態的孔徑，能夠實現對相關有機溶劑的吸附；并且在實際應用過程中，選用不同孔徑的活性炭其吸附效果也會有較大的差異。由于在電子級多晶硅的工藝制備過程中，主要去除的雜質為硼、磷等物質的極限較高，同時還有有機雜質有高分子雜質、低分子雜質，因此，往往在此過程中就需要將活性炭與雙氧水以及其它羥基等物質相結合使用，進而達到去除有機雜質的目的[2]。

3.2 新的集成工藝與研究方向

除了在制備電子級多晶硅過程中需要嚴格的雜質去除工藝，在電子級過氧化氫的制備中依然需要對雜質進行有效去除，進而提升材料應用的純度。在該物質的生產工藝中國逐漸形成了吸附-離子交換-膜分離純化等流程，并且大量的實證研究表明，該新的集成工藝所制備的過氧化氫中總有機碳的質量分數為不超過5×10-6，并且其金屬離子的質量分數記憶顆粒度相應也達到SEMI-12的標準。

4 膜分離技術及其進展

4.1 膜分離技術的應用

在相關的物質提取工藝中，為了能夠對其物質純度進行有效的提升，于是相繼出現膜分離技術的應用；但是對于該技術來說，其對于雜志的去除效果取決于膜材料的選擇以及相關膜組件的制備、膜污染的控制。例如在采用化學沉淀-膜分離工藝等過程中要通過對相關金屬的利用進而使得雜志進行沉淀，之后采用微濾膜對其形成的金屬離子沉淀物進行有效清除；更為重要的是，在采用該方法時，需要進行系列預處理，例如過濾、絮凝以及活性炭吸附等方法。由于該技術的應用要求相對比較高，因此從目前的文獻內容分析看，其對于相關重要的參數以及膜組件、膜等相關的信息均有所保留，故在實際應用過程中依舊需要不斷進行深入分析研究。

4.2 膜分離技術的進展

膜材料的研究和應用方面有了實質性的進展，聚偏氟乙烯（PVDF）的化學性質相當穩定，能夠在磷酸介質和較高溫度下反復使用[3]。戈爾膜在磷酸純化的應用已由試驗證實,無機陶瓷膜價格較低、耐腐蝕、耐高溫,很有希望在磷酸深度凈化領域應用。目前，膜組件已從單純的管式發展到中空纖維和卷式膜組件,制造費用和能耗也降低。