電子級多晶硅中雜質(zhì)的吸附與膜分離技術(shù)進(jìn)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(shù)以及智能化技術(shù)等方面的飛速發(fā)展，使得其芯片的應(yīng)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(yè)生產(chǎn)過程中往往由于其中存在的雜質(zhì)（B、P）很難被去除，進(jìn)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(yīng)用與當(dāng)前的國內(nèi)國際市場，就需要對其制備工藝進(jìn)行不斷優(yōu)化改善[1]。早期在對電子級多晶硅進(jìn)行制備時往往選擇增加精餾塔的數(shù)量等方式方法進(jìn)行提純，但是由于工藝流程的增長，也就意味著管道設(shè)備中的金屬雜質(zhì)更容易進(jìn)入多晶硅中，增加多晶硅中的表金體金；在實(shí)踐中隨即出現(xiàn)了吸附和膜分離技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用為提升電子級多晶硅的制備純度、有效降低雜質(zhì)含量有著顯著促進(jìn)作用。故本文選擇以吸附和膜分離技術(shù)為研究對象，對其電子級多晶的制備進(jìn)行實(shí)證研究，在此基礎(chǔ)上對該方法的存在問題、研究進(jìn)展等進(jìn)行論述。

2 電子級多晶硅工藝中的雜質(zhì)及其危害

2.1 雜質(zhì)的種類及進(jìn)入途徑

在電子級多晶硅的制備過程中的雜質(zhì)來源主要有兩類，一類是工業(yè)硅中所存在一些物質(zhì)，例如硼、磷、鐵、鈣、鋁等；另外一部分的雜質(zhì)則主要來源于制備工藝中相關(guān)設(shè)備以及器材在實(shí)際進(jìn)行制備過程中經(jīng)腐蝕所帶進(jìn)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(jī)無機(jī)雜質(zhì)；更為重要的是，近些年的實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境也會對其純度產(chǎn)生一定影響，例如工廠中裝飾材料所、生產(chǎn)線員工帶入的雜質(zhì)、包裝物與產(chǎn)品接觸產(chǎn)生的雜質(zhì)、產(chǎn)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(zhì)來源以及雜質(zhì)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(zhì)的存在就會對整個材料的應(yīng)用效果產(chǎn)生巨大影響。

2.2 雜質(zhì)的危害以及對微電子生產(chǎn)工藝的影響

從目前各個國家對于電子行業(yè)的重視以及創(chuàng)新改善，使得其對于硅片的應(yīng)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(jìn)行集成應(yīng)用；并且其芯片自身的集成技術(shù)也在飛速發(fā)展，目前已經(jīng)達(dá)到納米級的高度，也就是說明未來對于芯片的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)材料的純度和質(zhì)量等將會有更高的要求，從而才能保證其相關(guān)的產(chǎn)品能夠發(fā)揮實(shí)效。在大量的實(shí)踐中均一致表明，在硅片中存在的固體顆粒以及分子態(tài)化學(xué)污染物對于硅片的整體應(yīng)用質(zhì)量、范圍等均有著顯著的影響作用，例如會造成嚴(yán)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(zhì)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(zhì)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(shí)際的工業(yè)制備電子級磷酸過程中應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視，否則將會造成嚴(yán)重的后果。

3 雜質(zhì)的吸附技術(shù)以及進(jìn)展

3.1 活性炭吸附及其集成技術(shù)

在雜質(zhì)的吸附技術(shù)中，應(yīng)用較多且比較廣泛的是活性炭吸附技術(shù)，其主要應(yīng)用的原理在于活性炭具有不同形態(tài)的孔徑，能夠?qū)崿F(xiàn)對相關(guān)有機(jī)溶劑的吸附；并且在實(shí)際應(yīng)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(zhì)為硼、磷等物質(zhì)的極限較高，同時還有有機(jī)雜質(zhì)有高分子雜質(zhì)、低分子雜質(zhì)，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(zhì)相結(jié)合使用，進(jìn)而達(dá)到去除有機(jī)雜質(zhì)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(yán)格的雜質(zhì)去除工藝，在電子級過氧化氫的制備中依然需要對雜質(zhì)進(jìn)行有效去除，進(jìn)而提升材料應(yīng)用的純度。在該物質(zhì)的生產(chǎn)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(shí)證研究表明，該新的集成工藝所制備的過氧化氫中總有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為不超過5×10-6，并且其金屬離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)記憶顆粒度相應(yīng)也達(dá)到SEMI-12的標(biāo)準(zhǔn)。

4 膜分離技術(shù)及其進(jìn)展

4.1 膜分離技術(shù)的應(yīng)用

在相關(guān)的物質(zhì)提取工藝中，為了能夠?qū)ζ湮镔|(zhì)純度進(jìn)行有效的提升，于是相繼出現(xiàn)膜分離技術(shù)的應(yīng)用；但是對于該技術(shù)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(guān)膜組件的制備、膜污染的控制。例如在采用化學(xué)沉淀-膜分離工藝等過程中要通過對相關(guān)金屬的利用進(jìn)而使得雜志進(jìn)行沉淀，之后采用微濾膜對其形成的金屬離子沉淀物進(jìn)行有效清除；更為重要的是，在采用該方法時，需要進(jìn)行系列預(yù)處理，例如過濾、絮凝以及活性炭吸附等方法。由于該技術(shù)的應(yīng)用要求相對比較高，因此從目前的文獻(xiàn)內(nèi)容分析看，其對于相關(guān)重要的參數(shù)以及膜組件、膜等相關(guān)的信息均有所保留，故在實(shí)際應(yīng)用過程中依舊需要不斷進(jìn)行深入分析研究。

4.2 膜分離技術(shù)的進(jìn)展

膜材料的研究和應(yīng)用方面有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，聚偏氟乙烯（PVDF）的化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，能夠在磷酸介質(zhì)和較高溫度下反復(fù)使用[3]。戈?duì)柲ぴ诹姿峒兓膽?yīng)用已由試驗(yàn)證實(shí),無機(jī)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(lǐng)域應(yīng)用。目前，膜組件已從單純的管式發(fā)展到中空纖維和卷式膜組件,制造費(fèi)用和能耗也降低。