潔凈用品在高純多晶硅后處理過(guò)程中的重要性

馬 磊

（新疆協(xié)鑫新能源材料科技有限公司，新疆昌吉 831800）

工業(yè)硅是高純多晶硅的主要原材料，它在經(jīng)過(guò)了一系列化學(xué)以及物理提純之后形成了具有一定純度且應(yīng)用極為廣泛的電子材料，目前集成電路中的拋光片、高純硅產(chǎn)品以及太陽(yáng)能電池等都需要借助此類(lèi)材料進(jìn)行制作。而想要讓其應(yīng)用范圍得到進(jìn)一步擴(kuò)展，提升高純多晶硅的清潔度是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文對(duì)高純多晶硅后處理過(guò)程中潔凈用品所具有的重要性進(jìn)行全面闡述與分析。

1 高純多晶硅的闡述

1.1 基本闡述

多晶硅材料實(shí)際上就是由兩個(gè)及以上的不同尺寸的單晶硅所構(gòu)成的全新的硅材料。各向同性是多晶硅所具有的材料性質(zhì)最為直觀的展現(xiàn)。

1.2 現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷了當(dāng)前高純多晶硅的生產(chǎn)與制造。因?yàn)樵谏a(chǎn)多晶硅時(shí)，只有實(shí)現(xiàn)規(guī)?；蟛趴赡軙?huì)盈利，同時(shí)此類(lèi)材料生產(chǎn)技術(shù)還具有較高的復(fù)雜性、較強(qiáng)的保密性以及專(zhuān)有性等，而且后進(jìn)入者想要對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行進(jìn)一步開(kāi)發(fā)有著較大的難度，所以目前想要構(gòu)建一個(gè)具有一定規(guī)?；⑶蚁鄬?duì)先進(jìn)的高純多晶硅生產(chǎn)機(jī)構(gòu)極為不易。

在對(duì)半導(dǎo)體的多晶硅進(jìn)行制造時(shí)，冶金級(jí)硅是必不可少的一個(gè)原料，石英砂（即二氧化硅）是它的主要成分，當(dāng)處于電弧爐中的石英砂經(jīng)過(guò)了碳還原反應(yīng)之后便可形成冶金級(jí)硅。雖然在自然界當(dāng)中二氧化硅極為常見(jiàn)，但是其中只有極少一部分能夠被用來(lái)制備冶金級(jí)硅。通常，想要制備冶金級(jí)硅，在礦石當(dāng)中的二氧化硅含量必須要處于97%～98%及以上，而且對(duì)于其中的雜質(zhì)，例如砷、磷以及硫等含量也有著十分嚴(yán)格的要求。當(dāng)需要通過(guò)冶金硅來(lái)制備高純多晶硅時(shí)，冶金硅中除了要包含99%及以上的Si 之外，還應(yīng)當(dāng)含有諸如鐵、鈣、磷以及鋁等元素，它們?cè)谄渲械暮客ǔＲ幱诎偃f(wàn)分之幾十個(gè)（摩爾分?jǐn)?shù)）。而倘若需要借助冶金硅來(lái)制備半導(dǎo)體硅，其中雜質(zhì)的含量更是要在原基礎(chǔ)上降為原來(lái)的1/10～1/20。目前，想要在維持固態(tài)狀態(tài)下開(kāi)展提取工作，從而讓冶金硅轉(zhuǎn)變成為半導(dǎo)體或太陽(yáng)能硅顯然存在較大的難度。在當(dāng)前的工作過(guò)程中往往先將冶金硅轉(zhuǎn)化為含硅氣體，然后再借助分餾以及吸附等工藝，實(shí)現(xiàn)氣體提純，最后利用化學(xué)氣相沉積法將高純硅源型氣體變成多晶硅。SIMENS 法（亦可被稱(chēng)之為SiHCl3法）、AsiMi 法（亦可被稱(chēng)之為SiH4法）是當(dāng)前較為流行的兩種多晶硅棒生產(chǎn)方式，除此之外還可以通過(guò)SiH4硅源制備顆粒狀的多晶硅。

2 在后處理過(guò)程中潔凈的必要性與常見(jiàn)問(wèn)題

近些年科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽(yáng)能光伏以及半導(dǎo)體行業(yè)也隨之得到了巨大發(fā)展，而在此過(guò)程中對(duì)于多晶硅的純度要求也在不斷提升。對(duì)于多晶硅來(lái)說(shuō)，其質(zhì)量和晶體管合格率之間存在著直接聯(lián)系，同時(shí)對(duì)于電學(xué)性能和太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率也有著一定影響，為此在高純多晶硅后處理的過(guò)程中應(yīng)用潔凈用品開(kāi)展相關(guān)工作有著無(wú)可替代的重要作用。

想要防止在后處理過(guò)程中出現(xiàn)不必要的污染問(wèn)題，除了要使用潔凈用品之外，還需要重視與預(yù)防常見(jiàn)的清潔問(wèn)題。當(dāng)前常見(jiàn)的清潔問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)，首先是交叉污染，因?yàn)樵谔幚磉^(guò)程中會(huì)涉及諸多環(huán)節(jié)，所接觸的物體也相對(duì)較多，因此極易出現(xiàn)交叉感染等問(wèn)題；其次是金屬離子的粘污，因?yàn)樵谏a(chǎn)車(chē)間的空氣、生產(chǎn)用水當(dāng)中蘊(yùn)含的金屬離子可能存在超標(biāo)的情況，所以極有可能會(huì)出現(xiàn)金屬離子粘污的問(wèn)題。除此之外，生產(chǎn)原材料的純度較低、在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中間接甚至直接應(yīng)用其他金屬工具均有可能導(dǎo)致金屬離子粘污問(wèn)題出現(xiàn)。

3 在后處理過(guò)程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素

就目前我國(guó)實(shí)際的工作情況來(lái)看，在高純多晶硅后處理的過(guò)程中產(chǎn)品的質(zhì)量往往會(huì)受到諸多因素影響，一般可以把這些因素歸納為以下幾點(diǎn)，即在生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)、機(jī)、人、法以及料等，一旦上述幾個(gè)因素結(jié)合在一起之后便會(huì)直接決定所生產(chǎn)的產(chǎn)品的最終質(zhì)量。為此，想要對(duì)產(chǎn)品最終的質(zhì)量進(jìn)行控制，上述五個(gè)因素缺一不可，而在其中效果最為顯著的幾點(diǎn)則分別是：①加工裝置，例如收割裝置、酸清洗設(shè)備以及破碎篩分裝置等；②對(duì)清洗液的選擇；③技術(shù)人員操作方式與行為規(guī)范；④生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境潔凈程度和潔凈產(chǎn)品的應(yīng)用；最后一點(diǎn)是過(guò)程科學(xué)有效的管理。本文將上述多種影響因素之中的“人”作為了切入點(diǎn)，通過(guò)深入分析和研究人員行為以及使用物品給產(chǎn)品質(zhì)量造成的影響，給未來(lái)潔凈用品挑選以及應(yīng)用規(guī)范等提供了強(qiáng)有力的依據(jù)與保障。

4 在高純多晶硅后處理工作中所使用的潔凈用品種類(lèi)

在高純多晶硅后處理工作中所使用的潔凈用品大致可被分成以下幾大類(lèi)：首先是潔凈口罩，其包括一次性的無(wú)塵口罩以及一次性的活性炭類(lèi)的無(wú)塵口罩等；其次是潔凈手套，例如PVC 手套、一次性的橡膠手套、潔凈丁腈手套以及PE 手套等；再次是潔凈用帽，當(dāng)前最為常見(jiàn)的潔凈用帽是潔凈帽、發(fā)網(wǎng)帽（即一次性的頭套）還有披肩帽等；最后是擦拭材料，例如ISO5級(jí)的無(wú)塵布以及電子ISO6級(jí)的無(wú)塵布和無(wú)塵紙等。除此之外，潔凈服和潔凈鞋也是高純多晶硅后處理過(guò)程中相對(duì)常見(jiàn)的兩種潔凈用品，其中潔凈服主要包括有靜電服和其他類(lèi)型的紡織品（白色連體的防靜電服、一次性的無(wú)紡布大褂、一次性的圍裙、潔凈袖套、藍(lán)色分體式防靜電服與防靜電圍裙等）；而潔凈鞋則主要包含防靜電的長(zhǎng)筒鞋、一次性的鞋套、防靜電鞋以及防靜電的網(wǎng)眼鞋等。

5 潔凈手套的意義和使用分析

5.1 在后處理過(guò)程中潔凈手套具有的意義

與其他潔凈用品不同，在后處理過(guò)程中潔凈手套通常會(huì)和硅料進(jìn)行直接接觸，同時(shí)潔凈手套在高純多晶硅后處理工作中有著極為廣泛且頻繁的應(yīng)用，因此產(chǎn)品質(zhì)量受到潔凈手套產(chǎn)生的影響極為顯著，倘若所使用的潔凈手套潔凈度以及雜質(zhì)含量不滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，那么在硅料前期開(kāi)展的各項(xiàng)清洗工作便成了徒勞。

5.2 使用標(biāo)準(zhǔn)

在對(duì)潔凈手套進(jìn)行挑選時(shí)，往往需要根據(jù)實(shí)際情況選用效果最佳的手套。現(xiàn)階段在市面上很難找到能夠符合高純多晶硅后處理要求的手套，僅由理論層面而言，高純多晶硅ISO5級(jí)中應(yīng)用到的潔凈手套中金屬雜質(zhì)總的含量不應(yīng)超過(guò)10μg/cm3，而在ISO6級(jí)之中應(yīng)用的潔凈手套金屬雜質(zhì)的總含量也不應(yīng)超過(guò)20μg/cm3，同時(shí)還要求實(shí)現(xiàn)無(wú)粉、真空包裝、雙手通用、ISO6級(jí)的凈化室處理清洗、表面不存在破洞以及不存在色差等。

在潔凈手套實(shí)際的使用過(guò)程中也需要做嚴(yán)格要求與約束，如果操作人員在操作以及潔凈手套佩戴過(guò)程中出現(xiàn)違規(guī)行為，那么硅料表層的金屬雜質(zhì)當(dāng)中的鈉以及鈣等元素的含量將呈現(xiàn)出幾何增長(zhǎng)的趨勢(shì)，為此在不同作業(yè)環(huán)境中，潔凈手套儲(chǔ)存、使用頻率和佩戴標(biāo)準(zhǔn)與時(shí)間等均存在一定差異，同時(shí)使用的標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。

5.3 潔凈手套的質(zhì)量對(duì)于產(chǎn)品最終質(zhì)量的影響

本次實(shí)驗(yàn)共挑選了三種表金屬量級(jí)不同的潔凈手套，讓三種手套分別接觸同一筐中的硅料。在對(duì)高純多晶硅中表金屬的雜質(zhì)含量檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與比較之后，得到了下表（表1）。通過(guò)表1中的數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)，硅料表金屬中蘊(yùn)含的雜質(zhì)含量和潔凈手套中表金屬含量表現(xiàn)為正相關(guān)的關(guān)系。另外在實(shí)踐過(guò)程中潔凈手套2以及3不能進(jìn)入到生產(chǎn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，手套1基本可以滿(mǎn)足各項(xiàng)處理要求。

表1 試驗(yàn)過(guò)程中各個(gè)潔凈手套的檢測(cè)數(shù)據(jù)

5.4 產(chǎn)品質(zhì)量受到的材質(zhì)選型的影響

此次實(shí)驗(yàn)挑選潔凈手套1（PVC）和高純多晶硅進(jìn)行接觸，將處在同一筐中的硅料通過(guò)潔凈的電子級(jí)的PTFE 進(jìn)行夾取，比較硅料在兩種不同的接觸方式中硅料表金屬中雜質(zhì)的含量，最終發(fā)現(xiàn)相較于通過(guò)電子級(jí)的PTFE 與硅料進(jìn)行接觸，借助PVC 潔凈手套和硅料進(jìn)行接觸時(shí)的表金屬含量要更高，大約要高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，這也進(jìn)一步說(shuō)明了潔凈手套除了自身含有的金屬雜質(zhì)會(huì)對(duì)硅料產(chǎn)生一定影響之外，在潔凈手套挑選的過(guò)程中，對(duì)手套的材質(zhì)進(jìn)行科學(xué)且合理選擇也會(huì)為產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)極大的影響。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)不斷發(fā)展，高純多晶硅的需求量也得到了顯著增加，而高潔凈度的專(zhuān)業(yè)潔凈用品尤其是潔凈手套是制備高純多晶硅最為重要的一個(gè)處理工具，其對(duì)于高純多晶硅的制備有著無(wú)可替代的作用。隨著手套潔凈度程度的提升，其中蘊(yùn)含的雜質(zhì)數(shù)量也會(huì)逐漸降低，進(jìn)而有效降低其對(duì)于產(chǎn)品最終質(zhì)量產(chǎn)生的影響。而想要徹底避免因潔凈手套導(dǎo)致的硅料污染，對(duì)設(shè)備工藝進(jìn)行優(yōu)化與完善屬于必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，而且在由收割到酸洗等過(guò)程中也要最大限度地減少人為接觸，就目前來(lái)看，只有通過(guò)這種方式才有可能杜絕硅料污染問(wèn)題的出現(xiàn)，從而使高純多晶硅的質(zhì)量得到顯著提升。