电子级多晶硅清洗过程管控要点

174研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术中国设备工程 2019.02 (下)随着我国对电子级多晶硅用量需求不断增加，自主生产高纯电子级多晶硅迫在眉睫。

在电子级多晶硅生产技术攻关中，最难解决的技术难题就是硅料清洗，其关键控制点更是亟需开发掌握的技术。

本文主要将对电子级多晶硅清洗过程中关键控制点进行探究。

1 电子级多晶硅的清洗方法电子级多晶硅的清洗方法通常采用湿法清洗，硅料湿法清洗主要包括硅料碱洗及硅料酸洗，目前国外电子级多晶硅生产企业主要采用硅料酸洗技术。

1.1 硅料碱洗硅料碱洗主要是指在30~120℃的温度下，使用一定浓度的碱液，将硅料投入其中液体中，硅料与氢氧根离子反应产生硅酸根，反应过程中有氢气产生，具体反应方程式如下：Si+2NaOH+H 2O=Na 2SiO 3+2H 2↑Si →[SiO 3]2-Si-4e →Si 4+H 2O →H 2↑H+1e →H 4H+4e →4H通过该反应碱蚀适当的厚度，将硅料表面的氧化物、砂浆、粉尘等杂质去除，使硅料表面洁净度符合要求。

常规采用使用的碱液为氢氧化钠、氢氧化钾或其他有机碱，但碱洗过后，要选用适当的冲洗方式除去硅料表面残留的碱性物质，常用的冲洗方式有浸泡、喷淋、QDR，通常选用几种重复或者交替使用，为了加快冲洗效果，可适当加入无机酸（如盐酸、氢氟酸），中和残余的碱液，以实现彻底去除残留的问题，提高清洗效果。

碱液清洗硅料时，绝大部分金属物不与碱液进行反应，故而碱洗有一定的局限性。

1.2 硅料酸洗方法目前在电子级多晶硅清洗行业中，通常选用氢氟酸与硝酸按一定比例混合与硅料进行蚀刻反应，硅料先与硝酸反电子级多晶硅清洗过程管控要点厉忠海，于跃，王阳，沈棽（江苏鑫华半导体材料科技有限公司，江苏 徐州 221004）摘要：电子级多晶硅是集成电路产业链中重要的基础材料，是制造集成电路抛光片、高纯硅制品的主要原料。

电子级多晶硅表面金属杂质含量的高低对单晶拉制以及晶圆片的良率的高低有着密切的关系，因此，在生产过程中，通过表面清洗来控制电子级多晶硅后处理过程中带来的表面金属杂质含量，提升电子级多晶硅的质量，保证单晶拉制的成功率、晶圆片的良率。

关键词：电子级多晶硅；清洗方法；表面金属含量中图分类号：TN304 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2019）02（下）-00174-02提高电能运输效率和质量，降低电网的维护成本，起到保护环境和节约资源目的，因此在我国有非常好的发展前景，得到非常广泛应用。

（3）柔性交流电技术的应用。

该技术在电网运输中具备很高的清洁度，但是在实际的运用中还需要使用一些技术，现在智能电网采用了很多技术，（电力、微型电子以及控制等方面的技术）。

与此同时，在运输电力中必须将较高清洁度，一些新型电力注入到电网中，而柔性交流电技术可以对这些方面的需求进行有效满足，应该通过利用一些电力和控制方面的技术对交流电视网线进行灵活和合理的控制，因此该技术在智能电网中的应用非常广泛。

2.3 新型的电力工程技术在智能电网中的应用 （1）构建调度和广域防御网络，这样就能确保我国电力能源在相对领域得到更加广阔应用，使得电力资源得到科学合理的配置。

（2）构建新型可靠的硬件方面的设备，关于电力工程在开展运输工作中采用这些新型的硬件设备可以对运输中输电设备发生的老化现象进行合理避免和解决，最大限度提高运输效率。

（3）对拓扑网络进行合理构建，应用这种性质的技术就可以对智能电网和计算机之间进行合理连接，从而就能够构建出成熟和完善的供电系统。

3 结语在进行智能电网建设中，要从多经济性、安全性、稳定性及便捷性等多方面进行考虑，确保工程技术得到科学合理的应用。

我国电网已经进入到了智能化和科技化的新时代，在进行智能电网建设中电力工程技术发挥着非常重要作用，因此加强对其的研究与应用具有非常重要的现实意义。

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在实际硅料清洗过程中，硅料与酸接触时间大约在2~5min，在此过程中，反应产生大量酸性气体会对设备本体及其他材质带来隐患。

下面将重点探究在电子级多晶硅酸洗过程中的控制要点。

2 清洗过程管控要点当前电子级多晶硅酸洗过程中主要存在两大技术难题，即酸洗过程中酸雾对设备本体造成的腐蚀及用于衡量硅料清洗后表面金属杂质含量制程能力的CPK 不稳定。

2.1 酸雾对设备本体造成腐蚀电子级多晶硅酸洗工艺使用饱和硝酸、氢氟酸，而硝酸与氢氟酸本身具有很强的腐蚀性，酸洗过程中产生大量的酸雾，设备内部换气量不足，导致酸洗过程中产生的大量酸雾不能及时的排出，滞留在酸洗设备内部，导致设备本体造成腐蚀。

2.2 硅料表面金属杂质含量的稳定性电子级多晶硅经过酸洗过后，其表面金属杂质含量高，主要原因包括电子级多晶硅来料等级、电子级多晶硅酸洗后的二次污染。

在电子级多晶硅生产结束后的停炉过程中，温度控制不稳定会导致硅棒表面形貌较为粗糙，硅棒在破碎、分选过程中被金属污染物沾污，清洗过程中很难冲洗干净，造成污染物堆积不能去除。

同时，硅料表面在破碎及分选过程中极易被油脂、有机物沾污，而仅靠酸液无法去除油脂和有机物层。

此外，酸洗设备机台，在酸性条件下，材质本身存在缓慢释放杂质颗粒，对硅料自身存在不同程度污染。

同时，酸洗设备内部环境中金属含量较高，清洗过程中，硅料会暴露在空气中，造成二次污染。

另外，硅料酸洗工艺所使用的高纯水、酸液等厂务介质，不能满足工艺生产需求，金属杂质含量较高，也会造成二次污染等。

2.3 管控要点在硅料清洗过程中要充分考虑到设备机台材质、机台内部环境、电子级多晶硅来料等级及厂务介品质等多种因素，在清洗过程中，每个环节的疏忽都可能导致全盘皆输，所以不放过任何一个细节是成功清洗出高品质电子级多晶硅的关键。

（1）材料选型。

硅料酸洗设备在设计初要充分考虑酸洗机台的选材，酸洗机台材料具有耐腐蚀性、高纯度无杂质释放，同时，要具有一定的强度以实现再加工及焊接性能。

选用高纯PP、PVDF、C-PVC 或高纯有机氟材料作为设备机台材质基本可以满足以上需求。

随着当前新型材料的不断开发，国外部分酸洗设备也有选用高端PEEK 材料作为酸洗设备主要构成材料，但其价格相对前者较贵。

（2）内部环境。

硅料在酸洗过程中会持续产生酸雾，对机台设备内部暴露的金属如机械手、传送链等硬件材料产生腐蚀，在酸洗硅料转化过程中硅料也会暴露在空气中，所以电子级多晶硅酸洗设备内部要保证负压状态，酸洗过程中产生的酸雾要第一时间通过工艺排风系统排出去，尽量缩短酸雾在酸洗设备内滞留时间，降低酸雾对酸洗内部裸露金属腐蚀风险。

为了保证硅料在酸洗过程中不被环境空气污染，硅料酸洗机内部至少保持在百级、千级的洁净等级，杜绝二次污染的风险。

（3）硅料来料。

硅料来料的影响主要体现在硅料表面形态上，在还原工序硅棒化学气相沉积过程中，如果工艺控制不稳定则硅料表面生长不均匀，粗糙度较大。

在清洗过程中，残留在凹处的有机物质及金属颗粒则不易被清洗除去，所以在还原工序一定要控制稳定的气相沉积工艺，这样对后续人工破碎、机械破碎以及硅料清洗都会带来诸多难题。

（4）厂务介质。

电子级多晶硅酸洗用药剂可以采用不同等级的酸，酸的等级一般分为：EL 级、UP 级及UPS 级，根据企业自身成本控制，选取不同等级的酸，对于技术成熟的酸洗工艺可以选取EL 级或者UP 级，这样可以节省费用成本，对于酸洗技术探索阶段则建议选取UPS 级酸，这样可以避免硅料清洗最终质量的误判。

厂务氮气选用高纯洁净氮气，用水则选用高纯水，压缩空气选用洁净压缩空气。

厂务介质对于避免造成硅料二次污染起到关键作用。

（5）酸洗设备维保。

在酸洗设备检修过程中，人的规范操作是清洗机台检修后迅速投入工作的关键要素，此环节，人的动作会不同程度引入杂质，所以在设备检修后一定要对酸洗设备内部做洁净处理，对酸洗设备检修人员要加强操作人员的培训，提高洁净意识，要制定严格可实施性检修SOP，这样才能规避人为释放的污染源。

3 结语在电子级多晶硅清洗过程中，每个清洗环节乃至辅助介质都至关重要，忽视其中任一环节，都将对最终产品质量带来重大影响，这就需要电子级多晶硅生产企业在设计清洗设备的初期到后期运行维护进行全方位的考量，不仅要精通其工艺原理，还要在其设备的结构、选型及材质等方面进行仔细研究，这样才能顺利清洗出更高品质的电子级多晶硅。

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