電子級(jí)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(lái)，隨著我們國(guó)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(lái)越廣泛，其中在對(duì)芯片的原材料需要用到較高純度的電子級(jí)多晶硅；然而在電子級(jí)多晶硅的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(duì)電子級(jí)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(jí)多晶硅更好的應(yīng)用與當(dāng)前的國(guó)內(nèi)國(guó)際市場(chǎng)，就需要對(duì)其制備工藝進(jìn)行不斷優(yōu)化改善[1]。早期在對(duì)電子級(jí)多晶硅進(jìn)行制備時(shí)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(zhǎng)，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(jí)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(duì)象，對(duì)其電子級(jí)多晶的制備進(jìn)行實(shí)證研究，在此基礎(chǔ)上對(duì)該方法的存在問(wèn)題、研究進(jìn)展等進(jìn)行論述。

2 電子級(jí)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(jí)多晶硅的制備過(guò)程中的雜質(zhì)來(lái)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(lái)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(guò)程中經(jīng)腐蝕所帶進(jìn)來(lái)的一些金屬元素，例如管道、閥門(mén)中的所含有的鐵、銅、錳、鈉、鈦、鎳等元素，并且還會(huì)有諸如碳、甲烷有機(jī)無(wú)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(huì)對(duì)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(guò)多接觸等。因此，可以看出來(lái)在電子級(jí)多晶硅的制備過(guò)程中所含有的雜質(zhì)來(lái)源以及雜質(zhì)種類是相對(duì)比較多的，并且電子級(jí)多晶硅的要求均相對(duì)較高，這些雜質(zhì)的存在就會(huì)對(duì)整個(gè)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(duì)微電子生產(chǎn)工藝的影響

從目前各個(gè)國(guó)家對(duì)于電子行業(yè)的重視以及創(chuàng)新改善，使得其對(duì)于硅片的應(yīng)用直徑逐漸在增大，因此就會(huì)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(jí)的高度，也就是說(shuō)明未來(lái)對(duì)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(huì)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(duì)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(huì)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(duì)于整個(gè)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(duì)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(duì)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(jí)磷酸過(guò)程中應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視，否則將會(huì)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(duì)相關(guān)有機(jī)溶劑的吸附；并且在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，選用不同孔徑的活性炭其吸附效果也會(huì)有較大的差異。由于在電子級(jí)多晶硅的工藝制備過(guò)程中，主要去除的雜質(zhì)為硼、磷等物質(zhì)的極限較高，同時(shí)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(guò)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(jí)多晶硅過(guò)程中需要嚴(yán)格的雜質(zhì)去除工藝，在電子級(jí)過(guò)氧化氫的制備中依然需要對(duì)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(guó)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(guò)氧化氫中總有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為不超過(guò)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(duì)于該技術(shù)來(lái)說(shuō)，其對(duì)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(guò)程中要通過(guò)對(duì)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(duì)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(shí)，需要進(jìn)行系列預(yù)處理，例如過(guò)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(duì)比較高，因此從目前的文獻(xiàn)內(nèi)容分析看，其對(duì)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(guò)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(wú)機(jī)陶瓷膜價(jià)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。