潔凈用品在高純多晶硅后處理過程中的重要性

馬 磊

（新疆協鑫新能源材料科技有限公司，新疆昌吉 831800）

工業硅是高純多晶硅的主要原材料，它在經過了一系列化學以及物理提純之后形成了具有一定純度且應用極為廣泛的電子材料，目前集成電路中的拋光片、高純硅產品以及太陽能電池等都需要借助此類材料進行制作。而想要讓其應用范圍得到進一步擴展，提升高純多晶硅的清潔度是必不可少的一個環節。本文對高純多晶硅后處理過程中潔凈用品所具有的重要性進行全面闡述與分析。

1 高純多晶硅的闡述

1.1 基本闡述

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

1.2 現狀

現階段，美國、德國、日本等發達國家壟斷了當前高純多晶硅的生產與制造。因為在生產多晶硅時，只有實現規模化之后才可能會盈利，同時此類材料生產技術還具有較高的復雜性、較強的保密性以及專有性等，而且后進入者想要對市場進行進一步開發有著較大的難度，所以目前想要構建一個具有一定規模化并且相對先進的高純多晶硅生產機構極為不易。

在對半導體的多晶硅進行制造時，冶金級硅是必不可少的一個原料，石英砂（即二氧化硅）是它的主要成分，當處于電弧爐中的石英砂經過了碳還原反應之后便可形成冶金級硅。雖然在自然界當中二氧化硅極為常見，但是其中只有極少一部分能夠被用來制備冶金級硅。通常，想要制備冶金級硅，在礦石當中的二氧化硅含量必須要處于97%～98%及以上，而且對于其中的雜質，例如砷、磷以及硫等含量也有著十分嚴格的要求。當需要通過冶金硅來制備高純多晶硅時，冶金硅中除了要包含99%及以上的Si 之外，還應當含有諸如鐵、鈣、磷以及鋁等元素，它們在其中的含量通常要處于百萬分之幾十個（摩爾分數）。而倘若需要借助冶金硅來制備半導體硅，其中雜質的含量更是要在原基礎上降為原來的1/10～1/20。目前，想要在維持固態狀態下開展提取工作，從而讓冶金硅轉變成為半導體或太陽能硅顯然存在較大的難度。在當前的工作過程中往往先將冶金硅轉化為含硅氣體，然后再借助分餾以及吸附等工藝，實現氣體提純，最后利用化學氣相沉積法將高純硅源型氣體變成多晶硅。SIMENS 法（亦可被稱之為SiHCl3法）、AsiMi 法（亦可被稱之為SiH4法）是當前較為流行的兩種多晶硅棒生產方式，除此之外還可以通過SiH4硅源制備顆粒狀的多晶硅。

2 在后處理過程中潔凈的必要性與常見問題

近些年科學技術的不斷發展，太陽能光伏以及半導體行業也隨之得到了巨大發展，而在此過程中對于多晶硅的純度要求也在不斷提升。對于多晶硅來說，其質量和晶體管合格率之間存在著直接聯系，同時對于電學性能和太陽能電池的轉化效率也有著一定影響，為此在高純多晶硅后處理的過程中應用潔凈用品開展相關工作有著無可替代的重要作用。

想要防止在后處理過程中出現不必要的污染問題，除了要使用潔凈用品之外，還需要重視與預防常見的清潔問題。當前常見的清潔問題主要有以下幾點，首先是交叉污染，因為在處理過程中會涉及諸多環節，所接觸的物體也相對較多，因此極易出現交叉感染等問題；其次是金屬離子的粘污，因為在生產車間的空氣、生產用水當中蘊含的金屬離子可能存在超標的情況，所以極有可能會出現金屬離子粘污的問題。除此之外，生產原材料的純度較低、在實際生產過程中間接甚至直接應用其他金屬工具均有可能導致金屬離子粘污問題出現。

3 在后處理過程中影響產品質量的因素

就目前我國實際的工作情況來看，在高純多晶硅后處理的過程中產品的質量往往會受到諸多因素影響，一般可以把這些因素歸納為以下幾點，即在生產過程中的環、機、人、法以及料等，一旦上述幾個因素結合在一起之后便會直接決定所生產的產品的最終質量。為此，想要對產品最終的質量進行控制，上述五個因素缺一不可，而在其中效果最為顯著的幾點則分別是：①加工裝置，例如收割裝置、酸清洗設備以及破碎篩分裝置等；②對清洗液的選擇；③技術人員操作方式與行為規范；④生產作業環境潔凈程度和潔凈產品的應用；最后一點是過程科學有效的管理。本文將上述多種影響因素之中的“人”作為了切入點，通過深入分析和研究人員行為以及使用物品給產品質量造成的影響，給未來潔凈用品挑選以及應用規范等提供了強有力的依據與保障。

4 在高純多晶硅后處理工作中所使用的潔凈用品種類

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：首先是潔凈口罩，其包括一次性的無塵口罩以及一次性的活性炭類的無塵口罩等；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，當前最為常見的潔凈用帽是潔凈帽、發網帽（即一次性的頭套）還有披肩帽等；最后是擦拭材料，例如ISO5級的無塵布以及電子ISO6級的無塵布和無塵紙等。除此之外，潔凈服和潔凈鞋也是高純多晶硅后處理過程中相對常見的兩種潔凈用品，其中潔凈服主要包括有靜電服和其他類型的紡織品（白色連體的防靜電服、一次性的無紡布大褂、一次性的圍裙、潔凈袖套、藍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筒鞋、一次性的鞋套、防靜電鞋以及防靜電的網眼鞋等。

5 潔凈手套的意義和使用分析

5.1 在后處理過程中潔凈手套具有的意義

與其他潔凈用品不同，在后處理過程中潔凈手套通常會和硅料進行直接接觸，同時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用，因此產品質量受到潔凈手套產生的影響極為顯著，倘若所使用的潔凈手套潔凈度以及雜質含量不滿足相關標準，那么在硅料前期開展的各項清洗工作便成了徒勞。

5.2 使用標準

在對潔凈手套進行挑選時，往往需要根據實際情況選用效果最佳的手套。現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級中應用到的潔凈手套中金屬雜質總的含量不應超過10μg/cm3，而在ISO6級之中應用的潔凈手套金屬雜質的總含量也不應超過20μg/cm3，同時還要求實現無粉、真空包裝、雙手通用、ISO6級的凈化室處理清洗、表面不存在破洞以及不存在色差等。

在潔凈手套實際的使用過程中也需要做嚴格要求與約束，如果操作人員在操作以及潔凈手套佩戴過程中出現違規行為，那么硅料表層的金屬雜質當中的鈉以及鈣等元素的含量將呈現出幾何增長的趨勢，為此在不同作業環境中，潔凈手套儲存、使用頻率和佩戴標準與時間等均存在一定差異，同時使用的標準也不盡相同。

5.3 潔凈手套的質量對于產品最終質量的影響

本次實驗共挑選了三種表金屬量級不同的潔凈手套，讓三種手套分別接觸同一筐中的硅料。在對高純多晶硅中表金屬的雜質含量檢測數據進行分析與比較之后，得到了下表（表1）。通過表1中的數據能夠發現，硅料表金屬中蘊含的雜質含量和潔凈手套中表金屬含量表現為正相關的關系。另外在實踐過程中潔凈手套2以及3不能進入到生產實踐環節，手套1基本可以滿足各項處理要求。

表1 試驗過程中各個潔凈手套的檢測數據

5.4 產品質量受到的材質選型的影響

此次實驗挑選潔凈手套1（PVC）和高純多晶硅進行接觸，將處在同一筐中的硅料通過潔凈的電子級的PTFE 進行夾取，比較硅料在兩種不同的接觸方式中硅料表金屬中雜質的含量，最終發現相較于通過電子級的PTFE 與硅料進行接觸，借助PVC 潔凈手套和硅料進行接觸時的表金屬含量要更高，大約要高出一個數量級，這也進一步說明了潔凈手套除了自身含有的金屬雜質會對硅料產生一定影響之外，在潔凈手套挑選的過程中，對手套的材質進行科學且合理選擇也會為產品質量帶來極大的影響。

6 結束語

隨著社會不斷發展，高純多晶硅的需求量也得到了顯著增加，而高潔凈度的專業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處理工具，其對于高純多晶硅的制備有著無可替代的作用。隨著手套潔凈度程度的提升，其中蘊含的雜質數量也會逐漸降低，進而有效降低其對于產品最終質量產生的影響。而想要徹底避免因潔凈手套導致的硅料污染，對設備工藝進行優化與完善屬于必不可少的一個環節，而且在由收割到酸洗等過程中也要最大限度地減少人為接觸，就目前來看，只有通過這種方式才有可能杜絕硅料污染問題的出現，從而使高純多晶硅的質量得到顯著提升。