硅片清洗及原理

硅片清洗及原理

硅片的清洗很重要，它影响电池的转换效率，如器件的性能中反向电流迅速加大及器件失效等。因此硅片的清洗很重要，下面主要介绍清洗的作用和清洗的原理。

清洗的作用

1.在太阳能材料制备过程中，在硅表面涂有一层具有良好性能的减反射薄膜，有害的杂质离子进入二氧化硅层，会降低绝缘性能，清洗后绝缘性能会更好。

2.在等离子边缘腐蚀中，如果有油污、水气、灰尘和其它杂质存在，会影响器件的质量，清洗后质量大大提高。

3.硅片中杂质离子会影响P-N 结的性能，引起P-N 结的击穿电压降低和表面漏电，影响P-N 结的性能。

4.在硅片外延工艺中，杂质的存在会影响硅片的电阻率不稳定。

清洗的原理

要了解清洗的原理，首先必须了解杂质的类型，杂质分为三类：一类是分子型杂质，包括加工中的一些有机物；二类是离子型杂质，包括腐蚀过程中的钠离子、氯离子、氟离子等；三是原子型杂质，如金、铁、铜和铬等一些重金属杂质。目前最常用的清洗方法有：化学清洗法、超声清洗法和真空高温处理法。

1.目前的化学清洗步骤有两种：

（1）有机溶剂（甲苯、丙酮、酒精等）→去离子水→无机酸（盐酸、硫酸、硝酸、王水）→氢氟酸→去离子水

（2）碱性过氧化氢溶液→去离子水→酸性过氧化氢溶液→去离子水

下面讨论各种步骤中试剂的作用。

a.有机溶剂在清洗中的作用

用于硅片清洗常用的有机溶剂有甲苯、丙酮、酒精等。在清洗过程中，甲苯、丙酮、酒精等有机溶剂的作用是除去硅片表面的油脂、松香、蜡等有机物杂质。所利用的原理是"相似相溶"。

b.无机酸在清洗中的作用

硅片中的杂质如镁、铝、铜、银、金、氧化铝、氧化镁、二氧化硅等杂质，只能用无机酸除去。有关的反应如下：

2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑

Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O

Cu+2H2SO4= CuSO4 +SO2↑+2H2O

2Ag+2H2SO4=2Ag2SO4+SO2↑+2H2O

Cu+4HNO3= Cu（NO3）2 +2NO2↑+2H2O

Ag+4HNO3= AgNO3+2NO2↑+2H2O

Au+4HCl+HNO3=H［AuCl4］ +NO↑+2H2O

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O

如果HF 过量则反应为：SiO2+6HF=H2［SiF6］+2H2O

H2O2 的作用：在酸性环境中作还原剂，在碱性环境中作氧化剂。在硅片清洗中对一些难溶物质转化为易溶物质。如：

As2S5+20 H2O2+16NH4OH=2（NH4）3AsO4+5（NH4）2SO4+28H2O

MnO2+ H2SO4+ H2O2= MnSO4+2H2O+O2↑

c.RCA 清洗方法及原理

在生产中，对于硅片表面的清洗中常用RCA 方法及基于RCA 清洗方法的改进，RCA 清洗方法分为Ⅰ号清洗剂（APM）和Ⅱ号清洗剂（HPM）。Ⅰ号清洗剂（APM）的配置是用去离子水、30%过氧化氢、25%的氨水按体积比为：5:1：1 至5:2：1；Ⅱ号清洗剂（HPM）的配置是用去离子水、30%过氧化氢、25%的盐酸按体积比为：6:1：1 至8:2：1。其清洗原理是：氨分子、氯离子等与重金属离子如：铜离子、铁离子等形成稳定的络合物如：［AuCl4］-、［Cu（NH3）4］2+、［SiF6］2-。

清洗时，一般应在75～85℃条件下清洗、清洗15 分钟左右，然后用去离子水冲洗干净。Ⅰ号清洗剂（APM）和Ⅱ号清洗剂（HPM）有如下优点：

（1）这两种清洗剂能很好地清洗硅片上残存的蜡、松香等有机物及一些重金属如金、铜等杂质；

（2）相比其它清洗剂，可以减少钠离子的污染；

（3）相比浓硝酸、浓硫酸、王水及铬酸洗液，这两种清洗液对环境的污染很小，操作相对方便。

2.超声波在清洗中的作用

目前在半导体生产清洗过程中已经广泛采用超声波清洗技术。超声波清洗有以下优点：

（1）清洗效果好，清洗手续简单，减少了由于复杂的化学清洗过程中而带来的杂质的可能性；

（2）对一些形状复杂的容器或器件也能清洗。

超声波清洗的缺点是当超声波的作用较大时，由于震动磨擦，可能使硅片表面产生划道等损伤。

超声波产生的原理：高频震荡器产生超声频电流，传给换能器，当换能器产生超声震动时，超声震动就通过与换能器连接的液体容器底部而传播到液体内，在液体中产生超声波。

3.真空高温处理的清洗作用

硅片经过化学清洗和超声波清洗后，还需要将硅片真空高温处理，再进行外延生长。真空高温处理的优点：

（1）由于硅片处于真空状态，因而减少了空气中灰尘的玷污；

（2）硅片表面可能吸附的一些气体和溶剂分子的挥发性增加，因而真空高温易除去；

（3）硅片可能玷污的一些固体杂质在真空高温条件下，易发生分解而除去。

清洗分类

物理清洗 物理清洗有三种方法。①刷洗或擦洗:可除去颗粒污染和大多数粘在片子上的薄膜。②高压清洗：是用液体喷射片子表面，喷嘴的压力高达几百个大气压。高压清洗靠喷射作用，片子不易产生划痕和损伤。但高压喷射会产生静电作用，靠调节喷嘴到片子的距离、角度或加入防静电剂加以避免。③超声波清洗：超声波声能传入溶液,靠气蚀作用洗掉片子上的污染。但是,从有图形的片子上除去小于 1微米颗粒则比较困难。将频率提高到超高频频段，清洗效果更好。

化学清洗 化学清洗是为了除去原子、离子不可见的污染,方法较多,有溶剂萃取、酸洗（硫酸、硝酸、王水、各种混合酸等）和等离子体法等。其中双氧水体系清洗方法效果好，环境污染小。一般方法是将硅片先用成分比为H2SO4:H2O2=5:1或4:1的酸性液清洗。清洗液的强氧化性,将有机物分解而除去；用超纯水冲洗后,再用成分比为H2O:H2O2:NH4OH=5:2:1或5:1:1或7:2:1的碱性清洗液清洗,由于H2O2的氧化作用和NH4OH的络合作用，许多金属离子形成稳定的可溶性络合物而溶于水；然后使用成分比为H2O:H2O2:HCL=7:2:1或5:2:1的酸性清洗液，由于H2O2的氧化作用和盐酸的溶解，以及氯离子的络合性，许多金属生成溶于水的络离子，从而达到清洗的目的。

放射示踪原子分析和质谱分析表明，采用双氧水体系清洗硅片效果最好，同时所用的全部化学试剂 H2O2、NH4OH、HCl能够完全挥发掉。用H2SO4和H2O2清洗硅片时，在硅片表面会留下约2×1010原子每平方厘米的硫原子，用后一种酸性清洗液时可以完全被清除。用H2O2体系清洗硅片无残留物，有害性小，也有利于工人健康和环境保护。硅片清洗中用各步清洗液处理后，都要用超纯水彻底冲洗。

上一篇：硅片生产流程

下一篇：硅片等级分类及标准