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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:
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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(H PM)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
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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。

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