电子级多晶硅中杂质的吸附与膜分离技术进展

崔德耀

新特能源股份有限公司 新疆乌鲁木齐 830026

1 概述

近些年来，随着我们国家在电子技术以及智能化技术等方面的飞速发展，使得其芯片的应用越来越广泛，其中在对芯片的原材料需要用到较高纯度的电子级多晶硅；然而在电子级多晶硅的工业生产过程中往往由于其中存在的杂质（B、P）很难被去除，进而对电子级多晶硅的纯度等有着显著的制约影响作用，于是为了能够让电子级多晶硅更好的应用与当前的国内国际市场，就需要对其制备工艺进行不断优化改善[1]。早期在对电子级多晶硅进行制备时往往选择增加精馏塔的数量等方式方法进行提纯，但是由于工艺流程的增长，也就意味着管道设备中的金属杂质更容易进入多晶硅中，增加多晶硅中的表金体金；在实践中随即出现了吸附和膜分离技术，该技术的应用为提升电子级多晶硅的制备纯度、有效降低杂质含量有着显著促进作用。故本文选择以吸附和膜分离技术为研究对象，对其电子级多晶的制备进行实证研究，在此基础上对该方法的存在问题、研究进展等进行论述。

2 电子级多晶硅工艺中的杂质及其危害

2.1 杂质的种类及进入途径

在电子级多晶硅的制备过程中的杂质来源主要有两类，一类是工业硅中所存在一些物质，例如硼、磷、铁、钙、铝等；另外一部分的杂质则主要来源于制备工艺中相关设备以及器材在实际进行制备过程中经腐蚀所带进来的一些金属元素，例如管道、阀门中的所含有的铁、铜、锰、钠、钛、镍等元素，并且还会有诸如碳、甲烷有机无机杂质；更为重要的是，近些年的实证研究发现，工业生产的环境也会对其纯度产生一定影响，例如工厂中装饰材料所、生产线员工带入的杂质、包装物与产品接触产生的杂质、产品与外界空气过多接触等。因此，可以看出来在电子级多晶硅的制备过程中所含有的杂质来源以及杂质种类是相对比较多的，并且电子级多晶硅的要求均相对较高，这些杂质的存在就会对整个材料的应用效果产生巨大影响。

2.2 杂质的危害以及对微电子生产工艺的影响

从目前各个国家对于电子行业的重视以及创新改善，使得其对于硅片的应用直径逐渐在增大，因此就会在这些硅片上面有更多的芯片进行集成应用；并且其芯片自身的集成技术也在飞速发展，目前已经达到纳米级的高度，也就是说明未来对于芯片的应用标准、相关材料的纯度和质量等将会有更高的要求，从而才能保证其相关的产品能够发挥实效。在大量的实践中均一致表明，在硅片中存在的固体颗粒以及分子态化学污染物对于硅片的整体应用质量、范围等均有着显著的影响作用，例如会造成严重的光刻缺陷、硅片的膜触差以及积层缺陷等，更甚者对于整个集成电路以及元器件的使用寿命等均有显著制约影响。在所有的杂质中，对芯片影响比较大的还要属碱金属钠以及铁、铝、锌等物质的含量，以及半金属材料中的砷和硫的含量，这些元素对于集成电路和元器件的影响是很大的，在实际的工业制备电子级磷酸过程中应当引起足够的重视，否则将会造成严重的后果。

3 杂质的吸附技术以及进展

3.1 活性炭吸附及其集成技术

在杂质的吸附技术中，应用较多且比较广泛的是活性炭吸附技术，其主要应用的原理在于活性炭具有不同形态的孔径，能够实现对相关有机溶剂的吸附；并且在实际应用过程中，选用不同孔径的活性炭其吸附效果也会有较大的差异。由于在电子级多晶硅的工艺制备过程中，主要去除的杂质为硼、磷等物质的极限较高，同时还有有机杂质有高分子杂质、低分子杂质，因此，往往在此过程中就需要将活性炭与双氧水以及其它羟基等物质相结合使用，进而达到去除有机杂质的目的[2]。

3.2 新的集成工艺与研究方向

除了在制备电子级多晶硅过程中需要严格的杂质去除工艺，在电子级过氧化氢的制备中依然需要对杂质进行有效去除，进而提升材料应用的纯度。在该物质的生产工艺中国逐渐形成了吸附-离子交换-膜分离纯化等流程，并且大量的实证研究表明，该新的集成工艺所制备的过氧化氢中总有机碳的质量分数为不超过5×10-6，并且其金属离子的质量分数记忆颗粒度相应也达到SEMI-12的标准。

4 膜分离技术及其进展

4.1 膜分离技术的应用

在相关的物质提取工艺中，为了能够对其物质纯度进行有效的提升，于是相继出现膜分离技术的应用；但是对于该技术来说，其对于杂志的去除效果取决于膜材料的选择以及相关膜组件的制备、膜污染的控制。例如在采用化学沉淀-膜分离工艺等过程中要通过对相关金属的利用进而使得杂志进行沉淀，之后采用微滤膜对其形成的金属离子沉淀物进行有效清除；更为重要的是，在采用该方法时，需要进行系列预处理，例如过滤、絮凝以及活性炭吸附等方法。由于该技术的应用要求相对比较高，因此从目前的文献内容分析看，其对于相关重要的参数以及膜组件、膜等相关的信息均有所保留，故在实际应用过程中依旧需要不断进行深入分析研究。

4.2 膜分离技术的进展

膜材料的研究和应用方面有了实质性的进展，聚偏氟乙烯（PVDF）的化学性质相当稳定，能够在磷酸介质和较高温度下反复使用[3]。戈尔膜在磷酸纯化的应用已由试验证实,无机陶瓷膜价格较低、耐腐蚀、耐高温,很有希望在磷酸深度净化领域应用。目前，膜组件已从单纯的管式发展到中空纤维和卷式膜组件,制造费用和能耗也降低。