单晶硅片表面脏污原因分析及解决措施程志峰

程志峰张晓俊赵洪军

（黄河上游水电开发有限责任公司青海西宁810008）

摘要：单晶硅片表面脏污是金刚线切片行业中常见的不良。总结了单晶硅片清洗过程后出现表面脏污的几种类型，分析其产生产生机理，通过实验验证，提出了解决办法。

关键词：单晶硅片；表面脏污；预清洗；清洗；硅粉

1.引言

太阳能是一个行之有效的取之不尽的清洁能源，是发展低碳经济不可缺少的重要手段【1】，单晶硅片作为制作光伏电池和集成电路的基础，清洗效果直接影响光伏电池和集成电路最终性能、效率和稳定性。单晶硅片切割过程，硅片表面的多层晶格处于被破坏的状态，布满了活性较高不饱和的悬挂键，易吸附外界杂质粒子，导致硅片表面被污染且性能变差。清洗硅片不仅要除去硅片表面的杂质而且要使硅片表面钝化，从而减小硅片表面的吸附能力。目前，由于硅片清洗技术的缺陷，大规模集成电路中因为硅材的洁净度不够而产生问题甚至失效的比例达到50%，因此提高单晶硅片清洗质量极其重要。

2.金刚线切片技术最主要的优势

金刚线切单晶硅片切割技术中，以生产量高，硅片直径适用范围广，翘曲值低，表面损伤浅，表面光洁度低等多项优势被广泛应用。随着国内金刚线制造和应用技术的不断成熟，加之市场需求的快速增长不断的刺激金刚线制造技术向细线化、薄片化方向发展。使用金刚线切片技术后，由于刀缝损失的减小，能够带来单位耗硅量的减少，从而较大程度地减少了硅片的硅成本和折旧等，这也是金刚线切片最重要的驱动因素。

为了追求更高的效益，使用更细的金刚线切割薄硅片已成为行业趋势，但在提高公斤出片数以及单刀产能的同时，如何保证单晶硅片清洗质量成行业内共同攻克的技术难题，本文以生产工艺及原辅材料为基础，研究单晶硅片清洗过程中产生的表面脏污，并通过实验验证提出了解决方法。

3.单晶硅片表面脏污的类型

单晶硅片表面脏污是指，在单晶硅片表面上，非有意地附加到晶片表面上的物质，它的线度远大于局部光散射体。区域沾污可以是由机械接触印，手指或手套印记、污迹、蜡或溶剂残留物等形成的晶片表面上的外来物质【2】。

单晶硅片表面脏污呈现类型主要有3种：

1）表面硅粉残留脏污，这种脏污最为常见，大部分集中在整个硅片中间部位，也是比较难以避免和解决的脏污类型。

2）表面油污脏污，由于硅片清洗结束后，硅片表面残留不同程度的有点状脏污，且性状呈现圆形、椭圆形且不容易用水擦拭，蘸有酒精擦拭即可将污点变淡，此类硅片称之为不合格硅片（油污脏污片）。

3）硅片表面点状发白、大面积发黄、椭圆状发黑硅片脏污，此类脏污处于硅片任意部位，无规则型，较难清洗。

硅片表面脏污影响硅片外观，降低A极品率，增加硅片的成本。

4.单晶硅片表面脏污产生原因分析

单晶硅片表面脏污产生的原因包括很多，其跟设备、操作人员、原材料、工艺均有直接或间接的关系，下面将对表面脏污产生的主要原因进行分析。

从清洗完成后单晶硅片表面脏污性状判断可大致分为以下几项：

4.1表面硅粉残留脏污，主要是因单晶硅片切割后表面残留硅粉过多，预清洗喷淋未有效去表面残留硅粉、金属离子和有机物残留，因残留量过多使用正常预清洗及清洗工艺，药剂会出现清洗能力不足导致出现硅粉残留脏污。如图1、图2所示。

4.2表面油污状脏污，（1）硅片传送设备，上料端线槽接触轴承及传输皮带，轴承处润滑油通过线槽粘连到皮带，从而导致硅片表面产生油污。（2）清洗机机械臂丝杆处保养时润滑油过多，设备高速运行时飞溅至槽体导致油污片。如图3、图4所示。

4.3表面块状发黑、发黄脏污，主要是因单晶硅片制作过程中所使用的辅助材料，如切割液、脱胶剂、乳酸与单晶硅片接触后，反应时间过长、温度过高、药液浓度不均匀、清洗时间过长及纯水电阻率不达标，造成硅片表面过腐蚀、氧化呈现发白、发黄现状。如图5、图6所示。

5.控制单晶硅片表面脏污措施

针对以上表面脏污产生因素，需要进行针对性改善，以将表面脏污降至最低。

1）表面硅粉残留脏污，首先确定切割液无分层现象，纯水PH=6-7之间，切割过程中循环温度在20±2℃范围内，切割完成提料时使用纯水冲洗并迅速转运至后道工序。其次检查喷淋头有无堵塞，各槽温度及超声是否符合设定值。最后依据脱胶后硅片表面硅粉量来制定合理的清洗工艺。

2）表面油污状脏污，此种脏污异常可从两方面入手解决，一是开机前对清洗设备所有升降器、丝杆、气缸及导轨润滑处进行检查清理，防止清洗过程中油类滴至硅片表面或清洗槽中；二是与硅片直接接触处进行检查，如人员劳保、传送带、机械吸盘等，防止接触部位污染。

3）表面块状发黑、发黄脏污，此两种脏污性状难以通过工艺手段解决，只能防止其发生。防止此类脏污发生的措施有如下3点：a.做好切割液（COD、PH），脱胶剂/乳酸（有效乳酸含量、密度、表面活性剂），清洗剂（游离碱度、密度、PH）等原辅材料进检监控。b.工艺运行稳定，预清洗槽体运行温度控制在45-60℃，药剂槽浸泡时间≤300秒，药剂槽配比浓度16.6%-18.0%，每100刀更换药液1次。清洗槽体运行温度控制在45-60℃，药剂槽浸泡时间≤220秒，清洗剂浓度0.8-1.3毫升/片，双氧水浓度0.4-0.5毫升/片，氢氧化钠浓度0.012-0.02克/片，每清洗6000-7000片进行补液，每清洗60000-70000片更换药液1次。按此工艺方案进行，可杜绝此类脏污发生。

6.结论

本文从工艺、材料等方面分析了单晶硅片清洗过程中表面脏污产生的原因，并提出相应改善措施，能够有效降低清洗过程中硅片表面脏污。

参考文献：

[1]何思浅谈民用光伏系统【B】.安徽建筑，2010（04）：0141-02.

[2]孙燕，黄笑容，向磊，翟富义、卢立延、郑琪、邓志杰、贺东江GB/T14264-2009《半导体材料术语》.