硅片的清洗非常重要,它影响电池的转换效率,如反向电流的快速增加和器件性能的器件失效。因此,硅片的清洗非常重要。下面主要介绍清洗的作用和原理。
清洁的功能
1.在制备太阳能材料的过程中,在硅表面涂上一层性能良好的防反射膜。有害杂质离子会进入二氧化硅层,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,如果有油渍、湿气、灰尘等杂质,会影响器件的质量,清洗后质量会大大提高。
3.硅片中的杂质离子会影响pn结的性能,导致pn结的击穿电压降低,表面漏电流影响pn结的性能。
4.在硅片外延过程中,杂质的存在会影响硅片电阻率的不稳定性。
清洁原理
要了解清洗原理,首先要了解杂质的种类,可以分为三类:一类是分子杂质,包括加工中的一些有机物;二是离子杂质,包括钠离子、氯离子、氟离子等。腐蚀过程中;它是一种三原子杂质,如一些重金属杂质,如金、铁、铜和铬。目前最常用的清洗方法有化学清洗、超声波清洗和真空高温处理。
1.目前有两个化学清洗步骤:
1)有机溶剂甲苯、丙酮、乙醇等)。)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
试剂在各个步骤中的作用将在下面讨论。
A.有机溶剂在清洁中的作用
硅片清洗常用的有机溶剂有甲苯、丙酮、酒精等。清洗过程中,使用甲苯、丙酮、酒精等有机溶剂去除硅片表面的油脂、松香、蜡等有机杂质。使用的原则是“相似和兼容”。
B.无机酸在清洁中的作用
硅片中的镁、铝、铜、银、金、氧化铝、氧化镁、二氧化硅等杂质只能用无机酸去除。答复如下:
2Al 6HCl=2AlCl3 3H2
Al2O3 6HCl=2AlCl3 3H2O
Cu 2H2SO4=硫酸铜SO2 2H2O
2Ag 2h2so 4=2Ag 2so 4 SO22H2O
Cu 4 HNO 3=CuNO3)2 NO22H2O
Ag 4HNO3=AgNO3 2NO2 2H2O
au 4 HCl HNO 3=H[AUC 4]NO2H2O
二氧化硅4HF=SiF4 2H2O
如果氟化氢过量,反应是二氧化硅6HF=H2 [SiF6] 2H2O。
H2O2的作用:在酸性环境中作为还原剂,在碱性环境中作为氧化剂。在硅片清洗中,一些不溶性物质转化为可溶性物质。例如:
as2s 5 20 H2O 2 16NH4OH=2NH4)3as 4 5NH4)2so 4 28H2O
二氧化锰H2SO4 H2O2=二氧化锰2H2O O2
C.RCA清洗方法和原理
在生产中,硅片表面清洗常用的是RCA法和基于RCA的清洗方法的改进。RCA清洗方式分为1号清洗剂APM)和2号清洗剂HPM)。清洗剂a
PM)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。