硅片清洗工藝的詳細(xì)分析

1、太陽能硅片的清洗工藝1 .藥梢清洗液最佳配比確定由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，在清洗劑濃度較低時(shí)，不能達(dá)到良好的清洗效果切割過程中吸附到Si片表面的砂漿等沾污依然停留在Si片表面。提高清洗劑用量，砂漿殘留的片數(shù)減少，但是持續(xù)加大清洗劑用量，又會(huì)造成新的污染，即清洗劑殘留，和砂漿殘留一樣，會(huì)影響Si片的質(zhì)量。因此選擇其中效果最好的配比為2.0L。2 .藥梢清洗溫度的確定藥梢清洗溫度設(shè)置與表面活性劑的性質(zhì)密切相關(guān)，這是因?yàn)樵诘蜏貢r(shí)非離子表面活性劑與水完全混溶，親水基聚氧乙烯與水形成的氫鍵能量低,隨著溫度升高分子熱運(yùn)動(dòng)加劇氫鍵被破壞，導(dǎo)致非離子表面活性劑在水中的溶解度下降，當(dāng)溫度升高并且達(dá)到一定值時(shí)，非離子表

2、面活性劑從水溶液中析出變混濁，此時(shí)的溫度即為濁點(diǎn)，溫度對非離子表面活性劑的去污能力的影響是明顯的，研究表明當(dāng)溫度接近于濁點(diǎn)時(shí),清洗效果最好。通過實(shí)驗(yàn)得出40-55C均可，但45c為最佳。3 .堿性清洗液與Si的反應(yīng)選擇生產(chǎn)線連續(xù)進(jìn)行清洗一個(gè)藥梢，從新配清洗液開始每隔1min測其pH值,所得數(shù)據(jù)如圖配置好準(zhǔn)備清洗用的堿性清洗液pH值在1213,堿性很強(qiáng),Si片浸人清洗液后，表面會(huì)產(chǎn)生大量直徑在0.5mm左右的氣泡，認(rèn)為是Si和清洗液中大量存在的-OH發(fā)生如下反應(yīng):Si+4OH-7(SiO4)4+2H2反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，過程測量藥梢中清洗液pH彳1,相比開始降低0.1-0.3,但是繼續(xù)測量,pH值將保

3、持在一定水平11.5-12左右不再繼續(xù)下降這是因?yàn)樯喜椒磻?yīng)生成的(SiO4)4是不穩(wěn)定的，它在水溶液中繼續(xù)和水發(fā)生如下反應(yīng)(SiO4)4+4H20fsi(OH)4+4OH-在式(1)中消耗的OH-得到補(bǔ)充，在反應(yīng)達(dá)到平衡后，OH-基本保持不變,如此清洗液的pH值可以保持在一定范圍而不持續(xù)下降，能夠獲得穩(wěn)定的清洗效果.4 .表面沾污的來源Si片內(nèi)部的原子排列整齊有序，每個(gè)Si原子的4個(gè)價(jià)電子與周圍原子的價(jià)電子結(jié)合構(gòu)成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。但是經(jīng)過切割工序后,Si片表面垂直切片方向的共價(jià)鍵遭到破壞而成為懸空鍵，這種不飽和鍵處于不穩(wěn)定狀態(tài)，具有可以俘獲電子或其他原子的能力，以減低表面能，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)周圍環(huán)

4、境中的原子或分子趨近晶片表面時(shí)，受到表面原子的吸引力，容易被拉到表面，在Si晶片表面富集，形成吸附，從而造成污染。理想表面實(shí)際是不存在的，實(shí)際的Si片表面一般包括三個(gè)薄層：加工應(yīng)變層、氧化層和吸附層，在這三層下面才是真正意義上的晶體Si。對于太陽能用Si片來說，加工應(yīng)變層是指在線切工藝時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)變區(qū)，氧化層指新切出的表面與大氣接觸造成的氧化薄膜，厚度在幾納米到幾十納米之間，和留置在空氣中的時(shí)間有關(guān)，這也是切割后的Si片如果不能馬上進(jìn)入下一工序，要盡快浸泡到純水中的原因。Si片表面的最外層即為吸附層，是氧化層與環(huán)境氣氛的界面，吸附一些污染雜質(zhì)。這些沾污可以分為分子、離子、原子或者分為有機(jī)雜質(zhì)、

5、金屬和粒子。如圖所示粗糙部分有機(jī)雜質(zhì),被吸附分子本征氧化層/硅片圖2Si片表面污染示意圖Fig-2ContaminationonSiwafersurface5 .堿性清洗的機(jī)理堿性清洗液的主要成分是苛性堿、磷酸鹽、硅酸鹽、碳酸鹽、鰲合劑和表面活性劑，苛性堿具有強(qiáng)堿性，能夠中和Si片表面的酸性沾污物，另外強(qiáng)堿的皂化作用可以將油脂分解成可溶的物質(zhì)隨清洗液沖走。磷酸鹽和硅酸鹽都能提供一定的清潔效果。碳酸鹽具有弱堿性,pH值在9-9.5,碳酸鹽的主要作用是作為緩沖劑，使清洗液的pH值保持在一定范圍內(nèi)。鰲合劑一方面通過化學(xué)反應(yīng)減少溶液中的自由金屬離子，另一方面通過競爭吸附提前吸附在Si片表面從而減少金屬

6、在Si片表面的附著。堿性清洗液的清洗效果與pH值也有著密切關(guān)系，隨著清洗液的重復(fù)使用,pH必然下降，但是碳酸鹽的緩沖作用使這一過程的速度明顯降低，另外-OH與Si的兩步反應(yīng)使得溶液中-OH濃度在反應(yīng)達(dá)到平衡后基本保持不變，延長了清洗液的使用時(shí)間，生產(chǎn)中藥梢的更換頻次一般控制在每洗2000-4000片換一次清洗液。藥梢中添加的表面活性劑的分子是由親水基團(tuán)和親油基團(tuán)構(gòu)成的，即可溶解在極性溶液中，又可以溶解在非極性溶液中。表面活性劑的性質(zhì)主要由親水基團(tuán)決定，一類是溶解于水后能解離的離子型表面活性劑，另一類是在水中不能解離的非離子型表面活性劑。在半導(dǎo)體清洗中為避免離子沾污通常使用非離子型表面活性劑。在

7、切片過程中，切屑、油污、金屬原子等易粘附在Si片表面，清洗液中的表面活性劑一方面能吸附各種粒子、有機(jī)分子，并在Si表面形成一層吸附膜，阻止粒子和有機(jī)分子污粘附在Si表面上，另一方面可滲入到粒子和油污粘附的界面上，把粒子和油污從界面分離隨清洗液帶走，起到清洗作用使Si片表面潔凈。一般來說在堿性清洗液中加入表面活性劑主要有以下2個(gè)作用：1）降低表面張力表面活性劑在溶液中的排列情況與濃度有關(guān)，只有當(dāng)濃度達(dá)一定值時(shí),才能在溶液表面聚集足夠的數(shù)量形成單分子膜，從而降低表面張力，增強(qiáng)清洗液的潤濕和滲透作用。2）提高超聲效率其機(jī)理是借助于表面活性劑的潤濕、滲透、乳化、增溶、分散等作用,使沾污在Si片表面的附

8、著力削弱，再施以加熱、超聲波等物理方法，使沾污脫離Si片表面，而進(jìn)人清洗液中被乳化、分散開。在清洗液中超聲清洗Si片表面其原理可用“空化”現(xiàn)象來解釋：超聲波振動(dòng)在液體中傳播的音波壓強(qiáng)達(dá)到一個(gè)大氣壓時(shí)，其功率密度為O.35W/cm,這時(shí)超聲波的音波壓強(qiáng)峰值就可達(dá)到真空或負(fù)壓，但實(shí)際上無負(fù)壓存在，因此在液體中產(chǎn)生一個(gè)很大的壓力，將液體分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空，它在超聲波壓強(qiáng)反向達(dá)到最大時(shí)破裂，由于破裂而產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊將Si片表面的污物撞擊下來，而這種由無數(shù)細(xì)小的空化氣泡破裂而產(chǎn)生的沖擊波現(xiàn)象稱為“空化”現(xiàn)象。在超聲清洗中，表面活性劑也發(fā)揮著重要作用，通過表面活性劑的乳化、分散作用

9、，可以顯著削弱沾污對Si片表面的吸附，從而獲得好的清洗效果。檢驗(yàn)方法：1）游離堿性用移液管將10毫升梢液移入椎形瓶中，加入34酚醛指示劑，然后用0.1N的鹽酸滴定，顏色由紅色至無色即為終點(diǎn)，此時(shí)所消耗的0.1N的鹽酸毫升數(shù)即為梢液的游離堿度游離堿度一般是指體系中游離（即獨(dú)立完整以堿的狀態(tài)或結(jié)構(gòu)存在）的堿的含量，一般情況下：1,是先做衍生，就是使其與一定的化合物反應(yīng)，然后通過檢測不反應(yīng)的化合物進(jìn)行計(jì)算.2,檢測總堿度，然后進(jìn)彳T折算.酸堿滴定，一般是根據(jù)化合物的結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)，先全部做成堿，滴定計(jì)算總堿量，然后衍生，再滴定，然后相減就得到游離堿的含量了.0.1N鹽酸的配置取分析純濃鹽酸9ml加入到

10、990ml的水中混均即可。JH-15型硅片清洗劑1 .前言我司針對硅片材質(zhì)的特殊性，在強(qiáng)酸強(qiáng)堿里易產(chǎn)生過腐蝕，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)配方，采用弱堿及助劑經(jīng)科學(xué)復(fù)配而成，為進(jìn)口清洗劑的替代型產(chǎn)品。2 .主要特點(diǎn)2.1 本劑主要由A、B兩部分組成，其中A為堿性組分，B為中性組分。2.2 本劑主要由弱堿和低泡表面活性劑組成。2.3 可常溫或加溫使用本劑、效果好。2.4 低泡產(chǎn)品，可在噴淋線上使用。3 .適用范圍適用于硅片的浸漬、噴淋清洗處理。4 .技術(shù)指標(biāo)廳P項(xiàng)目指標(biāo)1外觀無色至微黃色液體2配比A:8-10%B:4-5%3游離堿度工作液20-304工作溫度常溫-70C5處理時(shí)間（min）浸：520噴：2-55.配制和調(diào)整5.1配制工作液時(shí)，按每噸加JH-15A型80100kg,JH-15B型清洗劑4050kg,攪拌均勻。6.2 工作液使用一段時(shí)間后，具清洗功能會(huì)下降，應(yīng)及時(shí)添加，每噸工作液提高游離堿度一個(gè)點(diǎn)，需添加JH-15A約3公斤、B1.5公斤(A:B=2:1)。游