多晶硅生产工艺

1、多晶硅生产工艺多晶硅生产工艺(1概述硅是地球上含量最丰富的元素之，约占地壳质量的25 8 ，仅次于氧元素，居第二位。硅在地球上不存在单质状态，基本上以氧化态存在于硅酸盐或二氧化硅中，其表现形态为各种各样的岩石，如花岗岩、石英岩等。硅是一种半导体元素，元素符号为Si ，位于元素周期表的第三周期第四主族，原子序数为 14 ，原子量为 28.0855 。硅材料的原子密度为 5.OOx1022 cm。 ，熔点为 141 5，沸点为 2355 它在常温 (300K) 下是具有灰色金属光泽的固体， 属脆性材料。硅材料有多种形态，按晶体结构，可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅。单晶硅材料，是指硅原子在三维空间有规

2、律周期性的不问断排列，形成一个完整的晶体材料，材料性质体现各向异性，即在不同的晶体方向各种性质都存在差异。多晶硅材料，是指由两个以上尺寸不同的单晶硅组成的硅材料，它的材料性质体现的是各向同性。非晶硅材料，是指硅原子在短距离内有序排列、而在长距离内无序排列的硅材料，其材料的性质显示各向同性。通常硅晶体的晶体结构是金刚石型，有 9 个反映对称面、 6条二次旋转轴、 4 条三次旋转轴和 3 条四次旋转轴，其全部对称要素为3L44LS6L 9PC。如果加压到1.5GPa,硅晶体就会发生结构变化，由金刚石型结构转变为面心立方结构，此时的晶体常数为 0.6636nm 。硅材料是应用最广泛的元素半导体材料，

3、具有其他元素不具有的一些特性， 在室温下它的禁带宽度为 1.1 2eV ， 其本征载流子浓度为 1.45x10 Dcm。 硅材料具有典型的半导体电学性质。硅材料的电阻率在 101010Ω·cm 间，导电能力介于导体和绝缘体之间。特性 其导电性受杂质、光、电、磁、热、温度等环境因素的影响 明显。 高纯无掺杂的无缺陷的硅晶体材料， 称为本征半导体，其电阻率在10 Ω·cm 以上。P-N 结构性。即 N 型硅材料和 P 型硅材料结合组成 PN 结，具有单向导电性等性质。这是所有硅半导体器件的基本结构。光电特性。 和其他半导体材料

4、一样， 硅材料组成p N 结后，在光的作用下能产生电流，如太阳能电池。2高纯多晶硅目前高纯多晶硅的大规模生产，被美国、日本和德国等少数发达国家所垄断。当前世界多晶硅的主要供应商有 HemlockW acker M EMC ASiMi Tokuyama KomatsuMitsubishi 、 SEH 等公司。冶金级硅是制造半导体多晶硅的原料， 它由石英砂（二氧化硅）在电弧炉中用碳还原而成。尽管二氧化硅矿石在自然界中随处可见，但仅有其中的少数可以用于冶金级硅的制备。一般说来，要求矿石中二氧化硅的含量应在97%98%以上， 并对各种杂质特别是砷、 磷和硫等的含量有严格的限制。冶金硅形成过程的化学反应

5、式为：冶金硅主要用于钢铁工业和铝合金工业，要求纯度为 98 。纯度大于 99 的冶金硅，则用于制备氯硅烷。在用于制造高纯多晶硅的冶金硅中，除了含有99 以上的Si外，还含有铁（Fe）、铝（AI）、钙（Ca）、磷（P）、硼（B）等，它们的含量在百万分之几十个到百万分之一千个（摩尔分数 ）不等。而半导体硅中的杂质含量应该降到 10 （摩尔分数） 的水平， 太阳级硅中的杂质含量应降到106（摩尔分数）的水平。3.冶金硅 → 半导体硅或太阳级硅要把冶金硅变成半导体硅或太阳级硅，显然不可能在保持固态的状态下提纯，而必须把冶金硅变成含硅的气体，先通过分馏与吸附等方法对气体提纯，然后再把

6、高纯的硅源的气体通过化学气相沉积（CVD） 的方法转化成为多晶硅。生产制造高纯多晶硅的办法主要有三大流派，即：用 SIMENS 法 （又称 SiHCI3 法）生产多晶硅棒；用 ASiMi 法 （又称SiH 法）生产多晶硅棒：利用 Sil 硅源制造颗粒状多晶硅。SIMENS （西门子）法（SiHCI3 法）制造多晶硅该法于 1954 年推出， 随即淘汰了当时使用的 SiCI 锌还原法，而成为迄今一直使用的方法。它的第一步，是在250350 c的温度下让冶金硅粉末和氯化氢在流化床上反应；第二步，是对SiHCI3 进行分馏，在这一过程中可以把具有不同沸点的氯化物分离出来；第三步，是硅的沉积。多晶硅反

7、应炉一般均采用单端开口的钟罩形式。通常多晶硅的沉积反应要进行200300h,使沉积在硅桥上的硅棒直径达到150-200 m m 。ASiMi 法 （SiH 法）ASiMi 法 （SiH 法）制造多晶硅20 世纪 60 年代末期， ASiMi 公司（美国先进硅材料公司简称 AsiMI （阿斯米公司）公司总部位于美国蒙大拿州比优特城。生产超高纯度多晶硅和硅烷气体，是世界最大的硅烷气体生产和销售商。 ）提出了用 SiH 作为原料生产多晶硅。利用 SiH 原料制造多晶硅棒， 一般使用金属钟型罩炉。 在高温时， SiH 会分解产生 Si 与 H2 。此法的总生产成本要比SiHCI3 法为高。Ethyl 公司的 SiH 法颗粒状多晶硅制造技术此法起源于Ethyl 公司（美国乙基公司作为全球知名的添加剂制造商，现跻身于全球三大石油添加剂制造商之列。乙基公司采用全球领先的添加剂技术，开发生产全系列的燃料油与润滑油添加剂。 ) 的 SiH 法。1987 年商业化的粒