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1、- 1 -中能硅业探索目 录摘要 4英文摘要 4第一章 概述 51.多晶硅的概念 52. 国内多晶硅产业概况及未来发展. 5第二章 多晶硅的生产工艺 72.1 改良西门子法的简介 72.2 三氯氢硅氢还原反应基本工艺流程 72.3生产多晶硅主要原料 92.3.1 三氯氢硅的性质 92.3.2 氢气的性质 112.4生产多晶硅的原料质量要求 12第三章 SiHCI 3氢还原反应 123.1 多晶硅反应原理 1232 SiHCI 3氢还原反应的影响因素 13321 氢还原反应沉积温度 13322 混合气配比 14323 反应气体流量 15324 还原反应时间16325 硅表面积 16326 硅棒电
2、流电压的关系 173.3 还原炉结构示意图 173.4 还原炉生产过程物料衡算 183.4.1 三氯氢硅的流量及流速 183.4.2 氢气的流量及流速 193.4.3 混合气体的流量及流速 19第四章 多晶硅的质量标准 19 41 硅棒质量问题及原因 19- 2 -4.2 多晶硅的用途 20第五章 致谢 21 参考文献 22- 3 -摘 要多晶硅是单质硅的一种形态。通过化学或者物理方法使硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。还原是将经提纯和净化的三氯氢硅与氢气混合通入还原炉中，在 10801150下将还原出来的多晶硅沉积的发
3、热体的硅芯上。从而得到纯度很高的单质硅。而在生产多晶硅的过程中涉及很多的变量因素，都能影响到多晶硅产品的质量和纯度问题，本篇论文主讲在多晶硅的还原生产过程中，如何控制温度，及为获得一定的收率，如何控制流量配比等主要的影响因素，从而能够在生产过程中更好的提高产品的纯度。关键词： 多晶硅，三氯氢硅，氢气，还原炉AbstractPolycrystalline silicon is a new shape. Through chemical or physical method makes silicon atom to diamond arranged into many nuclei lattic
4、e form, such as these grow nuclei of different grain, orb orientation is the grain combine, is crystallization into polycrystalline silicon. Reduction is the purification and purification by silicon and hydrogen trichloramine hydrogen mixed ventilation with reduction furnace, in 1080 1,150 next will
5、 restore out of the heating element of polycrystalline silicon deposition on silicone core. Thus the elemental silicon high purity was obtained. And in the process of production of polysilicon involves many variables, can affect the quality of the product and purity polysilicon, this paper speaker o
6、f reduction in polysilicon production process, how to control temperature, and for access to certain yield, how to control the flow of the main factors affecting the ratio of, so it can be in the process of production of improving the product purity is better. Keywords: polysilicon, trimethoxysilane
7、, hydrogen, hydrogen silicone reduction furnace- 4 -第一章 概述1.多晶硅的概念多晶硅是元素的硅的单质，是一种半导体，具有金刚石的结构，呈银灰色金属光泽，性脆易碎。硅不已提纯因为它的熔点很高，而在熔点的附近有很高的活性，所以杂质难以除去，杂质的存在导致电阻率大大降低，在 个硅原子中大约一个杂质原子的硅1250X称为本质硅，其常温下本征电阻率约为 2300 欧姆米的积。而杂质含量为 1X 的硅电710阻率约 3 欧姆米的积。硅在地球中的含量很大，但大多数以化合物的形式存在，其中以石英石(sio2)形式存在最多，约占地球 27，我们这里所致的多晶
8、硅是以金属硅为原料，经一系列的物理化学反映提纯后的硅材料，因此又称高纯硅或超纯硅。它可以直接做成太阳能电池板，也可以作为原料生产单晶硅。目前百分之九十以上的半导体是用多晶硅材料制成的，在电子行业总少不了硅特别是少不了多晶硅，它被视为“微电子大厦的基石”因此一些高科技国家都把自己的高科技基地称为“硅谷” 。晶体又分为单晶体和多晶体两大类。晶体是有许许多多的小晶粒组成，而每一个晶粒都有许多原子组成的，尽管这些原子在晶粒中的排列是整整齐齐的，但在一块晶体中各个晶粒的排列方向彼此是不同的，晶粒与晶粒之间是杂乱无规则的。因此总的来说这样的晶体称为多晶，只有那些晶粒也按照一定规律排列的晶体称为单晶。顾名思
9、义，多晶硅就是多晶体的硅。2. 国内多晶硅产业概况及未来发展我国集成电路的增长，硅片生产和太阳能电池产业的发展，大大带动多晶硅材料的增长。生产能力及产量 我国从 20 世纪 60 年代中期开始批量生产多晶硅，后来生产厂家不断增加。据 1983 年统计为 18 家，生产能力为 150 吨；由于经济效益的关系，到 1987年剩下 7 家，生产能力为 112 吨；到 1998 年只有两家，四川峨眉半导体厂和洛阳单晶硅厂，其生产能力为 80 吨，产量约 60 吨；2000 年峨眉厂又立项“年产 1000 吨多晶硅高新技术产业化示范工程”项目要靠进口。 质量与成本 我国多晶硅的质量能满足集成电路用单晶的
10、要求，但不能完全满足高阻- 5 -区熔硅的要求。 我国多晶硅的成本比国外高，其原因是规模小、消耗高。由 于 消 耗 高 、 规 模 小 ， 所 以价 格 远 高 于 国 外 ， 国 内 多 晶 硅 售 价 为 500 元 /kg 以 上 ， 国 外 ， 直 拉 用 多 晶 硅 为 4050 美 元 /kg 以上 ， 区 熔 用 多 晶 硅 为 6070 美 元 /kg。 生产方面的差距 我国多晶硅在工业生产方面与国际先进水平的差距主要表现在四个方面：(1)工艺设备落后，致使物质与电力消耗过大，三废问题多； (2) 生产规模小,现在公认临界经济规模为 1000 吨/年,而我国反为 3050 吨/
11、年；(3)超高纯产品（B0.03ppb）难以获取，而新硅烷法可批量供应；(4)成本没有竞争力。我国在 20012010 年内的硅市场需求增长很快，但是我国硅工业所面临的形势是相当严重的，主要是： A、国际上的强大竞争对手，现有 6 家跨国公司占领着市场的近 85%，他们在资金、技术上均有强大的优势； B、在我国周边国家和地区内，如韩国、台湾地区、马来西亚均设有硅材料生产基地，年生产能力总计已达 5 亿平方英寸； C、我国硅材料生产所需的设备，特别是先进的大直径设备几乎全部靠进口；市场预测 :根据国内单晶硅生产的需求，以 1996 年实际需要出发，预计 2000 年和 2010 年多晶硅的需求如
12、表所示。 年 份 1996 2000 2010 需求量（吨）242 736 1500 - 6 -第二章 多晶硅的生产工艺2.1 改良西门子法的简介改良西门子法闭环式 SiHCl3 氢还原法1955 年西门子公司研究成功开发了用 H2 还原 SiHCl3 ，在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术，并于 1957 年建厂进行工业规模生产，这就是通常所说的西门子法（2） 。随后，西门子工艺的改进主要集中在减少单位多晶硅产品的原料、辅料、电能消耗以及降低成本等方面，于是形成了当今广泛应用的改良西门子法。 改良西门子法在西门子法工艺基础上，增加还原尾气干法回收系统、SiCl 4 氢化工艺，实现了闭路循环，所以又
13、称（闭环式 SiHCl3 氢还原法） 。改良西门子法包括 5 个主要生产环节：SiHCl 3 合成、SiHCl3 精馏提纯、SiHCl3 的氢还原、尾气的回收以及 SiCl4 的氢化分离。改良西门子法的生产流程是用氯和氢合成HCl（或外购 HCl） ，HCl 和工业硅粉在一定的温度下合成 SiHCl3 ，然后对 SiHCl3 进行分离精馏提纯，提纯后的 SiHC3l 在氢还原炉内进行化学气相沉积（CVD）反应生产高纯度多晶硅。该方法通过采用大型还原炉，降低了单位产品的能耗；通过采用 SiCl4 氢化和尾气干法回收工艺，明显降低了原辅材料的消耗，所生产的多晶硅占当今世界生产总量的 7080%。改
14、良西门子法生产多晶硅仍属于高耗能的产业，其中电力成本约占总成本的 70%左右。 目前，国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用此法生产太阳能级多晶硅与电子级多晶硅。我国目前已经投产的企业包括峨嵋半导体材料厂（四川峨嵋山市） 、洛阳中硅（河南洛阳） 、新光硅业（四川乐山） ，在建的企业包括宁夏阳光（宁夏石嘴山） 、深圳南玻（湖北宜昌） 、爱信硅科技（云南曲靖） 、江苏中能（江苏徐州） 、江苏顺大（江苏扬州） 、亚洲硅业（青海西宁） 、江苏大全集团（重庆万州）等。 2.2 三氯氢硅氢还原反应基本工艺流程SiHCI3氢还原制备多晶硅主要工序包括混合气制备系统、氢还原炉炉前系统、电器控制系统和与之配套的冷却水系统。SiHCI3氢还原
