多晶硅生產工藝

1、多晶硅生產工藝多晶硅生產工藝(1.概述硅是地球上含量最豐富的元素之，約占地殼質量的25.8%,僅次于氧元素，居第二位。硅在地球上不存在單質狀態(tài)，基本上以氧化態(tài)存在于硅酸鹽或二氧化硅中，其表現(xiàn)形態(tài)為各種各樣的巖石，如花崗巖、石英巖等。硅是一種半導體元素，元素符號為Si,位于元素周期表的第三周期第四主族，原子序數(shù)為14,原子量為28.0855o硅材料的原子密度為5.00x1022/cm。，熔點為1415C,沸點為2355C它在常溫(300K)下是具有灰色金屬光澤的固體，屬脆性材料。硅材料有多種形態(tài)，按晶體結構，可分為單晶硅、多晶硅和非晶硅。單晶硅材料，是指硅原子在三維空間有規(guī)律周期性的不問斷排列，

2、形成一個完整的晶體材料，材料性質體現(xiàn)各向異性，即在不同的晶體方向各種性質都存在差異。多晶硅材料，是指由兩個以上尺寸不同的單晶硅組成的硅材料，它的材料性質體現(xiàn)的是各向同性。非晶硅材料，是指硅原子在短距離內有序排列、而在長距離內無序排列的硅材料，其材料的性質顯示各向同性。通常硅晶體的晶體結構是金剛石型，有9個反映對稱面、6條二次旋轉軸、4條三次旋轉軸和3條四次旋轉軸，其全部對稱要素為3L44LS6L9PC。如果加壓到1.5GPa,硅晶體就會發(fā)生結構變化，由金剛石型結構轉變?yōu)槊嫘牧⒎浇Y構，此時的晶體常數(shù)為0.6636nm。硅材料是應用最廣泛的元素半導體材料，具有其他元素不具有的一些特性，在室溫下它的

3、禁帶寬度為1.12eV,其本征載流子濃度為1.45x10D/cmoo硅材料具有典型的半導體電學性質。硅材料的電阻率在101010Ω·cm間，導電能力介于導體和絕緣體之間。特性其導電性受雜質、光、電、磁、熱、溫度等環(huán)境因素的影響明顯。高純無摻雜的無缺陷的硅晶體材料，稱為本征半導體，其電阻率在10Ω·cm以上。P-N結構性。即N型硅材料和P型硅材料結合組成PN結，具有單向導電性等性質。這是所有硅半導體器件的基本結構。光電特性。和其他半導體材料一樣，硅材料組成pN結后，在光的作用下能產生電流，如太陽能電池。2 .高純多晶硅目前高

4、純多晶硅的大規(guī)模生產，被美國、日本和德國等少數(shù)發(fā)達國家所壟斷。當前世界多晶硅的主要供應商有HemlockWackerMEMCASiMiTokuyamaKomatsuMitsubishi、SEH等公司。冶金級硅是制造半導體多晶硅的原料，它由石英砂（二氧化硅）在電弧爐中用碳還原而成。盡管二氧化硅礦石在自然界中隨處可見，但僅有其中的少數(shù)可以用于冶金級硅的制備。一般說來，要求礦石中二氧化硅的含量應在97%98%以上，并對各種雜質特別是礎、磷和硫等的含量有嚴格的限制。冶金硅形成過程的化學反應式為：冶金硅主要用于鋼鐵工業(yè)和鋁合金工業(yè)，要求純度為98%o純度大于99%的冶金硅，則用于制備氯硅烷。在用于制造高

5、純多晶硅的冶金硅中，除了含有99%以上的Si外，還含有鐵（Fe）、鋁（AI）、鈣（Ca）、磷（P）、硼（B）等，它們的含量在百萬分之幾十個到百萬分之一千個（摩爾分數(shù)）不等。而半導體硅中的雜質含量應該降到10（摩爾分數(shù)）的水平，太陽級硅中的雜質含量應降到106（摩爾分數(shù)）的水平。3 .冶金硅→半導體硅或太陽級硅要把冶金硅變成半導體硅或太陽級硅，顯然不可能在保持固態(tài)的狀態(tài)下提純，而必須把冶金硅變成含硅的氣體，先通過分儲與吸附等方法對氣體提純，然后再把高純的硅源的氣體通過化學氣相沉積（CVD）的方法轉化成為多晶硅生產制造高純多晶硅的辦法主要有三大流派，即：用SIMENS法（又稱S

6、iHCI3法）生產多晶硅棒；用ASiMi法（又稱SiH法）生產多晶硅棒：利用Sil硅源制造顆粒狀多晶硅。SIMENS（西門子）法（SiHCI3法）制造多晶硅該法于1954年推由，隨即淘汰了當時使用的SiCI鋅還原法，而成為迄今一直使用的方法。它的第一步，是在250350c的溫度下讓冶金硅粉末和氯化氫在流化床上反應；第二步，是對SiHCI3進行分儲，在這一過程中可以把具有不同沸點的氯化物分離由來；第三步，是硅的沉積。多晶硅反應爐一般均采用單端開口的鐘罩形式。通常多晶硅的沉積反應要進行200300h,使沉積在硅橋上的硅棒直徑達到150-200mm。ASiMi法（SiH法）ASiMi法（SiH法）制

7、造多晶硅20世紀60年代末期，ASiMi公司（美國先進硅材料公司簡稱AsiMI（阿斯米公司）公司總部位于美國蒙大拿州比優(yōu)特城。生產超高純度多晶硅和硅烷氣體，是世界最大的硅烷氣體生產和銷售商。）提由了用SiH作為原料生產多晶硅。利用SiH原料制造多晶硅棒，一般使用金屬鐘型罩爐。在高溫時，SiH會分解產生Si與H2。此法的總生產成本要比SiHCI3法為高。Ethyl公司的SiH法顆粒狀多晶硅制造技術此法起源于Ethyl公司（美國乙基公司作為全球知名的添加劑制造商，現(xiàn)躋身于全球三大石油添加劑制造商之列。乙基公司采用全球領先的添加劑技術，開發(fā)生產全系列的燃料油與潤滑油添加劑。）的SiH法1987年商業(yè)化的粒