电子级多晶硅生产技术分析

段旭阳

摘要：电子级多晶硅在当今的工业生产中有着举足轻重的地位。因此，电子级多晶硅的生产厂家必须提高产品的品质，提升生产效率。从目前国内的电子多晶硅技术发展现状来看，还存在着许多问题，亟待改进相关的生产工艺，这样才能更好地推动我国电子行业稳步发展，提高企业的生产效率。基于此，文章重点分析电子级多晶硅生产的关键技术，及生产质量的影响因素，以供参考。

关键词：电子级多晶硅；生产工艺；精馏

集成电路是我国信息化建设的基础，也是国家战略性发展的支柱产业，在新经济发展中起着举足轻重的作用。随着集成电路产业的快速发展，国内的市场规模也在不断地增长，而国内的工业自给率还很低，还没有达到30%，这对国家的经济发展有很大的影响。目前，在集成电路和半导体领域，多晶硅是主要的原材料，而半导体设备和集成电路则是以硅为原材料。电子级多晶硅已是集成电路工业的重要组成部分，其纯度已达人类技术所能及的最高技术，对生产工艺的要求也很高。然而，就目前高端电子多晶硅的发展状况来看，目前的规模还远远达不到发展的要求，还有待于深入探讨。

1.电子级多晶硅生产技术原理

世界上80%的多晶硅公司都在使用改进的西门子工艺（闭环三氯化氢硅氢还原工艺）。经过数十年的发展，改良西门子工艺技术不断成熟，能耗不断降低，生产成本大幅降低。该工艺与传统的硅烷工艺相比，生产效率高，工艺安全风险小。该工艺的主要技术原理是将低纯度的硅粉与氯化氢反应生成三氯氢硅，三氯氢硅经蒸馏过程提纯，然后用氢气将三氯氢硅还原为硅，还原后的硅经过化学气相淀积（CVD）变成多晶硅棒，经后处理工艺如破碎、酸洗、水洗和包装，获得了一种超纯的电子多晶硅。

2.电子级多晶硅生产技术分析

一般而言，控制产品纯度、稳定是决定电子级多晶硅产量的主要因素。针对传统的电子级多晶硅生产技术存在的缺陷，生产厂家必须在生产过程中引入新的生产技术，以保证产品的可持续发展，从而有效提高产品的质量和效率，减少对环境的污染，最终达到清洁生产的目的。

2.1还原技术

在电子级多晶硅的生产中，还原是基本的生产工艺，而还原炉是其主要的生产设备。因此，生产厂家必须保证产品的性能和品质，保证产品的安全。在传统的电子级多晶硅制造工艺中，采用24对棒、36对棒式还原炉来生产电子级多晶硅，其制造过程中存在着大量的电力损耗和生产费用，同时由于这两种类型的还原炉很难对其工艺参数进行控制，从而造成产品质量达不到标准要求，必须加以改进。为了解决这个问题，生产厂家可以把生产用电子级多晶硅的还原炉改造成12棒的还原炉，并对其进行优化，从而使硅棒的排料和出口位置更加合理。同时，12棒还原炉的炉身采用了银钢复合板料，能极大地提高工艺参数的控制效果，提高产品的质量和效率。

2.2改良西门子法

这一技术已相当成熟，目前世界上大多数厂家都将使用这种工艺来制造电子级的多晶硅。若能有效地控制生产过程中的极性，将会是目前最成熟的电子化多晶硅工艺，采用这种工艺制造电子多晶硅的最大优点是其工艺成熟可靠。目前世界上已有80多种电子级多晶硅采用这种工艺，但采用这种工艺制备电子级多晶硅，其最大的缺点是SiHCl3难以得到有效的纯化，且与废气回收、蒸馏等工艺相比，其工艺条件更为苛刻；在实际生产中，对工艺的控制也比较困难，同时对还原炉的结构和性能也有很高的要求。另外，由于工艺气体中含有Cl，若不对工艺生产条件进行有效控制，将会对相关设备和管线造成严重的腐蚀。

2.3提纯技术

在传统的电子级多晶硅生产中，产品的纯化主要是采用蒸馏技术。但由于目前的检测技术水平有限，精馏过程中的三氯化硅中的杂质很难准确地检测出来，所以只能通过小型的测试来确定三氯化硅中的杂质，进而保障三氯化硅的品质。该测试方法的精确度和精确度都不高，很难保证产品的品质与效率。因此，在电子级多晶硅的生产中，净化技术占有举足轻重的位置，保证该净化体系能稳定供应生产所需的三氯氢硅原料，从而保证后续的电子多晶硅产品达到生产的标准。若三氯氢硅原材料中存在杂质，则后续的电子级多晶硅生产成功，其质量指标达到标准，则会导致后续的芯片制造中出现故障。针对目前存在的纯化工艺难题，采用多级蒸馏、吸附协同生产等方法，实现电子级多晶硅的净化。在此净化工艺中，采用吸附剂，以活性树脂作为吸附剂，对精馏前的原料及蒸馏后的半成品进行吸附。同时，采用吸附工艺可以去除三氯化硅中的杂质如硼和磷。因此，采用吸附工艺可以有效地防止原料价格的大幅波动，从而提高产品的品质。

3.电子级多晶硅生产质量的影响因素

3.1硅粉品质的影响

在三氯氢硅生产中，由于主要采用了冷加氢技术，因此硅粉在生产中起到了很大的作用。经过大量的生产实践，发现硅粉的粒径大小对转化率和生产操作有很大的影响。由于硅粉中的铝元素含量太高，会造成机械结构的间隙阻塞，从而降低产品的质量和效率。因此，应加强硅粉的品质指标，使其强度控制在40~120目，而铝的含量不超过0.1%。

3.2尾气回收工序的影响

废气再利用的效率也会对多晶硅的品质产生一定的影响，其中，氢的回收纯度对产品的品质有很大的影响。在回收过程中，二氧化碳、一氧化碳、甲烷等都会对碳产生一定的影响，而甲烷对二氧化碳的影响最大。总之，碳含量对氢纯度的影响最大。过量的杂质会对电阻率产生一定的影响，而高的氯化氢会导致硅棒、硅芯等的腐蚀。当回收的氢气中存在大量的氯化氢，当浓度大于0.5%时，多晶硅的电阻率就会显著下降。另外，应严格控制回收氢气中的含水量，避免因含水量过高而造成多晶硅内部的氧气夹层，从而影响其电气性能。所以，强化汽车尾气中的氢气净化是非常必要的。

3.3还原工序的影响

在多晶硅的生产中，还原过程是一个非常关键的过程，它对产品的品质控制有很大的影响。在电子级多晶硅生产过程中的影响因素很多，在工艺过程中，任何一个环节都会影响到产品的品质和质量。因此，要有相对成熟的工艺控制水平，才能保证产品的品质。经过众多专家和学者的研究，可以从沉积温度、气流速度和反应的摩尔比等几个角度进行分析。由于反应温度、压力等因素对多晶硅的品质有很大的影响，因此温度、压力等参数都要严格控制。

3.4精馏工序的影响

在蒸馏过程中，三氯化硅的纯化是必需的，而在还原过程中，三氯化硅是高纯度的。精馏过程中，对多晶硅的品质控制特别重要，而磷、硼等金属去除困难，如果不能有效地控制磷、硼的含量，就会影响电阻率。例如还原精馏、合成硅烷、加氢精馏。通过调节回流比技术参数，添加冷凝器等，使冷凝后的氯化硅可以作为副产物出售。

结论

总而言之，随着我国电子行业的迅速发展，对电极多晶硅的需求与日俱增，给制造厂商的发展带来了机遇，但也给企业带来了一些挑战与压力。企业要想在激烈的市场竞争中站稳脚跟，就必须不断优化、创新工艺。并在此基础上，进一步提高我国的电子产品质量和产量，为我国电子工业的发展打下坚实的基础，从而提高我国的整体实力。

参考文献

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