多晶硅制作工艺流1

1 多晶硅制作工艺流程多晶硅，是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，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。灰色 金属光泽 。 密度 2.32~2.34 。熔点 1410℃。 沸点2355℃。溶于 氢氟酸 和 硝酸 的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸 。硬度介于 锗 和 石英 之间，室温下质脆，切割时易碎裂。 加热至 800℃以上即有延性， 1300℃时显出明显变形。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。具有 半导体 性质，是极为重要的优良 半导体材料 ，但微量的杂质即可大大影响其导电性。电子工业中广泛用于制造半导体收音机、 录音机 、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。由干燥硅粉与干燥氯化氢气体在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。多晶硅可作拉制 单晶硅 的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和 热学 性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在 电学 性质方面，多晶硅 晶体 的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有 导电性 。在化学活性方面，两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和 电阻率 等。2 多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代 人工智能 、自动控制 、 信息处理 、 光电转换 等半导体器件的 电子信息基础材料。被称为“ 微电子 大厦的基石” 。利用价值在 太阳能 利用上，单晶硅和多晶硅也发挥着巨大的作用。虽然从目前来讲，要使 太阳能发电 具有较大的市场，被广大的消费者接受，就必须提高 太阳电池 的光电转换效率，降低生产成本。从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、 多晶硅、 带状硅、 薄膜 材料 （包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜） 。多晶硅生产流程（ 1）洗料A、为得到纯净的多晶硅原料，须将多晶硅原料清洗，去除杂质和油污。将多晶硅料放入氢氟酸和硝酸中浸泡，然后用高纯水多次清洗，清洗干净后进入下一道工序。b、烘料将清洗干净的多晶硅原料放入烘箱中烘干。c、装袋烘干后的多晶硅原料按型号、电阻率分别包装。d 、配料根据生产需要将不同电阻率的多晶硅料加入母合金配制成符合要求的原料。（ 2）多晶铸锭阶段3 a、准备阶段经减压、放气后打开炉盖，清洁炉壁及石墨件，将清洗好的石英坩埚装入炉内。b、投料将配制好的多晶硅料 500 公斤装入石英坩埚中，合上炉盖。检查水和泵油情况，正常后进入下一工序。c、抽真空密封炉盖后启动真空泵， 将炉体内抽成真空， 然后充入氩气。d、化料将坩埚加热到 1420℃以上将多晶料融化。e、定向凝固多晶料全部融化后开始凝固多晶，开始时多晶每分钟生长0.8 mm～ 1.0 mm, 长晶速度由工作台下移速度及冷却水流量控制， 长晶速度近于常速， 硅锭长度受设备及坩埚高度限制，当硅锭达到工艺要求时，凝固结束。停机使多晶炉降，约四个小时后将多晶锭取出。f 、检验检验多晶锭的电阻率、寿命及氧炭含量，合格的进入下一道工序，不合格的作标记切断，部分可以回收重新铸锭。（ 3）切片a. 多晶硅锭将铸锭生产工序检测的硅锭清洗干净b. 切方将硅锭固定在切方机上， 要完全水平。 固定好后切成方棒 （ 6 4 英寸 125mm× 125mm； 8 英寸 156mm× 156mm）。c. 抛光将切好的方棒在抛光机上抛光。e. 清洗粘胶将切方抛光好的方棒用超声波清洗机清洗干净后，粘在工件板的玻璃板上。f. 切片将粘好硅棒的工件板按在切片机上 （ 4 根） ， 将硅片切成 180微米厚的硅片。g. 脱胶将切割好的粘在玻璃板上的硅片用 70 度的热水将硅片与玻璃板分离h. 清洗将脱过胶的硅片插在硅片盒中在超声波清洗机中清洗。清洗时先在常清水中清洗，然后在放有清洗剂的 70 度热水中清洗，最后在常清水中清洗。i. 甩干将经过清洗的硅片连盒插在甩干机的甩干工位上甩干。j. 检片将甩干好的硅片检测硅片 TV 和 TTV 及表面洁净度，并将硅片按等级分类。k. 包装该工艺方案具有简单，易操作，产品成品率高等特点。制作工艺流程5 1、改良西门子法是目前主流的生产方法多晶硅是由硅纯度较低的冶金级硅提炼而来，由于各多晶硅生产工厂所用主辅原料不尽相同，因此生产工艺技术不同；进而对应的多晶硅产品技术经济指标、产品质量指标、用途、产品检测方法、过程安全等方面也存在差异，各有技术特点和技术秘密，总的来说，目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。改良西门子法是目前主流的生产方法，采用此方法生产的多晶硅约占多晶硅全球总产量的 85％。 但这种提炼技术的核心工艺仅仅掌握在美、德、日等 7 家主要硅料厂商手中。这些公司的产品占全球多晶硅总产量的 90%，它们形成的企业联盟实行技术封锁，严禁技术转让。短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。在未来 15-20 年内，采用改良西门子法工艺投产多晶硅的资金将超过 1,000 亿美元，太阳能级多晶硅的生产将仍然以改良西门子法为主，改良西门子法依然是目前生产多晶硅最为成熟、最可靠、投产速度最快的工艺，与其他类型的生产工艺处于长期的竞争状态，很难相互取代。尤其对于中国的企业，由于技术来源的局限性，选择改良西门子法仍然是最现实的作法。在目前高利润的状况下，发展多晶硅工艺有一个良好的机遇，如何改善工艺、降低单位能耗是我国多晶硅企业未来所面临的挑战。2、西门子改良法生产工艺如下：这种方法的优点是节能降耗显著、成本低、质量好、采6 用综合利用技术， 对环境不产生污染， 具有明显的竞争优势。改良西门子工艺法生产多晶硅所用设备主要有：氯化氢合成炉，三氯氢硅沸腾床加压合成炉，三氯氢硅水解凝胶处理系统， 三氯氢硅粗馏、 精馏塔提纯系统， 硅芯炉， 节电还原炉，磷检炉，硅棒切断机，腐蚀、清洗、干燥、包装系统装置，还原尾气干法回收装置；其他包括分析、检测仪器，控制仪表，热能转换站，压缩空气站，循环水站，变配电站，净化厂房等。（ 1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到 98%并生成工业硅，其化学反应 SiO2+C→ Si+CO2↑（ 2）为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。把工业硅粉碎并用无水氯化氢 (HCl) 与之反应在一个流化床反应器中，生成拟溶解的三氯氢硅 (SiHCl3) 。其化学反应 Si+HCl → SiHCl3+H2↑反应温度为 300 度，该反应是放热的。同时形成气态混合物( Н 2, НС 1, Si НС 13, SiC14, Si) 。（ 3）第二步骤中产生的气态混合物还需要进一步提纯，需要分解 : 过滤硅粉，冷凝 Si НС 13,SiC14 ，而气态Н 2,НС 1 返回到反应中或排放到大气中。然后分解冷凝物 Si НС 13, SiC14 ，净化三氯氢硅（多级精馏）。（ 4）净化后的三氯氢硅采用高温还原工艺，以高纯的SiHCl3 在 H2气氛中还原沉积而生成多晶硅。其化学反应 SiHCl3+H2→ Si+HCl 。多晶硅的反应容器为密封的， 用电加热硅池硅棒 （直径 5-107 毫米，长度 1.5-2 米，数量 80 根），在 1050-1100 度在棒上生长多晶硅，直径可达到 150-200 毫米。这样大约三分之一的三氯氢硅发生反应，并生成多晶硅。剩余部分同Н 2, НС 1,Si НС 13,SiC14 从反应容器中分离。 这些混合物进行低温分离，或再利用，或返回到整个反应中。气态混合物的分离是复杂的、耗能量大的，从某种程度上决定了多晶硅的成本和该 3 工艺的竞争力。在西门子改良法生产工艺中，一些关键技术我国还没有掌握，在提炼过程中 70%以上的多晶硅都通过氯气排放了，不仅提炼成本高，而且环境污染非常严重。在“十一五”期间，为实现采用改良西门子工艺的多晶硅的产业化，建议开展下述课题研究：基于 SiHCl3 氢还原法的低电耗多晶硅生成反应器技术； 干法回收中 H2、 HCl、 SiHCl3 、SiCl4 混合气体大能力无油润滑加压装置； SiCl4 氢化反应器进料系统控制技术装置；大型多侧线 SiHCl3 高效提纯技术装置；千吨级多晶硅生产系统自动控制组态技术。