多晶硅生产流程

1 多晶硅生产所需原料多晶硅 —— 生产的原料是三氯氢硅和氢气， 按照一定的比例计入还原炉内进行热分解和还原反应，产生多晶硅棒。三氯氢硅 —— 是用氯化氢和工业硅粉在合成炉内反应生成。氯化氢 —— 是用氢气和氯气在氯化氢合成炉内燃烧生成。氯气 —— 是氯化钠工业盐水通过通电反应生成。氢气 —— 即可以用氯化钠工业盐水通过通电反应生成， 也可以用水通电电解生产。工业硅粉 —— 是用石英矿与碳在通电的情况下还原反应生成工业硅块，经粉碎变成工业硅粉。目前国内提炼多晶硅耗电量基本在 2 万千瓦时 /吨。2 多晶硅生产工艺（ 1）改良西门子法 —— 闭环式三氯氢硅（ SiHCl 3）氢还原法改良西门子法是用氯和氢合成氯化氢 (或外购 HCl)， 氯化氢和工业硅粉在一定得温度下合成 SiHCl 3，然后对 SiHCl 3 进行分离精馏提纯，提纯后的 SiHCl 3 在氢还原炉内进行 CDW 反应生产高纯多晶硅。国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用此法生产电子级与太阳能级多晶硅。A。技术含义。西门子法是自 50 年代到现在生产多晶硅的主要方法， 此法的优点是工艺与设备比较简单， 多晶硅的纯度与形态能满足直拉和区熔单晶的要求， 其缺点是直接还原率低 （＜ 30％； 生产的副产品较多（有 SiCl4， HCl 等）；还原温度高（ 1150 ℃）。国外日前生产使用的基本上都是改良西门子法。 此项技术包括： 还原炉尾气的干法回收，氯化氢 HCl 和氢气 H2 在流程中实现闭 ; 四氯化硅（ SiCl 4）氯氢化法的工业试验，多晶硅棒直径达 150mm ，长度超过1m 的 12 对以上的还原炉的研究开发；进一步提高纯度的研究。B。 技术经济指标。 1KG 多晶硅消耗： 硅粉≤ 2kg， 氢气≤ 10m 3；还原炉电耗不大于≤ 150KWh/Kg ； SiCl 4、 HCl、 H2 实现流程闭路；一级品率＞ 90％。C.应用范围。 该技术应用于多晶硅的生产。 我国已用西门子法生产 30 余年， 在改良西门子法方面只作了 SiCl 4 和 SiHCl 3 的冷凝回收，SiCl 4 氢化法半工业试验等。这些导致了我国多晶硅生产的原料消耗高、能耗高，环境污染严重、成本高，难以获得高质量产品。改良西门子法为我国多晶硅生产提供技术基础。（ 2）硅烷法 —— 硅烷热分解法硅烷法（ SiCl4）是以 SiCl 4 氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、 硅的直接氢化法等方法制取， 然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅， 以前只有日本小松掌握此技术， 由于发生过严重的爆炸事故后，没有继续扩大生产，但美国 Asimi 和3 SGS 公司仍然采用硅烷气热分解法生产纯度较高的电子级多晶硅产品。（ 3）流化床法以四氯化硅、氢气、氯化硅和工业硅为原料在流化床（沸腾床）高温高压下生成三氯氢硅， 将三氯氢硅再进一步歧化加氢反应生成二氯二氢硅，继而生产硅烷气。制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应， 生成粒状多晶硅产品。 因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大， 生产效率高， 电耗与成本低，适用于大规模生产太阳能级多晶硅，唯一的缺点是安全性差，危险性大。 其次是产品纯度不高，但基本能满足太阳能电池生产的使用。（ 4）太阳能级多晶硅新工艺技术除上述改良西门子法、 硅烷气热分解法、 流化床反应炉法三种方法生产电子级与太阳能级多晶硅以外， 还涌现出几种专门生产太阳能级多晶硅新工艺技术。A、冶金法生产太阳能级多晶硅主要工艺是：选择纯度较好的工业链 （即冶金链） 进行水平区熔单向凝固成硅锭， 去除硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分后， 进行粗粉碎与清洗， 在等离子体融解炉中去除硼杂质， 再进行第二次水平区熔单向凝固成硅锭， 去除第二次区熔硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分， 经粗粉碎与清洗后， 在电子束溶解炉中去除磷和碳杂质，直接生成太阳能级多晶硅。B、气液沉积法生产粒状太阳能级多晶硅主要工艺是：将反应器中的石墨管得温度升高到 1500 ℃，流体SiHCl 3 和 H2 从石墨管得上部注入， 在石墨管内壁 1500 ℃高温处反应生产液体状硅， 然后滴入底部， 温度回升变成固体粒状的太阳能级多晶硅。C、重掺硅废料提纯法生产太阳能级多晶硅4 多晶硅生产流程（ 1）洗料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5 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 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。6 多晶硅产业链目前，多晶硅产业链主要有３条：一是以 “ 电子级多晶硅 ” 为中心的半导体硅系列产品和设备产业链；二是以 “ 太阳能级多晶硅 ” 为中心的太阳能光伏系列产品和设备产业链；三是多晶硅副产物系列产品和设备产业链。1.1半导体硅系列产品和设备产业链 —— 以 “ 电子级多晶硅 ” 为中心的半导体硅系列产品和设备产业链（见图１）包括：（１）以电子级多晶硅为中心的产业链上游关联的产业主要包括电力工业（多晶硅是高载能产品，电的价格和单耗是影响多晶硅生产成本的主要因素）、氯碱工业（主要供应多晶硅生产中所需的氯气和氢气等）、工业硅产业（多晶硅生产的主要原料）；（２）以电子级多晶硅为中心的产业链下游关联的产业主要包括两条：一条是直拉单晶硅、抛光片、外延片、ＩＣ电子器件、相关整机产品连接的产业链，另一条是区熔单晶硅、抛光片、磨片、功率电子器件、相关整机产品连接的产业链；（３）以电子级多晶硅为中心的产业链侧向关联的产业主要包括多晶硅生产配套设备产业、拉晶及配套设备产业、切磨抛配套设备产业、封装及配套设备产业等。7 1.2太阳能光伏系列产品和设备产业链 —— 以 “ 太阳能级多晶硅 ” 为中心的太阳能光伏系列产品和设备产业链（见图２）包括：（１）以太阳能级多晶硅为中心的产业链上游关联的产业与半导体硅系列相同；（２）以太阳能级多晶硅为中心的产业链下游关联的产业主要包括：①以铸造多晶硅或太阳能级单晶硅生产制备电池片及组件产业；②由电池片及组件生产制备的太阳能光伏产品（主要包括：太阳能电池及组件、光伏电源／蓄电池、充电器、控制器、逆变器等）产业、太阳能工程系统（主要包括：光伏发电系统、光伏海水淡化系统、光伏制氢系统、太阳能取暖系统、太阳能空气调节系统等）产业、太阳能光电产品（主要包括：太阳能路灯、太阳能草坪灯、太阳能庭院灯、太阳能航标灯、太阳能杀虫灯、太阳能信号灯、太阳能交通指示灯等）产业、太阳能热利用产品（主要包括：太阳能热水器、太阳能外墙及屋顶组件、太阳能集热器等）等产业；（３）以太阳能级多晶硅为中心的产业链侧向关联的产业主要包括电池片及组件生产配套设备产业、太阳能光伏产8 品生产配套设备产业、太阳能工程系统生产配套设备产业、太阳能光电产品生产配套设备产业、太阳能热利用产品生产配套设备产业等。1.3多晶硅副产物系列产品和设备产业链 —— 多晶硅副产物系列产品和设备产业链（见图３）包括：（１）副产三氯氢硅生产硅烷偶联剂等有机硅烷产业；（２）副产四氯化硅生产硅酸乙脂（主要用于制作高档防腐涂料以及作为精密熔模铸造和成型铸造的脱模剂） 产业；（３）副产四氯化硅生产气相白碳黑（主要用于硅橡胶、橡胶、塑料等的增强剂、油墨、医药、造纸、 食品、 化妆品等的添加剂、 化学机械抛光等行业的抛光剂） 产业； （４）副产四氯化硅生产光纤预制棒（主要用于生产光纤和光缆）产业；（５）副产四氯化硅生产高纯石英 （主要用于生产光学器件和半导体器件） ； （６）其它工艺方法生产多晶硅（如：四氯化硅锌还原工艺、四氯化硅与三氯氢硅混和气体氢还原工艺等）产业。