【2017年整理】多晶硅生产工艺6.docVIP

目录 TOC \o 1-3 \h \z \u HYPERLINK \l _Toc204071720 第二章 多晶硅生产工艺 PAGEREF _Toc204071720 \h 1 HYPERLINK \l _Toc204071721 2.1 改良西门子法 PAGEREF _Toc204071721 \h 1 HYPERLINK \l _Toc204071722 2.2 硅烷法 PAGEREF _Toc204071722 \h 2 HYPERLINK \l _Toc204071723 2.3 流化床法 PAGEREF _Toc204071723 \h 3 HYPERLINK \l _Toc204071724 2.4 生产SOG硅的新工艺技术 PAGEREF _Toc204071724 \h 4 HYPERLINK \l _Toc204071725 2.4.1 冶金法 PAGEREF _Toc204071725 \h 4 HYPERLINK \l _Toc204071726 2.4.2 气液沉积法 PAGEREF _Toc204071726 \h 5 HYPERLINK \l _Toc204071727 2.4.3 无氯技术 PAGEREF _Toc204071727 \h 6 HYPERLINK \l _Toc204071728 2.4.4 碳热还原反应法 PAGEREF _Toc204071728 \h 6 HYPERLINK \l _Toc204071729 2.4.5 铝热还原法 PAGEREF _Toc204071729 \h 6 HYPERLINK \l _Toc204071730 2.4.6 常压碘化学气相传输净化法 PAGEREF _Toc204071730 \h 7 HYPERLINK \l _Toc204071731 2.5 国内相关工艺研究进展 PAGEREF _Toc204071731 \h 7 HYPERLINK \l _Toc204071732 2.5.1 改进改良西门子法 PAGEREF _Toc204071732 \h 7 HYPERLINK \l _Toc204071733 2.5.2 低成本生产SOG硅的新工艺 PAGEREF _Toc204071733 \h 8 第二章 多晶硅生产工艺 冶金级硅（工业硅）是制造多晶硅的原料，它由石英砂（二氧化硅）在电弧炉中用碳还原而成。尽管二氧化硅矿石在自然界中随处可见，但仅有其中的少数可以用于冶金级硅的制备。一般来说，要求矿石中二氧化硅的含量应该在97～98%以上，并对各种杂质特别是砷、磷和硫等的含量有严格的限制。冶金硅形成过程的化学反应式为：SiO2 + 2C ＝ Si + 2CO。 在用于制造多晶硅的冶金硅中，要求含有99%以上的Si，还含有铁、铝、钙、磷、硼等，它们的含量在百万分之几十到百万分之一千（摩尔分数）不等。而EG硅中的杂质含量应该降到10-9（摩尔分数）的水平，SOG硅中的杂质含量应该降到10-6（摩尔分数）的水平。要把冶金硅变成SOG硅或EG硅，显然不可能在保持固态的状态下提纯，而必须把冶金硅变成含硅的气体，先通过分馏与吸附等方法对气体提纯，然后再把高纯的硅源气体通过化学气相沉积（CVD）的方法转化为多晶硅。目前世界上生产制造多晶硅的工艺技术主要有：改良西门子法、硅烷（SiH4）法、流化床法以及专门生产SOG硅的新工艺。 2.1 改良西门子法 1955年，西门子公司成功开发了利用氢气还原三氯硅烷（SiHCl3）在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术，并于1957年开始了工业规模的生产，这就是通常所说的西门子法。 在西门子法工艺的基础上，通过增加还原尾气干法回收系统、SiCl4氢化工艺，实现了闭路循环，于是形成了改良西门子法——闭环式SiHCl3氢还原法。 改良西门子法的生产流程是利用氯气和氢气合成HCl（或外购HCl），HCl和冶金硅粉在一定温度下合成SiHCl3，分离精馏提纯后的SiHCl3进入氢还原炉被氢气还原，通过化学气相沉积反应生产高纯多晶硅。具体生产工艺流程见图1。 改良西门子法包括五个主要环节：SiHCl3合成、SiHCl3精馏提纯、SiHCl3的氢还原、尾气的回收和SiCl4的氢化分离。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。 图 SEQ 图 \* ARABIC 1：改良西门子法生产工艺流程图 改良西门子法制备的多晶硅纯度高，安全性好，沉积速率为8～10μm/min，一次通过的转换效率为5%～20%，相比硅烷法、流化床法，其沉积速率与转换效率是最高的。沉积温度为1100℃，