第八章-多晶硅材料的制(删除部分企业资料)演示幻灯片.ppt

三氯氢硅CVD还原 CVD还原工艺 经提出的HSiCl3和H2按一定比例混合，进入还原炉，1080℃-1100℃温度下，HSiCl3被H还原，生产的硅粉，沉积在发热体硅芯上，使硅芯不断变大增重。主要反应如下： HSiCl3+H2===Si +3HCl-Q(主反应，1080℃-1100℃） 4HSiCl3======Si+3SiCl4+2H2-Q(副反应， 1080℃-1100℃ ） SiCl4+2H2=====Si + 4HCl-Q（副反应， 1080℃-1100℃） 掺杂气体的还原： 2BCl3+3H2===2B+6HCl (p型硅料，掺杂） 2PCl3+3H2===2P+6HCl（n型硅料，掺杂） 还原工艺的主要影响因素分析： 1 氢还原反应级沉积温度 硅烷被氢气还原，都是吸热反应，升高温度有利于反应向吸热方向移动，有利于硅的沉积，也会使硅的结晶性能更好，表面光亮，灰色，金属光泽，硅棒致密，不易吸附杂质。 但温度过高，硅粉沉积速度反而下降，硅化学活性增强，使设备污染和吸附更多杂质；P,B 杂质也会增多，增加对硅料的污染和杂质浓度的控制难度；硅棒结构疏松，在后续搬运和储备过程中易吸附杂质。 （注意：还原能耗，是改良西门子法的重要指标，也是主要能耗和成本所在） （CVD还原，消耗大量的电能，120-150Kwh/Kg） 硅芯加热，三氯氢硅气相沉积法，是西门子公司开发的技术，所以叫西门子法 还原工艺的主要影响因素分析： 1 氢还原反应级沉积温度 硅烷被氢气还原，都是吸热反应，升高温度有利于反应向吸热方向移动，有利于硅的沉积，也会使硅的结晶性能更好，表面光亮，灰色，金属光泽，硅棒致密，不易吸附杂质。 但温度过高，硅粉沉积速度反而下降，硅化学活性增强，使设备污染和吸附更多杂质；P,B 杂质也会增多，增加对硅料的污染和杂质浓度的控制难度；硅棒结构疏松，在后续搬运和储备过程中易吸附杂质。 一般温度控制在1080-1100℃ 加热方式采用超高压击穿硅芯，是硅芯导电，发热 2 反应气体混合比例 如果采用化学计量比配比，沉积的硅是褐色粉末状，产率很低，比表面积大，易吸附杂质，硅棒结构疏松。氢气适当过量，产物结晶程度较好，硅棒结构致密。但配比过大，则氢气不能充分利用，造成浪费，会稀释HSiCl3浓度，降低沉积速率。H2用量过大，也不利用抑制P，B的析出（影响产品质量） (其实，三氯氢硅过量，也能提高产量，但 会造成三氯氢硅的循环次数，提高成本） 3 反应气体流量 保证一定沉积速率条件下，流量大，产量高。但流量大，造成气体在还原炉（钟罩）停留时间变短，转化率相对降低，流速大，还可能把硅芯吹倒。 4沉积表面积，沉积速率和实收率的关系 沉积表面积有硅棒的长度和表面积决定，沉积表面积大，沉积速率和实收率都大。所以一般采用多对硅棒（12对，24对，36对），增大硅棒的直径，有利于提高生产效率（但注意反应结束前硅棒不能接触，短路） 5还原反应时间 延长反应时间，硅棒自然长粗，产量高，延长开炉周期，缩短装炉时间。 6沉积硅的载体（硅芯） 熔点高，纯度高，在沉积硅材料中的扩散系数小，避免多晶硅棒的沾污，易于和硅材料分离，一般用硅芯材料做载体。 通常把这个工艺系统分为以下部分： ①气路系统：三氯氢硅，氢气，氮气供气系统，其中最关键的是三氯氢硅供气系统（氮气为稀释气体）（产物有HCl，回收）（没有沉积在硅芯上的微硅粉必须除去，不能进入下一道工序） ②水路系统：用于冷却反应器的夹套、基座、法兰连接处的夹套水热水；用于冷却反应器电极和电源的去离子水；用于工艺需要热交换的普通冷却水（一般不用回收热量，温度不好控制） ③CVD反应器炉区：（硅芯对连接；微硅粉去除；硅芯加热1080℃ ④其它辅助系统：用于气化三氯氢硅的蒸汽供应系统，反应器清洗系统等；每个系统中用到了大量的热工设备 四氯化硅氢化 尾气回收 尾气回收问题 尾气回收是整个工艺最复杂的工艺之一，决定了原料回收率，因此也决定着最终多晶硅的成本。 尾气回收是改了西门子法多晶硅提纯的闭路循环系统连接点，决定了多晶硅厂对环境污染程度。 几乎每个工艺都会排出相应的尾气，因此尾气回收将对各个工艺的尾气经行回收利用。 尾气回收最主要的就是将可以液化的硅烷类的气体物质液化，把氢气和HCl分别与其他气体物质分离使其重复利用。 尾气回收通常需要与精馏结合起来，经尾气回收固定下来的物质都需在经过精馏提纯。 为CVD反应提供所需的反应气体，要求气态的，进气压力8bar（g）温度在170℃ 过程涉及气化 冷凝 加热等过程，有很多的换热设备 三氯