多晶硅产品质量的影响原因分析

多晶硅产品质量的影响原因分析
吕昌彦;唐伟博;田茂远
【摘要】Polycrystalline silicon is widely used in the field of industrial production.It can be used in solar energy and microelectronics.With the improvement of the quality of polycrystalline silicon,the related solar products are increasing.With the increasing use and demand of polycrystalline silicon,the quality requirements of polycrystalline silicon products in various industries are also rising.In the process of polysilicon production,some factors will affect the quality of polysilicon production.In this paper,the reasons for the quality of polysilicon products are analyzed and discussed.%在工业生产领域中,多晶硅的应用比较广泛,其能够用于太阳能领域,也可以用于微电子产业,并且随着多晶硅品质的上升,相关的太阳能产品日益增加.随着多晶硅使用范围和需求量的加大,各行业对多晶硅产品质量的要求也不断提升.在多晶硅生产的过程中,一些因素会影响其生产质量,主要就多晶硅产品质量的影响原因进行了分析和探讨.
【期刊名称】《化工设计通讯》
【年(卷),期】2019(045)009
【总页数】2页(P149-149,184)
【关键词】多晶硅;产品质量;影响原因
【作者】吕昌彦;唐伟博;田茂远
【作者单位】陕西天宏硅材料有限责任公司,陕西咸阳 712038;陕西有色天宏瑞科硅材料有限责任公司,;陕西秦邦环保科技股份有限公司,陕西西安 710065)
【正文语种】中文
【中图分类】TQ127.2
目前，太阳能是比较常用的天然能源之一，具有环保、高效的应用特点，受到了诸多行业的青睐。

为了确保太阳能产品的应用质量。

应该从其产品原料入手，即保障多晶硅的质量。

作为太阳能产品的核心原料之一，多晶硅的质量会直接影响太阳能产品质量，在多晶硅产品制作的过程中，许多因素会影响其生产质量，进而造成该原料的应用效果降低。

所以，要明确多晶硅产品质量的影响原因，并根据各项原因采取有效的工艺优化方案，进而获取更多高质量的多晶硅产品。

1 还原法制备多晶硅工艺
利用蒸馏塔进行提纯处理，可以获得提纯后的SiHCl3，根据原有的工艺条件和技术要求，采用316L不锈钢管道将提纯后的SiHCl3送入蒸发器。

尾气回收系统会回收一定量的氢气，自制氢气系统使用的补充氢气会与前者同时进入蒸发器，使蒸发器中原有的SiHCl3液体受到温度和压力的影响，发生鼓泡蒸发反应，最后产出的H2和SiHCl3会利用管道送入还原炉，还原炉中会设有硅芯热载体，该热载体的温度高达1 100℃，受到温度作用，多晶硅会逐渐沉积并生成HCl、SiCl4等气体，没有发生反应的H2和SiHCl3会从还原炉中排出，并通过轨道进入尾气回收系统，最后通过了先冷凝、再分离、再冷凝处理的氯硅烷会送到分离提纯系统之中进行处理，处理后送回原有的生产工序之中[1]。

分离产生的H2会回到蒸发器之中进行循环使用。

分离产生的HCl会进入SiHCl3合成系统，然后生成更多的SiHCl3。

2 多晶硅产品质量的影响原因
2.1 影响硅料质量的因素
在多晶硅生产的过程中，硅料质量是影响产品质量的主要因素，具体包括以下几个方面：
首先，还原炉炉壁与沉积硅载体。

如果二者距离不足，尤其在硅棒不断生长增大的后期，炉壁温度会上升，到达一定温度后，会出现硅沉积。

随着沉积的加大，其含有的硅元素会散裂在空气中，然后进入硅棒载体表面，导致其表面粗糙或出现气泡，进而造成多晶硅产品质量下降。

其次，还原炉的部件和发热体没有清理干净。

在硅芯安装之前，应该使用纱布清洁还原炉内部的沉积物，如果有难以清除的沉积物，可以使用氢氧化钠溶液擦拭，溶液浓度为20%，然后用清水中和洗涤，最后用无水酒精再次清洁，清洁结束后，
要将还原炉晾干再封盖，避免炉内受潮。

如果还原炉没有清理干净，表面、底盘等位置残留杂质，会导致下次还原生产时产出的产品会受到锈迹、灰尘等杂质的污染，进而导致多晶硅质量下降。

再次，夹层问题。

将多晶硅棒径向切断，可以发现其横截面存在层状结构，也就是夹层。

多晶硅夹层可以分为两种，一种是氧化夹层，另一种是温度夹层。

在氧化夹层方面，如果还原处理的过程中，原料中掺入了水汽或氧，则会导致产品发生水解反应或氧化反应，进而形成SiO2氧化层。

该氧化层在沉积硅沉积的过程中，逐渐形成氧化夹层，在光下观察，该夹层会出现五颜六色的色泽，无法用酸洗的方式处理，使用该产品拉制单晶硅，会出现硅跳的情况。

在温度夹层方面，如果在低温状态下进行还原反应，则沉积硅属于无定形硅，如果将反应温度增高，则沉积过程中会出现暗褐色无定形夹层，即为温度夹层。

该夹层具有疏松、粗糙的特点，所以时常会出现气泡、杂质等问题，无法使用酸洗的方式进行处理，拉晶熔料的过程中，可能会带来熔硅页面波动、跳硅等问题。

最后，多晶硅表面质量。

其主要包括两个方面：一方面，温度效应。

半导体材料在气相载体上进行沉积反应，其沉积速度如果比某最大反应速度（即T最大）快，
则可以确定反应压力为0.6MPa，T最大状态下，温度为1 250℃。

半导体材料沉
积速度会随着温度的上升而下降，这主要因为硅和氢气之间产生了逆反应。

如果载体温度大于T最大，同时表面温度出现不均匀波动的情况，则半导体材料所在表
面如果温度相对较低，则反映速度会随温度下降而加快，温度较高的表面沉积速度则随之变慢，这种不均匀的沉积情况会导致产品表面出现凹凸不平的情况，其中凸起表面散热较快，容易变冷，进而逐渐变大，最后形成小结；另一方面，扩散效应。

在还原反应的过程中，反应会生成HCl，其会出现在热载体表面，如果进行混合气体反应的载体的周围循环无法除掉气体层，则此类部位可能出现针状沉积或凸起物，凸起部分会促进硅沉积，从而生成小结、小瘤等问题，且下方夹杂气体，会导致沉积硅表面不够光滑紧实。

2.2 氢气质量的影响
在半导体工业中，常用电解脱盐水的方式制取氢气。

在电解水处理的过程中，采用KOH水溶液（质量分数为25%）时，会选用铁和镍作为阴阳两极，两极中间会选用石棉隔膜进行阻隔电解，阳极和阴极分别能得到氧气和氢气。

在多晶硅的生产过程中，需要采用高纯度氢气进行还原处理，如果氢气中含有过多杂质，如二氧化碳、一氧化碳等，会影响多晶硅质量。

例如，氢气中含氧体积分数在20×10-6以上，或氢气露点不低于-30℃，则多晶硅生长途中，硅棒会出现许多径向分层结构，如杂质、夹层等。

情况严重时，还会出现可以用肉眼分辨的同心圆圈或类似年轮的形状。

如果出现此类夹层，会严重影响多晶硅生产单晶硅的质量。

一方面，真空状态下进行单晶硅的生产，则会造成坩埚中的熔融硅喷溅而出，也可能出现冒火、放花等情况，严重时会造成加热线圈、石英坩埚的崩坏情况，简单来说即出现跳硅问题，不仅会导致生产工序无法继续，还会损失许多材料、设备，造成成本增加。

另一方
面，如果氢气中的水分过量，会腐蚀设备，或造成设备堵塞。

2.3 三氯氢硅提纯的影响
合成料提纯是必不可少的环节之一，其含有的化合物元素包括SiHCl3、SiCl4、Sih2Cl2、B、P、Fe、Ca等。

其中，硼、磷、有机硅等化合物，以及分子质量较
低的有机物比较不容易分离，与SiHHCl3的相对挥发度比较相似，分离系数趋近
于1。

所以，可以用精馏塔对其进行处理，进而获取所需产品。

要保障精馏塔的恒定压力，如果出现明显的压力波动，则会引发以下问题：操作压力的变化，会造成塔板上方的气液不平衡。

气相中的重要组分会随着压力的上升减小，进而造成气相组分浓度增加。

如果轻组分含量比较少，则会导致气液相质量比发生改变，进而增加液相量，减少气相量。

结果会导致塔顶馏分中轻组分浓度变大，数量则随之减少，釜液的轻组分浓度和液量都会随之加大。

如果压力下降，馏分数量增加、组分浓度下降、塔釜液随之变少。

压力的变化会造成温度和组分关系之间产生变化，进而造成关系混乱。

可见，压力与塔的整个操作状态有关，会直接影响产品质量。

3 结语
为了保障多晶硅产品的质量，要控制各个生产环节的操作质量，确保还原反应的温度、压力等条件的稳定，提升SiHCl3的纯度，确保其与氢气的流量合理，从而保障整个反应环节的稳定高效，避免产品质量受到影响。

参考文献
【相关文献】
[1] 潘锦，佟峰.多晶硅产品质量的影响因素探讨[J].当代化工研究，2018，32（8）.。