硅材料与硅片
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Solarfun Solarfun
(一) 改良西门子法的几项关键技术
4 四氯化硅(SiCl4)氢化反应技术 用西门子法生产多晶硅时在氯化工序和还原工序都要产生 大量的副产物— SiC14·大量的SiC14生成，不但增加了多晶硅 生产的单耗，而且该物很难处理，对环境造成污染。为此，大 阪钛公司、联合碳化物等公司很早就致力于开展SiC14转化成 SiHCl3,的研究工作。世界各大型多晶硅生产厂，也都进行了这 方面的研究，使生产多晶硅仅需补充纯硅和少量H2作原料成为 可能.
Solarfun
Solarfun
(一) 改良西门子法的几项关键技术
1 大型多对棒节能型还原炉 多晶硅还原炉，出于节能降耗的考虑，必须大型化，与之相适应的 电器也必须大型配套。大型节能还原炉有几项关键的技术: (1)炉内可同时加热许多根金属丝，以减少炉壁辐射所造成的热损失； (2)炉的内壁加工成镜面，使辐射热能反射，以减少散热损失热能； (3)提高炉内压力，加大供气量，以提高反应速度，加快硅的沉积生成 速度采用这种改进的大型还原炉之后，其炉产量可以从改良前的每炉 次 100-200公斤提高到每炉次5-6吨。这种大型还原炉的显著特点是:能耗 低、产量高、质量稳定 。
目前，国外大型还原炉的硅棒的总数大多在100根以上，硅棒长度在 1.5米以上，棒直径达到200毫米以上，每炉产量可达5^6吨，电耗则大 幅度下降，达到每公斤多晶硅耗电80kW/h.
Solarfun
Solarfun
(一) 改良西门子法的几项关键技术
2 导热油循环冷却还原炉工艺技术
在多晶硅生产过程中，还原炉是高耗能设各，硅棒的沉积需要电能 加热并维持温度在高温状态，而炉筒、电极和炉底盘则需要冷却。冷 却过程会带走大量热能，使还原炉内多晶硅棒的热能损失。这种热能 损失大部分是高温硅棒传向低温炉壁的热辐射而损失的，其次是气体 被加热后而排出还原炉带走了部分热量。要想提高炉筒壁的温度，就 要设法提高炉筒壁冷却介质的温度。以前传统的冷却介质是水，因水 的沸点在100 ℃,故出口温度不能高于100℃，而实际工艺过程中未能达 到这种较高温度，一般都在50℃左右。人们通过探讨，采用了导热油 作为还原炉的冷却介质，因油的成本远比水高，所以采用了循环冷却 方式，因此，便产生了导热油循环冷却还原炉的工艺 。这种工艺可使 直接电耗降低约 30%，还可综合利用余热.
Solarfun
Solarfun
一 多晶硅的合成
从上世纪五，六十年代至今，高纯多晶硅生产广泛采 用氢气还原三氯氢硅，即西门子法。回首过去，传统西门 子法在我国的应用也有几十年了，但无论是生产规模，能 耗，环保，以及副产物的综合利用与国外的技术相差都很 大。 改良西门子法主要优点是：节能降耗显著、成本低、质 量高，采用综合利用技术，对环境产生污染小。其主要技 术是:大直径对多对棒节能型还原炉技术、导热油循环冷却 硅还原炉系统技术、还原炉尾气封闭式干法回收技术以及 副产品SiCl4氢化生成SiHCl3技术。
LOGO
Company
硅材料与硅片的生产
wenku.baidu.com
Contents
一
二 三
多晶硅的合成
多晶硅锭的生产过程 单晶硅的生产过程 硅片加工 小结
Solarfun
四
五
Solarfun
硅半导体的生产主要分为多晶硅的合成及生 长、单晶硅的生长和硅晶片加工这三个步骤。其中， 多晶硅合成主要是应用化学方法，通过一系列的化 学反应完成多晶硅的提纯生长过程，得到高纯硅； 太阳电池多晶硅锭主要采用定向凝固的方法生产的； 单晶硅的生长是将已生产的高纯多晶硅制备为单晶 硅，这一过程是通过物理方法实现的，主要介绍提 拉(CZ)和区熔(FZ)两种单晶生长方法；硅片加工主 要是机械加工的过程，包括硅片的定向、切割、打 磨、抛光等过程。下面分别介绍多晶硅合成及生长， 单晶硅生长和硅片加工这几个工艺步骤。
Solarfun Solarfun
一 多晶硅的合成
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、硅烷法和硫化床 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。
Solarfun
Solarfun
（二）改良西门子法生产工艺流程
Solarfun
改良西门子法示意图
Solarfun
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，三氯氢硅精馏、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。
Solarfun
Solarfun
(一) 改良西门子法的几项关键技术
3. 还原尾气的干法回收技术 在还原生长多晶硅之后，还有部分还原尾气。如果尾气放空排放，不 仅浪费了能源和原材料，还会对环境造成污染。 多晶硅还原炉尾气中的氢、氯化氢、三氯氢硅、四氯化硅等成分，经过 加工和冷却达到一定的条件之后，其中的二氯氢硅和四氯化硅被冷凝分离 出来，然后把分离出的三氯氢硅直接送到还原炉，以生产多晶硅，而把四 氯化硅送到氢化工序，经氢化后，部分转化成三氯氢硅，把氢化后的气体 再经分离塔分离出二氯氢硅和四氯化硅，再分别把三氯氢硅送到还原系统 ，再把四氯化硅送到氢化工序，这样连续不断地循环进行 下去 。另外， 经加压和冷却后的不凝气体，主要是氢和氯化氢，它们在加压和低温条件 下，通过特殊的分离工艺，使氢和氯化氢分离出来，把没有杂质和水分的 纯氢送往氯化氢合成工序或还原工序利用，而氯化氢则送到三氯氢硅的合 成工序。还原尾气干法回收的整套工艺都不接触水分，只是把尾气中各种 成分逐一分离，并且不受污染地回收，再送回相适应的工序重复利用，实 行闭路循环式 工作。
(一) 改良西门子法的几项关键技术
4 四氯化硅(SiCl4)氢化反应技术 用西门子法生产多晶硅时在氯化工序和还原工序都要产生 大量的副产物— SiC14·大量的SiC14生成，不但增加了多晶硅 生产的单耗，而且该物很难处理，对环境造成污染。为此，大 阪钛公司、联合碳化物等公司很早就致力于开展SiC14转化成 SiHCl3,的研究工作。世界各大型多晶硅生产厂，也都进行了这 方面的研究，使生产多晶硅仅需补充纯硅和少量H2作原料成为 可能.
Solarfun
Solarfun
(一) 改良西门子法的几项关键技术
1 大型多对棒节能型还原炉 多晶硅还原炉，出于节能降耗的考虑，必须大型化，与之相适应的 电器也必须大型配套。大型节能还原炉有几项关键的技术: (1)炉内可同时加热许多根金属丝，以减少炉壁辐射所造成的热损失； (2)炉的内壁加工成镜面，使辐射热能反射，以减少散热损失热能； (3)提高炉内压力，加大供气量，以提高反应速度，加快硅的沉积生成 速度采用这种改进的大型还原炉之后，其炉产量可以从改良前的每炉 次 100-200公斤提高到每炉次5-6吨。这种大型还原炉的显著特点是:能耗 低、产量高、质量稳定 。
目前，国外大型还原炉的硅棒的总数大多在100根以上，硅棒长度在 1.5米以上，棒直径达到200毫米以上，每炉产量可达5^6吨，电耗则大 幅度下降，达到每公斤多晶硅耗电80kW/h.
Solarfun
Solarfun
(一) 改良西门子法的几项关键技术
2 导热油循环冷却还原炉工艺技术
在多晶硅生产过程中，还原炉是高耗能设各，硅棒的沉积需要电能 加热并维持温度在高温状态，而炉筒、电极和炉底盘则需要冷却。冷 却过程会带走大量热能，使还原炉内多晶硅棒的热能损失。这种热能 损失大部分是高温硅棒传向低温炉壁的热辐射而损失的，其次是气体 被加热后而排出还原炉带走了部分热量。要想提高炉筒壁的温度，就 要设法提高炉筒壁冷却介质的温度。以前传统的冷却介质是水，因水 的沸点在100 ℃,故出口温度不能高于100℃，而实际工艺过程中未能达 到这种较高温度，一般都在50℃左右。人们通过探讨，采用了导热油 作为还原炉的冷却介质，因油的成本远比水高，所以采用了循环冷却 方式，因此，便产生了导热油循环冷却还原炉的工艺 。这种工艺可使 直接电耗降低约 30%，还可综合利用余热.
Solarfun
Solarfun
一 多晶硅的合成
从上世纪五，六十年代至今，高纯多晶硅生产广泛采 用氢气还原三氯氢硅，即西门子法。回首过去，传统西门 子法在我国的应用也有几十年了，但无论是生产规模，能 耗，环保，以及副产物的综合利用与国外的技术相差都很 大。 改良西门子法主要优点是：节能降耗显著、成本低、质 量高，采用综合利用技术，对环境产生污染小。其主要技 术是:大直径对多对棒节能型还原炉技术、导热油循环冷却 硅还原炉系统技术、还原炉尾气封闭式干法回收技术以及 副产品SiCl4氢化生成SiHCl3技术。
LOGO
Company
硅材料与硅片的生产
wenku.baidu.com
Contents
一
二 三
多晶硅的合成
多晶硅锭的生产过程 单晶硅的生产过程 硅片加工 小结
Solarfun
四
五
Solarfun
硅半导体的生产主要分为多晶硅的合成及生 长、单晶硅的生长和硅晶片加工这三个步骤。其中， 多晶硅合成主要是应用化学方法，通过一系列的化 学反应完成多晶硅的提纯生长过程，得到高纯硅； 太阳电池多晶硅锭主要采用定向凝固的方法生产的； 单晶硅的生长是将已生产的高纯多晶硅制备为单晶 硅，这一过程是通过物理方法实现的，主要介绍提 拉(CZ)和区熔(FZ)两种单晶生长方法；硅片加工主 要是机械加工的过程，包括硅片的定向、切割、打 磨、抛光等过程。下面分别介绍多晶硅合成及生长， 单晶硅生长和硅片加工这几个工艺步骤。
Solarfun Solarfun
一 多晶硅的合成
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、硅烷法和硫化床 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。
Solarfun
Solarfun
（二）改良西门子法生产工艺流程
Solarfun
改良西门子法示意图
Solarfun
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，三氯氢硅精馏、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。
Solarfun
Solarfun
(一) 改良西门子法的几项关键技术
3. 还原尾气的干法回收技术 在还原生长多晶硅之后，还有部分还原尾气。如果尾气放空排放，不 仅浪费了能源和原材料，还会对环境造成污染。 多晶硅还原炉尾气中的氢、氯化氢、三氯氢硅、四氯化硅等成分，经过 加工和冷却达到一定的条件之后，其中的二氯氢硅和四氯化硅被冷凝分离 出来，然后把分离出的三氯氢硅直接送到还原炉，以生产多晶硅，而把四 氯化硅送到氢化工序，经氢化后，部分转化成三氯氢硅，把氢化后的气体 再经分离塔分离出二氯氢硅和四氯化硅，再分别把三氯氢硅送到还原系统 ，再把四氯化硅送到氢化工序，这样连续不断地循环进行 下去 。另外， 经加压和冷却后的不凝气体，主要是氢和氯化氢，它们在加压和低温条件 下，通过特殊的分离工艺，使氢和氯化氢分离出来，把没有杂质和水分的 纯氢送往氯化氢合成工序或还原工序利用，而氯化氢则送到三氯氢硅的合 成工序。还原尾气干法回收的整套工艺都不接触水分，只是把尾气中各种 成分逐一分离，并且不受污染地回收，再送回相适应的工序重复利用，实 行闭路循环式 工作。