多晶硅产品 用途与生产工艺详介
多晶硅产品的用途与生产工艺介绍
讲课提纲：
一、多晶硅产品的用途
二、国内外多晶硅生产情况与市场分析 三、多晶硅生产方法
四、多晶硅生产的主要特点
五、多晶硅生产的主要工艺过程
讲课想要达到的目的：
通过介绍，希望达到以下几点目的：
1， 了解半导体多晶硅有关基本概念与有关名词，为今后进一步学习、交流与提高打下基础； 2， 了解多晶硅的主要用途与国内外多晶硅的生产和市场情况，热爱多晶硅事业与行业； 3，了解多晶硅生产方法和多晶硅生产的主要特点，加深对多晶硅生产工艺流程的初步认识；
4，了解公司3000吨/年多晶硅项目的主要工艺过程、工厂的概况、规模、车间工序的相互关联，有利于今后工作的开展。
一、 多晶硅产品的用途
在讲多晶硅的用途前，我们先讲一讲半导体多晶硅的有关概念和有关名词。
1，什么是多晶硅？
我们所说的多晶硅是半导体级多晶硅，或太阳能级多晶硅，它主要是用工业硅或称冶金硅（纯度98-99%）经氯化合成生产硅氯化物，将硅氯化物精制提纯后得到纯三氯氢硅，再将三氯氢硅用氢进行还原生成有金属光泽的、银灰色的、具有半导体特性产品，称为半导体级多晶硅。
2，什么是半导体？
所谓半导体是界于导体与绝缘体性质之间的一类物质，导体、半导体与绝缘体的大概分别是以电阻率来划分的，见表1。
表1 导体、半导体与绝缘体的划分 名 称 导体 半导体 绝缘体 电 阻 率（Ω.Cm） ＜10-4 10-4~109 ＞109 ＜0.0001 0.0001~1000000000 ＞1000000000 备 注 Cu, Ag, AL等 Si, Ge, GaAs等 塑料，石英，玻璃，橡胶等 3，纯度表示法
半导体的纯度表示与一般产品的纯度表示是不一样的，一般产品的纯度是以主体物质的含量多少来表示，半导体的纯度是以杂质含量与主体物质含量之比来表示的。见表2。
表2 纯度表示法 1% 1PPm 1PPb 1PPt PPma PPmw
1/100 1/1000000 1/1000000000 1/1000000000000 原子比 重量比 10-2 10-6 10-9 10-12 2N 6N 9N 12N 百分之一（减量法，扣除主要杂质的量后） 百万分之一 0。000001 十亿分之一 0。000000001 万亿分之一 0。000000000001 1
PPba PPbw PPta PPtw 原子比 重量比 原子比 重量比 1），外购的工业硅纯度
外购的工业硅纯度是百分比，1个九，“1N”，98%， 两个九，“2N”，99%，是指扣除测定的杂质元素重量后，其余作为硅的含量（纯度）。如工业硅中Fe≤0.4%,AL≤0.3%,Ca≤0.3%,共≤1%, 则工业硅的纯度是：（100-1）X100%=99% 。
2),半导体纯度
工业硅中的B含量是0.002%(W)，则工业硅纯度对硼来说被视为99.998%，即4N（对B来说）。
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半导体硅中的B含量，如P型电阻率是3000Ω.Cm时，查曲线图得B的原子数为4.3X10原子/Cm3，则半导体的纯度是：4.3X1012 /4.99X1022=0.86X10-10=8.6X10-11(~11N，0.086PPba),或(4.3X1012 X10.81) /(4.99X1022X28)=0.33X10-10=0.033PPbw=3.3X10-11(~11N)。
对B来说，从工业硅的4N提高到11N，纯度提高7个数量级（10000000，千万倍）即B杂质含量要降低6个数量级（1000000，百万倍），因此生产半导体级多晶硅是比较困难的。
3),集成电路的元件数
集成电路的元件数的比较，列于表3。集成电路的集成度越高，则对硅材料纯度的要求越高。 表3 集成电路的元件数比较 晶体管 IC LSI VLSI ULSI 分立元件 集成电路 大规模集成电路 超大规模集成电路 超超大规模集成电路 1个分立元件 100-1000个元件 1000-10万个元件 ＞10万个元件 ＞1亿个元件 指二极管、三极管 据报导：日本在6.1X5.8 mm2的硅芯片上制出的VLSI有15万6千多个元件
4),硅片（单晶硅）发展迅速
硅片（单晶硅）发展迅速，见表4。 表4 硅片（单晶硅）发展迅速 1960年 1965年 1970年 1974年 1978年 Φ25mm Φ50mm Φ75mm Φ100mm Φ150mm 1” 2” 3” 4” 6” 1990年 1995年 2000年 2005年 Φ200mm Φ300mm Φ400mm Φ450mm 8” 12” 16”批量 18”研发中 大规模生产中多晶硅直径一般公认为是120-150 mm比较合适，也研发过200-250 mm。
5),多晶硅、单晶硅、硅片与硅外延片
多晶硅：内部硅原子的排列是不规则的杂乱无章的。
单晶硅：内部硅原子的排列是有规则的（生产用原料是多晶硅）。 硅片：单晶硅经滚磨、定向后切成硅片，分磨片与抛光片。
硅外延片：抛光片经清洗处理后用CVD方法在其上再生长一层具有需求电阻率的单晶硅层，目前超大规模集成电路正趋向于采用硅外延片来生产。
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4, 多晶硅产品的用途
半导体多晶硅本身用途并不大，必须要将多晶硅培育成单晶硅，经切、磨、抛制成硅片（又称硅圆片），在硅片上制成电子元件（分立元件、太阳能能基片、集成电路或超大规模集成电路），才能有用。
硅由于它的一些良好的半导体性能和丰富的原料，自1953年硅作为整流二极管元件问世以来，随着工艺技术的改革，硅的纯度不断的提高，目前已发展成为电子工业中应用最广泛的一种半导体材料，有关硅的基础理论也发展得较为完善。
起初由于制造硅材料的技术问题，半导体多晶硅纯度不高，只能作晶体检波器(矿石收音机,相当于二极管).随着材料制造工艺技术的不断改进与完善，材料纯度不断提高，制造成功各种半导体器件，从晶体管、整流元件、太阳能电池片到集成电路到大规模集成电路和超大规模集成电路，才使硅材料得到广泛的用途。
半导体多晶硅是单晶硅的关键原材料，多晶硅培育成单晶硅的方法是：有坩埚（CZ）与无坩埚（FZ），即直拉与区熔之分。
制成单晶硅后通过切、磨、抛工序制成硅片，在硅片上进行半导体器件的制造，（通过扩散、光刻、掺杂、离子注入------等许多工序）即集成电路（管芯或称为芯片、基片）。
由于大规模集成电路和超大规模集成电路技术的突破，半导体器件得到飞速发展，在各行各业得到广泛的应用。所有这些应用都是在有半导体多晶硅材料的基础上才能实现的。
——在军事工业上：海湾战争、伊拉克战争的电子战都是用了大量的电子装备，探测器、导弹制导，火箭发射，电子控制设备，军事装备等；
——在航天工业上：航天飞机，宇宙飞船（神1~神6）人造卫星，气象卫星，星球探测（登月与登火星）等；
——在航空上：机场监控，飞机全天候监控，空军装备等；
——在航海上：核潜艇，航空母舰，海上巡逻，海上运输，南北极探险等； ——在信息技术上：通信技术（手机电话），广播电视，电子商务，电子购物，银行管理，电子眼监控，电脑网络，
——在科学技术、工业技术，交通运输、铁路运输、能源工业、汽车工业、卫生医药等；
——还有在人们生活中，家用电器，工资卡等都与电子打交道，所谓“无所不在，无所不有，到处可见”。这都是得益于半导体多晶硅的基础材料。
当今，在人们的日常生活上、文化娱乐上得到充分的改善与享受，都离不开半导体材料与器件。因此我们从事的半导体多晶硅材料的生产与研发，对我们国家的经济建设、国防建设、工业建设、生活改善都是很重要的事业，希望大家热爱多晶硅行业，钻研多晶硅行业，发展多晶硅行业，为国家的经济发展，国防发展，社会发展，人民生活的提高与改善作出应有的贡献。
二、 国内外多晶硅生产情况与市场分析 1，国外多晶硅生产情况
国外多晶硅生产，主要集中在美、日、德、意四国的十大公司，多晶硅的生产量占世界的90%
以上，见表5。
表5 国外多晶硅产能与产量 (t/a) 所在国 日本 公司 或厂商 三菱 隹友
2005年 产能 1600 800 产量 5200 1600 800 2006年 产能 5400 1600 900 产量 5400 1600 900 2007年 5400 1600 900 2008年 预测 5400 1600 900 备 注 棒状，SiHCl3 棒状，SiHCl3 棒状，SiHCl3 3
德山曹达 5200
美国 德国 意大利 合 计 哈姆洛克 7700 Asimi Memc 三菱 SGS 瓦克 Memc 3000 2700 1200 2200 5500 1000 30900 7700 3000 1500 1100 2200 5000 1000 10000 3300 2700 1200 2200 6000 1000 10000 3300 2700 1100 2200 6000 1000 14500 3600 2700 1500 2200 8000 1000 18000 3600 2700 1500 4400 12000 1000 棒状，SiHCl3 棒状，SiH4 粒状，FBR反应器 棒状，SiHCl3 棒状, SiH4 棒状，SiHCl3 棒状，SiHCl3 29100 34300 34200 41400 51100
半导体多晶硅的生产是一个跨化工、冶金、机械、电子与自动控制多学科综合技术集成一体的系统工程。目前国外有报导已发展到高效率低能耗48-50对棒的还原炉。
2，国内多晶硅生产情况
1）目前国内能生产多晶硅的厂家只有五家：（1）739厂（200t/a），（2）洛阳中硅(300+700t/a)，
（3）新光硅业1000 t/a，（4）江苏中能1500 t/a t/a，（5）无锡金大中200 t/a。
2）据报导在建与筹建的有20多家（见附件）
{（1）新津天威四川硅业(3000t/a)，（2）乐电天威硅业3000t/a,）、（3）中德合资江西新时代高新能源公司（1000-3000 t/a）2005年4月开建，计划2008年投产，（4）云南曲靖爱信硅科技公司(一期投资25亿元，建多晶硅生产线3000 t/a ，三年后建成10000t/a)，2006年4月7日开工（奠基）。（5）宁夏石嘴山投资70亿元，建设世界级硅基地，多晶硅计划建成5000 t/a的规模，（6）辽宁凌海多晶硅之城(1000t/a)，（7）扬州太阳能产业基地3000 t/a多晶硅分两期建设，一期投资12亿元07年上半年投产，二期08年上半年建成，（8）江苏高邮（江苏顺大半导体发展有限公司领头）投资25亿元分两期到位，07年6月投产一条线1500 t/a，08年初再上一条生产线，生产能力达3000 t/a。}
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