电子级多晶硅生产技术分析

电子级多晶硅生产技术分析

杜静雅

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摘要：电子多晶硅是制造半导体硅片最基本、最重要的原材料之一，被称为电子信息产业的“粮食”。其纯度需要达到11N。如此高的纯度对制备技术、检测技术和质量管理提出了极高的要求。长期以来，电子级多晶硅的制备技术一直被美国、德国、日本等西方国家封锁。因此，国内使用的电子级多晶硅几乎完全依赖进口，存在被“卡住”的风险。近年来，我国企业如青海黄河上游水电、江苏新华等在电子多晶硅方面取得了一些技术突破，但仍存在发展瓶颈。基于此，对电子级多晶硅生产技术进行研究，以供参考。

关键词：电子级;多晶硅;生产技术

引言

电子级多晶硅是一种高纯的硅材料，因其纯度要求达到11N以上，因此要比光伏级多晶硅纯度至少提高2-3个数量级，两者之间存在显著的品质差异。突破电子级多晶硅核心技术，关键还是技术创新，优化改进生产技术和质量控制技术，在产品生产制造、装置稳定运行等各环节的过程控制上做到精益求精，并通过成百上千次的科学实验，才能生产出合格、适销对路的电子级多晶硅产品，实现电子级多晶硅国产化的战略目标。

1电子级多晶硅发展概述

电子级多晶硅可分为电子级融合用多晶硅和电子级直接牵引用多晶硅。电子区融合的多晶硅质量要求比较严格，区融合法生产的单晶硅氧碳含量低，载体浓度低，电阻较高，主要适用于IGBT、高压整流、晶闸管等高压半导体的制造Rafah生产的单晶硅片广泛用于集成电路内存、微处理器、移动芯片和低压晶体管、电子设备等电子产品。且用途更广泛，电子直接牵引用多晶硅市场占90%以上。电子级多晶硅材料熔化后，通过拉伸得到半导体单晶棒，然后通过研磨、线性切割、倒角、研磨、腐蚀、热处理、边缘抛光、前抛光、清洗、拉伸等方式制造。然后通过氧化、沉积、雕刻、蚀刻、注入/扩散离子等方式制造。，然后通过切割、封装、试验等方式制造。然后应用到下游的最终产品中。

2常见电子级多晶硅的生产技术

2.1硅烷CVD法

采用这种技术生产电子级多晶硅的主要优点是净化方便，硅胶含有近90%的硅量，分解速度非常快，分解速度超过99%，反应分解温度较低，从而可以生产多晶硅产品此外，硅烷热解产生H2，不会污染环境。采用这种技术生产电子级多晶硅也有以下缺点:(1)硅烷分解时，很容易产生气相芯，同时在反应室产生相应的粉尘，这不仅会堵塞管道和设备，而且还会影响此外，硅烷生产成本高很容易导致最终生产的电子多晶硅成本增加。(2)所使用的硅烷具有爆炸性、易燃性和不安全性，即使在室温下也存在火灾危险。

2.2气液沉积法

这一技术是日本开发和控制的，主要是用管道反应器生产的，操作温度控制在1500℃，直接在气体中产生液态硅。由于工艺反应温度高，沉积速度快于西门子改进方法。技术方法:利用硅土，siCl4在SiO2和Cl反应下生产，分离提取后，多晶硅滴出现在相应反应堆中。在这种方法中，工艺原料不再是工业硅，而是SiO2，工艺消除了SiO2与工业硅的融合，不仅大大缩短了生产过程，而且提高了SiCl4的净化效果和纯度。这种方法不仅节省了生产电子级多晶硅的总成本，而且大大提高了产品的纯度，有关部门应深入研究液-气沉积方法。

2.3无接触化后处理技术

传统的电子级硅棒后处理过程是需要大量人工参与的，例如使用特制的钨钴合金破碎锤将硅棒破碎成特定尺寸的硅块，但是这些过程不可避免的会引入人工污染。本文开发了无接触式高压脉冲硅棒破碎技术，利用高纯水作为介质，以高压电脉冲作为动力源进行破碎，解决了人工破碎或机械破碎过程中金属杂质渗入的难题，同时对脉冲电流电压、位置等参数的调整，还可以精确控制硅料尺寸分布。以硝酸、氢氟酸、盐酸为基础的多池混酸刻蚀技术，则解决了硅块刻蚀表面不均、表面形貌不佳、杂质去除能力弱等技术难题。

3电子级多晶硅生产发展措施

3.1智能化系统构建

近年来各类智能化操作设备的发展，为电子级多晶硅智能化系统的建设提供了基础平台，针对还原炉拆棒、清洗过程，自主研发了大规模电子级多晶硅生产高洁净、智能化生产装备，具体包括基于视觉引导的重载机器人硅棒自动拆除系统、基于主动力控制的还原炉底盘智能清理系统、损失检测系统。针对硅棒每批次生产外形机都有变化且表面形貌导致的难以精确定位的特性，引入深入学习算法实现大尺寸硅棒拆除的自动化，同时结合机器视觉、力觉控制技术，提出自适应阻抗位置力协调控制算法实现CVD反应炉底盘和电极机器人打磨清理系统，还提出了三维空间内机器人精确定位、载荷浮动、打磨力度控制、内壁状态识别等问题，实现了还原炉内壁自动损伤检测。这些智能化装备在本领域的首次应用，杜绝了以往人工参与引入的污染，以及作业标准不一致导致的产品质量波动，在全球具有领先水平。

3.2提升控制精馏装置的水准

在电子类聚硅的生产过程中，细蒸馏装置是一种极为关键的装置，影响电子类聚硅最终质量的镎、磷、硼、砷等微小杂质必须由该装置去除和分离。为了进一步提高蒸馏效率，应利用试验室对中间产品进行评价，然后将符合要求的产品送往还原炉进行下一次生产，再对不合格产品进行再精练。通过不断优化加热炉和精确调整运行参数，中国实现了一种更有效的参数调节方法，能够将杂质从重量和重量成分中分离出来，并确保产品质量可控，从而在处置过程中全面减少硅烷排放。

3.3加强关键核心技术的支持力度

它能够利用健全的工业基础和产业升级基金等现有的融资渠道，综合支持与产品质量稳定有关的关键技术，如材料、设备、技术、质量控制等。在12英寸以上集成电路硅片的工业生产过程中，支持整体化工过程的机械效率研究，支持提高生产自动化水平和智能水平。支持多晶硅材料检测和分析电子平台的建立，开展高纯度硅材料和硅圈高温合金杂质定量定性分析等化学分析技术的研究，以及晶体显微分析等物理分析技术的研究，提供检测服务。

结束语

结论电子级多晶硅行业的技术进步持续了近半个世纪，其内在推动力就是半导体产业特别是集成电路制程的不断发展对原料需求的提高。中国电子级多晶硅企业已经打破技术壁垒，成功的进入了这个行业，在市场上也获得了一定的认可。但是如何继续缩减乃至实现对国外领军企业的技术赶超，进而获得具有全球竞争力的产品，已经成为国内电子级多晶硅业界的新目标。

参考文献

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