鄂尔多斯多晶硅讲义

硅片
1. 晶体结构 晶体 是一个固体，是在三维空间含有周期性重复的结构单元。 这一个单元可以是一个原子（原始晶胞），也可以是一 个大的分子集团。
晶格 晶体中的原子和分子被缩小到一个点，数学抽象的晶体。 晶胞 用晶格矢量形成的最小可能的平行六边体称为晶胞
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? 常见的立方晶格 简单立方（sc） 面心立方（fcc） 体心立方（bcc）
Lower polishing pad
Wafer Slurry
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单晶硅片的制作(IV)
倒角 为解决硅片边缘碎裂所引起的表面质量下降，以及光刻涂胶和外延的边 缘凸起等问题的边缘弧形工艺。倒角方法有磨削、喷砂、化学腐蚀和恰当的抛光 等，较普遍采用的是用倒角机以成型的砂轮磨削硅片边缘，直到硅片边缘形状与
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内容提要
? 硅及氧化硅的基本性质 ? 硅片的生产
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单晶硅的制造 –三氯氢硅氢还原法
1. 原料：石英砂，在碳作电极的电弧炉中还原
SiO2 ? 2C ? Si ? 2CO at 2100K
含有铁、铝、铜等杂质，用酸溶解。硅的纯度为98％，称为 “冶金级硅”
2. 硅的进一步提纯通过分馏进行， Si ? 3HCl ? SiHCl3 ? H2 at600K 4SiHCl3 ? 2H2 ? 3Si ? SiCl4 ? 8HCl at1400K
? 所需要的是高纯度的单晶硅
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? 硅的物理性质 沸点 (oC) : 2355 密度 (gm/cc): 2.32 -2.34 水溶性: Insoluble 熔点 (oC): 1410 外观/气味: Dark brown powder; no odor
单质硅有 晶体硅和无定形硅 两种。晶体硅可以分为单晶体和多晶 体。

2018年06月多晶硅的应用及生产技术杨志成张春磊特古斯（内蒙古神舟硅业有限责任公司，内蒙古呼和浩特010010）摘要：硅元素位于化学元素周期表第14位，属于比非金属硬度大却又比非金属硬度小的半金属性质，是地球上组成和存在最多的元素之一。

硅在自然界的形态主要分为两种，硅酸盐和氧化硅。

近年来多晶硅的运用越来越广，对多晶硅技术的研究也越来越深，多晶硅市场越来越广阔。

关键词：多晶硅；多晶硅应用；多晶硅生产技术随着时代的进步发展，世界各国对硅的使用需求越来越大，并且硅的生产越来越向多晶硅发展，多晶硅的产量需求将逐渐增多。

首先，单晶硅的发展方向就是直径不断扩大，而多晶硅正是生产硅单晶最好的材料。

使用多晶硅拉制单晶硅可以提高产量，提升产率，降低成本。

同时，对于多晶硅的纯度要求越来越大，只有充分去除其中的各类杂质才能保证多晶硅内部的均匀纯度。

1多晶硅应用1.1电子信息元件多晶硅是生产单晶硅的原材料，是使用最广的电子信息元件之一，特别是在微电子领域，可以说是微电子领域的基石。

硅是一种优良的半导体，能够忍受高温高压而不变质变形。

相对其他的半导体材料，单晶硅的性质就显得更加优秀，使用寿命长、抗温抗压性能强、体积小巧等。

而且相对其他原材料，硅的技术工艺相对成熟，材料丰富易得，性价比高，是电子信息基础材料的首选，在电子工业集成电路中的使用极其普及。

1.2硅光伏电池除了在IT 行业大放异彩外，多晶硅在太阳能行业也可以说是独领风烧。

太阳能光伏电池板的核心原材料便是多晶硅或者是由多晶硅拉制成的单晶硅。

多晶硅材料经过一系列复杂的工艺技术被制成太阳能电池单体，然后按照特定模型排列组合成完整的太阳能电池板。

这样制出的太阳能电池板的成本相对较低，但是由光能转化为电能的效率和质量却更高。

目前世界光伏电池总量中98%以上是硅光伏电池，多晶硅是其最主要使用材料。

2多晶硅的生产技术多晶硅的生产主要是以不同的硅化物做为原料，利用相关的化学工艺将原料分解为多晶硅或者多晶硅材料。

硅片制备多晶硅铸锭炉和单晶炉最 新课件
多晶硅生产过程（LDK)
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硅片制备多晶单晶炉最 新课件
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DSS炉
• 系统硬件包括：不锈钢 板，一对侧板，水冷铸 锭炉，供应电源，一个 真空泵系统和一个控制 柜，操作控制盘。
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• 下图为一个热交换法与布里曼法相结合的结晶炉 示意图。图中，工作台通冷却水，上置一个热开 关，坩埚则位于热开关上。硅料熔融时，热开关 关闭，结晶时打开，将坩埚底部的热量通过工作 台内的冷却水带走，形成温度梯度。
• 同时坩埚工作台缓慢下降，使凝固好的硅锭离开 加热区，维持固液界面有一个比较稳定的温度梯 度，在这个过程中，要求工作台下降非常平稳， 以保证获得平面前沿定向凝固。
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1.3 电磁铸锭法法(EMC或者EMCP法）
• 利用电磁感应的冷坩埚来熔化硅 原料。
• 这种熔化和凝固技术可以在不同 的部位同时进行，节约时间。而 且，熔体和坩埚不直接接触，既 没有坩埚的消耗，又减少了杂质 的污染，特别是氧浓度和金属杂 质大幅降低，另外，该技术还可 以连续浇铸。不仅如此，由于电 磁力对硅熔体搅拌作用，使得掺 杂剂在硅熔体中的分布能更均匀， 是种很有前途的铸造多晶硅技术。
• 内涂SiN的坩埚装入多晶硅料后放在导热性很强的石墨块上（即所谓 的定向固化块或者DS块）。关闭炉子后排气，接通加热器电源融化 硅料数小时以上。坩埚的四个竖直边都围有石墨加热器，DS-Block， 坩埚四周围有隔热层。隔热层的竖直边能上下移动以便露出DS-Block 的边缘，使热量辐射到下腔室的水冷四壁上。水冷却DS-Block后再返 回来冷却坩埚底部，从而使坩埚内的熔融硅周围形成了一个竖直温度 梯度。这个梯度使坩埚内的硅料从底部开始凝固，从熔体底部向顶部 开始长晶。当所有的硅料都凝固后，在程序的控制下，硅锭需要经过 退火，冷却处理以免破裂且能将（晶格）位移降到最小限度 。

内蒙古神舟硅业有限责任公司
ORISI Silicon Co., Ltd
2 改良西门子工艺技术特点、问题及发展方向
改良西门子工艺的技术需求
1 余热利用
① 还原炉所耗电能约占总电耗的60％，应该实现综合利用。 ② 若还原过程的90％的余热得到再次利用，将使得单位电耗大幅度 下降。 2 提升闭环工艺的效率 ① 提升还原炉的效率，采用更好的多对棒技术； ② 提升四氯化硅的氢化效率，降低闭环运行的能耗。 3 多晶硅制备中四氯化硅工艺技术
内蒙古神舟硅业有限责任公司
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1 太阳能光伏发电的必要性
• 欧洲联合研究中心对未来能源发展预测
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2 光伏发展的历程
• • • • • • • • • 1839年发现“光生伏打效应” 1883年，在半导体硒和金属接触处发现了固体光伏效应，光伏器件。 1954年第一块实用的光伏电池问世 1958年太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星。 1986年美国建成6.5KW光伏电站。 1990年德国提出“2000个光伏屋顶计划”，每个家庭的屋顶装3~5KW光伏电池 组件。 1997年美国提出了“克林顿总统百万太阳能屋顶计划”在2010年以前为100万 户居民每户安装3~5KW光伏电池。（可惜小布什没实施） 1997年日本“新阳光计划”提出到2010年日本将生产43亿瓦光伏电池。 1997年欧洲联盟计划到2010年生产37亿瓦光伏电池，德国提出“十万屋顶计 划” 。 1998年荷兰政府提出“荷兰百万个太阳光伏屋顶计划“，计划到2020年完成。 2000年德国开始实施“十万屋顶计划” 。 2004年德国“可再生能源上网电价法” 启动，全面引爆光伏行业的快速增长 与发展。里程碑。