多晶硅⽣产⼯艺和反应原理讲解课件多晶硅⽣产⼯艺和反应原理第⼀节重要的半导体材料，化学元素符号Si，电⼦⼯业上使⽤的硅应具有⾼纯度和优良的电学和机械等性能。
硅是产量最⼤、应⽤最⼴的半导体材料，它的产量和⽤量标志着⼀个国家的电⼦⼯业⽔平。
在研究和⽣产中，硅材料与硅器件相互促进。
在第⼆次世界⼤战中，开始⽤硅制作雷达的⾼频晶体检波器。
所⽤的硅纯度很低⼜⾮单晶体。
1950年制出第⼀只硅晶体管，提⾼了⼈们制备优质硅单晶的兴趣。
1952年⽤直拉法(CZ)培育硅单晶成功。
1953年⼜研究出⽆坩埚区域熔化法(FZ)，既可进⾏物理提纯⼜能拉制单晶。
1955年开始采⽤锌还原四氯化硅法⽣产纯硅，但不能满⾜制造晶体管的要求。
1956年研究成功氢还原三氯氢硅法。
对硅中微量杂质⼜经过⼀段时间的探索后，氢还原三氯氢硅法成为⼀种主要的⽅法。
到1960年，⽤这种⽅法进⾏⼯业⽣产已具规模。
硅整流器与硅闸流管的问世促使硅材料的⽣产⼀跃⽽居半导体材料的⾸位。
60年代硅外延⽣长单晶技术和硅平⾯⼯艺的出现，不但使硅晶体管制造技术趋于成熟，⽽且促使集成电路迅速发展。
80年代初全世界多晶硅产量已达2500吨。
硅还是有前途的太阳电池材料之⼀。
⽤多晶硅制造太阳电池的技术已经成熟；⽆定形⾮晶硅膜的研究进展迅速；⾮晶硅太阳电池开始进⼊市场。
化学成分硅是元素半导体。
电活性杂质磷和硼在合格半导体和多晶硅中应分别低于0.4ppb和0.1ppb。
拉制单晶时要掺⼊⼀定量的电活性杂质，以获得所要求的导电类型和电阻率。
重⾦属铜、⾦、铁等和⾮⾦属碳都是极有害的杂质，它们的存在会使PN结性能变坏。
硅中碳含量较⾼，低于1ppm者可认为是低碳单晶。
碳含量超过3ppm时其有害作⽤已较显著。
硅中氧含量甚⾼。
氧的存在有益也有害。
直拉硅单晶氧含量在5～40ppm范围内；区熔硅单晶氧含量可低于1ppm。
硅的性质硅具有优良的半导体电学性质。
禁带宽度适中，为1.21电⼦伏。
载流⼦迁移率较⾼，电⼦迁移率为1350厘⽶2/伏?秒，空⽳迁移率为480厘⽶2/伏?秒。
多晶硅生产工艺多晶硅被喻为光伏产业的“基石”，是硅产业链中极为重要的中间产品，也是集成电路和光伏产业最源头的环节，是发展电子信息产业和光伏产业的根基。
什么是多晶硅？多晶硅是元素硅的一种形式。
当熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格的形式排列成许多晶核。
如果这些晶核生长成不同晶向的晶粒，这些晶粒结合结晶成多晶硅。
多晶硅是由冶金级硅粉经过化学和物理提纯制成的。
多晶硅按纯度可分为太阳能级多晶硅和电子级多晶硅。
前者是生产太阳能光伏电池的基础材料；后者主要用于半导体行业和电子信息行业。
我国多晶硅生产技术难度大，投资成本高，发展相当缓慢。
所需的电子级多晶硅大部分依赖进口。
多晶硅生产工艺？1、改良西门子法改良西门子法是一种化学方法，首先利用冶金硅（纯度要求在99.5%以上）与氯化氢（HCl）合成产生便于提纯的三氯氢硅气体（SiHCl3，下文简称TCS），然后将 TCS 精馏提纯，最后通过还原反应和化学气相沉积（CVD）将高纯度的TCS转化为高纯度的多晶硅，还原后产生的尾气进行干法回收，实现了氢气和氯硅烷闭路循环利用。
改良西门子法包括五个主要环节：即 SiHCl3合成、SiHCl3精馏提纯、SiHCl3的氢还原、尾气的回收和SiCl4的氢化分离。
改良西门子法是目前生产多晶硅最为成熟、最容易扩建的工艺；目前，全球80%以上的多晶硅企业采用改良西门子法（闭环式三氯氢硅还原法）生产多晶硅，该法生产电子级多晶硅具有一定的优势，其沉积速率较快，安全性能较好，但是相比硅烷法（SiH4分解法）具有能耗高、副产品量较高、投资成本大等缺点。
2、硅烷法硅烷法制备多晶硅主要技术是将冶金级硅粉与四氯化硅和氢气转化为三氯氢硅，再将三氯氢硅通过精馏工序提纯及歧化反应，生成电子级硅烷气送至多晶硅反应器，通过化学气相沉积(CVD)生长成多晶态硅棒。
硅烷法是利用硅烷热分解的方法制备多晶硅，反应温度低，原料气体硅烷易提纯，杂质含量可以得到严格的控制。
第一章、多晶硅概况1.1 多晶硅的基本概况1.1.1 有关硅产品的概念硅是自然界分布最广的元素之一，是介于金属与非金属之间的半金属。
在自然界中，硅主要是以氧化硅和硅酸盐的形态存在。
目前，硅是可获得的纯度最高的材料之一，其实验室纯度可达到12个9的本征级，工业化大生产中也能达到7~11个9的本征级。
1.1.2 多晶硅的基本概念多晶硅是单质硅的一种形态。
是由许多硅原子及许多小的晶粒组合而成的硅晶体。
当熔融的单质硅凝固时，硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，这些晶粒结合起来，则形成多晶硅。
1.1.3多晶硅的物理化学性质及其与单晶硅的区别多晶硅是人工提取的高纯材料，其英文名为polysilicon，分子式Si，分子量28.08，熔点1410℃，沸点2355℃。
多晶硅一般呈深银灰色，不透明，具有金属光泽，性脆。
密度2.32~2.34。
溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。
硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。
加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显变形。
常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。
高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。
具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。
电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。
多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。
例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。
在化学活性方面，两者的差异极小。
多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等1.2 多晶硅产品分类多晶硅按纯度分类可以分为冶金级（金属硅）、太阳能级、电子级。
冶金级硅（MG）：是硅的氧化物在电弧炉中被碳还原而成。
