多晶硅生产工艺学
绪论
一、硅材料的发展概况 半导体材料是电子技术的基础，早在十九世纪末，人们就发 现了半导体材料，而真正实用还是从二十世纪四十年代开始的， 五十年代以后锗为主，由于锗晶体管大量生产、应用，促进了半 导体工业的出现，到了六十年代，硅成为主要应用的半导体材料， 到七十年代随着激光、发光、微波、红外技术的发展，一些化合 物半导体和混晶半导体材料：如砷化镓、硫化镉、碳化硅、镓铝 砷的应用有所发展。一些非晶态半导休和有机半导休材料（如萘、 蒽、以及金属衍生物等）在一定范围内也有其半导休特性，也开 始得到了应用。
半导休材料硅的生产历史是比较年青的，约 30 年。美国是从
1949?1951年从事半导体硅的制取研究和生产的。几年后其产量 就翻了几翻，
日本、西德、捷克斯洛伐克，丹麦等国家的生产量 也相当可观的。
从多晶硅产量来看，就 79 年来说，美国产量 1620? 1670 吨 日本 420
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?440 吨。西德 700? 800 吨。预计到 85 年美国的产量将 达到 2700 吨、日本 1040 吨、西德瓦克化学电子有限公司的产量 将达到 3000 吨。
我国多晶硅生产比较分散， 真正生产由 58 年有色金属研究院 开始研究，
65 年投入生产。从产量来说是由少到多，到七七年产 量仅达70?80吨，预计到85年达到300吨左右。
二、 硅的应用 半导体材料之所以被广泛利用的原因是：耐高压、硅器件体 积小，效率高，寿命长，及可靠性好等优点，为此硅材料越来越 多地应用在半导体器件上。硅的用途：
1、作电子整流器和可控硅整流器，用于电气铁道机床，电解食 盐，有色金属电
解、各种机床的控制部分、汽车等整流设备上， 用以代替直流发电机组，水银整流器等设备。
2、 硅二极管，用于电气测定仪器，电子计算机装置，微波通讯装 置等。 3、 晶体管及集成电路，用于各种无线电装置，自动电话交换台， 自动控制系
统，电视摄相机的接收机，计测仪器髟来代替真空管， 在各种无线电设备作为放大器和振荡器。
4、 太阳能电池，以单晶硅做成的太阳能电池，可以直接将太阳能 转变为电能。
三、 提高多晶硅质量的措施和途径： 为了满足器件的要求，硅材料的质量好坏，直接关系到晶体 管的合格率与电学性能， 随着大规模集成电路和 MOS 集成电路的 发展而获得电路的高可靠性，适应性。因此对半导体材料硅的要 求越来越高。
1、提高多晶硅产品质量的措施： 在生产过程中，主要矛盾是如何稳定产品的质
量问题，搞好 工艺卫生是一项最重要的操作技术，在生产实践中要树立
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“超纯 ” 观念，养成严格的工艺卫生操作习惯，注意操作者，操作环境及 设备材料等方面夺产品的污染和影响，操作环境最好有洁净室。 洁净室一般分为三级，它是以 0。 5U 以上和 5U 以下的粒子在单 位容积中的个数来分级的。
a 、100 级，平均每单位体积（立方英尺） （1 英尺 =30。 48
cm）中以0。5U以上大小粒子，不超过100个，5U以上的粒子全 部没有。
b 、10000 级：平均单位体积（立方英尺）中，
0。 5U 以上的
大小粒子个数不超过 10000个， 5U 以上的粒子在 65个以小。
c 、100000 级：平均单位体积中 0。 5U 以上的大小粒子不超
过 100000 个， 5U 以上的粒子在 700 个以小。
2、提高原料纯度： 决定产品质量的因素很多，其中原料，中间化合物如硅铁、
液氯、氢气、三氯氢硅等的杂质的存在，对产品的质量好坏是起 决定性的因素。 （原料纯度越高，在制备过程中尽量减少沾污，就 能制得高质量的多品硅。 ）因此，在制备过程中尽量减少杂质的沾 污，提高原料有纯度。
3、强化精馏效果： 在工业生产中，原料的提纯几乎成为提高产品纯度的唯一手
段。精馏法是化学提纯领域的重点，如何提高精馏效果和改进精 馏设备，乃是精馏提纯的中心课题，近年来发展了加压精馏，固 体吸附等化学提纯方法。
采用加压精馏右明显降低三氯氢硅中磷的含量、络合提纯效 果明显，鉴于络合剂的提纯及经济效果尚未很好的解决，因此至 今未能投入大规模生产之中。
在改进精馏设备方面，国内外也作了相当研究，为了强化汽、 液传热、传质的效果，采用高效率的塔板结构如浮动塔板，柱孔 式塔板的精馏塔等。为了减
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少设备材质对产品的沾污，采用含钼 低磷不锈钢塔内壁喷涂或内衬 F4?6及氟塑料材质，最近我国以 采用了耐腐蚀性能更好的镍基合金，来提高产品质量。
4、 氢还原过程的改进及发展趋势：
在三氯氢硅氢还原中，用优质多晶硅细棒作沉积硅的载体， 这对提高多晶硅的质量有很重要的作用。
采用钯管或钯膜净化器获得高纯氢，除去其中的水和其它有 害杂质，降低多晶硅中氧含量和其它杂质含量。
为了防止在还原过程中引进杂质而沾污产品，采用含钼低磷 不锈钢或镍基合金不锈钢，或炉内设置石英钟罩来防止不锈钢对 产品的沾污。
5、 加强分析手段提高分析灵敏度：
为了保证多晶桂的质量，就必须要保证原料的纯度，就得要 加强化学、物理的分析检测，一般采用光普、极普、质普和气相 色普等分析手段进行检测。随着原料纯度的提高，分析检测的灵 敏度也要相应地提高。
如何了解高纯物质的纯度呢？高纯物质的纯度常用主体物质 占总物料的重量的百分数来表示。如
就是每单位重量物质中占三氯氢硅
99。 999%的高纯三氯氢硅， 99。999%，在分析过程中，是
从物料中取出小量的物料来测定其中的杂质含量，因此高纯物质 的纯度可用下式来表示：纯度 =试料重量－杂质的重量 /试料重量
X100%
在分析中，同一物质硅中若要求分析的杂质越多，相对分析 检出来的杂质
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元素越少，其纯度就越高。 表示纯度的方法形式不外乎下列几种：
a 、重量百分含量：
纯度=（体积X比重-杂质重量）/体积x比重X100%
b、 ppm=10-4%=1/1000000（可以是重量比也可以是体积比 ）百
万分之一。
c、 ppb=10-7%=1/1000000000（十亿万分之一）
d、 ppba 是用杂质原子数与主体原子数的比来表示纯度的。
四、硅的物理化学性质；
1 、硅的物理性质： 硅是周期表中的四族元素，在自然界中含量非常丰富，仅次
于氧而居二位。由于硅氧键很稳定，在自然界中硅无自由状态， 主要以 SiO2 及硅酸盐的形式存在。
硅有结晶型和无定型两种，结晶硅是一种有灰色金属光泽的 晶体，与金刚石具有类似的晶格，性质硬而脆，有微弱的导电性，
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