多晶硅生产工艺分析（多晶硅生产工艺图及工艺流程）

多晶硅的用途——再谈多晶硅生产新技术和新设备的开发

这篇专题文章明确提出了用二硅烷热分解法生产高纯超大直径多晶硅棒的观点。这一思路是我在多年查阅和收集相关乙硅烷资料后，经过充分研究和比较确定的，也是国内采用乙硅烷热分解法生产多晶硅。

一该工艺的设计是创新的

目前我国多晶硅的生产工艺仍以改良西门子法为主，约占80-85%。据估计，仅5-15%的棒状和粒状多晶硅是通过使用甲硅烷生产的，通过使用乙硅烷 生产多晶硅的工艺还不可用。

之一种新型多晶硅生产工艺具有以下特点

(1)从基本二硅烷材料Si2cl6的制备工艺开始研发。

硅粉是生产Si2Cl6的初始原料，是硅含量为97%的工业硅粉，液氯含量大于99%。它们的氯化反应如下

3 Si 5 Cl2=======Si2Cl6 SiCl4

在200的反应温度下，Si2Cl6的产率占80%以上，而Sicl4的产率仅占20%，且反应产物非常简单。

众所周知，硅粉和HCL的氯化反应温度为350 ，硅粉和氯气的反应温度为400-450

相反，Si2Cl6的形成温度越低，杂质(硼、磷、碳、金属杂质等)的相对含量越低。).更重要的是，硅粉和HCL的氯化反应产物非常复杂，这是西门子工艺的缺点。

(2)比较精制抹子的净化效果

Si2Cl6沸点144 C，BCl3沸点12.5 C，PCl3沸点75.5 C，CCl4沸点76.8 C，FeCl3沸点315 C，ZnCl2沸点732.4 C，AlCl3沸点180 C等。由于Si2Cl6的沸点与硼、磷和金属氯化物的沸点相差很大，精馏提纯效果相对较好。

特别需要指出的是，SiHCl3的沸点为31.8C，与硼和氯化磷的沸点相比非常小。根据相关资料，采用精馏的 去除SiHCl3中的硼和磷的效果并不明显，所以SiHCl3精馏采用高压精馏的目的是为了提高去除硼和磷的精馏效果。

而该工艺中Si2Cl6的蒸馏提纯，利用其固有的沸点高、与各种杂质沸点相差大的物理特性，不需要高压精馏就能达到同样的提纯效果。

(3)新设计的这一流程与西门子流程的更大区别

在西门子法生产多晶硅中，原料SiHCl3只需经过一次精馏提纯即可满足要求，然后在1050-1100的高温下用高纯氢气还原生产多晶硅。只有少数产品能达到电子级。

在该工艺设计中，采用两次精馏提纯对氯化物原料Si2Cl6进行高效精馏提纯，然后转化为乙硅烷(Si2H6)，再进行第二次低温精馏提纯。经过两次提纯后得到的二硅烷被热分解，在850-900生产的多晶硅估计占电子产品的大多数。

(4)乙硅烷热分解生产多晶硅及其尾气回收系统与改良西门子生产工艺的比较；

乙硅烷热分解产生多晶硅的化学反应；

Si2Cl6====2 Si 3 H2

850-900的热分解是不可逆的化学反应，反应非常彻底。反应产物只有两种简单的产物，硅和氢。Si2Cl6的一次转化率为90-95%，所以热分解炉尾气中只含有5-10%未分解的Si2H6和新氢(H2)，约占尾气的90-95%。由于尾气中只含有5-10%未分解的Si2Cl6和90-95%的氢气，没有其他产物，尾气回收设备和回收工艺非常简单，系统压力估计在0.05—0.10 MPa，几乎是常压操作，生产非常安全。

硅烷和氢气之间的还原反应

，回收利用西门子法多晶硅生产中的尾气是非常必要和重要的。目前从国外引进改良西门子工艺，生产中产生的SiCl4在高温高压下通过过冷加氢或热加氢转化为SiHCl3，然后返回还原炉继续氢气还原，形成无限循环的封闭循环系统。而尾气回收成SiHCl3后，利用率只有20%左右，可以理解为一种不健康的无限循环。改良西门子法的尾气回收设备复杂、投资高、运行费用和能耗高、生产安全系数低，是不可克服的缺点。这是这种生产工艺得到的多晶硅生产成本高的根本原因。

相比之下，该工艺的尾气回收工艺和设备简单，经济适用，生产安全。

二利用乙硅烷热分解生产多晶硅新工艺能否建立？乙硅烷的制取及其来源十分关键。

该工艺制备的乙硅烷是用LiAlH4还原Si2Cl6制备的，是目前最成熟的生产工艺。

根据物料平衡计算可知，还原剂(LialH4)的用量很大，价格也很贵。如果使用商业上可获得的LiAlH4 制备乙硅烷是绝对不可行的，那么将不会建立新的工艺。，LiAlH4的制备至关重要。

经过对LiAlH4生产工艺的综合研究，决定对还原剂(LiAlH4)采用“利用—回收—自制—利用”的综合回收工艺，彻底解决了二硅化问题。

烷的制备，使本工艺构成有米之炊,又可降低多晶硅的生产成本，一举两得。

三工艺确定之后，相关设备创新设计十分重要。

由于本工艺实属新开发工艺而利用的设备,都是创新的,所以能生产出目前国内外还没出现超大直径多晶硅棒，此结果与下面两个部件创新设计相关即新型热载体和新型电极。其结构、材质、、加工工艺与现行硅芯热载体、电极完全不同。

由于本工艺能生产超大直径多晶硅棒体其结果是可以提高硅沉积速率和炉的单产、降低能耗等，提高产量、降低生产成本意义重大。

新型热载体及新型电极其结构、作用、重要意义等，在这里不必详述。

，如果要生长出超大直径多晶硅棒必须采用创新设计的热载体和电极并与新型尾气回收系统三者结合运作才能实现。所以本工艺利用Si2H6热分解生产高纯度、超大直径多晶硅棒以及尾气回收系统都是创新的生产工艺。

除上述两项创新设计外，其他设备，如浮动式氯化炉、钟罩式热分解炉等都具有新创意其共同特点设备结构设计都适应或满足乙硅烷物理、化学特性及其化学反应条件、充分体现设备为生产工艺服务的特点。

本人于1962年毕业吉林大学半导体系半导体化学专业，毕业后一直从事硅的研发与生产已50多年(包括退而不休)，积叠了多晶硅生产经验，对多晶硅非标设备还原炉、热分解炉、氢气净化设备等能进行设计。由于既懂工艺又能进行非标设备的设计，所以设计出非标设备能满足多晶硅生产条件与要求，结果可以提高多晶硅质量和产量并注意生产安全。

目前我国半导体硅材料生产现状太阳能级居多而电子级居少从质量和数量达不到要求，需从国外进口。多晶硅成本也居高与国外同等产品无法抗衡、竞争。硅材料的生产正处于低谷发展状态。

几十年多晶硅生产经验告诉我们西方发达国家对多晶硅先进、尖端生产工艺绝对保密和封锁的，所以只有靠自力更生、奋发图强，自己去研发而本工艺的研发，如果通过”中试厂“的实践把”设想“变成现实，上面各种难题(多晶硅的质量、产量、成本等)都能彻底解决。

本工艺的开发与新设备的创新设计都建立在国内现有、实践证实的、成熟的’老工艺’基础上所以”中试厂“的建立不会出现原则性风险。

,\"中试厂\"建立暂不要求是十全十美系统工程，但要求像麻雀一样，麻雀虽小五脏俱全，通过“中试厂”的实践来证实新工艺的可靠性、可行性。\"中试厂\"的试验宗旨是只要求打通新生产工艺全流程并生产出合格多晶硅棒，考验所有创新设计非标设备的性能和效果，并积叠经验。因为\"中试厂\"是过渡试验厂，故对多晶硅产量暂不要求也不做具体规定。

根据目前国内多晶硅生产现状，对拟参于 “中试厂”合作单位有如下要求该单位必须已有多晶硅生产能力并有一定技术骨干和加工能力的多晶硅厂。投资项目暂定多晶硅生产新工艺流程的确立、走旧厂技术改造之路，， 对‘中试厂’的投资，只需投入新创的、必须设备投资外，其余附助设备，只要能代用，就不购置新的设备，这样可减少1/2或1/3的投资。

因为 “中试厂”的建立是创新工艺雏形的建立，故还有很多细致、多项工作需要进行和完善，只有继续努力才能完成特定的多晶硅生产的系统工程，要有同舟共济，愤发图强、百折不回，共同奋斗，才能完成前所没有新工艺的建立，为我国多晶硅发展开创新路。

年产8000吨多晶硅还原工艺介绍 多晶硅生产设计