多晶硅产品的用途与生产工艺简介(2)080305

多晶硅产品的用途与生产工艺简介2黎展荣编写2008-03-15多晶硅产品的用途与生产工艺简介讲课提纲：一、多晶硅产品的用途二、国内外多晶硅生产情况与市场分析三、多晶硅生产方法四、多晶硅生产的主要特点五、多晶硅生产的主要工艺过程讲课想要达到的目的：通过介绍，希望达到以下几点目的：1，了解半导体多晶硅有关基本概念与有关名词，为今后进一步学习、交流与提高打下基础；2，了解多晶硅的主要用途与国内外多晶硅的生产和市场情况，热爱多晶硅事业与行业；3，了解多晶硅生产方法和多晶硅生产的主要特点，加深对多晶硅生产工艺流程的初步认识；4，了解公司3000吨/年多晶硅项目的主要工艺过程、工厂的概况、规模、车间工序的相互关联，有利于今后工作的开展。多晶硅产品的用途在讲多晶硅的用途前，我们先讲一讲半导体多晶硅的有关概念和有关名词。1，什么是多晶硅？我们所说的多晶硅是半导体级多晶硅，或太阳能级多晶硅，它主要是用工业硅或称冶金硅（纯度98-99%）经氯化合成生产硅氯化物，将硅氯化物精制提纯后得到纯三氯氢硅，再将三氯氢硅用氢进行还原生成有金属光泽的、银灰色的、具有半导体特性产品，称为半导体级多晶硅。2，什么是半导体？所谓半导体是界于导体与绝缘体性质之间的一类物质，导体、半导体与绝缘体的大概分别是以电阻率来划分的，见表1。表1导体、半导体与绝缘体的划分名称电阻率（Ω.Cm）备注导体＜10-4＜0.0001Cu,Ag,AL等半导体10-4~1090.0001~1000000000Si,Ge,GaAs等绝缘体＞109＞1000000000塑料，石英，玻璃，橡胶等13，纯度表示法半导体的纯度表示与一般产品的纯度表示是不一样的，一般产品的纯度是以主体物质的含量多少来表示，半导体的纯度是以杂质含量与主体物质含量之比来表示的。见表2。表2纯度表示法1%1/10010-22N百分之一（减量法，扣除主要杂质的量后）1PPm1/100000010-66N百万分之一0。0000011PPb1/100000000010-99N十亿分之一0。0000000011PPt1/100000000000010-1212N万亿分之一0。000000000001PPma原子比PPmw重量比PPba原子比PPbw重量比PPta原子比PPtw重量比1），外购的工业硅纯度外购的工业硅纯度是百分比，1个九，“1N”，98%，两个九，“2N”，99%，是指扣除测定的杂质元素重量后，其余作为硅的含量（纯度）。如工业硅中Fe≤0.4%,AL≤0.3%,Ca≤0.3%,共≤1%,则工业硅的纯度是：（100-1）X100%=99%。2),半导体纯度工业硅中的B含量是0.002%(W)，则工业硅纯度对硼来说被视为99.998%，即4N（对B来说）。半导体硅中的B含量，如P型电阻率是3000Ω.Cm时，查曲线图得B的原子数为4.3X1012原子/Cm3，则半导体的纯度是：4.3X1012/4.99X1022=0.86X10-10=8.6X10-11(~11N，0.086PPba),或(4.3X1012X10.81)/(4.99X1022X28)=0.33X10-10=0.033PPbw=3.3X10-11(~11N)。对B来说，从工业硅的4N提高到11N，纯度提高7个数量级（10000000，千万倍）即B杂质含量要降低6个数量级（1000000，百万倍），因此生产半导体级多晶硅是比较困难的。3),集成电路的元件数集成电路的元件数的比较，列于表3。集成电路的集成度越高，则对硅材料纯度的要求越高。表3集成电路的元件数比较晶体管分立元件1个分立元件指二极管、三极管IC集成电路100-1000个元件LSI大规模集成电路1000-10万个元件VLSI超大规模集成电路＞10万个元件ULSI超超大规模集成电路＞1亿个元件据报导：日本在6.1X5.8mm2的硅芯片上制出的VLSI有15万6千多个元件4),硅片（单晶硅）发展迅速硅片（单晶硅）发展迅速，见表4。表4硅片（单晶硅）发展迅速1960年Φ25mm1”1990年Φ200mm8”21965年Φ50mm2”1995年Φ300mm12”1970年Φ75mm3”2000年Φ400mm16”批量1974年Φ100mm4”2005年Φ450mm18”研发中1978年Φ150mm6”大规模生产中多晶硅直径一般公认为是120-150mm比较合适，也研发过200-250mm。5),多晶硅、单晶硅、硅片与硅外延片多晶硅：内部硅原子的排列是不规则的杂乱无章的。单晶硅：内部硅原子的排列是有规则的（生产用原料是多晶硅）。硅片：单晶硅经滚磨、定向后切成硅片，分磨片与抛光片。硅外延片：抛光片经清洗处理后用CVD方法在其上再生长一层具有需求电阻率的单晶硅层，目前超大规模集成电路正趋向于采用硅外延片来生产。4,多晶硅产品的用途半导体多晶硅本身用途并不大，必须要将多晶硅培育成单晶硅，经切、磨、抛制成硅片（又称硅圆片），在硅片上制成电子元件（分立元件、太阳能能基片、集成电路或超大规模集成电路），才能有用。硅由于它的一些良好的半导体性能和丰富的原料，自1953年硅作为整流二极管元件问世以来，随着工艺技术的改革，硅的纯度不断的提高，目前已发展成为电子工业中应用最广泛的一种半导体材料，有关硅的基础理论也发展得较为完善。起初由于制造硅材料的技术问题，半导体多晶硅纯度不高，只能作晶体检波器(矿石收音机,相当于二极管).随着材料制造工艺技术的不断改进与完善，材料纯度不断提高，制造成功各种半导体器件，从晶体管、整流元件、太阳能电池片到集成电路到大规模集成电路和超大规模集成电路，才使硅材料得到广泛的用途。半导体多晶硅是单晶硅的关键原材料，多晶硅培育成单晶硅的方法是：有坩埚（CZ）与无坩埚（FZ），即直拉与区熔之分。制成单晶硅后通过切、磨、抛工序制成硅片，在硅片上进行半导体器件的制造，（通过扩散、光刻、掺杂、离子注入------等许多工序）即集成电路（管芯或称为芯片、基片）。由于大规模集成电路和超大规模集成电路技术的突破，半导体器件得到飞速发展，在各行各业得到广泛的应用。所有这些应用都是在有半导体多晶硅材料的基础上才能实现的。——在军事工业上：海湾战争、伊拉克战争的电子战都是用了大量的电子装备，探测器、导弹制导，火箭发射，电子控制设备，军事装备等；——在航天工业上：航天飞机，宇宙飞船（神1~神6）人造卫星，气象卫星，星球探测（登月与登火星）等；——在航空上：机场监控，飞机全天候监控，空军装备等；——在航海上：核潜艇，航空母舰，海上巡逻，海上运输，南北极探险等；——在信息技术上：通信技术（手机电话），广播电视，电子商务，电子购物，银行管理，电子眼监控，电脑网络，——在科学技术、工业技术，交通运输、铁路运输、能源工业、汽车工业、卫生医药等；——还有在人们生活中，家用电器，工资卡等都与电子打交道，所谓“无所不在，无所不有，到处可见”。这都是得益于半导体多晶硅的基础材料。当今，在人们的日常生活上、文化娱乐上得到充分的改善与享受，都离不开半导体材料与器件。因此我们从事的半导体多晶硅材料的生产与研发，对我们国家的经济建设、国防建设、工业建设、生活改善都是很重要的事业，希望大家热爱多晶硅行业，钻研多晶硅行业，发展多晶硅行业，为国家的经济发展，国防发展，社会发展，人民生活的提高与改善作出应有的贡献。3一、国内外多晶硅生产情况与市场分析1，国外多晶硅生产情况国外多晶硅生产，主要集中在美、日、德、意四国的十大公司，多晶硅的生产量占世界的90%以上，见表5。表5国外多晶硅产能与产量(t/a)所在国公司或厂商2005年2006年2007年2008年预测备注产能产量产能产量日本德山曹达520052005400540054005400棒状，SiHCl3三菱160016001600160016001600棒状，SiHCl3隹友800800900900900900棒状，SiHCl3美国哈姆洛克7700770010000100001450018000棒状，SiHCl3Asimi300030003300330036003600棒状，SiH4Memc270015002700270027002700粒状，FBR反应器三菱120011001200110015001500棒状，SiHCl3SGS220022002200220022004400棒状,SiH4德国瓦克5500500060006000800012000棒状，SiHCl3意大利Memc100010001000100010001000棒状，SiHCl3合计309002910034300342004140051100半导体多晶硅的生产是一个跨化工、冶金、机械、电子与自动控制多学科综合技术集成一体的系统工程。目前国外有报导已发展到高效率低能耗48-50对棒的还原炉。2，国内多晶硅生产情况1）目前国内能生产多晶硅的厂家只有五家：（1）739厂（200t/a），（2）洛阳中硅(300+700t/a)，（3）新光硅业1000t/a，（4）江苏中能1500t/at/a，（5）无锡金大中200t/a。2）据报导在建与筹建的有20多家（见附件）{（1）新津天威四川硅业(3000t/a)，（2）乐电天威硅业3000t/a,）、（3）中德合资江西新时代高新能源公司（1000-3000t/a）2005年4月开建，计划2008年投产，（4）云南曲靖爱信硅科技公司(一期投资25亿元，建多晶硅生产线3000t/a，三年后建成10000t/a)，2006年4月7日开工（奠基）。（5）宁夏石嘴山投资70亿元，建设世界级硅基地，多晶硅计划建成5000t/a的规模，（6）辽宁凌海多晶硅之城(1000t/a)，（7）扬州太阳能产业基地3000t/a多晶硅分两期建设，一期投资12亿元07年上半年投产，二期08年上半年建成，（8）江苏高邮（江苏顺大半导体发展有限公司领头）投资25亿元分两期到位，07年6月投产一条线1500t/a，08年初再上一条生产线，生产能力达3000t/a。}5多晶硅国内计划建设项目2008-2-10序号公司或厂家建设地计划产能(吨/年)奠基时间计划投产时间投资（亿元）备注1期2期3期合计1期总计1峨嵋739厂四川省峨眉山市1002005008002006-62008-661、2期投产2洛阳中硅河南省堰师市300700200030002005-2006-102.21、2期投产3新光硅业四川省乐山市126012602005-2007-212.9投产4江苏中能江苏省徐州市150060002006-2007-8701期投产5无锡中彩集团江苏无锡市3003002006-2007-82投产6通威和巨星(永祥多晶硅)四川省乐山市100030006000100002007-2008-650在建7东汽(乐山)硅业四川省五通市15001500150045002007-32008-127.5在建8天威四川硅业四川省成都市新津300030002007-122009-627在建9乐山乐电天威硅业四川省乐山市300030002008-22009-625在建10赛维LDK江西新余市6000150002006.-52008-12在建11深圳南玻湖北省宜昌市15001500150045002006-52008-61.5$60在建12亚洲硅业青海省西宁市100060002007-32008-128在建13江苏顺大江苏省扬州市150015002007-在建14神舟硅业内蒙古呼和浩特市150015002007-18在建15江苏阳光（宁夏）宁夏省石嘴山市15001500150045002007-1540在建16江苏大全集团重庆万州市3000300060002006-940在建17爱信硅科技(云南冶金)云南省曲靖市3000100002006-425100开工典礼18天宏硅材料陕西省咸阳市3750100002006-93752开工典礼19特变电工新疆省乌鲁本齐市15001200016.3项目洽谈20大陆多晶硅项目内蒙古呼和浩特市2500180002007-9180