前言

自 21 世纪初期，伴随对外交往的日益频繁，世界渐次步入电子信息化时代，当下，我们正精心筹备以迎接一场全新的信息技术革新所带来的挑战。

当今之世界，移动通信技术的核心要义已然依循人们的预设目标再度攀至崭新的层级。人们针对移动通讯技术的革新规划，主要借由硅材料技术得以彰显。

于 IT 行业中，随着人们对提升质量以及综合一体化诉求的递增，更进一步地助推了硅材料市场的迅猛发展。然而，鲜有人知晓多晶硅的特性，能明晰其用途者更是寥寥无几。半导体级多晶硅乃制造单晶硅棒的关键原材料，国内的技术水准已然能够产出纯度达 11 个 9 的单晶原材料。

据外国媒体报道，多晶硅已然化作信息时代的材料源泉，在初始阶段，世界生产硅材料的公司数量有限。

硅的原子序数为十四，于自然界中的分布极为广泛，在地壳中的含量约达 27.6%，其含量仅逊于氧，位居次席。硅主要以化合物的形态，作为仅次于氧的最为充裕的元素存于地壳之中，多以硅石的形式现身。

冶金硅乃是自硅石当中提取而出，其为黑色金属，鉴于能够从硅石中获取，故而价格低廉，不过在工业领域，通常于电炉内由碳还原二氧化硅予以制成。拥有这些以砂的形式存在的金属硅充当原料，我们便能依循规划好的工艺流程对其开展多晶硅的生产工作。

半导体器件

半导体级多晶硅工序介绍

我们来阐述一下电子级多晶硅的工艺及设备。

我们的制造流程区域可划分为以下四个，即区域布局：氯化车间、精馏车间、还原车间以及精加工车间。

我们所采用的原材料——冶金硅（工业硅），乃是从外部的工业硅厂采购而来。运输公司会极为细致地将货物装载上车，而后再转运至我们的生产车间。

（个人观点：对半导体级多晶硅使用的工业硅有特殊要求，对施主杂质和受主杂质含量、水分、粒度等，不是所有的符合所谓国标的工业硅，也能用于半导体多晶硅生产。）

三氯氢硅氯化合成

将金属硅粉（工业硅通过球磨成粉）置入氯化反应装置内，予以加热，使其温度处于摄氏 250 度至摄氏 350 度的区间，继而通入干燥的氯化氢气体，从而生成中间化合物——粗制三氯氢硅。

此乃整个氯化合成的流程。

最终，粗制三氯氢硅历经冷凝器后，被移送至专门的储液罐中。这经过合成后的粗制三氯氢硅，于常温之下，乃是一种无色透明的液体。

（个人观点：温度对转化效率很关键。）

流化床合成炉

三氯氢硅进行精馏提纯

提纯于精馏塔中施行，其原理在于多次且同步运用部分汽化与部分冷凝之手段，令混合液得以较为彻底地分离，从而分别获取近乎纯组份的产品。

我们正是凭借这套装置将杂物加以分离，进而获取高纯度的三氯氢硅。

精馏提纯塔

多晶硅沉积

还原过程乃是采用经提纯所得的三氯氢硅与高纯氢气于还原炉中产生还原反应。

借助化学气相沉积技术生成的高纯硅积聚在硅棒（硅芯）之上，此一环节乃是整个多晶硅生产最为关键的一步，团队工作人员务必要具备一定的经验以及精湛的技艺，方可对整个还原过程予以熟练操作。

在生产之前，我们需要于还原炉内装设几十根高纯多晶硅硅芯细棒，在生产过程中通电加热至 1100 摄氏度以上。

透过还原炉上的窥视孔，我们能够清晰地察看到生产过程中硅棒的生产状况，在硅棒沉积的时段内，所有保障炉内温度的电流值皆能够通过电脑来加以控制。硅棒于炉内的沉积通常需要数天时间。

在生产结束后，高纯多晶硅棒的卸载亦是个重要的环节，为防止硅棒遭受污染，我们均采用机车来卸取硅棒。在硅棒还原过程结束之后所进行的是精加工过程，此过程我们几乎并非通过人工去掌控，多晶硅被切割成不同形状与尺寸的形体后，需先历经酸洗，再用纯水清洗。多晶硅棒切割的具体形状乃是依据用户的需求来决定的。

（个人观点：此工序要求极高，环境、工具、设备、控制参数、人员等都有严格要求，这是区别于传统的化工行业的方面。）

还原炉窥视孔观察到的多晶硅棒

检验封装

最后一个步骤乃是将加工完毕的产品置入包装袋中予以密封，并贴上标签以便出售。在整个多晶硅的生产进程中，伴随诸多影响反应正常开展的因素，进而对产品的质量造成影响，故而在每个环节中对原料及气体的质量把控极为关键。

例如，小型实验炉乃是用于实验三氯氢硅进行还原的纯度，历经检测在这个实验炉中所生产出的一对硅棒的质量，便可判定原料三氯氢硅是否达到要求的纯度。在还原制造出多晶硅棒之后，我们运用区熔单晶炉来制备区熔单晶硅，以高纯多晶硅作为原料制成棒状，于一定条件下使其转化为单晶硅。通过 ICP mas 来实现对多晶硅中所含具体元素成分的分析技术。

（个人观点：就是采用微型还原炉生产样品，产品检测合格才能将原料进入还原生产。产品检测实际上是检测的区熔半导体级单晶硅质量。）

电感耦合等离子质谱仪（ICP-mas)

副产物回收

在高纯多晶硅的生产进程中，会衍生诸多诸如四氯化硅之类的尾气，这些副产物需要于临近的尾气回收车间历经一步步的处置从而得以回收利用。

经处理完毕的高纯四氯化硅等产物，能够充当生产硅胶和集成电路所必需的原料，亦能够直接被加工成为众多半导体材料产品的原材料，例如化妆用品等。

尾气中残留的氢气，同样能够通过尾气回收车间的净化实现再度利用。

（个人观点：国外公司很重视并基本上都有相应的产业链延伸，我们呢？确实值得思考！）

副产品

如今，半导体材料已然为下一代通信领域的发展筑牢了坚实根基。亦存在其它形式，诸如以硅烷为原料，所生产出的硅能够用以加工成硅晶片，进而满足了集成半导体材料的需求。

说明：

本文根据国外某半导体级多晶硅公司售后服务介绍整理，希望对国内有生产半导体级多晶硅的企业和行业从业者有所启发。