中國粉體網(wǎng)訊 半導體材料是半導體工業(yè)最重要的功能材料，其中硅材料更是第一大電子功能材料。電子級多晶硅廣泛應用于微電子、晶體管及集成電路、半導體器件等半導體工業(yè)中。
隨著器件的迅速發(fā)展，對材料的純度有不同的要求、特別是集成電路不斷向微細化發(fā)展，要求硅片的直徑不斷增大，缺陷密度降低，多晶硅的純度提高。
多晶硅按純度分類，通�？梢苑譃樘柲芗壎嗑Ч韬碗娮蛹壎嗑Ч�，而電子級多晶硅純度要求達到99.999 999 9%～99.999 999 999%（9 N～11N），被專家稱之為“人類工業(yè)化能夠獲得的最純凈的物質(zhì)”。
太陽能級與電子級多晶硅檢測指標對比
電子級多晶硅產(chǎn)業(yè)化技術(shù)瓶頸
據(jù)中國粉體網(wǎng)了解，目前，國內(nèi)外可應用于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)電子級多晶硅的制備技術(shù)通常分為兩大類：改良西門子法和硅烷CVD法。
改良西門子法反應方程式
由于其工藝成熟性，國內(nèi)外多晶硅廠商普遍采用改良西門子法制備多晶硅。改良西門子法是大化工過程和后端表面處理過程的結(jié)合，因為在化工過程中大量采用了精餾塔、罐、管道、壓縮機等設備，對物料和系統(tǒng)潔凈度的控制難度極高，需要在設備選型和系統(tǒng)搭建中進行額外考慮。
同時其核心環(huán)節(jié)還原是利用氣相沉積反應進行生產(chǎn)，采用還原爐裝備需要一個極大空間，此工序還存在開爐裝爐過程，爐內(nèi)的硅粉等污染性雜質(zhì)釋出會影響潔凈間，這些對于潔凈室的設計和保持都提出了挑戰(zhàn)。
經(jīng)過還原產(chǎn)出的多晶硅棒只是中間產(chǎn)品，需要經(jīng)過“破碎、篩分、刻蝕、清洗干燥”等后處理步驟，才能形成供下游客戶使用的塊狀硅料，因為多晶硅本身純度已經(jīng)達到人類工業(yè)品的極限，任何外部環(huán)境和物體的接觸都會導致其表面雜質(zhì)的上升，影響產(chǎn)品質(zhì)量，如何避免這些污染也是必須面對的技術(shù)難點。
電子級多晶硅產(chǎn)品潔凈封裝
硅烷CVD法制備電子級多晶硅的優(yōu)點主要在于硅烷較易提純，硅烷中含硅量可達87.5％，分解速度快，分解率高（最高可達99％以上），并且反應分解溫度較低，制備得到的產(chǎn)品純度高，硅烷熱解產(chǎn)生的副產(chǎn)物為氫氣，對環(huán)境沒有污染。
該方法制備電子級多晶硅的缺點：一是硅烷分解時容易在氣相成核，在反應室內(nèi)生成硅的粉塵，一方面造成設備和管道的堵塞，影響連續(xù)生產(chǎn)和安全生產(chǎn)；另一方面由于硅烷制造成本高，導致最終的多晶硅制造成本比SiHCl3法要高。二是工藝介質(zhì)硅烷屬于易燃、易爆�；�，安全性差。
另據(jù)中國粉體網(wǎng)的了解，對于電子級多晶硅的核心原料三氯氫硅，其生產(chǎn)過程受硅粉的影響作用比較大，硅粉質(zhì)量指標對生產(chǎn)運行效率以及產(chǎn)品質(zhì)量的控制都具有重要作用。
研究人員通過大量生產(chǎn)實踐研究發(fā)現(xiàn)，硅粉的顆粒規(guī)格與硅粉轉(zhuǎn)化以及生產(chǎn)運行的影響作用比較大。硅粉成分中的鋁金屬含量過高會導致設備的空隙被堵塞，影響生產(chǎn)效率和質(zhì)量。因此需要加強對硅粉質(zhì)量指標的調(diào)整，將硅粉粒度控制在40到120目，鋁含量控制在0.1%以下。
我國電子級多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
電子級多晶硅是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈初始原料，隨著近年來智能手機、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)應用的擴增，集成電路產(chǎn)業(yè)對于電子級多晶硅的需求不斷提升，同時對產(chǎn)品質(zhì)量也提出了更為苛刻的要求。
長期以來全球電子級多晶硅都被美國、日本和德國寥寥數(shù)家企業(yè)所壟斷，國內(nèi)市場長期依賴進口。國內(nèi)多晶硅行業(yè)自2007年左右才進入高速發(fā)展階段，其中真正進入電子級多晶硅行業(yè)的時間更短，與國外先進企業(yè)長期以來的技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗相比，仍存在諸多不足。
多晶硅作為一種基礎材料，其最重要的特性就是純度，這直接影響到下游半導體制程的良率，關(guān)鍵參數(shù)為施主雜質(zhì)濃度、受主雜質(zhì)濃度、碳含量、氧含量、基體金屬含量、表面金屬含量等。
在產(chǎn)品質(zhì)量指標方面，國際上電子級多晶硅默認標準相較于國內(nèi)高得多。據(jù)國內(nèi)某企業(yè)透露，國際著名廠商Wacker公司銷售的多晶硅產(chǎn)品實際指標一般都遠遠優(yōu)于其擔保指標。
國內(nèi)的企業(yè)長期以來不能批量穩(wěn)定生產(chǎn)出高品質(zhì)電子級多晶硅產(chǎn)品，以往即使有個別廠家宣稱能夠生產(chǎn)出電子級多晶硅產(chǎn)品，但是在產(chǎn)品指標和性能的一致性、穩(wěn)定性上與國外還是有一定的差距。
中國企業(yè)打破壟斷實現(xiàn)進口替代
電子級多晶硅行業(yè)的技術(shù)進步持續(xù)了近半個世紀，其內(nèi)在推動力就是半導體產(chǎn)業(yè)特別是集成電路制程的不斷發(fā)展對原料需求的提高。目前中國電子級多晶硅企業(yè)已經(jīng)打破技術(shù)壁壘，成功地進入了這個行業(yè)。
（圖源：黃河公司官網(wǎng)）
近期，據(jù)國務院國資委官網(wǎng)顯示，國家電力投資集團有限公司旗下黃河公司生產(chǎn)的電子級多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量指標遠高于GB/T12963-2014電子1級品要求，經(jīng)國內(nèi)外20多家權(quán)威機構(gòu)檢測和上百次下游企業(yè)的評估、試用，產(chǎn)品質(zhì)量完全滿足分立器件研磨片、3-6英寸拋光片、8英寸、12英寸外延片和拋光片的制造要求，質(zhì)量指標已與國外龍頭企業(yè)相當，達到國際先進水平，完全可替代進口。
黃河公司經(jīng)過十余年的系統(tǒng)研究，突破了副產(chǎn)物四氯化硅高效循環(huán)利用、三氯氫硅氣體分離提純、硅塊表面金屬和顆粒沾污清洗等一系列電子級多晶硅生產(chǎn)核心關(guān)鍵技術(shù)，并具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，實現(xiàn)了微電子單晶用多晶硅產(chǎn)品的規(guī)�；a(chǎn)，目前，公司已成為國產(chǎn)電子級多晶硅生產(chǎn)的行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)。
另據(jù)黃河公司官網(wǎng)介紹，其電子級多晶硅產(chǎn)能3300噸/年，國內(nèi)集成電路硅片企業(yè)應用已超過7年，并已成為國內(nèi)第一家正式向12英寸硅片客戶供應的企業(yè)，打破中國電子級多晶硅完全依賴進口的局面，成為國內(nèi)集成電路行業(yè)認可的電子級多晶硅供應商。
參考來源：
[1]馬啟坤等：電子級多晶硅生產(chǎn)關(guān)鍵工藝控制
[2]張洪斌等：電子級多晶硅生產(chǎn)技術(shù)分析
[3]吳鋒：集成電路用電子級多晶硅沉積工藝研究
[4]吳鋒：集成電路用電子級多晶硅大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化技術(shù)實踐
[5]張鵬遠等:結(jié)合多晶硅國家標準淺析電子級多晶硅生產(chǎn)控制要點
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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