一文读懂半导体硅材料及硅部件纯度
学术
2024-10-05 19:01
北京
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文章来源：晶格半导体
原文作者：晶格半导体
本文简单介绍了多晶硅的由来、纯度标准以及硅材料的应用领域。
多晶硅所使用的原材料来自硅砂（二氧化硅），以盐酸（或氯气、氢气）和冶金级工业硅为原料，将粗硅（工业硅）粉与盐酸在高温下合成为三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行化学精制提纯，接着对三氯氢硅进行多级精馏，最后在还原炉中 在 1050℃的硅芯上用超高纯的氢气对三氯氢硅进行还原而长成高纯多晶硅。按纯度要求及用途不同，可以将多晶硅分为太阳能级多晶硅和电子级多晶硅，太阳能级多晶硅主要用于太阳能电池的生产制造，而电子级多晶硅作为主要的半导体电子材料，广泛应用于电子信息领域。太阳能级多晶硅对杂质有严格的要求，通常要求其中杂质总含量低于10-6，即多晶硅的纯度需达到99.9999%以上。而电子级多晶硅可以说是技术巅峰，其纯度要求高达99.999999999%，即9个9，相当于1000吨的电子级多晶硅中总的杂质含量不到一粒花生米重量的1%。所以世界范围内能够生产电子级多晶硅产品的企业屈指可数，电子级多晶硅成为行业高地。电子级多晶硅与太阳能级多晶硅的区别主要就在于对纯度的控制,最明显的就在精馏工序,电子级和太阳能级的塔高和数量相差很大。整个工艺流程电子级比太阳能级在原料纯度,管道清洗,提纯塔,厂房洁净度等要求都要高，此过程中氯硅烷的分离提纯工艺是关键步骤，三氯氢硅除硼一直是国内电子级多晶硅材料领域的技术瓶颈。半导体级单晶硅材料是集成电路产业链中重要的基础材料，按照其应用领域划分，主要可分为芯片用单晶硅材料和刻蚀用单晶硅材料，二者技术区别如下：晶格半导体主要产品为单晶硅材料和多晶硅材料，产品主要应用于加工成硅制品、硅靶材、刻蚀用硅部件等，刻蚀用硅部件是晶圆制造刻蚀环节所需的核心耗材。半导体硅材料一般使用的多晶硅原材料纯度通常为8~9个9，集成电路刻蚀用单晶硅材料纯度为10~11个9。其提升的主要原理为：硅原子在生产过程中全部重新排列、形成大型硅单晶体的过程，晶体在生长过程中自然完成了纯度提升。当高纯度多晶硅在石英坩埚内熔化成熔液后，由于硅元素与其他元素的结晶效率存在差异，部分杂质元素进入硅单晶体的难度较大，部分杂质元素将随着时间的推移逐渐沉积到多晶硅熔液底部并形成残留物，因而单晶硅材料产品的纯度高于原材料多晶硅的纯度。
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编辑：薛定谔的猫
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