半导体级多晶硅隐性指标研究

半导体级多晶硅隐性指标研究

张云峰

新特能源股份有限公司  830011

摘要：集成电路产业是国民经济和社会发展的战略性、基础性和先导性产业，推动集成电路产业链上下游健康发展，是实现国家强盛的必由之路。根据我国国民经济“十四五”规划，国家对集成电路行业的支持政策已进入到“举国体制大力发展”的地步。半导体级多晶硅作为集成电路产业链中最上游的原材料，是产业的基础粮食，国家已出台各项政策，支持和鼓励企业技术研发及生产应用于集成电路领域的半导体级多晶硅产品，半导体级多晶硅材料早已被国家列入《电子专用材料制造》产业。

关键词：半导体级；多晶硅；隐性指标

引言

西门子改进法生产多晶硅的还原工艺是根据物质量对电子级多晶硅和氢进行比较，并在还原炉高温硅芯上实现气相化学沉积反应，生产硅条；产生的废气被送往干燥回收装置进行分离和再利用。循环氢的氮含量影响干燥法回收氢的质量。非金属杂质包括SiC、Si3N4等非金属混合物，由硅中的c、n、o等轻元素组成，氧沉淀也对材料的电气和机械性能产生不利影响。本文重点分析了循环氢氮含量增加的原因，并提出了各生产链中的工艺优化措施，以降低循环氢的氮含量，提高循环氢的质量。

1电子级多晶硅技术发展水平

关于国际一级多层硅制造技术发展的最新进展，制造工艺主要是从硅工艺、熔炼厂和西门子工艺改进等方面考虑。流化床工艺主要控制产品组合，因此不能生产高质量的电子多层硅片。改进后的西门子技术采用第三级盐酸生产方法，允许通过化学气体回收生产生产硅晶体。这也是我国多晶硅生产的主要工艺形式。但是，生产中硅半导体技术的质量控制仍然严重不足，目前我们对西门子技术的核心技术在电子层面上的研究还不完全了解。半导体技术主要应用于直线显示器的制造和制造，以及在某一地区安装单个显示器时，高纯度硅氯化物作为11N精度聚乙烯生产的主要产品至关重要。当今我国生产多晶硅的企业较多，西南地区硅硅的数量和效率较高，产品是在符合国家环境要求的电子生产中采用CVD工艺生产的。主要针对低功耗CVD散热解决方案和方法的技术相关应用降低了生产中的能耗，并利用了针对冷却支架设计的设备。多晶有机硅的制备使得炉内热场的分布和控制成为可能，防止了无形有机硅的分解，从而确保金属量达到标准。此外，气动系统通过应用该方法，是一种更先进的技术形式，有助于改善有机硅通量的分布，防止对电多态性有机硅生产质量的影响。因此，改进西门子工艺在我国多晶生产中是最重要的技术形式。

2半导体级多晶硅隐性指标

2.1晶粒尺寸

多晶硅的晶粒外形一般呈现无序且不规则的小晶体，每个晶粒之间有时存在着多个亚晶粒集合体。一般的，在CZ法拉制单晶硅时，晶粒较大的多晶硅有助于提高拉晶的成功率，相比于CZ法，FZ法拉制单晶硅时，更倾向于晶粒较小的原生多晶硅料。在西门子法生产的原生多晶硅棒中，对其试样进行表征，筛选出一定比例范围的当量径或投影径，对于CZ法及FZ法来拉制单晶时，有助于抑制位错的发生。在西门子法生产半导体级多晶硅过程中，工艺控制不当时会产生非均质微细结构的针状晶体，当这种针状晶体的原生多晶硅料用于CZ拉制单晶硅时，单晶炉坩埚内由于这种非均质微细结构未均匀地熔融，使其微晶穿过熔融带进入拉晶中的单晶硅固液界面，引起位错并导致拉晶成品率下降。同样的，若对其应用在FZ法拉晶时，由于悬浮区域拉伸部分很容易形成未融化状态，使得单晶硅的晶线消失。所以控制好半导体级多晶硅内部的晶粒尺寸及形貌至关重要。

2.2硅棒沉积

硅棒的最新沉积期主要指70 ~ 120h的进料运行，在此期间，炉内多晶棒直径为φ90 ~ 130mm。因为硅棒最后沉积期的直径和重量逐渐增大，硅棒落下时，容易对回转窑外壳内壁和底盘产生很大的冲击力。在重力情况下，可能会导致硅包内壁和外壳的穿透、电极、喷嘴、氮化硅绝热环的损坏等。与此同时，硅棒倒塌时，很容易接触到附着在硅包内壁和底盘上的黄色棕色物质，或者与石墨元件(如石墨头部、硅片等)混合，导致硅棒污染。

2.3晶界

在多晶硅的内部结构中，相邻晶粒的位向不同，其交界面就是晶界。业内人士认为对于多晶硅的晶界研究意义不大，其实并非如此。对于纯度越高的多晶硅，其表面金属杂质含量要求越低，对于8寸及以上晶圆用原生多晶硅料，其后处理工序离不开化学清洗，其中一个隐含原因也涉及了多晶硅的晶界问题，多晶硅经过破碎后，其表面、断裂面等对于外界环境的金属杂质具有一定的吸附能力，其吸附能力强弱顺序为普通晶界＞高Σ晶界＞低Σ晶界。对多晶硅破碎后不经过化学清洗很难稳定控制产品指标，故对半导体级多晶硅而言，对晶界的研究同样具有一定的意义，晶界上原子排列相对无序，能量较高，原子扩散快，杂原子极易富集，容易产生大量缺陷，在化学清洗过程中，其晶界的腐蚀速度会比晶内快很多。

3半导体级多晶生产控制要点

3.1提升精馏控制水平

电子类聚硅生产中的细蒸馏装置是一种比较重要的装置，可以过滤和分离磷、硼、砷等微小杂质，从而减少对聚硅的影响。为了提高蒸馏效果，中间产品可以通过电炉进行评价，合格产品可以在还原炉中生产，使不合格产品能够再次蒸馏。通过对评价炉的微调和优化，我国的参数调控方法更有效，有利于对轻重组分杂质的定向分离，提升产品质量控制效果，降低产品杂质中硅烷的排放量。

3.2硅棒沉积后期倒棒预防措施

(1)在硅棒存放或关闭炉时，用红外温度计观察炉内温度变化，一方面及时调节TCS与氢的比例，当硅棒存放于硅棒存放结束时， 硅棒电流降得不要太快，另一方面要保证冷却过程中硅棒的应力和热量释放均匀，使多晶棒温度不要下降得太快，以便一方面， 应尽量不要使进料混合物的还原速度太快，容易引起炉内硅棒温度过高，特别是硅桥部分的“爆米花”出现熔融，可能导致硅棒翻转棒。 (2)通过提高回转窑内进料喷嘴的尺寸和喷嘴分布，还可保证回转窑内温度场和流场的均匀性，有效降低多晶硅棒上下厚度不均的程度，降低硅棒表面尤其是硅桥处的“爆米花”比例，可以一定程度上改善还原炉的倒棒率。

3.3提升产品质量

经过多年的研究和努力，中国有关部门继续创新和完善电子级多晶硅技术，有效提高电子级多晶硅的整体质量。具体而言，某些准入条件的实施提高了企业的整体行业水平，而行政部门可以严格按照标准和要求控制企业生产，提高电子级多晶硅的生产质量。通过大量的研究和调查发现，中国的大多数多晶电子产品达到了一级指标的规格要求，在国际行业中处于领先地位。

结束语

换热器是多晶硅工业生产时的必需设备类型之一，在循环冷却水内换热器管束外表面容易出现十分严重的腐蚀现象，影响生产安全性及效率，故而加强设备腐蚀问题的防控具有较大的现实意义。在具体生产期间相关人员要严控循环水的pH值及水内Ca2+、Mg2+，特别是Cl-等的含量，科学部署设备管线，对换热器管束表面进行电镀处理，多举措并用抑制设备腐蚀进程，增加其使用寿命。

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