多晶硅产品的用途和生产工艺介绍

1、多晶硅产产品的用途与与生产工工艺简介介 22 黎展荣荣编写20088-033-155多晶硅产产品的用用途与生生产工艺艺简介讲课提纲纲：多晶硅产产品的用用途国内外多多晶硅生生产情况况与市场场分析多晶硅生生产方法法多晶硅生生产的主主要特点点多晶硅生生产的主主要工艺艺过程讲课想要要达到的的目的：通过介绍绍，希望望达到以以下几点点目的：了解半导导体多晶晶硅有关关基本概概念与有有关名词词，为今今后进一一步学习习、交流流与提高高打下基基础；了解多晶晶硅的主主要用途途与国内内外多晶晶硅的生生产和市市场情况况，热爱爱多晶硅硅事业与与行业；3，了解解多晶硅硅生产方方法和多多晶硅生生产的主主要特点点，加深深对多晶

2、晶硅生产产工艺流流程的初步认认识；4，了解解公司30000吨/年年多晶硅硅项目的的主要工工艺过程程、工厂厂的概况况、规模模、车间间工序的的相互关关联，有有利于今今后工作作的开展展。多晶硅产产品的用用途在讲多晶晶硅的用用途前，我们先先讲一讲讲半导体体多晶硅硅的有关关概念和和有关名名词。1，什么么是多晶晶硅？我们所说说的多晶晶硅是半半导体级级多晶硅硅，或太太阳能级级多晶硅硅，它主要是用用工业硅硅或称冶冶金硅（纯度998-999%）经氯化化合成生生产硅氯氯化物，将硅氯氯化物精精制提纯纯后得到到纯三氯氢氢硅，再再将三氯氯氢硅用用氢进行行还原生生成有金金属光泽泽的、银银灰色的的、具有有半导体体特性产产品

3、，称称为半导导体级多多晶硅。2，什么么是半导导体？所谓半导导体是界界于导体体与绝缘缘体性质质之间的的一类物物质，导导体、半半导体与与绝缘体体的大概概分别是是以电阻阻率来划划分的，见表11。表1 导体体、半导导体与绝绝缘体的的划分名 称电 阻 率（.Cmm）备 注导体10-40.000011Cu, Agg, AL等等半导体10-4410090.000011000000000000Si, Gee, GaAAs等绝缘体10991000000000000塑料，石石英，玻玻璃，橡橡胶等3，纯度度表示法法半导体的的纯度表表示与一一般产品品的纯度度表示是是不一样样的，一一般产品品的纯度度是以主主体物质质的含

4、量量多少来来表示，半导体体的纯度度是以杂杂质含量量与主体体物质含含量之比比来表示示的。见见表2。表2 纯纯度表示示法1%1/100010-222N百分之一一（减量量法，扣扣除主要要杂质的的量后）1PPmm1/10000000010-666N百万分之之一1PPbb1/100000000000010-999N十亿分之之一1PPtt1/1000000000000000010-11212N万亿分之之一PPmaa原子比PPmww重量比PPbaa原子比PPbww重量比PPtaa原子比PPtww重量比1），外外购的工工业硅纯纯度外购的工工业硅纯纯度是百百分比，1个九九，“1N”，988%， 两个九九，“2N

5、”，999%，是是指扣除除测定的的杂质元元素重量量后，其其余作为为硅的含含量（纯纯度）。如工业业硅中FFe0.44%,AAL0.33%,CCa0.33%,共共1%, 则工工业硅的的纯度是是：（1100-1）XX1000%=999% 。2),半半导体纯纯度工业硅中中的B含含量是00.0002%(W)，则工业业硅纯度度对硼来来说被视视为999.9998%，即4NN（对BB来说）。半导体硅硅中的BB含量，如P型型电阻率率是30000.Cmm时，查查曲线图图得B的的原子数数为4.3X110122原子/Cm33，则半半导体的的纯度是是：4.33X10012/44.999X10022=00.866X100

6、-100=8.6X110-111(11NN，0.0866PPbba),或(44.3XX10112X10.81)/(44.999X10022X28)=0.33XX10-10=0.0033PPPbww=3.3X110-111(11NN)。对B来说说，从工工业硅的的4N提提高到111N，纯度提高高7个数数量级（1000000000，千万倍倍）即B杂杂质含量要降降低6个个数量级级（100000000，百万倍倍），因因此生产产半导体体级多晶晶硅是比比较困难难的。3),集集成电路路的元件件数集成电路路的元件件数的比较，列于表表3。集集成电路路的集成成度越高高，则对对硅材料料纯度的的要求越越高。表3 集成成

7、电路的的元件数数比较晶体管分立元件件1个分立立元件指二极管管、三极极管IC集成电路路100-10000个元元件LSI大规模集集成电路路10000-100万个元元件VLSII超大规模模集成电电路10万万个元件件ULSII超超大规规模集成成电路1亿个个元件据报导：日本在在6.11X5.8mmm2的硅芯芯片上制制出的VVLSII有155万6千千多个元元件4),硅硅片（单单晶硅）发展迅迅速硅片（单单晶硅）发展迅迅速，见见表4。表4 硅片（单晶硅硅）发展展迅速19600年25mmm1”19900年2000mm8”19655年50mmm2”19955年3000mm12”19700年75mmm3”20000

8、年4000mm16”批批量19744年1000mm4”20055年4500mm18”研研发中19788年1500mm6”大规模生生产中多多晶硅直直径一般般公认为为是1200-1550 mmm比较较合适，也研发发过2000-2550 mmm。5),多多晶硅、单晶硅硅、硅片片与硅外外延片多晶硅：内部硅硅原子的的排列是是不规则则的杂乱乱无章的的。单晶硅：内部硅硅原子的的排列是是有规则则的（生生产用原原料是多多晶硅）。硅片：单单晶硅经经滚磨、定向后后切成硅硅片，分分磨片与与抛光片片。硅外延片片：抛光片片经清洗洗处理后后用CVVD方法法在其上上再生长长一层具具有需求求电阻率率的单晶晶硅层，目前超超大规模

9、模集成电电路正趋趋向于采采用硅外外延片来来生产。4, 多多晶硅产产品的用用途半导体多多晶硅本本身用途途并不大，必须要要将多晶晶硅培育育成单晶晶硅，经经切、磨磨、抛制制成硅片片（又称称硅圆片片），在在硅片上上制成电电子元件件（分立立元件、太阳能能能基片片、集成成电路或或超大规规模集成成电路），才能能有用。硅由于它它的一些些良好的的半导体体性能和和丰富的的原料，自19953年年硅作为为整流二二极管元元件问世世以来，随着工工艺技术术的改革革，硅的的纯度不不断的提提高，目目前已发发展成为为电子工工业中应应用最广广泛的一一种半导导体材料料，有关关硅的基基础理论论也发展展得较为为完善。起初由于于制造硅硅材

10、料的的技术问问题，半半导体多多晶硅纯纯度不高高，只能能作晶体体检波器器(矿石石收音机机,相当当于二极极管).随着材材料制造造工艺技技术的不不断改进进与完善善，材料料纯度不不断提高高，制造造成功各各种半导体器器件，从从晶体管管、整流流元件、太阳能能电池片片到集成成电路到到大规模模集成电电路和超超大规模模集成电电路，才使硅硅材料得得到广泛泛的用途途。半导体多多晶硅是是单晶硅硅的关键键原材料料，多晶晶硅培育育成单晶晶硅的方方法是：有坩埚埚（CZZ）与无无坩埚（FZ），即直直拉与区区熔之分分。制成单晶晶硅后通通过切、磨、抛抛工序制制成硅片片，在硅硅片上进进行半导导体器件件的制造造，（通过扩扩散、光光刻

11、、掺掺杂、离离子注入入-等许多多工序）即集成成电路（管芯或或称为芯芯片、基基片）。由于大规规模集成成电路和和超大规规模集成成电路技技术的突突破，半半导体器器件得到到飞速发发展，在在各行各各业得到到广泛的的应用。所有这这些应用用都是在在有半导体体多晶硅硅材料的的基础上上才能实实现的。在军军事工业业上：海海湾战争争、伊拉拉克战争争的电子子战都是是用了大大量的电电子装备备，探测测器、导导弹制导导，火箭箭发射，电子控控制设备备，军事事装备等等；在航航天工业业上：航航天飞机机，宇宙宙飞船（神1神6）人造卫卫星，气气象卫星星，星球球探测（登月与与登火星）等；在航航空上：机场监控，飞机全天天候监控控，空军军

12、装备等；在航航海上：核潜艇艇，航空空母舰，海上巡巡逻，海海上运输输，南北北极探险险等；在信信息技术术上：通通信技术术（手机机电话），广播播电视，电子商商务，电电子购物物，银行行管理，电子眼眼监控，电脑网网络，在科科学技术术、工业业技术，交通运运输、铁铁路运输输、能源源工业、汽车工工业、卫生医医药等；还有有在人们们生活中中，家用用电器，工资卡卡等都与与电子打打交道，所谓“无所不不在，无无所不有有，到处处可见”。这都是是得益于于半导体体多晶硅硅的基础材材料。当今，在在人们的的日常生生活上、文化娱娱乐上得得到充分分的改善善与享受，都都离不开开半导体体材料与与器件。因此我我们从事事的半导导体多晶晶硅材

13、料料的生产产与研发发，对我我们国家家的经济济建设、国防建建设、工工业建设设、生活活改善都都是很重重要的事事业，希希望大家家热爱多多晶硅行行业，钻钻研多晶晶硅行业业，发展展多晶硅硅行业，为国家家的经济济发展，国防发发展，社社会发展展，人民民生活的的提高与与改善作作出应有有的贡献献。国内外多多晶硅生生产情况况与市场场分析1，国外外多晶硅硅生产情情况国外多晶晶硅生产产，主要要集中在在美、日日、德、意四国国的十大大公司，多晶硅硅的生产产量占世世界的990%以以上，见见表5。表5 国外多多晶硅产产能与产产量 (t/a)所在国公司或厂商20055年20066年20077年20088年预测备 注产能产量产能

14、产量日本德山曹达达520005200054000540005400054000棒状，SSiHCCl3三菱160001600016000160001600016000棒状，SSiHCCl3隹友800800900900900900棒状，SSiHCCl3美国哈姆洛克克7700077000100000100000145000180000棒状，SSiHCCl3Asimmi300003000033000330003600036000棒状，SSiH44Memcc270001500027000270002700027000粒状，FFBR反反应器三菱120001100012000110001500015000棒

15、状，SSiHCCl3SGS220002200022000220002200044000棒状, SiiH4德国瓦克5500050000600006000080000120000棒状，SSiHCCl3意大利Memcc100001000010000100001000010000棒状，SSiHCCl3合 计 =SUM(ABOVE) 309000=SUM(ABOVE) =SUM(ABOVE) 291000=SUM(ABOVE)343000 =SUM(ABOVE) 342000=SUM(ABOVE)414000 =SUM(ABOVE) 511000半导体多多晶硅的的生产是是一个跨跨化工、冶金、机械、电子与

16、与自动控控制多学学科综合合技术集集成一体体的系统统工程。目前国国外有报报导已发发展到高高效率低低能耗448对棒棒的还原原炉。2，国内内多晶硅硅生产情情况1）目前前国内能能生产多多晶硅的的厂家只只有五家家：（1）7739厂厂（2000t/a），（2）洛阳中中硅(3300+7000t/aa)，（3）新新光硅业业10000t/a，（4）江江苏中能能15000t/at/a，（5）无无锡金大大中2000t/a。2）据报报导在建建与筹建建的有220多家家（见附附件）（1）新津天天威四川川硅业(30000t/a)，（2）乐电天天威硅业业30000t/a,）、（33）中德德合资江江西新时时代高新新能源公公司（

17、110000-30000tt/a）20005年44月开建建，计划划20008年投投产，（4）云云南曲靖靖爱信硅硅科技公公司(一一期投资资25亿亿元，建建多晶硅硅生产线线30000t/a ，三年后后建成1100000t/a)，20006年44月7日日开工（奠基）。（5）宁宁夏石嘴嘴山投资资70亿亿元，建建设世界界级硅基基地，多多晶硅计计划建成成50000t/a的规规模，（6）辽辽宁凌海海多晶硅硅之城(10000t/a)，（7）扬州太太阳能产产业基地地30000t/a多晶晶硅分两两期建设设，一期期投资112亿元元07年年上半年年投产，二期008年上上半年建建成，（8）江江苏高邮邮（江苏苏顺大半半导

18、体发发展有限限公司领领头）投投资255亿元分分两期到到位，007年66月投产产一条线线15000t/a，008年初初再上一一条生产产线，生生产能力力达30000tt/a。多晶硅国国内计划划建设项项目20008-2-110序号公 司 或 厂厂 家建 设 地计划产能能(吨/年)奠基时间计划投产时间投资（亿亿元）备 注1期2期3期合计1期总计1峨嵋7339厂四川省峨峨眉山市市10020050080020066-620088-661、2期期投产2洛阳中硅硅河南省堰堰师市300700200003000020055-20066-1002.21、2期期投产3新光硅业业四川省乐乐山市1260012600200

19、55-20077-212.99投产4江苏中能能江苏省徐徐州市150006000020066-20077-8701期投产产5无锡中彩彩集团江苏无锡锡市30030020066-20077-82投产6通威和巨巨星(永祥多多晶硅)四川省乐乐山市10000300006000010000020077-20088-650在建7东汽(乐乐山)硅硅业四川省五五通市1500015000150004500020077-320088-1227.5在建8天威四川川硅业四川省成成都市新新津300003000020077-12220099-627在建9乐山乐电电天威硅硅业四川省乐乐山市300003000020088-220

20、099-625在建10赛维LDDK江西新余余市6000015000020066.-5520088-122在建11深圳南玻玻湖北省宜宜昌市1500015000150004500020066-520088-61.5$60在建12亚洲硅业业青海省西西宁市100006000020077-320088-1228在建13江苏顺大大江苏省扬扬州市150001500020077-在建14神舟硅业业内蒙古呼呼和浩特特市150001500020077-18在建15江苏阳光光（宁夏）宁夏省石石嘴山市市1500015000150004500020077-1540在建16江苏大全全集团重庆万州州市30000300006

21、000020066-940在建17爱信硅科科技(云南冶金金)云南省曲曲靖市3000010000020066-425100开工典礼礼18天宏硅材材料陕西省咸咸阳市3750010000020066-93752开工典礼礼19特变电工工新疆省乌乌鲁本齐齐市1500012000016.33项目洽谈谈20大陆多晶晶硅项目目内蒙古呼呼和浩特特市2500018000020077-9180开工典礼礼21中晶华业业太阳能能多晶硅硅内蒙古包包头市120001200020077-912开工典礼礼22唐山硅业业(开平平区)河北省唐唐山市100001000020077-97开工典礼礼23凌海金华华冶炼辽宁锦州州市凌海海1

22、00001000020077-820088-11.55开工典礼礼24天合光能能（常州州）江苏省连连云港市市010000020077-1222012210$投资建设设25江西晶大大半导体体公司江西桑海海0020077-1001.2开工典礼礼26超磊实业业四川省广广元市150002000035000200-1238招商项目目27鄂尔多斯斯鄂尔多斯斯棋盘井井25000250002028北京顺大大新业能能源等四川省眉眉山市15000150003000020077-9.829上海工投投集团等等黑龙江省省牡丹江江市150003000030中钢集团团山东济宁宁市015000020088-231重庆化医医控股

23、(天原化化工)重庆涪陵陵市125001250020077-12232方兴科技技100001000010招商项目目33银星能源源与宁夏夏宁夏省100001000020077-30.934荆门珈伟伟太阳能能湖北省荆荆门市150001500020066-835香港永发发集团太太阳能江西省萍萍乡市020077-915港签约仪式式36益阳晶鑫鑫120001200037锦州新世世纪石英英玻璃30030038迅天宇科科技(物物理法)河南南阳阳方城县县0合计 =SUM(ABOVE) 551660 =SUM(ABOVE) 16733101Hemllockk美国1000003100002010010$2Wakee

24、r德国65000145000201003Memcc美9$4德山曹达达日本5000080000合计 =SUM(ABOVE) 230000 =SUM(ABOVE) 6020003，多晶晶硅市场场需求分分析1），世世界半导导体市场场上在持持续增长长，因此此带动了了硅片和和多晶硅硅的迅速速发展，见表66。表6 20000-220077年世界界半导体体销售额额、硅片片产量与与多晶硅硅产量年 份半导体销销售额（亿美元元）硅片产量量(亿平方方英寸)多晶硅产产量(吨)备 注注200002044455.55193880200111389939.44176550200221508846.

25、88203550200331663351.55231000200442133363.113270000200552268865.996291000200662451168.662325000200772711178.8873950002），世世界太阳阳能电池池产量及及多晶硅硅生产能能力预测测，见表表7。表7 世界界太阳能能电池产产量及多多晶硅生生产能力力预测项 目200552006620077200882009920100太阳能电电池Mww）18177.72208826822325993896648111多晶硅生生产能(t/aa)30900034500038055049555054500058

26、80003）我国国多晶硅硅市场需需求20000-20005年年我国多多晶硅市市场需求求也十分分旺盛，多晶硅硅供需矛矛盾突出出，表88。表8 我我国集成成电路和和硅单晶晶产量及及对多晶晶硅的需需求年份集成电路路产量（亿块）增长率%硅单晶产产量（t）增长率%多晶硅需需求量（t）增长率%2000059-251.98-420.0-2001156.22-4.88275.209.211458.679.2112002296.3351.00366.1033.003610.1733.00320033134.139.33476.0030.002746.130.0022004421923.00596.0025.22

27、1934.225.2212005526018.77721.2021.0001130021.000由于集成成电路和和太阳能能电池的的迅猛发发展，多多晶硅的的供应严严重不足足，特别别是太阳阳能电池池的发展展大大地地带动了了多晶硅硅产业的的发展。由此可见见，我国国多晶硅硅尚存在在大量的的缺口，急需大大力推进进多晶硅硅规模化化生产，建立多多个年产产10000-330000t级规规模化的的多晶硅硅工厂，才能满满足我国国集成电电路和太太阳能电电池生产产对多晶晶硅的需需求。注：生产11MW的的太阳能能电池需需用122-144吨多晶晶硅。 图一 20002220100年全球球及中国国太阳能能级多晶晶硅需求求量

28、统计计及预测测我国多晶晶硅20006年年总产量量仅4880吨，国内市市场的需需求超过过40000吨，其中太太阳能产产业需求求接近330000吨，因因此绝大大部分多多晶硅必必须依赖赖进口。硅原料料供给不不足和成成本过高高已成为为制约我我国光伏伏产业发发展的瓶瓶颈。世界光伏伏电池产产量快速速增长，全球太太阳能电电池产业业在1999520005年增增长了117倍。20005年世世界太阳阳能电池池产量达达到了116500兆瓦，累计装装机发电电容量已已超过55GW。日本光光伏电池池产量再再次领先先增长到到7622兆瓦，增长率率为277%；欧欧洲产量量增加448%，达到了了4644兆瓦；美国增增加122%

29、，达达到了1156兆兆瓦；世世界其他他地区增增加966%，达达到了2274兆兆瓦。图二 20005-220100年全球球太阳能能电池产产量统计计与预测测 按照从硅硅料（多多晶硅材材料）到到太阳能能电池的的产业划划分，太太阳能光光伏发电电的产业业结构呈呈现明显显的金字字塔结构构（最上上游小，最下游游大）。图三 太太阳能光光伏发电电金字塔塔产业结结构 产业业链最上上游是77家太阳阳能多晶晶硅（ Sillicoon ）厂商：Hemmlocck、WWackker、Tokkuyaama、RECC、MEEMC、Missubiishii和Suumittomoo，他们们对全球球的多晶晶硅供应应造成了了严重的的

30、垄断，全球77大多晶晶硅企业业的总产产量占到到全球太太阳能多多晶硅总总产量的的95%以上。由于技技术门槛槛，几乎乎没有企企业可以以很快进进入多晶晶硅生产产制造领领域，而而且产能能也远不不是全球球7巨头头的对手手。第二层是是22家家硅片(Waffer)厂商，包括RRWE Schhottt Soolarr、Shharpp、Q-cellls、BP Sollar、Deuutscche Sollar、Kyoocerra等，在这一一环节主主要的技技术流程程包括铸铸锭（或或单晶生生长）、切方滚滚磨、用用多线切切割机切切片、化化学腐蚀蚀抛光，其中铸铸锭（或或单晶生生长）环环节属于于高能耗耗，切割割机等投投资规

31、模模亦相对对较大，设备投投资约占占初期总总投资的的60%以上；中国保保定天威威英利是是这个领领域的中中国代表表，具备备生产单单晶硅片片的制造造能力。技术难难度仅次次于多晶晶硅的制制造难度度。第三层是是太阳能能电池（Celll）制制造，全全球电池池厂商有有40余余家；中中国的代代表企业业是无锡锡尚德和和天威英英利，产产能产量量都属于于全球主主流的太太阳能电电池制造造商。最下面是是组件，将制作作好的电电池封装装，技术术含量相相对较低低，进入入门槛亦亦低，属属于劳动动力密集集型产业业，全球球厂商数数量超过过2000 家，国内也也有相当当多企业业进行封封装作业业。近年，上上游硅片片制造工工厂、下下游的

32、电电池片及及电池组组件公司司都在扩扩大产能能。20007年年、20008年年将是这这些企业业的黄金金扩产年年。生产产太阳能能全线产产品的德德国太阳阳能巨头头SollarWWorlld在220066年122月底宣宣布，将将大幅扩扩产其硅硅片领域域的产能能，预计计在未来来的288个月时时间内，产能将将由现阶阶段的2250兆兆瓦增至至5000兆瓦。另一大大制造商商美美国通用用电气所所属的通通用硅材材料有限限公司也也在中国国南昌投投资60000万万美元，兴建了了年产5500吨吨的多晶晶硅、单单晶硅项项目。无锡尚德德20006年的的产能仅仅为1555兆瓦瓦，而220100年的目目标则直直接跳至至1000

33、0兆瓦瓦。林洋洋新能源源的未来来目标定定格在近近4000兆瓦。天威英英利、南南京中电电、上海海太阳能能、新疆疆新能源源、杉杉杉尤利卡卡、常州州天合、台湾茂茂迪等同同行的太太阳能电电池组件件和电池池片产能能也会有有一倍至至三倍的的提升。与此同同时，日日本的主主流太阳阳能电池池供应商商也不惜惜巨资大大量生产产太阳能能电池，其中包包括三洋洋电机、夏普和和京瓷。多晶硅生生产方法法半导体多多晶硅的的生产的的起步在在20世世纪400-500年代，但发现现硅的一一些半导导体特性性是比较较早的（19330年），多晶晶硅生产产工艺的的发明与与完善经经历了慢慢长时间间的探索索。锌还原法法（杜邦邦法），美国杜杜邦公

34、司司于18865年年发明SiCLL4 + 2Znn = Si + 22ZnCCL2 9900-10000经过7-8年的的探索，制得330-1100.cmm电阻率率的多晶晶硅样品品。四氯化硅硅氢还原原法（贝贝尔法），贝尔实实验室于于19330-119555年发明明SiCLL4 + H2 = SSi +4 HHCL111000-12200在钼丝上上沉积，然后将将多晶硅硅剥下来来拉制单单晶硅，或在石石英管内内反应制制得针状状硅收集集后拉制制单晶硅硅，制得得P型电电阻率1100-30000.cmm的单晶晶硅。3，三氯氯氢硅热热分解法法（倍西西内法），法国国于19956年年发明，4SiHHCL33 =

35、SSi + 3 SiCCL4 +22H2 9000-10000在钽管上上沉积，然后将将多晶硅硅剥下来来拉制单单晶硅，或在石石英管内内反应制制得针状状硅收集集后拉制制单晶硅硅，制得得P型电电阻率4400-6000.cmm的单晶晶硅。4，三氯氯氢硅氢氢还原法法（西门门子法），德国国于19955-19557年发发明SiHCCL3 + H2 = Si + 33 HCCL10000-11000在硅芯发发热体上上沉积多多晶硅，纯度提提高，多多晶硅经经区熔后后基硼含含量0.05PPPB，P型电电阻率数数千到3300000.cmm，寿命命达到110000S5，硅烷烷热分解解法SiH44 = SSi + 2HH

36、2 9900-100006，改良良西门子子法各国于119600年-119755年间不断改改进与完完善，是是目前普普遍采用用的工艺艺技术。 SiHHCL33 + H2 = Si + 33 HCCL10000-11000在硅芯发发热体上上沉积多多晶硅，纯度提提高，硅硅、氯原原料消耗耗大幅度度地降低低。目前前世界上上生产半半导体级级多晶硅硅主要采采用此法法，（当当然有少少数公司司采用硅硅烷热分分解法）。所谓改良良西门子子法，即即以原料料（三氯氯氢硅）闭路循环环为主。由于西西门子法法生产多多晶硅时时，进入入还原炉炉的三氯氯氢硅和和氢气的的混合物物是在流流动状态态下进行行的，反反应速度度不快，一次硅硅的

37、转化化率只有有15-25%，其余余75-85%的高纯纯原料从从还原炉炉尾气排排出，过过去没有有回收，而用水水洗法处处理后排排入大气气和河道道。称为为原始的西门子子法。这是第第一阶段段。后来（119666年）采采用800的深冷冷回收（干冰+酒精，后用-80的复叠叠式氟压压机代替替），把把未反应应的硅氯氯化物回回收下来来，继而而将氢（含有HHCL）用碱洗洗法回收收其中的的氢气，称为“湿法回回收”。称为为初步改改进的西西门子法法，这是是第二阶段。这这样原材材料的利利用率大大幅度地地提高，单耗降降低，从从1Kg多晶硅硅需用工工业硅110Kgg以上，变为需需用5-6Kgg工业硅硅，原料料消耗减减少了一一

38、半。再后来，采用低低温变压压吸收、脱吸与与吸附的的工艺装装置称为为“干法回回收”，分别回回收氢气气、硅氯氯化物和和HCLL，返回回流程中中循环使使用，原原材料进进一步大大幅度地地降低。1Kgg多晶硅硅需用工工业硅粉粉降低到到1.55Kg，这是改改良西门门子法，称为第第三阶段段。改良西门门子法归归纳起来来有三大大特点：1），采采用多对对棒大型型还原炉炉（硅棒棒对数从从9对、12对对到500对，硅硅芯长度度从1.5米、2米到2.55米或2.88米）;2)，还还原炉尾尾气采用用“干法回回收”，回收收H2、HCCL与硅硅氯化物物；3），四四氯化硅硅氢化转转化为三三氯氢硅硅，再循循环回收收利用。另外，还

39、还有还原原炉筒导导热油循循环冷却却工艺技技术，与与上述三三大技术术合称为为多晶硅硅的四项项技术，还原炉炉筒导热热油循环环冷却工工艺技术术在峨嵋嵋半导体体材料厂厂开发成成功，并并长期使使用。国国外采用用该工艺艺不多，新光公公司由于于设计没没有采用用导热油油循环冷冷却技术术，而是是用热水水替代了了导热油油来进行行热能的的综合利利用。四、多晶晶硅生产产的主要要特点多昌硅生生产的主主要特点点可归纳纳成下列列6点。1，工艺艺原理比比较简单单H2 + CLL2 = 2HCCL3HCLL + Si = SSiHCCl3 + H2SiHCCl3 + H2 = Si + 3HHCLSiCll4+ HH2 = S

40、iiHCll3+ HCCL是一般的的化学反反应2，工艺艺过程比比较复杂杂前段工序序基本上上是一个个化工过过程，后后段工序序是一个个化学冶冶金过程程。工艺艺过程复复杂，流流程长，牵涉的的辅助条条件和设设施多。前面介介绍的有有20个个方面的的配套设设施，都都是为还还原炉生生产多晶晶硅服务务的。3，产品品纯度要要求高（N型5500与与P型550000.cmm，Fee 5 PPPbww,Cuu 1 PPPbww）这是最主主要的特特点，产产品纯度度是PPPb级，甚至是是PPtt级的，所以从从原料开开始就要要严重格格把关，提纯工工序是精精密提纯纯过程，多晶硅硅的质量量好坏主主要决定定于提纯纯工序，生产过过

41、程要避避免设备备材质的的沾污，要避免免工艺上上有大的的波动引引起中间间产品质质量的波波动。生生产过程程要连续续稳定运运行，设设备要精精良，不不能经常常拆卸维维修，否否则多晶晶硅的质质量无法法保证。可以说说没有质质量就没没有半导导体多晶晶硅，就就没有半半导体产产品，我我国电子子工业就就要受到到影响，就没有有国防现现代化、科技术术现代化化，人们们的生活活质量就就不能提提高。4，多晶晶硅产品品是个高高能耗的的产品电耗占多多晶硅的的成本335-660%，主要是是还原与与氢化反反应的用用电，所所以国外外都采用用多对棒棒大型还还原炉，利用热热辐射来来减少能能耗，同同时进行行热能的的综合利利用。还还原反应应

42、本身的的砂电不不大，约约供电量量的1-3%，而800-900%由循循环冷却却水带出出而耗电电，所以以必须要要把水带带出的热热量加以以回收再再利用（峨嵋厂厂采用导导热油冷冷却，而而新光厂厂采用高高温高压压主热水水冷却。5，多晶晶硅生产产的安全全性原料氯是是一种有有毒、有有剌激性性气味，对人体体的器官官有毒害害，空气气中含量量要低于于1mgg/m33；原料氢是是一种易易燃易爆爆的气体体，在空空气中含含氢4.1-775%，氧气中中含氢44-955%都可可能发生生爆炸；硅氯化物物是一种种易燃易易爆有毒毒有害的的液体，三氯氢氢硅的闪闪点是-288，空气气中允许许的浓度度低于11mg/m3，硅氯氯化物极极

43、易水解解，水解解产物是是SiO2与HCCL。HHCL对对人体有有毒害作作用，空空气中允允许的浓浓度低于于15mmg/mm3，硅粉粉在一定定的条件件下也有有发生爆爆炸的危危险；氮氧化物物（NOO2，NOO），氮氮氧化物物也是一一种有毒毒草的气气体，使使人头痛痛、胸痛痛，恶心心中毒与与肺水肿肿；用电安全全，可以以使用到到高电压压，因此此要特别别注意用用电安全全。所以从事事多晶硅硅生产必必须要做做好安全全工作，从安全全设施、安全管管理，员员工的安安全意识识，员工工的安全全技术培培训等都都是十分分重要的的。6，多晶晶硅建厂厂的投资资大多晶硅产产品是属属于高技技术产品品，是属属于高技技术产业业，又是是很

44、重要要的基础础材料。多晶硅硅建厂的的投资大大，技术密密集，但但多晶硅硅本身效效益不是是很高。但没有有这种材材料，半半导体工工业、电电子工业业就不能能发展，导致国国防工业业、军事事工业，以至整整个国民民经济、人民生生活、国国防安全全都得不不到保障障。兴建多晶晶硅厂必必须考虑虑到：1），多多晶硅产产品的质质量必须须有竞争争能力，B、P、碳与金金属杂质质含量要要求低，纯度高高，LSSI质量量要求是是：受主主杂质（B、AAL）0.11PPbba,施施主杂质质（P、As, Sbb）0.33PPbba,碳碳含量0.33PPmma，重重金属（Fe Nii CCr Zn）总含量量1PPPba .区熔用的的多晶

45、硅硅质量要要求更高高，但价价格也高高效益好好。2），生生产成本本要低低于300或200美元/KgSSi）通过400-500年的电电子级多多晶硅生生产的发发展，取取得了很很大的进进步，国国外工厂厂均以闭闭环生产产方式，三氯氢氢硅的一一次转化化率为88-122%，追追求高的的转化率率不是最最佳的工工作条件件，因为为此时沉沉积速度度低，浪浪费电能能。低的的转化率率与高的的沉积速速率可提提高热能能利用率率，但需需配备有有大的回回收系统统。先进的工工厂都配配有完善善的回收收系统，并采用用高的沉沉积速率率，可达达到0.1488Kg/m.hhr。现现代化大大型还原原炉可装装48-50对对硅棒。一台还还原炉平

46、平均沉积积速度337Kgg/h，5-66台还原原炉就可可以生产产10000t/a多晶晶硅。多多晶硅的的电耗可可降至1100-1200Kwhh/KggSi，综合电电耗为1170KKwh/KgSSi。有有了先进进的工艺艺才能保保证多晶晶硅的质质量和降降低成本本，提高高效益。3）要有有专门的的技术力力量或技技术人才才多年来我我国为引引进多晶晶硅生产产技术作作了许多多努力，但西方方国家和和日本的的先进大大型多晶晶硅公司司拒绝转转让技术术，对我我国实行行技术封封锁，声声称不培培养竞争争对手。因此，我们今今后一方方面仍应应继续争争取引进进国外先先进的新新技术或或与国外外公司合合作，扩扩大多晶晶硅的生生产，

47、另另一方面面要组织织国内技技术力量量，消化化吸收并并开展技技术创新新，努力力开发我我国规模模化多晶晶硅生产产的自有有技术。因此 摆在我我们XXXXX硅硅业公司司每个员员工面前前，1）必须须要加强强管理，减少投投资，加加快建设设进度；2）采用用先进的的生产工工艺，降降低能耗耗与物耗耗，降低低生产成成本；3）提高高自动化化水平，确保产产品质量量，提高高多晶硅硅产品的的品位，提高销销售额；4）开展展综合利利用，多多品种分分档次(探测器器级、区区熔级、IC级级、太阳阳能级，物尽其其用，生生产高质质量多晶晶硅的同同时，生生产一般般工业级级产品，太阳能能级多晶晶硅、氯氯化钙、硝酸钙钙，有机机硅与白白炭黑）

48、。最后让我我们公司司全体员员工团结结奋战，克服前前进中的的的各种种困难，加快建建设进度度，为330000t/aa多晶硅硅生产厂厂争取早早日建成成投产，并进一一步扩大大多晶硅硅生产规规模，建建成“中国一一流，世世界前列列”的多晶晶硅生产产基地而而共同努努力。五、多晶晶硅生产产的主要要工艺过过程1，多晶晶硅生产产的主要要原料 液氯(外外购)，工业硅硅粉(外外购)，氢气（自产），当然然还有如如硅芯、石墨件件，化学学试剂等等辅助材材料。2，多晶晶硅生产产的主要要工艺过过程1），液液氯汽化化（热水水加热液液氯钢瓶瓶）；2），HHCL合合成（HH2 + CL22燃烧合合成）；3），硅硅粉制备备（工业业硅破

49、碎碎、球磨磨、过筛筛与检测测）；4），三三氯氢硅硅合成（硅粉与与HCLL反应，严格控控制温度度）配有有CDII-1合合成气干干法回收收装置；5），硅硅氯物的的分离，三氯氢氢硅的提提纯（除除硼工艺艺，精馏馏提纯440台塔塔分两个个系列，合成料料经5级精馏馏提纯，还原和和氢化回回收料经经2级精精馏提纯纯，配有精精馏提纯纯塔211台）；6），硅硅芯制备备与腐蚀蚀（硅芯芯拉制、切割、切口、整形、腐蚀、清洗与与干燥，含石墨墨件的处处理）；7），三三氯氢硅硅氢还原原生产多多晶硅（配有188对棒炉炉还原炉炉16-18台台）；8），还还原炉尾尾气回收收装置（CCDI-2干法法回收，尾气洗洗涤、增增压、冷冷却、

50、吸吸收、脱脱吸，氯氯硅烷、H2与HCCL输送送）；9），四四氯化硅硅氢化（氢化转转化为三三氯氢硅硅，再循循环利用用，配有118对发发热体的的氢化炉炉8-110台）；10），氢化炉炉尾气回回收装置置（CDDI-33干法回回收，尾尾气洗涤涤、增压压、冷却却、吸收收、脱吸吸，氯硅硅烷、HH2与HCCL输送送）；11），多晶硅硅成品的的破碎、整理、腐蚀、清洗、干燥、检测与与包装；12），中间产产品和最最终产品品的分析析检测；13），电解水水制氢与与氢气净净化提纯纯；14），空分制制氮（生生产中的的保护气气体）；15），压缩空空气制备备（自控控与工艺艺使用）；16），锅炉生生产蒸汽汽（供精精馏塔加加热与

51、制制备蒸馏馏水）；17），冷冻站站（供冷冷却水）；18），供配电电站；19），供水站站（供自自来水、脱盐水水、循环环水、冷冷冻盐水水与超纯纯水）；20），三废处处理：建建有尾气气和废液液处理装装置和综综合利用用，可制备工工业级的的产品氯化化钙与硝硝酸钙。多晶硅的的生产是是一个系系统工程程，需要要供入原原料排出出废物，生成多多晶硅。好比一个个人一样样，人需需要吃进进食物，也要排排出废物物。中控控室好比比人的大大脑，合合成、提纯和还原装装置好比比人的嘴嘴巴、胃胃肠与心心脏，各各种管道道好比人的血管管。生产产过程中中各个部部位都要要互相配合合，缺一不不可.。 附件1：国外多多晶硅工工艺流程程示意图图

52、060091991，德国国瓦克多多晶硅工工艺流程程外购HCL外购硅粉补充H2多晶硅产品SiHCL3提纯SiHCL3合成多晶硅制取回收H2尾气回收HCLSiHCL3SiCL4回收料分离SiCL4转化气相白炭黑生产气相白炭黑产品2，美国国哈姆洛洛克多晶晶硅工艺艺流程冶金级硅 粉低沸物化化学应用用流化床沸腾炉SiHCL3精馏提纯TCS 半半导体级级HCLSiHCCL3外购HCCL 高高沸物化化学应用用 半半导体级级无水HCCLSiiHCLL3CVD多晶硅(分解炉)H2回收工艺半导体级级SiH22CL2光纤级SSiCLL4 排排气 供供料 液H23，日本本三菱公公司多晶晶硅工艺艺流程硅粉98%多晶硅棒

53、还 原多晶硅TCS合成精馏提纯切断破碎TCSHCL腐蚀干燥尾气回收最终检测STCTCS+STC包装出厂4，共同同特点：1），无无HCLL合成，均外购购HCLL和硅粉粉合成三三氯氢硅硅。2），HHSC公公司使用用液态氢氢，自已已不生产产氢气。3），德德国瓦克克公司的的STCC用来生生产气相相白炭黑黑产品。附件2：30000吨/年项目目主要工工序产品品产量与与消耗指指标设计计序号项 目单位数量(产产量)单耗/KgSSi 备备 注一主要原材材消耗1硅粉t/a63688.6442.1合成料不不外购全全部由工工厂合成成时消耗耗2液氯t/a116660.0053.855合成料不不外购全全部由工工厂合成成时

54、消耗耗二主要产品品产量1氢气t/a13100.4110.433相当于44.822 Nmm3/KggSi2HCL回收t/a132339.111生产t/a119552.551小计t/a=SUM(ABOVE)251991.6628.3113合 成成氯硅烷合成t/a96777.644外购t/a200000小计t/a296777.6649.8004精 馏馏纯TCSS合成t/a237442.008还原t/a1384415.39氢化t/a378665.443小计t/a=SUM(ABOVE)2000022.966.0025硅芯根62000020.4466多晶硅年产量保证t/a30300最大t/a35000附件

55、3：9对棒棒、122对棒与与18对对棒主要要工艺指指标对比比序号项目名称称单位9对棒炉炉12对棒棒炉18对棒棒炉备 注1炉内直径径mm1200016000155002炉内高度度mm270003500032000总高444503硅芯单根根长度mm2000028000250004硅芯总长长度m3867905设计径向向生长速速度mm/hh0.60.9-11.6446设计沉积积速度Kg/hh4.5-5.2218-11920-3307设计硅棒棒生长直直径mm120150(maxx.)125(maxx.)8设计单炉炉生长时时间h192140-156670另装拆炉炉12 h9设计单炉炉产量Kg1000027

56、000(maax.)23000(maax.)10设计单炉炉年产量量t35-336100-1100190-200011设计还原原电耗Kwh/KgSSi140-1500100-120070-88012还原炉操操作压力力Mpa.G0.1-0.220.1-0.330.5-0.6613设计还原原炉台数数台86301630000t/aa多晶硅硅时14设计硅芯芯启动方方式等离子等离子预热棒附件4: 氢氢化炉主主要工艺艺指标对对比序号项目名称称单位XX公司司XX公司司备 注1炉内直径径mm12000148552炉内高度度mm1550032000总高444503型加热热体个数数个18184加热体形形状扁板状80

57、X88 mmm棒状505型加热热体单个个长度mm210005000080X88 mmm6加热体总总长度m37.88907加热体总总表面积积m 20.377X188=6.6660.7885X118=14.138加热器中中心距mm1501839加热总功功率KW8001500010H2：SSTC摩摩尔配比比2.5-3：113.2：111STC进进料量Kg/hh540(maxx.)25000(maax.)12进氢量Nm3/h1801054413STC一一次转化化率%1820-22514炉内操作作压力Mpa.G0.2-0.330.5-0.6615发热体操操作温度度1250011000-1220016设计

58、氢化化炉台数数台15(不不够用)8(应预预留2台台)17设计STTC总量量转化比比例%7090附件5: STTC氢化化转化率率理论计计算077110061，化学学反应式式SiCLL4 + H2 = SiiHCLL3 + HCLL2，STTC按不不同的反反应率产产生TCCS的理理论计算算理论计算算列于下下表（按按1000Kg STCC反应理理论计算算）序号STC反应率%反应产生生TCS量量(Kg)未反应的的STC量量(Kg)硅氯化物物冷凝液量量(Kgg)TCS重量%备 注12419.1137695.11320.11122217.5547895.55418.33632015.9948095.994

59、16.66141814.3358296.33514.88951612.7758496.77513.118续表序号反应产生生TCSS量未反应的的STCC量化为气体体的量混合气比比例1234562+53+62/2+53/3+6(Kg)(Nm33)(Kmool.)(Kg)(Nm33)(Kmool.)(Nm33)(Kmool.)(V%)(moll.%)119.1133.16630.14417610.00150.444713.11780.58882424217.5542.90000.13307810.22780.455913.11780.58892222315.9942.63350.11188010.5

60、5420.477113.11770.58892020414.3352.37720.10068210.88050.488213.11770.58881818512.7752.10080.09948411.00690.499413.11770.58881616STC转转化率(%W) 224 222反应应产生TCS重重量% 220 118混合气摩摩尔% 116 114 14 166 118 20 222 224 TCCS含量量%STC氢氢化转化化率与回回收冷凝凝液TCCS含量量的理论论曲线图图附件6： 118对棒棒还原炉炉底盘分分布图有36个个电极孔孔，7个个进气口口，其中中中间11个兼有有进气与与