多晶硅产品的用途与生产工艺简介

1、PAGE PAGE 41多晶硅产品品的用途与生生产工艺艺简介 2 黎展展荣编写写 20008-003-115多晶硅产品品的用途途与生产产工艺简简介讲课提纲：多晶硅产品品的用途途国内外多晶晶硅生产产情况与与市场分分析多晶硅生产产方法多晶硅生产产的主要要特点多晶硅生产产的主要要工艺过过程讲课想要达达到的目目的：通过介绍，希希望达到到以下几几点目的的：了解半导体体多晶硅硅有关基基本概念念与有关关名词，为今后进一步学习、交流与提高打下基础；了解多晶硅硅的主要要用途与与国内外外多晶硅硅的生产产和市场场情况，热热爱多晶晶硅事业业与行业业；3，了解多多晶硅生生产方法法和多晶晶硅生产产的主要要特点，加加深对多

2、多晶硅生生产工艺艺流程的的初步认认识；4，了解公公司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。多晶硅产品品的用途途在讲多晶硅硅的用途途前，我我们先讲讲一讲半半导体多多晶硅的的有关概概念和有有关名词词。1，什么是是多晶硅硅？我们所说的的多晶硅硅是半导导体级多多晶硅，或太阳能级多晶硅，它主要是用工业硅或称冶金硅（纯度98-99%）经氯化合成生产硅氯化物，将硅氯化物精制提纯后得到纯三氯氢硅，再将三氯氢硅用氢进行还原生成有金属光泽的、银灰色的、具有半导体特性产品，称为半导体级多晶硅。2，什么是是半导体体？所谓半导

3、体体是界于于导体与与绝缘体体性质之之间的一一类物质质，导体体、半导导体与绝绝缘体的的大概分分别是以以电阻率率来划分分的，见见表1。表1 导体、半半导体与与绝缘体体的划分分名 称电 阻 率率（.Cmm）备 注注导体10-440.00001Cu, Ag, AAL等半导体10-410990.0000111000000000000Si, Ge, GGaAss等绝缘体1091000000000000塑料，石英英，玻璃璃，橡胶胶等3，纯度表表示法半导体的纯纯度表示示与一般般产品的的纯度表表示是不不一样的的，一般般产品的的纯度是是以主体体物质的的含量多多少来表表示，半半导体的的纯度是是以杂质质含量与与主体物

4、物质含量量之比来来表示的的。见表表2。表2 纯度度表示法法1%1/100010-22N百分之一（减减量法，扣扣除主要要杂质的的量后）1PPm1/10000000010-66N百万分之一一1PPb1/100000000000010-99N十亿分之一一1PPt1/1000000000000000010-12212N万亿分之一一PPma原子比PPmw重量比PPba原子比PPbw重量比PPta原子比PPtw重量比1），外购购的工业业硅纯度度外购的工业业硅纯度度是百分分比，11个九，“1N”，98%， 两个九，“2N”，99%，是指扣除测定的杂质元素重量后，其余作为硅的含量（纯度）。如工业硅中Fe0.4

5、%,AL0.3%,Ca0.3%,共1%, 则工业硅的纯度是：（100-1）X100%=99% 。2), 半半导体纯纯度工业硅中的的B含量量是0.0022%(WW)，则则工业硅硅纯度对硼硼来说被被视为999.9998%，即44N（对对B来说说）。半导体硅中中的B含含量，如如P型电电阻率是是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 /4.99XX10222=00.866X100-100=8.6X110-111(11NN，0.0866PPbba),或(44.3XX10112 X10.81) /(44.999X

6、10022X28)=0.33XX10-10=0.0033PPPbww=3.3X110-111(11NN)。对B来说，从从工业硅硅的4N提提高到111N，纯度提高7个数量级（10000000，千万倍）即B杂质含量要降低6个数量级（1000000，百万倍），因此生产半导体级多晶硅是比较困难的。3), 集集成电路路的元件件数集成电路的的元件数数的比较，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 集成电电路的元元件数比比较晶体管分立元件1个分立元元件指二极管、三三极管IC集成电路100-110000个元件件LSI大规模集成成电路1000-10万万个元件件VLSI超

7、大规模集集成电路路10万个个元件ULSI超超大规模模集成电电路1亿个元元件据报导：日日本在66.1XX5.88 mm2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）发发展迅速速硅片（单晶晶硅）发发展迅速速，见表表4。表4 硅硅片（单单晶硅）发发展迅速速1960年年25mmm1”1990年年200mmm8”1965年年50mmm2”1995年年300mmm12”1970年年75mmm3”2000年年400mmm16”批量量1974年年100mmm4”2005年年450mmm18”研发发中1978年年150mmm6”大规模生产产中多晶晶硅直径径一般公公认为是是

8、1200-1550 mmm比较较合适，也也研发过过2000-2550 mmm。5), 多多晶硅、单单晶硅、硅硅片与硅硅外延片片多晶硅：内内部硅原原子的排排列是不不规则的的杂乱无无章的。单晶硅：内内部硅原原子的排排列是有有规则的的（生产产用原料料是多晶晶硅）。硅片：单晶晶硅经滚滚磨、定定向后切切成硅片片，分磨磨片与抛抛光片。硅外延片：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，目目前超大大规模集集成电路路正趋向向于采用用硅外延延片来生生产。4, 多晶晶硅产品品的用途途半导体多晶晶硅本身身用途并并不大，必必须要将将多晶硅硅培育成成单晶硅硅，经切切、

9、磨、抛抛制成硅硅片（又又称硅圆圆片），在在硅片上上制成电电子元件件（分立立元件、太阳能能基片、集成电路或超大规模集成电路），才能有用。硅由于它的的一些良良好的半半导体性性能和丰丰富的原原料，自自19553年硅硅作为整整流二极极管元件件问世以以来，随随着工艺艺技术的改改革，硅硅的纯度度不断的的提高，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。起初由于制制造硅材料的的技术问问题，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

10、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、太太阳能电电池片到到集成电电路到大大规模集集成电路路和超大大规模集集成电路路，才使硅硅材料得得到广泛泛的用途途。半导体多晶晶硅是单单晶硅的的关键原原材料，多多晶硅培培育成单单晶硅的的方法是是：有坩坩埚（CCZ）与与无坩埚埚（FZZ），即即直拉与与区熔之之分。制成单晶硅硅后通过过切、磨磨、抛工工序制成成硅片，在在硅片上上进行半半导体器器件的制制造，（通过扩扩散、光光刻、掺掺杂、离离子注入入等许多多工序）即即集成电电路（管管芯或称称为芯片片、基片片）。由于大规模模集成电电路和超超大规模模集成电电路技术术的突破破，半导导体器件件得到

11、飞飞速发展展，在各各行各业业得到广广泛的应应用。所所有这些些应用都都是在有有半导体体多晶硅硅材料的的基础上上才能实实现的。在军事事工业上上：海湾湾战争、伊伊拉克战战争的电电子战都都是用了了大量的的电子装装备，探探测器、导导弹制导导，火箭箭发射，电电子控制制设备，军军事装备备等；在航天天工业上上：航天天飞机，宇宇宙飞船船（神11神66）人造造卫星，气气象卫星星，星球球探测（登登月与登登火星）等等；在航空空上：机机场监控，飞飞机全天天候监控控，空军军装备等；在航海海上：核核潜艇，航航空母舰舰，海上上巡逻，海海上运输输，南北北极探险险等；在信息息技术上上：通信信技术（手手机电话话），广广播电视视，电

12、子子商务，电电子购物物，银行行管理，电电子眼监监控，电电脑网络络，在科学学技术、工工业技术术，交通通运输、铁铁路运输输、能源源工业、汽车工业、卫生医药等；还有在在人们生生活中，家家用电器器，工资资卡等都都与电子子打交道道，所谓谓“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，在人人们的日日常生活活上、文文化娱乐乐上得到到充分的的改善与与享受，都都离不开开半导体体材料与与器件。因因此我们们从事的的半导体体多晶硅硅材料的的生产与与研发，对对我们国国家的经经济建设设、国防防建设、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

13、业，钻钻研多晶晶硅行业业，发展展多晶硅硅行业，为为国家的的经济发发展，国国防发展展，社会会发展，人人民生活活的提高高与改善善作出应应有的贡贡献。国内外多晶晶硅生产产情况与与市场分分析1，国外多多晶硅生生产情况况国外多晶硅硅生产，主主要集中中在美、日日、德、意意四国的的十大公公司，多多晶硅的的生产量量占世界界的900%以上上，见表表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2005年年2006年年2007年年2008年年预测备 注注产能产量产能产量日本德山曹达520052005400540054005400棒状，SiiHCll3三菱160016001600160016001

14、600棒状，SiiHCll3隹友800800900900900900棒状，SiiHCll3美国哈姆洛克77007700100000100000145000180000棒状，SiiHCll3Asimii300030003300330036003600棒状，SiiH4Memc270015002700270027002700粒状，FBBR反应应器三菱120011001200110015001500棒状，SiiHCll3SGS220022002200220022004400棒状, SiHH4德国瓦克55005000600060008000120000棒状，SiiHCll3意大利Memc10001000

15、1000100010001000棒状，SiiHCll3合 计 =SUM(ABOVE) 309000 =SUM(ABOVE) =SUM(ABOVE) 291000 =SUM(ABOVE) 343000 =SUM(ABOVE) 342000 =SUM(ABOVE) 414000 =SUM(ABOVE) 511000半导体多晶晶硅的生生产是一一个跨化化工、冶冶金、机机械、电电子与自自动控制制多学科科综合技技术集成成一体的的系统工工程。目目前国外外有报导导已发展展到高效效率低能能耗488对棒的的还原炉炉。2，国内多多晶硅生生产情况况1）目前国国内能生生产多晶晶硅的厂厂家只有有五家：（1）7739厂厂（

16、2000t/a），（22）洛阳阳中硅(3000+7000t/a)，（33）新光光硅业110000 t/aa，（44）江苏苏中能115000 t/aa t/aa，（55）无锡锡金大中中2000 t/aa。2）据报导导在建与与筹建的的有200多家（见见附件）（1）新新津天威威四川硅硅业(330000t/aa)，（22）乐电电天威硅硅业30000tt/a,）、（33）中德德合资江江西新时时代高新新能源公公司（110000-30000 t/aa）20005年年4月开开建，计计划20008年年投产，（44）云南南曲靖爱爱信硅科科技公司司(一期期投资225亿元元，建多多晶硅生生产线330000 t/aa

17、，三三年后建建成1000000t/aa)，220066年4月月7日开开工（奠奠基）。（5）宁夏石嘴山投资70亿元，建设世界级硅基地，多晶硅计划建成5000 t/a的规模，（6）辽宁凌海多晶硅之城(1000t/a)，（7）扬州太阳能产业基地3000 t/a多晶硅分两期建设，一期投资12亿元07年上半年投产，二期08年上半年建成，（8）江苏高邮（江苏顺大半导体发展有限公司领头）投资25亿元分两期到位，07年6月投产一条线1500 t/a，08年初再上一条生产线，生产能力达3000 t/a。 多晶晶硅国内内计划建建设项目目 20008-2-110序号公 司 或或 厂 家建 设 地地计划产能(吨/年年

18、)奠基时间计划投产时间投资（亿元元）备 注1期2期3期合计1期总计1峨嵋7399厂四川省峨眉眉山市1002005008002006-62008-661、2期投投产2洛阳中硅河南省堰师师市300700200030002005-2006-102.21、2期投投产3新光硅业四川省乐山山市126012602005-2007-212.9投产4江苏中能江苏省徐州州市150060002006-2007-8701期投产5无锡中彩集集团江苏无锡市市3003002006-2007-82投产6通威和巨星星(永祥多多晶硅)四川省乐山山市1000300060001000002007-2008-650在建7东汽(乐山山)

19、硅业业四川省五通通市15001500150045002007-32008-127.5在建8天威四川硅硅业四川省成都都市新津津300030002007-122009-627在建9乐山乐电天天威硅业业四川省乐山山市300030002008-22009-625在建10赛维LDKK江西新余市市60001500002006.-52008-12在建11深圳南玻湖北省宜昌昌市15001500150045002006-52008-61.5$60在建12亚洲硅业青海省西宁宁市100060002007-32008-128在建13江苏顺大江苏省扬州州市150015002007-在建14神舟硅业内蒙古呼和和浩特市市1

20、50015002007-18在建15江苏阳光（宁夏）宁夏省石嘴嘴山市15001500150045002007-1540在建16江苏大全集集团重庆万州市市3000300060002006-940在建17爱信硅科技技(云南冶金金)云南省曲靖靖市30001000002006-425100开工典礼18天宏硅材料料陕西省咸阳阳市37501000002006-93752开工典礼19特变电工新疆省乌鲁鲁本齐市市150012000016.3项目洽谈20大陆多晶硅硅项目内蒙古呼和和浩特市市25001800002007-9180开工典礼21中晶华业太太阳能多多晶硅内蒙古包头头市120012002007-912开工

21、典礼22唐山硅业(开平区区)河北省唐山山市100010002007-97开工典礼23凌海金华冶冶炼辽宁锦州市市凌海100010002007-82008-11.5开工典礼24天合光能（常常州）江苏省连云云港市01000002007-12201210$投资建设25江西晶大半半导体公公司江西桑海002007-101.2开工典礼26超磊实业四川省广元元市150020003500200-1238招商项目27鄂尔多斯鄂尔多斯棋棋盘井250025002028北京顺大新新业能源源等四川省眉山山市1500150030002007-9.829上海工投集集团等黑龙江省牡牡丹江市市1500300030中钢集团山东济宁

22、市市01500002008-231重庆化医控控股(天天原化工工)重庆涪陵市市125012502007-1232方兴科技1000100010招商项目33银星能源与与宁夏宁夏省100010002007-30.934荆门珈伟太太阳能湖北省荆门门市150015002006-835香港永发集集团太阳阳能江西省萍乡乡市02007-915港签约仪式36益阳晶鑫1200120037锦州新世纪纪石英玻玻璃30030038迅天宇科技技(物理理法)河南南阳方方城县0合计 =SUM(ABOVE) 551600 =SUM(ABOVE) 16731101Hemloock美国100000310000201010$2Wake

23、rr德国650014500020103Memc美国150067003.9$4德山曹达日本50008000合计 =SUM(ABOVE) 230000 =SUM(ABOVE) 6020003，多晶硅硅市场需需求分析析1），世界界半导体体市场上上在持续续增长，因因此带动动了硅片片和多晶晶硅的迅迅速发展展，见表表6。表6 220000-20007年年世界半半导体销销售额、硅硅片产量量与多晶晶硅产量量年 份半导体销售售额（亿美元）硅片产量(亿平方英英寸)多晶硅产量量(吨)备 注2000204455.51938002001138939.41765002002150846.82035002003166351

24、.52310002004213363.1332700002005226865.9662910002006245168.6223250002007271178.8773950002），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，见见表7。表7 世界太太阳能电电池产量量及多晶晶硅生产产能力预预测项 目目200520062007200820092010太阳能电池池Mw）1817.722082682325938964811多晶硅生产产能(tt/a)3090003450003805004955005450005880003）我国多多晶硅市市场需求求2000-20005年我我国多晶晶硅市场场需求也

25、也十分旺旺盛，多多晶硅供供需矛盾盾突出，表表8。表8 我国国集成电电路和硅硅单晶产产量及对对多晶硅硅的需求求年份集成电路产产量（亿块）增长率%硅单晶产量量（t）增长率%多晶硅需求求量（t）增长率%200059251.998420.00200156.2-4.8275.2209.21458.6679.21200296.351.0366.11033.033610.11733.0332003134.1139.3476.00030.022746.1130.022200421923.0596.00025.211934.2225.211200526018.7721.22021.000113021.000由于

26、集成电电路和太太阳能电电池的迅迅猛发展展，多晶晶硅的供供应严重重不足，特特别是太太阳能电电池的发发展大大大地带动动了多晶晶硅产业业的发展展。由此可见，我我国多晶晶硅尚存存在大量量的缺口口，急需需大力推推进多晶晶硅规模模化生产产，建立立多个年年产10000-30000 t级规规模化的的多晶硅硅工厂，才才能满足足我国集集成电路路和太阳阳能电池池生产对对多晶硅硅的需求求。注：生生产1MMW的太太阳能电电池需用用12-14吨吨多晶硅硅。 图一一 2000220110年全全球及中中国太阳阳能级多多晶硅需需求量统统计及预预测我国多晶硅硅20006年总总产量仅仅4800吨，国国内市场场的需求求超过44000

27、0吨，其其中太阳阳能产业业需求接接近30000吨吨，因此此绝大部部分多晶晶硅必须须依赖进进口。硅硅原料供供给不足足和成本本过高已已成为制制约我国国光伏产产业发展展的瓶颈颈。世界光伏电电池产量量快速增增长，全全球太阳阳能电池池产业在在19995220055年增长长了177倍。220055年世界界太阳能能电池产产量达到到了16650兆兆瓦，累累计装机机发电容容量已超超过5GGW。日日本光伏伏电池产产量再次次领先增增长到7762兆兆瓦，增增长率为为27%；欧洲洲产量增增加488%，达达到了4464兆兆瓦；美美国增加加12%，达到到了1556兆瓦瓦；世界界其他地地区增加加96%，达到到了2774兆瓦瓦

28、。图二 220055-20010年年全球太太阳能电电池产量量统计与与预测 按照从硅料料（多晶晶硅材料料）到太太阳能电电池的产产业划分分，太阳阳能光伏伏发电的的产业结结构呈现现明显的的金字塔塔结构（最最上游小小，最下下游大）。图三 太太阳能光光伏发电电金字塔塔产业结结构 产业链链最上游游是7家家太阳能能多晶硅硅（ SSiliiconn ）厂厂商：HHemllockk、Waackeer、TTokuuyamma、RREC、MMEMCC、Miisubbishhi和SSumiitommo，他他们对全全球的多多晶硅供供应造成成了严重重的垄断断，全球球7大多多晶硅企企业的总总产量占占到全球球太阳能能多晶硅硅

29、总产量量的955%以上上。由于于技术门门槛，几几乎没有有企业可可以很快快进入多多晶硅生生产制造造领域，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222家硅硅片(WWafeer)厂厂商，包包括RWWE SSchoott Sollar、SSharrp、QQ-ceellss、BPP Soolarr、Deeutsschee Soolarr、Kyyoceera等等，在这这一环节节主要的的技术流流程包括括铸锭（或或单晶生生长）、切切方滚磨磨、用多多线切割割机切片片、化学学腐蚀抛抛光，其其中铸锭锭（或单单晶生长长）环节节属于高高能耗，切切割机等等投资规规模亦相相对较大大，设备备投资约约占初期期总

30、投资资的600%以上上；中国国保定天天威英利利是这个个领域的的中国代代表，具具备生产产单晶硅硅片的制制造能力力。技术术难度仅仅次于多多晶硅的的制造难难度。第三层是太太阳能电电池（CCelll）制造造，全球球电池厂厂商有440余家家；中国国的代表表企业是是无锡尚尚德和天天威英利利，产能能产量都都属于全全球主流流的太阳阳能电池池制造商商。最下面是组组件，将将制作好好的电池池封装，技技术含量量相对较较低，进进入门槛槛亦低，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，国国内也有有相当多多企业进进行封装装作业。近年，上游游硅片制制造工厂厂、下游游的电池池片及电电池组件件公司都都在扩

31、大大产能。220077年、220088年将是是这些企企业的黄黄金扩产产年。生生产太阳阳能全线线产品的的德国太太阳能巨巨头SoolarrWorrld在在20006年112月底底宣布，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，产产能将由由现阶段段的2550兆瓦瓦增至5500兆兆瓦。另另一大制制造商美国国通用电电气所属属的通用用硅材料料有限公公司也在在中国南南昌投资资60000万美美元，兴兴建了年年产5000吨的的多晶硅硅、单晶晶硅项目目。无锡尚德220066年的产产能仅为为1555兆瓦，而而20110年的的目标则则直接跳跳至10000兆兆瓦。林林洋新能能源的未未来目

32、标标定格在在近4000兆瓦瓦。天威威英利、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、台台湾茂迪迪等同行行的太阳阳能电池池组件和和电池片片产能也也会有一一倍至三三倍的提提升。与与此同时时，日本本的主流流太阳能能电池供供应商也也不惜巨巨资大量量生产太太阳能电电池，其其中包括括三洋电电机、夏夏普和京京瓷。多晶硅生产产方法半导体多晶晶硅的生生产的起起步在220世纪纪40-50年年代，但但发现硅硅的一些些半导体体特性是比比较早的的（19930年年），多多晶硅生生产工艺艺的发明明与完善善经历了了慢长时时间的探探索。锌还原法（杜杜邦法），美国杜邦公司于1865年发明SiCL4

33、4 + 2Znn = Si + 22ZnCCL2 9900-10000经过7-88年的探探索，制制得300-1000.cmm电阻率率的多晶晶硅样品品。四氯化硅氢氢还原法法（贝尔尔法），贝尔实实验室于于19330-119555年发明明SiCL44 + H2 = SSi +4 HHCL 11100-12000 在在钼丝上上沉积，然然后将多多晶硅剥剥下来拉拉制单晶晶硅，或或在石英英管内反反应制得得针状硅硅收集后后拉制单单晶硅，制制得P型型电阻率率1000-30000.cmm的单晶晶硅。3，三氯氢氢硅热分分解法（倍倍西内法法），法国国于19956年年发明， 4SiHHCL33 = SSi + 3 Si

34、CCL4 +22H2 9000-10000 在在钽管上上沉积，然然后将多多晶硅剥剥下来拉拉制单晶晶硅，或或在石英英管内反反应制得得针状硅硅收集后后拉制单单晶硅，制制得P型型电阻率率4000-6000.cmm的单晶晶硅。4，三氯氢氢硅氢还还原法（西西门子法法），德德国于119555-19957年年发明 SiHHCL33 + H2 = Si + 33 HCCL 110000-11100在硅芯发热热体上沉沉积多晶晶硅，纯纯度提高高，多晶晶硅经区区熔后基基硼含量量0.005PPPB，PP型电阻阻率数千千到3000000.cmm，寿命命达到110000S5，硅烷热热分解法法SiH4 = Sii + 2H

35、22 9000-1100006，改良西西门子法法各国于19960年年-19975年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。 SiiHCLL3 + H2 = Si + 33 HCCL 110000-11100在硅芯发热热体上沉沉积多晶晶硅，纯纯度提高高，硅、氯氯原料消消耗大幅幅度地降降低。目目前世界界上生产产半导体体级多晶晶硅主要要采用此此法，（当当然有少少数公司司采用硅硅烷热分分解法）。所谓改良西西门子法法，即以以原料（三氯氢硅）闭路循环为主。由于西门子法生产多晶硅时，进入还原炉的三氯氢硅和氢气的混合物是在流动状态下进行的，反应速度不快，一次硅的转化率只有15-25%，其余7

36、5-85%的高纯原料从还原炉尾气排出，过去没有回收，而用水洗法处理后排入大气和河道。称为原始的西门子法。这是第一阶段。后来（19966年年）采用用80的深冷冷回收（干干冰+酒酒精，后后用-880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（含含有HCCL）用用碱洗法法回收其其中的氢氢气，称称为“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，单单耗降低低，从11Kg多晶硅硅需用工工业硅110Kgg以上，变变为需用用5-66Kg工业硅硅，原料料消耗减减少了一一半。再后来，采采用低温温变压吸吸收、脱脱吸与吸吸附

37、的工工艺装置置称为“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。1Kg多晶硅需用工业硅粉降低到1.5Kg，这是改良西门子法，称为第三阶段。改良西门子子法归纳纳起来有有三大特特点：1），采用用多对棒棒大型还还原炉（硅棒对数从9对、12对到50对，硅芯长度从1.5米、2米到2.5米或2.8米）;2)，还原原炉尾气气采用“干法回回收”，回收收H2、HCCL与硅硅氯化物物；3），四氯氯化硅氢氢化转化化为三氯氯氢硅，再再循环回回收利用用。另外，还有有还原炉炉筒导热热油循环环冷却工工艺技术术，与上上述三大大技术合合称为多多晶硅的的四项

38、技技术，还还原炉筒筒导热油油循环冷冷却工艺艺技术在在峨嵋半半导体材材料厂开开发成功功，并长长期使用用。国外外采用该该工艺不不多，新新光公司司由于设设计没有有采用导导热油循循环冷却却技术，而而是用热热水替代代了导热热油来进进行热能能的综合合利用。四、多晶硅硅生产的的主要特特点多昌硅生产产的主要要特点可可归纳成成下列66点。1，工艺原原理比较较简单H2 + CL22 = 2HCCL3HCL + SSi = SiiHCll3 + HH2SiHCll3 + HH2 = Sii + 3HCCL SiiCl4+ HH2 = SiHHCl33+ HCCL是一般的化化学反应应2，工艺过过程比较较复杂前段工序基

39、基本上是是一个化化工过程程，后段段工序是是一个化化学冶金金过程。工工艺过程程复杂，流流程长，牵牵涉的辅辅助条件件和设施施多。前前面介绍绍的有220个方方面的配配套设施施，都是是为还原原炉生产产多晶硅硅服务的的。3，产品纯纯度要求求高（N型5000与PP型50000.cmm，Fee 5 PPPbww,Cuu 1 PPPbww）这是最主要要的特点点，产品品纯度是是PPbb级，甚甚至是PPPt级级的，所所以从原原料开始始就要严严重格把把关，提提纯工序序是精密密提纯过过程，多多晶硅的的质量好好坏主要要决定于于提纯工工序，生生产过程程要避免免设备材材质的沾沾污，要要避免工工艺上有有大的波波动引起起中间产

40、产品质量量的波动动。生产产过程要要连续稳稳定运行行，设备备要精良良，不能能经常拆拆卸维修修，否则则多晶硅硅的质量量无法保保证。可可以说没没有质量量就没有有半导体体多晶硅硅，就没没有半导导体产品品，我国国电子工工业就要要受到影影响，就就没有国国防现代代化、科科技术现现代化，人人们的生生活质量量就不能能提高。4，多晶硅硅产品是是个高能能耗的产产品电耗占多晶晶硅的成成本355-600%，主主要是还还原与氢氢化反应应的用电电，所以以国外都都采用多多对棒大大型还原原炉，利利用热辐辐射来减减少能耗耗，同时时进行热热能的综综合利用用。还原原反应本本身的砂砂电不大大，约供供电量的的1-33%，而而80-90%

41、由循环环冷却水水带出而而耗电，所所以必须须要把水水带出的的热量加加以回收收再利用用（峨嵋嵋厂采用用导热油油冷却，而而新光厂厂采用高高温高压压主热水水冷却。5，多晶硅硅生产的的安全性性原料氯是一一种有毒毒、有剌剌激性气气味，对对人体的的器官有有毒害，空空气中含含量要低低于1mmg/mm3；原料氢是一一种易燃燃易爆的的气体，在在空气中中含氢44.1-75%，氧气气中含氢氢4-995%都都可能发发生爆炸炸；硅氯化物是是一种易易燃易爆爆有毒有有害的液体，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，硅氯氯化物极极易水解解，水解解产物是是SiO2与HCCL。HHCL对对人体有有

42、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（NNO2，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，可可以使用用到高电电压，因因此要特特别注意意用电安安全。所以从事多多晶硅生生产必须须要做好好安全工工作，从从安全设设施、安安全管理理，员工工的安全全意识，员员工的安安全技术术培训等等都是十十分重要要的。6，多晶硅硅建厂的的投资大大多晶硅产品品是属于于高技术术产品，是是属于高高技术产产业，又又是很重重要的基基础材料料。多晶晶硅建厂厂的投资资大，技术密密集，但但多

43、晶硅硅本身效效益不是是很高。但但没有这这种材料料，半导导体工业业、电子子工业就就不能发发展，导导致国防防工业、军军事工业业，以至至整个国国民经济济、人民民生活、国国防安全全都得不不到保障障。兴建多晶硅硅厂必须须考虑到到：1），多晶晶硅产品品的质量量必须有有竞争能能力，B、P、碳碳与金属属杂质含含量要求求低，纯纯度高，LLSI质质量要求求是：受受主杂质质（B、AAL）0.1PPPbaa, 施主杂杂质（PP、Ass, SSb）0.33PPbba,碳碳含量0.33PPmma，重重金属（FFe Ni Crr ZZn）总总含量1PPPba .区熔用的多多晶硅质质量要求求更高，但但价格也也高效益益好。2）

44、，生产产成本要要低低于30或或20美美元/KKgSii）通过40-50年年的电子子级多晶晶硅生产产的发展展，取得得了很大大的进步步，国外外工厂均均以闭环环生产方方式，三三氯氢硅硅的一次次转化率率为8-12%，追求求高的转转化率不不是最佳佳的工作作条件，因因为此时时沉积速速度低，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。先进的工厂厂都配有有完善的的回收系系统，并并采用高高的沉积积速率，可可达到00.1448Kgg/m.hr。现现代化大大型还原原炉可装装48-50对对硅棒。一一台还原原炉平均均沉积速速度377Kg/h，55-6台台还原炉炉

45、就可以以生产110000t/aa多晶硅硅。多晶晶硅的电电耗可降降至1000-1120KKwh/KgSSi，综综合电耗耗为1770Kwwh/KKgSii。有了了先进的的工艺才才能保证证多晶硅硅的质量量和降低低成本，提提高效益益。3）要有专专门的技技术力量量或技术术人才多年来我国国为引进进多晶硅硅生产技技术作了了许多努努力，但但西方国国家和日日本的先先进大型型多晶硅硅公司拒拒绝转让让技术，对对我国实实行技术术封锁，声声称不培培养竞争争对手。因因此，我我们今后后一方面面仍应继继续争取取引进国国外先进进的新技技术或与与国外公公司合作作，扩大大多晶硅硅的生产产，另一一方面要要组织国国内技术术力量，消消化

46、吸收收并开展展技术创创新，努努力开发发我国规规模化多多晶硅生生产的自自有技术术。因此 摆摆在我们们XXXXX硅业业公司每每个员工工面前，1）必须要要加强管管理，减减少投资资，加快快建设进进度；2）采用先先进的生生产工艺艺，降低低能耗与与物耗，降降低生产产成本；3）提高自自动化水水平，确确保产品品质量，提提高多晶晶硅产品品的品位位，提高高销售额额；4）开展综综合利用用，多品品种分档档次(探探测器级级、区熔熔级、IIC级、太太阳能级级，物尽尽其用，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，太太阳能级级多晶硅硅、氯化化钙、硝硝酸钙，有有机硅与与白炭黑黑）。最后让我们们公司全全体员工工

47、团结奋奋战，克克服前进进中的的的各种困困难，加加快建设设进度，为为30000t/a多晶晶硅生产产厂争取取早日建建成投产产，并进进一步扩扩大多晶晶硅生产产规模，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、多晶硅硅生产的的主要工工艺过程程1，多晶硅硅生产的的主要原原料 液氯(外购购)，工工业硅粉粉(外购购)，氢氢气（自自产），当当然还有有如硅芯芯、石墨墨件，化化学试剂剂等辅助助材料。2，多晶硅硅生产的的主要工工艺过程程1），液氯氯汽化（热热水加热热液氯钢钢瓶）；2），HCCL合成成（H22 + CL22燃烧合合成）；3），硅粉粉制备（工工业硅破破碎、球球磨、过过筛与检

48、检测）；4），三氯氯氢硅合合成（硅硅粉与HHCL反反应，严严格控制制温度）配有CDI-1合成气干法回收装置；5），硅氯氯物的分分离，三三氯氢硅硅的提纯纯（除硼硼工艺，精精馏提纯纯40台塔塔分两个个系列，合合成料经经5级精馏馏提纯，还原和氢化回收料经2级精馏提纯，配有精馏提纯塔21台）；6），硅芯芯制备与与腐蚀（硅硅芯拉制制、切割割、切口口、整形形、腐蚀蚀、清洗洗与干燥燥，含石石墨件的的处理）；7），三氯氯氢硅氢氢还原生生产多晶晶硅（配配有188对棒炉炉还原炉炉16-18台台）；8），还原原炉尾气气回收装装置（CCDI-2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

49、与HCCL输送送）；9），四氯氯化硅氢氢化（氢氢化转化化为三氯氯氢硅，再再循环利利用，配有118对发发热体的的氢化炉炉8-110台）；10），氢氢化炉尾尾气回收收装置（CCDI-3干法法回收，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），多多晶硅成成品的破破碎、整整理、腐腐蚀、清清洗、干干燥、检检测与包包装；12），中中间产品品和最终终产品的的分析检检测；13），电电解水制制氢与氢氢气净化化提纯；14），空空分制氮氮（生产产中的保保护气体体）；15），压压缩空气气制备（自自控与工工艺使用用）；16），锅锅炉生产产蒸汽（供供精馏塔塔加热与与制备蒸蒸馏水

50、）；17），冷冷冻站（供供冷却水水）；18），供供配电站站；19），供供水站（供供自来水水、脱盐盐水、循循环水、冷冷冻盐水水与超纯纯水）；20），三三废处理理：建有有尾气和和废液处处理装置置和综合合利用，可制备工业级的产品氯化钙与硝酸钙。多晶硅的生生产是一一个系统统工程，需要供入原料排出废物，生成多晶硅。好比一个人一样，人需要吃进食物，也要排出废物。中控室好比人的大脑，合成、提纯和还原装置好比人的嘴巴、胃肠与心脏，各种管道好比人的血管。生产过程中各个部位都要互相配合，缺一不可.。 附件1：国国外多晶晶硅工艺艺流程示示意图006099191，德国瓦瓦克多晶晶硅工艺艺流程外购HCL外购HCL外购硅

51、粉补充H2补充H2多晶硅产品SiHCL3提纯SiHCL3SiHCL3提纯SiHCL3合成多晶硅制取回收H2回收H2尾气回收HCLHCLSiHCL3SiCL4SiHCL3SiCL4回收料分离SiCLSiCL4转化气相白炭黑生产气相白炭气相白炭黑产品2，美国哈哈姆洛克克多晶硅硅工艺流流程冶金级硅 粉 低沸沸物化学冶金级硅 粉流化床沸腾炉流化床沸腾炉SiHCL3精馏提纯 TCSS 半导SiHCL3精馏提纯HCL SSiHCCL3HCL 外购HCCL 高沸沸物化学学应用 半导导体级 无水HHCL SSiHCCL3CVD多晶硅(分解炉) H2CVD多晶硅(分解炉)回收工艺 回收工艺 半半导体级级 SSi

52、H22CL2 光光纤级SSiCLL4 排气 供供料 液H23，日本三三菱公司司多晶硅硅工艺流流程硅粉98%硅粉98%多晶硅棒还 原多晶硅TCS合成还 原多晶硅TCS合成精馏提纯切断破碎 TT精馏提纯切断破碎HCLHCL腐蚀干燥腐蚀干燥尾气回收尾气回收最终检测STC最终检测STCTCS+STCTCS+STC包装出厂4，共同特包装出厂1），无HHCL合合成，均均外购HHCL和和硅粉合合成三氯氯氢硅。2），HSSC公司司使用液液态氢，自自已不生生产氢气气。3），德国国瓦克公公司的SSTC用用来生产产气相白白炭黑产产品。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

53、目单位数量(产量量)单耗/KgSii 备 注注一主要原材消消耗1硅 粉t/a6368.642.1合成料不外外购全部部由工厂厂合成时时消耗2液 氯t/a116600.0553.85合成料不外外购全部部由工厂厂合成时时消耗二主要产品产产量1氢 气t/a1310.410.43相当于4.82 Nm33/KggSi2HCL回收t/a132399.111生产t/a119522.511小计t/a =SUM(ABOVE) 251911.6228.313合 成氯硅烷合成t/a9677.64外购t/a200000小计t/a296777.6449.804精 馏纯TCS合成t/a237422.088还原t/a1384

54、115.339氢化t/a378655.433小计t/a =SUM(ABOVE) 2000222.9966.0225硅 芯根62000020.4666多晶硅年产量保证t/a3030最大t/a3500附件3： 99对棒、12对棒与18对棒主要工艺指标对比序号项 目 名名 称单 位9对棒炉12对棒炉炉18对棒炉炉备 注注1炉内直径mm1200160015502炉内高度mm270035003200总高445503硅芯单根长长度mm2000280025004硅芯总长度度m3867905设计径向生生长速度度mm/h0.60.9-111.646设计沉积速速度Kg/h4.5-55.218-19920-3007

55、设计硅棒生生长直径径mm120150(mmax.)125(mmax.)8设计单炉生生长时间间h192140-115670另装拆炉112 hh9设计单炉产产量Kg10002700(maxx.)2300(maxx.)10设计单炉年年产量t35-366100-1110190-220011设计还原电电耗Kwh/KKgSii140-1150100-112070-80012还原炉操作作压力Mpa.GG0.1-00.20.1-00.30.5-00.613设计还原炉炉台数台8630163000tt/a多多晶硅时时14设计硅芯启启动方式式等离子等离子预热棒附件4: 氢化化炉主要要工艺指指标对比比序号项 目 名名

56、 称单 位XX公司XX公司备 注注1炉内直径mm120014852炉内高度mm15503200总高445503型加热体体个数个18184加热体形状状扁板状80X8 mm棒状505型加热体体单个长长度mm2100500080X8 mm6加热体总长长度m37.8907加热体总表表面积m 20.37XX18=6.6660.7855X188=14.1138加热器中心心距mm1501839加热总功率率KW800150010H2：STTC摩尔尔配比2.5-33：13.2：1111STC进料料量Kg/h540(mmax.)2500(maxx.)12进氢量Nm3/hh180105413STC一次次转化率率%1

57、820-25514炉内操作压压力Mpa.GG0.2-00.30.5-00.615发热体操作作温度12501100-1200016设计氢化炉炉台数台15(不够够用)8(应预留留2台)17设计STCC总量转转化比例例%7090附件5: STCC氢化转转化率理理论计算算 071110661，化学反反应式SiCL44 + H2 = SiiHCLL3 + HCLL2，STCC按不同同的反应应率产生生TCSS的理论论计算理论计算列列于下表表（按1100KKg SSTC反反应理论论计算）序号STC反应率%反应产生TCS量(Kg)未反应的STC量(Kg)硅氯化物冷凝液量(Kg)TCS重量%备 注注12419.

58、1337695.13320.11122217.5447895.54418.36632015.9448095.94416.61141814.3558296.35514.89951612.7558496.75513.188续表序号反应产生TTCS量量未反应的SSTC量量化为气体的的量混合气比例例1234562+53+62/2+553/3+66(Kg)(Nm3)(Kmoll.)(Kg)(Nm3)(Kmoll.)(Nm3)(Kmoll.)(V%)(mol.%)119.1333.16330.14117610.01150.447713.17780.58882424217.5442.90000.130078

59、10.27780.459913.17780.58992222315.9442.63550.11888010.54420.471113.17770.58992020414.3552.37220.10668210.80050.482213.17770.58881818512.7552.10880.09448411.06690.494413.17770.58881616 STCC转化率率 (%W) 244 222 反反应产生生 TTCS重重量% 200 188 混合气气摩尔% 166 144 114 16 188 220 22 244 TCSS含量% SSTC氢氢化转化化率与回回收冷凝凝液TCCS含

60、量量的理论论曲线图图附件6： 188对棒还还原炉底底盘分布布图有36个电电极孔，77个进气气口，其其中中间间1个兼兼有进气气与排气气功能。附件7： 多晶硅硅用料比比例多晶硅生产产用纯三三氯氢硅硅，由三三部分组组成，即即合成料料、还原原回收料料和氢化化回收料料。由于于采用了了强化生生产工艺艺和尽可可能将四四氯化硅硅进行氢氢化，使使还原用用料比例例发生了了较大的的变化，还原回收料从56%提高到69%，提高了13%。氢化回收料从17%提高到19%，提高了2%。合成料从27%降为12%，降低了15%。这意味着降低了原料硅、氯的消耗，即降低了生产成本，为今后多晶硅在市场上的竞争处于有利地位。 附件8：