中国粉体网讯 半导体材料是半导体工业最重要的功能材料，其中硅材料更是第一大电子功能材料。电子级多晶硅广泛应用于微电子、晶体管及集成电路、半导体器件等半导体工业中。
随着器件的迅速发展，对材料的纯度有不同的要求、特别是集成电路不断向微细化发展，要求硅片的直径不断增大，缺陷密度降低，多晶硅的纯度提高。
多晶硅按纯度分类，通常可以分为太阳能级多晶硅和电子级多晶硅，而电子级多晶硅纯度要求达到99.999 999 9%～99.999 999 999%（9 N～11N），被专家称之为“人类工业化能够获得的最纯净的物质”。
太阳能级与电子级多晶硅检测指标对比
电子级多晶硅产业化技术瓶颈
据中国粉体网了解，目前，国内外可应用于大规模产业化生产电子级多晶硅的制备技术通常分为两大类：改良西门子法和硅烷CVD法。
改良西门子法反应方程式
由于其工艺成熟性，国内外多晶硅厂商普遍采用改良西门子法制备多晶硅。改良西门子法是大化工过程和后端表面处理过程的结合，因为在化工过程中大量采用了精馏塔、罐、管道、压缩机等设备，对物料和系统洁净度的控制难度极高，需要在设备选型和系统搭建中进行额外考虑。
同时其核心环节还原是利用气相沉积反应进行生产，采用还原炉装备需要一个极大空间，此工序还存在开炉装炉过程，炉内的硅粉等污染性杂质释出会影响洁净间，这些对于洁净室的设计和保持都提出了挑战。
经过还原产出的多晶硅棒只是中间产品，需要经过“破碎、筛分、刻蚀、清洗干燥”等后处理步骤，才能形成供下游客户使用的块状硅料，因为多晶硅本身纯度已经达到人类工业品的极限，任何外部环境和物体的接触都会导致其表面杂质的上升，影响产品质量，如何避免这些污染也是必须面对的技术难点。
电子级多晶硅产品洁净封装
硅烷CVD法制备电子级多晶硅的优点主要在于硅烷较易提纯，硅烷中含硅量可达87.5％，分解速度快，分解率高（最高可达99％以上），并且反应分解温度较低，制备得到的产品纯度高，硅烷热解产生的副产物为氢气，对环境没有污染。
该方法制备电子级多晶硅的缺点：一是硅烷分解时容易在气相成核，在反应室内生成硅的粉尘，一方面造成设备和管道的堵塞，影响连续生产和安全生产；另一方面由于硅烷制造成本高，导致最终的多晶硅制造成本比SiHCl3法要高。二是工艺介质硅烷属于易燃、易爆危化品，安全性差。
另据中国粉体网的了解，对于电子级多晶硅的核心原料三氯氢硅，其生产过程受硅粉的影响作用比较大，硅粉质量指标对生产运行效率以及产品质量的控制都具有重要作用。
研究人员通过大量生产实践研究发现，硅粉的颗粒规格与硅粉转化以及生产运行的影响作用比较大。硅粉成分中的铝金属含量过高会导致设备的空隙被堵塞，影响生产效率和质量。因此需要加强对硅粉质量指标的调整，将硅粉粒度控制在40到120目，铝含量控制在0.1%以下。
我国电子级多晶硅产业发展现状
电子级多晶硅是集成电路产业链初始原料，随着近年来智能手机、物联网、云计算等技术应用的扩增，集成电路产业对于电子级多晶硅的需求不断提升，同时对产品质量也提出了更为苛刻的要求。
长期以来全球电子级多晶硅都被美国、日本和德国寥寥数家企业所垄断，国内市场长期依赖进口。国内多晶硅行业自2007年左右才进入高速发展阶段，其中真正进入电子级多晶硅行业的时间更短，与国外先进企业长期以来的技术积累和产业化经验相比，仍存在诸多不足。
多晶硅作为一种基础材料，其最重要的特性就是纯度，这直接影响到下游半导体制程的良率，关键参数为施主杂质浓度、受主杂质浓度、碳含量、氧含量、基体金属含量、表面金属含量等。
在产品质量指标方面，国际上电子级多晶硅默认标准相较于国内高得多。据国内某企业透露，国际著名厂商Wacker公司销售的多晶硅产品实际指标一般都远远优于其担保指标。
国内的企业长期以来不能批量稳定生产出高品质电子级多晶硅产品，以往即使有个别厂家宣称能够生产出电子级多晶硅产品，但是在产品指标和性能的一致性、稳定性上与国外还是有一定的差距。
中国企业打破垄断实现进口替代
电子级多晶硅行业的技术进步持续了近半个世纪，其内在推动力就是半导体产业特别是集成电路制程的不断发展对原料需求的提高。目前中国电子级多晶硅企业已经打破技术壁垒，成功地进入了这个行业。
（图源：黄河公司官网）
近期，据国务院国资委官网显示，国家电力投资集团有限公司旗下黄河公司生产的电子级多晶硅产品质量指标远高于GB/T12963-2014电子1级品要求，经国内外20多家权威机构检测和上百次下游企业的评估、试用，产品质量完全满足分立器件研磨片、3-6英寸抛光片、8英寸、12英寸外延片和抛光片的制造要求，质量指标已与国外龙头企业相当，达到国际先进水平，完全可替代进口。
黄河公司经过十余年的系统研究，突破了副产物四氯化硅高效循环利用、三氯氢硅气体分离提纯、硅块表面金属和颗粒沾污清洗等一系列电子级多晶硅生产核心关键技术，并具有完全自主知识产权，实现了微电子单晶用多晶硅产品的规模化生产，目前，公司已成为国产电子级多晶硅生产的行业领军企业。
另据黄河公司官网介绍，其电子级多晶硅产能3300吨/年，国内集成电路硅片企业应用已超过7年，并已成为国内第一家正式向12英寸硅片客户供应的企业，打破中国电子级多晶硅完全依赖进口的局面，成为国内集成电路行业认可的电子级多晶硅供应商。
参考来源：
[1]马启坤等：电子级多晶硅生产关键工艺控制
[2]张洪斌等：电子级多晶硅生产技术分析
[3]吴锋：集成电路用电子级多晶硅沉积工艺研究
[4]吴锋：集成电路用电子级多晶硅大规模产业化技术实践
[5]张鹏远等:结合多晶硅国家标准浅析电子级多晶硅生产控制要点
（中国粉体网编辑整理/平安）
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