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​多晶硅的制备、提纯工艺详解

2022-07-23 16:45
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集成电路原材料之一是硅,按其晶体结构可分为多晶硅和单晶硅,虽然工程师需要了解多方面的知识,但部分行业也要求工程师了解单晶硅和多晶硅的制备工艺,所以本文将重点谈谈多晶硅的制备工艺。

制备多晶硅,是采用地球上最普遍的原料石英砂(也称硅石),是指二氧化硅,通过治炼获得多晶硅,再经一系列化学的、物理的提纯工艺就可制作出半导体纯度的多晶硅。

电子级多晶硅纯度可达11N。

1、冶炼

冶炼是采用木炭或其他含碳物质如煤、焦油等来还原石英砂,得到硅,硅的含量在98-99%之间,成为冶金级硅,也成为粗硅或硅铁。

SiO2 + 2C——> Si + 2CO

主要杂质有:Fe、Al、C、B、P、Cu,要进一步提纯。

2、提纯

①酸洗:hydrochlorination

硅不溶于酸,所以粗硅初步提纯是用HCl、H2SO4、王水、HF等混酸泡洗至Si含量99.7%。

Si + 3HCI——>SiHCl3 + H2

Si + 2Cl2——>SiCl4

②蒸馏提纯:distillation

原理是利用物质的非典不同,而在精馏塔中通过精馏来对其进行提纯。

现将酸洗过的硅氧化为SiHCl3或SiCl4,常温下SiHCl3(非典31.5℃)与SiCl4(非典57.6℃)都是业态,蒸馏获得高纯的SiHCl3或SiCl4.

③分解:discomposition

氢气易于净化,且在Si中溶解度极低,因此多用H2来怀远SiHCl3和SiCl4,还原得到的硅就是半导体纯度的多晶硅。

SiCl4 + 2H2——>Si + 4HCl

SiHCl3 + H2——>Si + 3HCl

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