中國粉體網訊  半導體材料是半導體工業最重要的功能材料，其中硅材料更是第一大電子功能材料。電子級多晶硅廣泛應用于微電子、晶體管及集成電路、半導體器件等半導體工業中。

隨著器件的迅速發展，對材料的純度有不同的要求、特別是集成電路不斷向微細化發展，要求硅片的直徑不斷增大，缺陷密度降低，多晶硅的純度提高。

多晶硅按純度分類，通常可以分為太陽能級多晶硅和電子級多晶硅，而電子級多晶硅純度要求達到99.999 999 9%～99.999 999 999%（9 N～11N），被專家稱之為“人類工業化能夠獲得的最純凈的物質”。

太陽能級與電子級多晶硅檢測指標對比

電子級多晶硅產業化技術瓶頸

據中國粉體網了解，目前，國內外可應用于大規模產業化生產電子級多晶硅的制備技術通常分為兩大類：改良西門子法和硅烷CVD法。

改良西門子法反應方程式

由于其工藝成熟性，國內外多晶硅廠商普遍采用改良西門子法制備多晶硅。改良西門子法是大化工過程和后端表面處理過程的結合，因為在化工過程中大量采用了精餾塔、罐、管道、壓縮機等設備，對物料和系統潔凈度的控制難度極高，需要在設備選型和系統搭建中進行額外考慮。

同時其核心環節還原是利用氣相沉積反應進行生產，采用還原爐裝備需要一個極大空間，此工序還存在開爐裝爐過程，爐內的硅粉等污染性雜質釋出會影響潔凈間，這些對于潔凈室的設計和保持都提出了挑戰。

經過還原產出的多晶硅棒只是中間產品，需要經過“破碎、篩分、刻蝕、清洗干燥”等后處理步驟，才能形成供下游客戶使用的塊狀硅料，因為多晶硅本身純度已經達到人類工業品的極限，任何外部環境和物體的接觸都會導致其表面雜質的上升，影響產品質量，如何避免這些污染也是必須面對的技術難點。

電子級多晶硅產品潔凈封裝

硅烷CVD法制備電子級多晶硅的優點主要在于硅烷較易提純，硅烷中含硅量可達87.5％，分解速度快，分解率高（最高可達99％以上），并且反應分解溫度較低，制備得到的產品純度高，硅烷熱解產生的副產物為氫氣，對環境沒有污染。

該方法制備電子級多晶硅的缺點：一是硅烷分解時容易在氣相成核，在反應室內生成硅的粉塵，一方面造成設備和管道的堵塞，影響連續生產和安全生產；另一方面由于硅烷制造成本高，導致最終的多晶硅制造成本比SiHCl3法要高。二是工藝介質硅烷屬于易燃、易爆危化品，安全性差。

另據中國粉體網的了解，對于電子級多晶硅的核心原料三氯氫硅，其生產過程受硅粉的影響作用比較大，硅粉質量指標對生產運行效率以及產品質量的控制都具有重要作用。

研究人員通過大量生產實踐研究發現，硅粉的顆粒規格與硅粉轉化以及生產運行的影響作用比較大。硅粉成分中的鋁金屬含量過高會導致設備的空隙被堵塞，影響生產效率和質量。因此需要加強對硅粉質量指標的調整，將硅粉粒度控制在40到120目，鋁含量控制在0.1%以下。

我國電子級多晶硅產業發展現狀

電子級多晶硅是集成電路產業鏈初始原料，隨著近年來智能手機、物聯網、云計算等技術應用的擴增，集成電路產業對于電子級多晶硅的需求不斷提升，同時對產品質量也提出了更為苛刻的要求。

長期以來全球電子級多晶硅都被美國、日本和德國寥寥數家企業所壟斷，國內市場長期依賴進口。國內多晶硅行業自2007年左右才進入高速發展階段，其中真正進入電子級多晶硅行業的時間更短，與國外先進企業長期以來的技術積累和產業化經驗相比，仍存在諸多不足。

多晶硅作為一種基礎材料，其最重要的特性就是純度，這直接影響到下游半導體制程的良率，關鍵參數為施主雜質濃度、受主雜質濃度、碳含量、氧含量、基體金屬含量、表面金屬含量等。

在產品質量指標方面，國際上電子級多晶硅默認標準相較于國內高得多。據國內某企業透露，國際著名廠商Wacker公司銷售的多晶硅產品實際指標一般都遠遠優于其擔保指標。

國內的企業長期以來不能批量穩定生產出高品質電子級多晶硅產品，以往即使有個別廠家宣稱能夠生產出電子級多晶硅產品，但是在產品指標和性能的一致性、穩定性上與國外還是有一定的差距。

中國企業打破壟斷實現進口替代

電子級多晶硅行業的技術進步持續了近半個世紀，其內在推動力就是半導體產業特別是集成電路制程的不斷發展對原料需求的提高。目前中國電子級多晶硅企業已經打破技術壁壘，成功地進入了這個行業。

（圖源：黃河公司官網）

近期，據國務院國資委官網顯示，國家電力投資集團有限公司旗下黃河公司生產的電子級多晶硅產品質量指標遠高于GB/T12963-2014電子1級品要求，經國內外20多家權威機構檢測和上百次下游企業的評估、試用，產品質量完全滿足分立器件研磨片、3-6英寸拋光片、8英寸、12英寸外延片和拋光片的制造要求，質量指標已與國外龍頭企業相當，達到國際先進水平，完全可替代進口。

黃河公司經過十余年的系統研究，突破了副產物四氯化硅高效循環利用、三氯氫硅氣體分離提純、硅塊表面金屬和顆粒沾污清洗等一系列電子級多晶硅生產核心關鍵技術，并具有完全自主知識產權，實現了微電子單晶用多晶硅產品的規模化生產，目前，公司已成為國產電子級多晶硅生產的行業領軍企業。

另據黃河公司官網介紹，其電子級多晶硅產能3300噸/年，國內集成電路硅片企業應用已超過7年，并已成為國內第一家正式向12英寸硅片客戶供應的企業，打破中國電子級多晶硅完全依賴進口的局面，成為國內集成電路行業認可的電子級多晶硅供應商。

參考來源：

[1]馬啟坤等：電子級多晶硅生產關鍵工藝控制

[2]張洪斌等：電子級多晶硅生產技術分析

[3]吳鋒：集成電路用電子級多晶硅沉積工藝研究

[4]吳鋒：集成電路用電子級多晶硅大規模產業化技術實踐

[5]張鵬遠等:結合多晶硅國家標準淺析電子級多晶硅生產控制要點

（中國粉體網編輯整理/平安）

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