多晶硅中能硅業(yè)探索畢業(yè)論文-閱讀頁
2025-07-12 15:45本頁面
【正文】 蒸發(fā)器又叫汽化器，主要是由換熱器、分離器以及儀表閥門組成。 蒸發(fā)器的基本作用是，使SiHCI3汽化蒸發(fā)為氣體，并與H2氣形成一定配比（也叫摩爾比）的混合氣，為還原爐提供原料，蒸發(fā)器的控制原理如下：蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)及控制示意圖根據(jù)氣體的分壓定律，混合氣中各組分其它的體積比等于其分壓之比，根據(jù)摩爾的定義，氣體的體積比也等于其摩爾比，即：m1m2＝V1V2＝P1P2 因此，只要確定了混合氣中H2和SiHCI3的分壓，就確定了混合氣的配比（摩爾比）。而混合氣的壓力等于各組分氣體的分壓之和，即： P總＝PSiHCI3＋PH2 這樣，在確定了SiHCI3的分壓PSiHCI3的情況下，只需要控制住混合氣的總壓P總，就可以得到需要的氫氣分壓PH2，所需的混合氣比例也就得到了。 還原爐還原爐的基本結(jié)構(gòu)如下：還原爐通常采用鐘罩式結(jié)構(gòu)，由爐筒（鐘罩）、底盤、電極、視孔、進出氣管及其它附屬部件組成，一般采用不銹鋼材質(zhì)制成，以減少設備材質(zhì)對產(chǎn)品的粘污。爐頂可設安全防爆孔或硅芯預熱設備。進出氣管可采用夾套式，出氣管在外面包住進氣管，這種結(jié)構(gòu)有利用熱的還原爐尾氣初步預熱進爐的混合氣，并使尾氣得到冷卻。底盤是夾套式的，在底盤上布置有一定數(shù)量的電極，爐內(nèi)的硅芯就通過石墨卡瓣插裝在電極上，還原爐的控制電源通過電極向硅芯供電，使硅芯維持發(fā)熱，提供爐內(nèi)反應所需的溫度。電極中間是空心的，可以通冷卻水進行冷卻，以防止電極的密封墊圈損壞，電極與硅芯用石墨夾頭進行連接。如果爐壁與硅棒靠的太近，特別是生產(chǎn)后期，硅棒直徑不斷漲粗，使爐壁溫度升高，當達到一定溫度時，爐壁上也容易沉積出多晶硅，在進一步沉積過程中，這部分硅散裂而被氣流帶至硅棒載體表明，使硅棒表明粗糙或夾雜氣泡，這是后工序拉制單晶硅所不希望的。但是，距離過大，會影響氣流循環(huán)（氣場）而降低還原效率，并減少爐體有效空間利用率。在半導體多晶硅的生產(chǎn)中，必須先在氫還原爐中設置硅棒，然后采用三氯氫硅或四氯化硅氫還原制得產(chǎn)品多晶硅。在大產(chǎn)率工藝中，進入爐內(nèi)的物料流量要求隨時間的推移有數(shù)十倍的變化，如果仍然采用固定截面積的進氣口則進氣口的物料流量線速度也會有數(shù)十倍的變化，這樣就會使硅棒直徑和溫度很不均勻。3．2 SiHCI3氫還原反應影響產(chǎn)率的因素3．2． 1氫還原反應沉積溫度硅和其他半導體一樣，自氣相往固態(tài)載體上沉積時都有一最高溫度T最大，當反應溫度超過這個溫度，隨著溫度的升高沉積速度反而下降，各種不同的硅鹵化物有不同的T最大，此外，還有一個平衡溫度T，高于該溫度才開始反應析出硅。溫度\反應（41）（42）（43）900℃△F2805619012720K0．3014．20．004271000℃△F66769255K1100℃△F312971715709K1200℃△F608276582147K溫度太高，沉積硅的活性增強發(fā)生硅腐蝕反應，生產(chǎn)副產(chǎn)物加多，受到設備材質(zhì)玷污的可能性增加。3．2．2．混合氣配比采用化學當量計算配比的氫氣進行還原時，產(chǎn)品呈非晶型褐色粉末析出，而且收率很低，這是由于氫氣不足，發(fā)生其他副反應的結(jié)果。上圖為：氫氣和三氯氫硅配比與還原反應產(chǎn)率圖，縱坐標為平均轉(zhuǎn)化率（%）為了提高硅的實收率，希望抑制反應（42）即熱分解反應，而使氫還原反應占優(yōu)勢。3．2．3．反應氣體流量選定合適的氣體配比以及反應溫度后，在保證達到一定沉積速度的條件下，通入還原爐的氣體流量越大，爐子的產(chǎn)量就越高，這是因為增大氣體流量后，使得爐內(nèi)物料濃度增加，爐內(nèi)氣體踹動程度增加，同時有效消除灼熱載體表面的氣體邊界層，其結(jié)果將增加反應速度使硅的實收率得到提高。3．2．在硅棒生長期間，如果爐內(nèi)溫度比較穩(wěn)定，無裂棒報警和電流波動情況下，盡可能地延長反應時間，由于硅棒表面積增加，有利于提高產(chǎn)品沉積速度，降低消耗，提高多晶硅生產(chǎn)效率。例如，硅棒總長為6米左右的還原爐，當硅棒最終直徑不同時，其生產(chǎn)能力不一樣，粗略估計，大約有如下關系：硅棒直徑㎜20304050生產(chǎn)能力㎏h80110140170所以，在電器設備容量及電流足夠大的情況下，盡可能的延長多晶硅的生產(chǎn)時間，使其硅棒表面積盡量大，有利用提高生產(chǎn)效率。在生產(chǎn)中，進入還原爐的混合氣體量也要隨硅棒直徑的增大而增大，否則表面積而原料的數(shù)量未隨之增加，硅的沉積速度也無法增大了，就不可能達到提高生產(chǎn)率的效果。一般的規(guī)律是，硅棒直徑增大，則電流增大，電壓降低，但消耗的總功率逐步增大，這樣才能得到硅棒表面溫度始終不變的目的。假如每一爐多晶硅的產(chǎn)量為2300Kg，每一爐多晶硅的生產(chǎn)周期為200小時，由：SiHCl3+H2→Si+HCl 28 可得： 53863Kg則SiHCl3的實際用量為： MA===179543Kg故可得：qm=== production 1995～2003 , 1995.[18] Rogers L O. Handbook of semiconductor silicon technology [M] . Jersey ,1990 , 33～93.[19] Conventional polysilicon process (Siemens Technology)report , DOE J PL , Nat Tech Inform Center Springfield , 1981 , 208.[20]劉相臣 張秉淑 《化工裝備事故分析與預防》 王陽元 趙寶瑛 [21]《微電子學叢書多晶硅薄膜及其在集成電路中的應用(第二版) 》
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