高纯多晶硅

集成电路器件主要是在硅材料基体上制备的，其原始材料是高纯多晶硅，即纯度很高的多晶硅材料，通常其纯度要求达到99.999 99%～99.999 999%或更高。按照纯度和用途的不同，高纯多晶硅可以分为探测器级高纯多晶硅、电子级高纯多晶硅和太阳能级高纯多晶硅，分别作为制造探测器、集成电路和太阳电池等相关半导体器件的原始材料。其中，太阳能级多晶硅纯度要求相对较低;对于集成电路用高纯多晶硅而言，其纯度要求较高，一般要达到99.999 999%以上，杂质的含量要降到10(-9)量级的水平。另外，根据形状和生产工艺的不同，高纯多晶硅也可分为棒状多晶硅和颗粒多晶硅。

高纯多晶硅的原材料是大自然中的纯度在99%以上石英砂。在电弧炉中，利用石英砂和焦炭(或木炭)在约1800C温度条件下进行还原反应，可以生成纯度为95%~99%的多晶硅，称之为金属硅(又称为冶金硅、粗硅或工业硅)。这种金属硅材料对电子工业而言，含有过多的杂质，其中主要是P、B 、C等非金属杂质和AI、Fe、Ca等金属杂质，所以这种金属硅一般作为添加剂，应用在钢铁工业或塑料工业中。

通过对金属硅的进一步提纯，可以获得高纯多晶硅，它可以用作集成电路用硅晶体的原料。为了满足集成电路的要求，高纯多晶硅(电子级)的基磷浓度、基硼浓度一般要分别小于0.15x10(-9)和0.05x10(-9);而且金属杂质浓度要小于1. 0x10（-9），碳浓度要小于0. 1x10（-6）。

制备高纯多品硅的技术有多种，但是从成本、能耗、质量等方面综合考虑，目前制备集成电路用电子级高纯多品硅主要利用三氯氢硅氢还原法和硅烷热分解法两种技术。三氯氢硅(SiHCl3) 氨还原法又称改良西门子法,在国际上被广泛采用70%-80%的电子级多晶硅是利用SiHCl3氢还原法生产的。该技术首先利用氯化氢(HCl) 和金属硅反应，生成SiHCl3;经过多次精馏工艺，提纯SiHCl3;然后利用直径约5mm的多晶硅细棒作为硅芯，通电后，加热到约100再同时通入高纯氢气和提纯后的SiHICl3,使之发生化学还原反应，生成高纯多晶硅晶体;这些多晶硅材料直接沉积在硅芯上，使得硅芯的直径逐渐增大(直径为150~ 200mm)，，最终制成棒状的电子级高纯多晶硅。

硅烷热分解法利用硅烷作为中间化合物。它易于提纯，可以通过热分解直接生成多晶硅，且分解温度相对较低。硅烷可以采用硅化镁和液氨反应，或者由SiHCl3,歧化反应等技术获得，利用精馏技术提纯后通入反应室，硅芯通电加热到850度以上，硅烷热分解生成多晶硅，沉积在加热的硅芯上，制备成棒状的硅原料。如果将硅烷通入流化床反应器，利用硅细小颗粒作为核心，通过流化床技术( Fluidized Bed). 硅烷热分解后可以得到尺寸在微米级的颗粒高纯多晶硅，适用于连续拉晶的直拉单晶硅技术。