Производство поликристаллического кремния

Поликристаллический кремний (ПКК) - стратегическое сырьё полупроводниковой промышленности. В основном ПКК используется для получения монокристаллического кремния (МКК) и мультикремния (МК). По качеству ПКК разделяют на кремний «солнечного» качества и «электронного» качества.

ПКК «электронного» качества с массовой долей примесей - 10-7 ÷ 10-8 % используется в современной микроэлектронике, промышленной и силовой электронике.

ПКК «солнечного» качества используется в энергетике для производства солнечных батарей.

Сырьем для производства ПКК является кремний «металлургического качества» с чистотой до 98-99%

Более 90% мирового рынка поликристаллического кремния контролируют компании США, Японии, Германии и Италии.

В настоящее время в мире существует дефицит ПКК, в связи с чем в ряде стран приняты программы по развитию кремниевого производства.

Ранее в СССР производилось до 12% мирового поликристаллического кремния, основные производственные мощности располагались в Украине и Киргизии.

Среди российских производителей поликристаллического кремния можно перечислить:

• Подольский химико-металлургический завод
• Красноярский Горно-химический комбинат (г. Железногорск)
• Предприятие ООО «Усолье-Сибирский Силикон» группы НИТОЛ.

В настоящее время в России монокристаллический кремний на предприятиях вырабатывается из высокочистого зарубежного сырья, поэтому вопрос развития производства поликристаллического кремния остается актуальным.

Получение чистого и сверхчистого кремния требует предварительного синтеза чистейших исходных соединений кремния (SiCl4, SiHCl3, SiH4), из которых кремний извлекают путем восстановления или термического разложения.

Традиционно для получения поликристаллического кремния используется технология “Siemens C”, на долю которой приходится основная часть (>70%) мирового производства поликристаллического кремния.

Из технического кремния хлорированием синтезируют трихлорсилан (ТХС), который очищается путём многостадийной ректификации от побочных продуктов синтеза трихлорсилана - Н2, НСl, тетрахлорида кремния (ТХК) и направляется в реактор водородного восстановления, где происходит процесс осаждения кремния на стержни-основы. Выделенные при очистке синтезированного ТХС побочные продукты возвращаются обратно в цикл производства ПКК. Хлористый водород возвращается на синтез ТХС, синтезированный ТХК и часть водорода направляются на конверсию ТХК (преобразование ТХК в ТХС), остальной водород подается на водородное восстановление кремния.



В процессе восстановления кремния в реакторах помимо продукта – чистого поликристаллического кремния – образуются побочные продукты – тетрахлорид кремния и хлористый водород, которые в смеси с непрореагировавшими водородом и трихлорсиланом, а также продуктами конверсии ТХК направляются на установки, где происходит отделение Н2, НСl, а также разделение оборотных хлорсиланов на ТХС и ТХК, возвращаемых в технологический процесс. Оборотный трихлорсилан с водородом возвращаются в реакторы восстановления кремния, хлористый водород – на синтез ТХС, а оборотный тетрахлорид кремния направляется в конверторы для преобразования в трихлорсилан.

В 2007-2009-х годах ГК «ЛЕННИИХИММАШ» выполнено два проекта производств поликристаллического кремния мощностью 300 и 3000 тонн в год.

По оригинальной технологической схеме специалистами ГК «ЛЕННИИХИММАШ» были разработаны установки конденсации хлорсиланов и разделения парогазовой смеси, включающие получение продуктов высокой чистоты, - четыреххлористого кремния, трихлорсилана, водорода и хлористого водорода с целью дальнейшего их возврата в производство поликристаллического кремния, а также установки очистки и нейтрализации промстоков и отходящих газов, обеспечивающих защиту окружающей среды от вредных выбросов.

Разработанная ГК «ЛЕННИИХИММАШ» методика расчета очистки сбросных газов и утилизация промстоков промышленного производства поликристаллического кремния применима и для других продуктов полупроводниковой группы.

ГК «ЛЕННИИХИММАШ» также было разработана, изготовлена и поставлена на площадку большая часть основного технологического оборудования установок, трубопроводная арматура, а также приборы КИПиА.

Строительство данных установок в настоящее время ведется на ООО «Усолье-Сибирский Силикон» компании НИТОЛ.