技术管理
西门子法多晶硅生产中的质量控制措施
刘宁贾明（陕西天宏硅材料有限责任公司，陕西咸阳712038）
摘要：目前，国际和国内多数多晶硅工厂仍用西门子法生产工艺，尤其是国内近几年经过不断对现有工艺持续改进，西门子法冷氢化工艺日趋完善和成热，各规模企业在实际生产中对生产高质量的多晶硅电有了较多的经验和总结，这对我国未来多晶硅行业的发展奠定了坚实基础。但由于西门子法工艺中涉及到的系统很多，包括合成、精馅、分高、气相沉积等等，要真正实现连续、稳定、高质量的生产难度较高，本文主要针对多晶硅生产中的质量控制提出新的思路，通过生产过程的质量控制，实现稳定高质量的多晶硅生产。
关键调：西门子法；多晶硅；质量控制 1多晶硅质量控制的难点
多晶硅生产的质量特点一是纯度高，产品的主要杂质含量要求控制在ppb级，而且主要杂质种类复杂，这远远高于一般化工产品的品质要求。二是检测困难，中闻产品（如成品三氯氢硅)的金属杂质检测已接近检测仪器的下限，存在很大的不稳定性；成品多晶硅的检测要通过拉制成单晶检测，对检测过程要求较高。三是调节滞后，质量波动周期较长，由于多晶硅成品的生长周期约在170h，而检测结果反应出质量间题后，系统调节需要过程，因此质量一旦波动，周期较长。
2质量系统环节 2.1环节类别
多晶硅中核心的质量控制环节在精馏工序，但决不可仅限于此工序。目前对于西门子氟氢化工艺系统中的质量系统控制可分为四大类：原料、生产和工艺稳定性、外界污染、异常泄露等。其中原料主要是外购的三氯氢硅和硅粉，工艺稳定性主要包括精馏等各工序本身的操作工艺稳定和整个系统物料平衡的稳定，外界污染主要涉及开放工序的还原炉拆装、后续破碎腐蚀、各设备的维修洁净度控制以及还原工序的生产环境异常泄露是多晶生产中最需要重视的问题，由于整个工序中用到大量的换热器都是通过循环水换热，水对物料（三氯氢硅)的危害是致命性的，微小渗漏都会造成严重的质量间题，但又不容易发现，因此一且发生大的质量间题必须对此进行排查。
3典型环节分析 3.1原料
硅粉质量：国外厂家对硅粉的要求十分严格，一般对金属杂质指标在10个以上的指标要求，不单单是硅粉牌号的要求(硅粉牌号基本在3303以上)，对金属杂质重点指标和粒径大小的要求也不同，都是根据自身冷氢化合成炉的工艺特点确定。而国内出于成本的考虑硅粉的牌号一般比国外低，通常为441 硅粉，也有使用更低牌号的，从实际生产来看，低牌号的硅粉虽然从合成氯硅烷甚至精馏后的三氯氢硅中B、P等指标无太大变化，但多晶硅往往只能达到太阳能级，因此高品质的多晶硅生产要有高品质的硅粉原料作为保证，
外购三氯氢硅：目前国内的多晶硅工厂多以外购的三氯氢硅作为补充原料进入生产系统，对这部分外购原料的控制难点不紧紧在于B、P、Fe、AI等金属杂质的控制，还在于对甲基氯硅烷含量的标准进行控制，含甲基氯硅烷的原料进入系统很大程度上会造成多晶硅碳含量超标，很多时候会通过回收氢气中甲
74化*2015年10月万方数据
烷的急剧上升表现出来。另外对原料厂家工艺要定期进行评
定，确保物料的稳定性。 3.2关键工序
精馏工序是多晶硅生产质量的核心，各个厂家虽然工艺流程不同，但都有自身严格的工艺管理体系，精馏工艺除本身的回流比调节、温度压力、进料流量等参数控制外，还需关注整个系统物料平衡，冷氢化与热氢化相比，精馏受还原炉、氯氢化运行影响程度更大，在上述两个系统出现间题时，精馏的稳定调节尤为重要，非紧急情况下进料量调节应控制在2t/h以内。精馏废液排放非常关键，实际排放量更应以脱重塔，DCS分离塔塔签的Fe、AI含量指标确定，单纯以塔釜B、P确定或精产品出料杂质确定排放量时会对真正的产品质量形成误导。大排放量是稳定产品质量的关键因素之一，但同时会造成生产成本升高，目前许多厂家都建立了废液回收系统，这值得在整个行业内推广。
氯氢化单元是真个氯氢化的生产核心，正常运行状态下，氯氢化的产品质量相对稳定，真正影响质量的因素在于浆料排放系统的通畅，氯氨化的浆料易堵塞管道，一且浆料排放不及时其产品中的Fe、AI含量变化明显，这成为质量控制中较直观的表现因素。
3.3公用工程对质量的影响
涉及多晶质量的新鲜氢气、氮气等多以露点、含氧量代表其质量，一般不会出现大的质量波动，容易引起忽视，但需要特别警醒对上述系统串气、串料情况的系统检查，从目前多晶工厂发生的质量事故或安全隐患事故中已发生多起此类事故，如由于制氢电解槽泄露，碱液漏人氮气系统情况，此类事故危害巨大，应特别注意。对蒸汽系统，目前还原炉大部分都进行热量回收进行闪蒸，闪蒸蒸汽用于精馏系统，还原炉运行不稳定时，闪蒸汽会出现波动影响精馏系统，这就要求整个蒸汽系统
需具备很好的调节功能，可考虑并行的双阀门调节系统等。 3.4环境
对还原工序时刻不能忽视洁净度的控制，尤其是拆装炉破碎等工序，国外先进的厂家对还原炉的拆装、破碎、包装实现了全机械化，最先进的是在水中进行电弧破碎，杜绝了人为污染。因此介于国内生产实际，只能在控制车间和操作过程的洁
净度采取措施，杜绝外来污染。 3.5其它
多晶硅硅的检测目前是行业难题，尤其是对中间过程(液体物料)而言，除需对检测相关方法进行进一步研究外，对检测本身的环节控制同样涉及到药品、试剂、操作洁净度等。其它如串料、泄露等都应作为常规检查，对换热器等除在线检测外还须采取定期离线采样分析的方式，一旦异常应立即采取措施
予以解决。 4结语
多晶硅的生产有很大的特殊性，对质量的控制应严格贯彻质量标准化体系，技术、检验、质量、生产多部门联动控制，质量控制要深人每一个员工，以稳定、连续生产为基础，才能保证高质量的多晶硅品质。