[00070812]多晶硅块酸洗过程中抑制氮氧化物产生的工艺研究

(1)任务来源： 本项目来源于江西省2011年科技支撑计划项目; （2）技术原理及性能指标： 在太阳能硅片生产过程中,硅料成本占据了硅片生产成本较重的比例。为降低硅片生产成本,目前行业内较普遍的采用了半导体行业中废除的各种高纯硅料、以及在硅片生产过程中自身产生的废料,如硅料经铸锭开方后产生的大量多晶头尾料及边皮料。然而,此部分硅料虽然能够符合太阳能级硅料纯度的要求,但是由于此类硅料在铸锭过程加工过程中表面会产生大量的固体杂质,需要进一步采用清洗工艺对其进行表面除杂,实现回收利用此类硅料的目的。 硅料酸腐蚀工艺是采用氢氟酸、硝酸及一定量的水按比例配制成溶液对硅料进行腐蚀而达到清洗的目的,其中硝酸为强氧化剂,可以将单质硅氧化成二氧化硅,而氢氟酸可以与中间产物二氧化硅反应生成络合物H2SiF6,从而不断对硅料进行表面腐蚀除杂。在此过程中存在多种配比的化学反应： Si+2HNO3+6HF=H2SiF6+2HNO2+2H2O 3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO↑+8H2O 3Si+2HNO3+18HF=3H2SiF6+2NO↑+4H2O+3H2↑ 5Si+6HNO3+30HF=5H2SiF6+2NO2↑+4NO↑+10H2O+3H2↑ 其中,NO与NO2还存在以下反应： 2NO+ H2O= HNO2+HNO3 4HNO3+2NO+ H2O= 3HNO2 2NO2+ H2O= HNO2+ HNO3 从中可以看出,在硅料腐蚀过程中会产生大量的NO与NO2（黄色烟雾主要成分）气体,虽然其会继续反应生成HNO2,但生成物HNO2会加剧硅与硝酸的反应,从而产生更多的黄色烟雾,此外,HNO2性质不稳定,很容易分解为NO2、NO与水,从而加剧黄烟的产生。 本工艺根据以上反应基理,通过在酸腐蚀液体系中添加一种添加剂,它可以与反应过程中生成的NO、NO2及HNO2反应,生成性能更加稳定的HNO3,从而有效杜绝酸腐蚀过程中黄烟的产生。 本项目拟通过工艺改进,寻找一种可代替或部分替代HNO3的添加剂,以有效降低酸腐蚀过程中黄烟的产生。其主要技术经济指标如下： 1、在不影响清洗效果的前提下减少绝大部分黄烟的产生,表现为生产现场无黄烟残留,杜绝黄烟经排风系统外泄的情况发生; 2、减少硅料损耗,使硅料损耗从原始的8～10%降低为4%。 （3）成果的创造性、先进性： 本工艺在酸洗过程中通过添加添加剂,成功实现了抑制黄烟产生的目的,方法简单、易于实际运用,并且拥有自主知识产权,已申请国家专利2项,获得授权国家专利1项。通过工艺优化,有效杜绝了硅料酸洗过程可能给环境带来的危害,此外,能够有效降低硅料损耗,产生了重大的经济效益。 （4）技术成熟度 本优化工艺经过小规模试验、中试及较大规模生产,已验证了其可行性。该工艺适用于需要经过酸洗工艺的块状硅料,包括多晶头尾料、边皮料以及不满足于半导体使用要求但可达到太阳能硅片使用要求的块状硅料。 （5）适用性与安全性 本优化工艺可以通过简单的添加添加剂即可实现目标,简单实用,添加剂化学性质稳定,具有较好的安全性。目前已在赛维公司全面推广,取得了明显的效果,大大改善了酸洗员工的现场操作环境,杜绝了黄烟产生对环境产生污染的可能。 （6）应用情况与存在的问题 目前,由于需要人工添加添加剂,人工成本有一定的提高,但与所产生的经济效益相比,仍具有重大的经济效益和社会效应。