在还原炉中，氢还原
反应生成的多晶硅沉积在硅棒的外皮上，使硅棒逐渐
长粗；这也可以认为是硅棒的外皮被逐渐加厚 。硅棒的外皮加厚，直径变粗与时间有关，只
要还原炉里的原料气配比、温度、压力及硅棒附近的
气体速度等条件不变，其硅棒在单位时间里的增长速
度就基本一致，也就是说，硅棒在单位时间里的增长
厚度是一致的。
人们把硅棒被加厚的速率称为厚度沉积速率。硅
棒的厚度沉积速率可用下式来表示：
δ１＝δ犺
狋
（１０１）
式中 δ１———厚度沉积速率，ｍｍ／ｈ；
δ犺———硅棒被加厚的厚度，ｍｍ；
狋———沉积的时间，ｈ。
为了方便起见，下面将厚度沉积速率简称为沉积
速率δ１。
过去，有些多晶硅生产厂家的沉积速率δ１ 很低，
一般在每小时０．１ｍｍ 左右。经过改进，有些多晶硅
生产厂家的沉积速率得到提高，有的可以达到每小
时０．５ｍｍ。
!$$多晶硅产率基本上是与沉积速率δ１ 成正比的，很清楚，由每小时０．１ｍｍ左右上升至每小
时０．５ｍｍ时，同样的设备、同样的电耗、同样的人力，而产量却增加了４倍还多，成本也就
会大幅度下降。
怎样来提高沉积速率δ１ 呢？
可以通过控制稳氢还原反应的沉积温度、选择好原料气的配比、加大还原炉里原料气的流
量、控制好原料气体的流速及设计好进气管的喷嘴来提高沉积速率δ１。
（１）控制稳氢还原反应的沉积温度。沉积温度是决定还原反应的重要因素之一。四氯化硅
或三氯氢硅的氢还原反应是一种可逆反应。试验证明，在还原炉中，还原反应与它的逆反应是
同时存在的；也就是说，在还原炉中发生氢还原反应，使多晶硅沉积在硅棒上；与此同时，还
原炉中还发生逆反应，使硅棒上的多晶硅氯化，重新变成四氯化硅或三氯氢硅。也就是说，还
原反应生成多晶硅；逆反应消耗多晶硅。
从中可以看出，要想提高沉积速率δ１，就应该想方设法遏制住逆反应；如果不行，也要
削弱逆反应，使还原反应占据绝对主角。
根据化学反应速率和化学平衡原理分析，四氯化硅或三氯氢硅还原是吸热反应，因此，升
高温度使平衡向吸热一方移动，即有利于硅的沉积。理论上，温度越高，沉积速率越快。其
实，四氯化硅或三氯氢硅还原并非如此，而是有个最佳温度犜 ，图中犜１ 为三氯氢硅
最佳温度，犜２ 为四氯化硅最佳温度）。在这一反应温度时，还原率最高。当温度超过最佳温度
时，还原率不仅不会升高，反而还会下降。以四氯化硅氢还原为例，还原反应在９００℃开始，
在９００～１１００℃范围内，还原率几乎是直线上升，升至１２００℃时到达最高点。在１２００℃比
１０００℃时还原率高了２０％。但是，温度继续升高就看不到明显变化了，而且还原率还有渐降
的趋势。
出现上述情况，可能与逆反应的存在有关。因此，控制稳氢还原反应的沉积温度，使其尽
量接近最佳反应温度值。实践证明，三氯氢硅在１１００℃左右，四氯化硅在１２００℃左右时，氢
还原反应占据绝对主角，还原率最高，也就是说，１１００℃和１２００℃分别是三氯氢硅和四氯化
硅的最佳反应温度。由此可见，控制稳氢还原炉中的温度并使其尽量接近最佳反应温度值，这
是一种削弱逆反应的有效方法，也是提高还原率和沉积速率δ１ 的一个有效方法。还原率与温度的关系
犜１—三氯氢硅最佳温度；犜２—四氯化硅最佳温度
原料气配比与还原率的关系
（２）选择好原料气的配比。参加还原反应的四氯化硅或三氯氢硅和氢都是气态的，所以统
称为原料气。原料气的配比是指氢气与四氯化硅或三氯氢硅之间的配比。它是决定还原反应的
重要因素之一，对还原率和产品的纯度都有很大影响。一般为了满足化学反应，都是按化学当
量来配比，也就是按照化学反应式来计算原料配比。可按化学当量配比，对于制备多晶硅的氢
!$%还原反应行不通。不管是以三氯氢硅，还是以四氯化硅为原料，如果按化学当量来配比进行反
应，则还原率很低，甚至看不到硅的沉积。其根本原因是氢气量不足。实践证明，氢气必须比
化学当量值过量若干倍。氢气过量，不仅还原率会提高，而且产品结晶的质量也好。
但是，氢气过量太大也不行。氢气过量太大，不仅氢气得不到充分利用，而且还会降低多
晶硅的沉积速率。其道理也很简单，氢气太多，四氯化硅或三氯氢硅原料与氢反应充分，其还
原率高，但还原炉里的氢气太多，没能参加反应的氢气就多，而且它们也会占据硅棒周围的空
间。这些没能参加反应的氢气占据了硅棒周围的空间，必然要影响反应生成的多晶硅顺利地沉
积在硅棒上，所以沉积速率δ１ 会降低 。