[发明专利]一种多晶硅的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅的制备方法，具体地说，涉及一种采用封闭循环系统将工业级别的硅生成电子级别的硅的制备方法。 

背景技术

工业级别的硅包含大约1％的杂质，通常是由一种硅土复合材料获得，如沙子。为了使这种工业硅用到电子设备上，这种硅必须被进一步精炼到含杂质少于十亿分之一，即多晶硅。 

为了完成这项工作，半导体电子工业已经采用西门子法或改良西门子法，以及流化床法等工艺技术批量生产多晶硅。 

西门子法或改良西门子法，关键点在于起反应的气体和一种抗热起始棒(即硅芯)接触，该起始棒以厘米增长作为多晶硅硅产生后的沉积。该反应通常采用钟罩型反应器，反应器内硅棒表面温度在1100℃左右。该工艺使用一种单独的设备以工业硅和氯化氢为材料，被使用来生产和提纯三氯化硅和/或四氯化硅。氯化氢通常是在另外一种设备中生产或单独购买。在纯净的三氯硅烷和/或四氯化硅被设备生成之后，会被传送到多晶硅提纯和还原反应设备中生成多晶硅和一种排出流；这股排出流有时会被放弃。在另外的时候，一些未反应的三氯硅烷和/或四氯化硅会被从排出流中分离出来循环使用。 

西门子法或改良西门子法由于使用的钟罩型反应器受其内部硅棒直径的限制，因而不能连续地生产硅产品。 

发明内容

本发明的目的是提供一种多晶硅的制备方法，该方法采用封闭循环系统以流化床法将工业级别的硅生成电子级别的硅。 

为了实现本发明目的，本发明的一种多晶硅的制备方法，包括如下步骤：

1)先将工业硅颗粒与氯化氢在氯硅烷反应堆中进行反应，生成三氯氢硅(SiHCl₃)和/或四氯化硅(SiCl₄)，以及氢气(H₂)； 

2)然后将生成物中的固体物和气体分离，分离后的固体物进入氯硅烷提纯系统进行提纯，同时将分离后的气体进入氯化氢与氢气分离系统进行处理，分离后的氯化氢返回步骤1)中的氯硅烷反应堆中用于反应； 

3)提纯后的三氯氢硅和/或四氯化硅与分离出的氢气在硅还原反应堆中进行沉积反应，得多晶硅； 

4)步骤3)的反应剩余物进入分离再循环系统，分离出的三氯氢硅和/或四氯化硅再进入步骤2)中的氯硅烷提纯系统进行提纯处理，分离出的氯化氢和氢气混合气进入步骤2)中的氯化氢与氢气分离系统进行分离，以此循环进行。 

本发明在氯硅烷反应堆中工业硅颗粒与氯化氢进行反应时，二者的重量比控制在1∶3～5。 

所述氯硅烷反应堆的反应温度为250～400℃，表压压力为0.50～0.70kg/cm²。 

步骤2)中固体物的提纯采用多次过滤和吸附。 

所述氯硅烷提纯系统包括多个氯硅烷流体吸附器和过滤器，可以将氯化物流体中杂质进行去除，以便在硅还原反应堆中进行沉积反应，获得多晶硅。 

所述硅还原反应堆的温度为850～1350℃，表压压力为0.3～1.3kg/cm²。 

步骤4)中分离再循环系统采用多次蒸馏和冷凝处理。所采用的设备为冷凝器和蒸馏塔。 

本发明采用以工业硅和氯化氢为原材料与另一单独设备中所生成的纯净的三氯硅烷和四氯化硅，传送到还原反应设备中生成多晶硅。另外，一些未反应的三氯硅烷和四氯化硅从排出流中分离出来循环使用。本发明可生产粒径约为0.5～5毫米的粒状多晶硅。 

该工艺采用含杂质的工业硅与氯化氢在氯化物反应堆内来生产三氯氢硅(SiHCl₃)和/或四氯化硅(SiCl₄)和氢气(H₂)。三氯氢硅和/或四氯化硅通过分馏和蒸馏将杂质去除而被提纯。部分含有杂质的三氯氢硅和/或四氯化硅将进一步被分馏来去除杂质，将大部分三氯氢硅和/或四氯化硅返回到氯化物反应堆，而提纯的三氯氢硅和/或四氯化硅将和氯化物反应堆中出来的氢气在一种流化床反应堆内反应，即通过流化床反应器的下部朝其上部供应反应气体形成硅颗粒移动的流化床。硅元素连续地沉积在生成多晶硅产品颗粒的流化硅颗粒的热表面上。由于硅重复沉积而使颗粒从较小的晶种不断增大，较大的颗粒会逐渐失去可动性而向下沉降。晶种被连续或定期地供给到流化床中，并且变大了的颗粒会连续地或定期地从反应器的下部取出。由于流化床法生产的连续性，因而可获得更高反应产量。