[发明专利]高纯度硅的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅的制造领域，尤其涉及一种用于太阳能电池原料的高纯度硅的制造方法。

背景技术

高纯度硅作为半导体装置用硅单晶原料，一般采用西门子法(siemensprocess)来制造。但是，高纯度硅作为今后具有巨大需求的太阳能电池用硅单晶或多晶铸锭的原料，由于西门子法成本高，为了制造低成本的高纯度硅，现在关于西门子法以外的各种制造方法正在提案乃至开发中。

其中之一的锌还原法，在西门子法未实施50多年前曾一度使用，之后1978至1980年在美国的Battelle columbus研究所(Battelle columbusLaboratory)，以低成本化为目的，从副产物氯化锌中由熔融盐电解而回收锌和氯，组合再回收利用的步骤，实施了此方法。该方法(以下称为BCL法)的特征为：使作为原料的四氯化硅与锌，各自以蒸气状态导入至反应炉，固相析出粒状乃至粉末状的硅，将副产物氯化锌和未反应的四氯化硅以及锌通过凝聚器(condenser)各自进行分离回收，将由四氯化硅和锌以及氯化锌的电解所得到的锌在还原步骤中进行再利用。但是，由于反应炉及凝聚器中对各物质分离不完全而产生各种问题，之后该方法没有被实际应用。

之后，对上述的BCL法，通过设定还原反应温度的范围、或使锌蒸气相对于导入的四氯化硅的摩尔比大于化学反应方程式的当量比等，从而控制生成的硅的粒径和形状，以提高硅的收率为目的，已提出数个方案并申请专利(如：参照专利文献1～6，其中，专利文献1为日本特开2003-34519号公 报、专利文献2为日本特开2003-95633号公报、专利文献3为日本特开2004-18370号公报、专利文献4为日本特开2004-210594号公报、专利文献5为日本特开2004-284935号公报、专利文献6为日本特开2006-290645号公报)。然而，这些方案均包括在上述BCL法的范围内，对于BCL法中的问题点，即反应生成物的完全分离与完全回收以及再利用的根本解决方案则各方案中均没有被提及。

发明内容

本发明实施例提供一种高纯度硅的制造方法，是解决BCL法中反应炉及凝聚器中各物质分离不完全而无法进行工业化实用性的问题，能以良好的生产性实现BCL法中反应生成物的完全分离与完全回收以及再利用，目的是提供可以低成本大量生产太阳能级多晶硅的制造方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施例提供的高纯度硅的制造方法，具体为：形成具有加热、保温、冷却功能的容器1以及容器2、与具有冷却功能且在出口侧具有经废气处理装置与外界气体相连的容器3按照容器1、2、3的顺序串联结合的系统；

其中，使容器1、2、3各自的温度维持在910至1300℃、300至400℃、0℃以下，同时从容器1的入口处，使纯度为6N的惰性气体、四氯化硅气体、以及锌蒸气在1000至1200hPa(百帕)压力下流向容器1，并维持四氯化硅的化学当量比高于锌的状态，其中，6N中的N表示纯度百分率中9的个数。

在容器1使硅固相析出，在容器2使氯化锌液相凝聚的同时获得硅的微粒子，在容器3使剩余的四氯化硅液相凝聚并回收，而在系统内不包含从反应生成物中分离锌的步骤。

上述方法中，由于容器1中的温度范围为910至1300℃，故沸点为907℃的锌和沸点为58℃的四氯化硅以气相状态瞬间100％反应，熔点为1414℃的硅则固相析出，堆积在容器1的内面。之后，以四氯化硅的化学当量比大于锌的状态下游入，锌在还原反应中全部消耗，不再存在于容器1以后的系统中。因此，在系统内完全没有必要进行从反应生成物中分离锌的步骤。而且，还原反应时如果四氯化硅的当量比多，未反应而残留的四氯化硅和还原生成的硅发生反应，会发生生成二氯化硅气体的歧化反应，此反应在1大气压下超过1352℃时会急剧进行，容器1的温度若控制在1300℃以下，可抑制该反应。容器2的温度设定为300至400℃的范围，该温度在氯化锌的熔点283℃以上、沸点732℃以下，且在四氯化硅的沸点58℃以上，故使氯化锌进行液相凝聚且从气相的四氯化硅中分离的同时，可将在容器1中生成并与反应生成气体一起被输送过来的一部分硅微粒子，以悬浊于熔融状态的氯化锌的形式由容器2进行回收。由于通过容器2的四氯化硅和惰性气体系在容器3中维持在0℃以下，故将剩余的四氯化硅予以液相凝聚并回收，只将惰性气体经由废气处理装置而释放到外部。