[发明专利]氢等离子体辅助制造多晶硅的系统和方法

权利要求书

1.一种利用等离子体生产多晶硅的方法，原料气体采用二氯甲硅烷、三氯甲硅烷以及四氯化硅中的一种或几种，还原气体采用氢气，其特征在于，氢气、原料气体和非必需添加的辅助气体混合后通过等离子体发生装置转换为等离子体输送到还原炉中；或者将氢气与辅助气体混合后通过等离子体发生装置转换为等离子体后与原料气体分别输送到还原炉中，在还原炉内的硅芯上沉积出多晶硅锭，所述辅助气体选自氦气、氖气、氩气和氪气中的一种或几种，其中等离子体的温度为400～1200℃，等离子体发生装置以及还原炉内的气压为0.5～1巴，并且硅芯棒的温度相应加热到600～1200℃。

2.如权利要求1所述的方法，其中，等离子体的温度为600～1000℃。

3.如权利要求2所述的方法，其中，等离子体的温度为700～850℃。

4.如权利要求1所述的方法，其中，等离子体发生装置以及还原炉内的气压为0.85～0.95巴。

5.如权利要求1所述的方法，其中，硅芯棒的温度相应加热到700～850℃。

6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其中，氢气与原料气体在输入等离子体发生装置之前或输入还原炉之前先被还原炉反应后的尾气预热。

7.如权利要求1-5任一项所述的方法，其中，还原炉内的硅芯棒电阻率为20～150Ω·cm。

8.如权利要求1-5任一项所述的方法，其中，所述等离子体发生器为电子回旋共振等离子体、感应耦合等离子体或热灯丝等离子体其 中的一种。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述等离子体发生器为感应耦合等离子体。

10.一种利用等离子体生产多晶硅的装置，用于实施如权利要求1所述的方法，包括带有冷却装置的炉筒，炉筒安装在底盘上，炉筒顶部和/或底盘安装有气体进料装置，可从顶部底盘同时进料也可仅从底盘进料，底盘安装有尾气排出口，底盘上设置有加热电极，电极上一一对应设置有硅芯棒，原料气体采用二氯甲硅烷、三氯甲硅烷以及四氯化硅中的一种或几种，还原气体采用氢气，其特征在于，沿硅芯棒排列的几何中心位置设置有等离子体发生装置，等离子体发生装置通过设置在炉筒顶部和/或底盘的气体进料装置将氢气与原料气体或者非必需添加的辅助气体按照沿硅芯棒排列的几何中心位置通入还原炉。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，等离子体发生装置的反应区内壁材质由石墨、石英、高纯硅、碳化硅以及氮化硅中的一种或多种组成，内壁结构为一层或多层的材料复合结构。

12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述等离子体发生装置在进气前带有一个气体混合器，所述混合器分别带有控制氢气、辅助气体以及原料气体流量的流量阀。

13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述等离子发生装置带有负氢等离子体发生器。

14.如权利要求10-13任一项所述的装置，其特征在于，原料气体可通过流量阀控制全部通入气体混合器后进入等离子体发生装置，或部分通入气体混合器而另一部分直接通过设置在炉筒顶部和/或底盘上的进料口与等离子体发生器转换后的等离子体混合一起通入还原 炉，也可全部直接由进料口通入还原炉。

15.如权利要求10-13任一项所述的装置，其特征在于，所述利用等离子体生产多晶硅的装置还设置有气压控制装置且还原炉内硅芯棒的电阻率为20-150Ω·cm。