[发明专利]通过利用四氯硅烷减少壁上沉积的流化床反应器生产硅

说明书

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C.120，本申请要求2008年11月5日提交的美国专利申请号12/265,038的权益。将美国专利申请号12/265,038并入本文以供参考。

关于联邦资助研究的声明

无

背景技术

众所周知，通过被称为西门子工艺(Siemens process)的方法可以制造棒形硅。将包括氢和硅烷(SiH₄)的混合物或包括氢和三氯硅烷(HSiCl₃)的混合物供入含有温度保持在高于1000℃的籽晶杆的分解反应器中。硅在该籽晶杆上沉积，并且副产物气体混合物以排放流排出。当使用包括氢和三氯硅烷的混合物时，排放流包括氢、氯化氢、氯硅烷、硅烷和硅粉末。为本申请的目的，术语“氯硅烷”是任意具有一个或多个与硅结合的氯原子的硅烷类型，并且包括，但不限于一氯甲硅烷(H₃SiCl)、二氯甲硅烷(H₂SiCl₂)、三氯硅烷(HSiCl₃)、四氯硅(SiCl₄)以及各种氯化的乙硅烷(例如六氯乙硅烷和五氯二硅烷)。为本申请的目的，术语“硅单体”是指每一分子具有一个硅原子(例如硅烷、或HSiCl₃或HSiCl₃和SiCl₄的化合物)的任何硅烷类型。在排放流中，氢和氯硅烷(例如SiCl₄以及HSiCl₃)既可以来自未反应的供入气体，也可以来自所述分解的反应产物。排放流经过复杂的回收工艺，其中浓缩、洗涤、吸收和吸附是经常用来促进用于循环的供入物质HSiCl₃和氢的捕集的单元操作。与西门子工艺相关的一个问题是，由于控制该反应过程的化学平衡和动力学，难以取得多晶硅产品对供入的硅的高收益。

通常只能取得多晶硅最大理论收益的50％，或更少。而且，西门子工艺要求相对高的能量输入，而只能获得相对较低的收益。

替换的方法是将包括氢和硅烷的混合物或包括氢和三氯硅烷的混合物供入含有在高温下也保持近似球形珠子的硅的流化床中。这些珠子的尺寸变大，并且当达到足够大时，作为产物从流化床反应器(FBR)的底部穿出。排出气体离开FBR顶部并且通过与上述用于西门子工艺的回收工艺类似的回收工艺送出。与西门子工艺的50％至70％相比，这种工艺的收益大概是理论最大值的90％。

使用FBR工艺的一个问题是，必须加热所述珠子，使其温度高于平均的床温度以促进热传递。这可以通过，例如热壁反应器、微波能量、无线电频率感应加热或红外辐射实现。所有的加热方法都具有特有的操作问题。不过，一个问题是FBR的底部可以是热的，并且当供入气体只含有SiCl₃和氢时，该气体是活性的。结果，供入气体分配器、成串的大粒珠子和反应器侧壁易于快速沉积硅。这些沉积随后破坏了适当的供给分布、产品分离和系统的热传递。使用FBR工艺的另一个问题是产品质量通常不足以用于集成电路的制造；不过，FBR工艺的产品可以用于太阳能级的应用。

在多晶硅工业中需要利用西门子反应器(Siemens reactor)提高多晶硅生产效率以减少副产品和能量消耗。在多晶硅工业中需要改进FBR技术以防止在FBR壁上形成硅沉积。

发明内容

一种方法，包括靠近流化床反应器(FBR)壁提供蚀刻气体。

附图说明

图1是此处所述工艺的流程图；

图2是分配板的俯视图；

图3是FBR底部的横截面图。

参考标号：

具体实施方式

一种生产硅的方法，包括：

1)向流化床反应器(FBR)的内部区域供入包括氢的沉积气体和硅单体，同时

2)向FBR的周边区域提供蚀刻气体，

其中周边区域位于内部区域和FBR壁之间。在步骤1)中，硅单体可选自硅烷(SiH₄)和三氯硅烷(HSiCl₃)。将沉积气体和蚀刻气体引入FBR的加热区中。步骤1)中硅单体的量足以使硅沉积在位于FBR的加热区上方的反应区中的流化硅颗粒上。步骤2)中蚀刻气体的量足以蚀刻FBR壁上的硅。蚀刻气体基本上由SiCl₄组成。