[发明专利]一种多晶硅还原炉内衬涂层的制备方法

说明书

本发明涉及一种应用于多晶硅还原炉炉体内侧炉壁涂层(简称内衬涂层)的制备方法，具体的是改良西门子法多晶硅还原炉内衬防腐蚀红外反射涂层的制备方法。所述涂层系金属陶瓷材料，在改良西门子法多晶硅还原炉炉体内侧炉壁上直接涂敷。采用的涂敷方法为物理气相沉积法或者化学气相沉积法。所述多晶硅还原炉内衬涂层的厚度为1‑10微米，制造成本低，对炉壁的附着力强。该涂层耐高温，耐强酸强碱腐蚀，耐机械冲击和刮削，红外反射效率高，使用寿命长，可以有效降低改良西门子法多晶硅还原炉内热能向炉外传递的损失。该涂层取代纯金红外反射涂层，因而大大降低了涂层材料的费用，从而可以大幅降低改良西门子法制造多晶硅产品的成本。

(一)技术领域

本发明系一种用于多晶硅还原炉炉体内侧炉壁涂层(以下简称内衬涂层)的制备方法，具体的是涉及硅半导体材料和硅太阳能电池材料的制造。

(二)背景技术

高纯多晶硅是电子工业和太阳能光伏产业的基础原料，在未来的50年里.不可能有其他材料替代硅材料而成为电子和光伏产业主要原料。随着信息技术和太阳能产业的飞速发展，全球对多晶硅的需求迅猛增长，多晶硅价格也随之暴涨。自2006年以来，我国受市场影响，掀起了多晶硅项目的建设高潮，规模与投资堪称世界之最。我国多晶硅产量2005年时仅有60吨，2006年也只有287吨，2007年为1156吨，但2008年狂飙到4000吨以上，2009年，中国多晶硅产量达2万吨。

目前，世界上生产多晶硅的主要方法是改良西门子法，产量占当今世界总产量的80％。

1955年，西门子公司成功开发了利用氢气还原三氯氢硅(SiHCl₃)在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术，并于1957年开始了工业规模的生产，这就是所谓西门子法。在西门子法工艺的基础上，通过增加还原尾气干法回收系统、SiCl4氢化工艺，实现了气体原料的闭路循环，于是形成了改良西门子法——闭环式SiHCl₃氢还原法。改良西门子法的生产流程是利用氯气和氢气合成氯化氢HCl，HCl和冶金级硅粉在一定温度下合成SiHCl₃，分离、精馏、提纯后的SiHCl₃进入氢还原炉被氢气还原，通过化学气相沉积反应生产高纯多晶硅。

改良西门子法制备的多晶硅纯度高，安全性好，沉积速率为8-10微米/分，反应气体一次通过的转换效率为5％-20％，相比其他方法，如硅烷法、流化床法，改良西门子法沉积速率与转换效率高。SiHCl₃还原时一般不生产硅粉，有利于连续操作。该法制备的多晶硅还具有价格比较低、可同时满足直拉和区熔要求的优点。因此是目前生产多晶硅最为成熟、投资风险最小、最容易扩建的工艺，国内外现有的多晶硅厂大多采用此法生产太阳能级硅和电子级硅，所生产的多晶硅占世界总产量的70～80％。改良西门子法沉积温度较高，为1100℃，所以单位产量电耗也较高，为每公斤120度。因此，改良西门子法多晶硅生产属于高能耗产业，其中电力成本约占总成本的70％左右。

多晶硅还原炉是改良西门子法生产多晶硅的核心设备之一。多晶硅还原炉主要由钟罩式双层炉体(结构如图1左侧所示)、底盘、以及其他附属部件组成。为减少设备材质对产品的污染以及抵抗高温化学腐蚀，还原炉炉体采用不锈钢材料制成。

多晶硅还原炉内部所发生的反应主要是：一定比例的氢气H₂和高纯三氯氢硅SiHCl₃气体在特定压力下通入多晶硅还原炉内，在导电硅棒上进行气相沉积反应生成多晶硅，还原电极温度控制在1000-1100℃，经过一定时间后，生成多晶硅硅棒，在反应同时生成四氯化硅SiCl₄、二氯二氢硅SiH₂C1₂、氯化氢HCl等副产物。