[發明專利]用于生產高純度硅的流化床反應器

無效

• 申請號: 200980149022.1
• 申請日: 2009-11-20
• 公開（公告）號: CN102239115A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 雅維耶·桑塞貢多桑切斯;喬斯·路易斯·蒙特西諾斯巴羅納;埃瓦里斯托·阿尤索科內赫羅;曼努埃爾·維森特·瓦萊斯坎萊;哈維爾·貝納維德斯雷爾;佩德羅-托馬斯·盧揚加西亞;馬修·S·貝薩德茲
• 申請（專利權）人: 西力肯化工有限公司
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037;B01J8/18
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 劉慧;楊青

技術領域

本公開涉及生產高純度的電子級硅的方法。更具體地說，本公開涉及通過含硅氣體在種子粒子(seed?particle)上通過流化床反應器中的分解進行化學氣相沉積來生產高純度硅珠的方法。

附圖說明

圖1顯示了硅純化工藝的一個實施方案。

圖2顯示了用于硅純化的流化床反應器的一個實施方案。

圖3顯示了如本文中所公開的流化床反應器的一個實施方案的特寫橫截面。

詳細說明

多晶硅可用于生產電子元件和太陽能電池板構造。生產多晶硅的一種傳統方法是進料包含氫和硅烷(SiH₄)的混合物或進料包含氫和鹵代硅烷如三氯甲硅烷(HSiCl₃)的混合物至含有熱絲(hot?wire)或熱基底棒(hot?substrate?rod)的分解反應器中。這一方法需要大量的能量/單位質量所生產的硅，且通過這一方法生產的硅棒需要進一步加工以用于硅錠生長過程。

一個供選的硅制造方法是將包含氫和硅烷的混合物或包含氫和三氯甲硅烷的混合物進料至含有被保持在高溫下的硅珠的流化床中。硅烷或三氯甲硅烷的分解引起元素硅沉積到所述珠的表面上。因此，所述硅珠的尺寸生長，且當足夠大時就可作為高純度硅產物從流化床反應器中傳送出來了。與在絲或棒式基底反應器中所用的基底相比，流化床反應器允許在受熱室內的珠和含硅氣體之間有更大的接觸面積，這提高了含硅氣體的熱分解從而在存在的珠的表面上形成了高純度的元素硅。

如本文中所述，使用流化床反應器所生產的硅的純度可以通過使用不污染硅產物的材料建造所述反應器來維護。在一個這樣的實施方案中，用于生產高純度硅的流化床反應器、或反應器、或反應器系統可以使用防止多晶硅產物被污染或使得該污染最小化的材料來建造，所述污染是由于來自用于建造反應器的材料的雜質的擴散所致。在另一個實施方案中，所述反應器可以使用惰性的或抵抗下列物質的材料來建造、作內襯、或涂覆：反應器進料氣體和流化的氣體以及可在流化床反應器的使用期間產生的其它氣體或產物。

在一個實施方案中，根據本公開的流化床反應器可包括含有一個或多個進氣口以及一個或多個排放口的細長的室或塔。在一個這樣的實施方案中，流化床反應器可包括粒狀固體材料床如硅珠床，所述硅珠可用作種子珠(seed?bead)來孕育硅分解反應，在所述硅分解反應期間由于有附加的硅沉積到所述種子珠的表面上，所以種子珠的尺寸會增加。帶有附加硅產物的種子珠最終可從反應器中移出以回收高純度的硅產物。通過以足夠的速度將流化氣體注入反應器中來攪動珠子，所述種子珠可被“流化”或懸浮在反應器中。可以經過位于反應器四周如在塔端和反應器塔側面的一個或多個進氣口將流化氣體注入反應器中。在一個實施方案中，可以經過一個或多個排放口將流化氣體或硅產物從反應器中移出。在一個這樣的實施方案中，所述反應器可以使用對于用于流化硅珠床的流化氣體是惰性的材料或抵抗用于流化硅珠床的流化氣體的材料來建造、或作內襯、或涂覆。

可將含硅氣體注入用對于所述含硅氣體是惰性的材料或抵抗所述含硅氣體的材料來建造、作內襯、或涂覆的流化床反應器中。在一個實施方案中，所述含硅氣體可以是三氯甲硅烷(TCS)，該含硅氣體可在相同位置處或鄰近流化氣體的位置處被注入所述反應器中。當被加熱時，TCS在反應器中分解以在種子硅珠上形成硅，從而隨著時間的推移增加了種子硅珠的直徑并產生了所希望的高純度硅產物。所得的多晶硅產物具有高純度的一個原因是因為反應器是使用防止分解期間硅污染的材料或使得該污染最小化的材料來建造的。然后所得的硅產物珠可從反應器被回收，并用于半導體和光電池的生產。

生產高純度硅的方法可包括使用被構建為避免反應器腐蝕和防止硅產物污染的流化床反應器。在一個實施方案中，硅的生產方法可包括：將冶金級硅(MGS)轉化成氫鹵硅烷(hydrohalosilane)如三氯甲硅烷(TCS)；所述氫鹵硅烷的純化，例如通過蒸餾進行；以及將氫鹵硅烷再分解回硅。

在一個實施方案中，從MGS至氫鹵硅烷的轉化可以通過使硅與四氯化硅(STC)、氫和氯化氫反應以形成TCS和氫來完成。參照圖1，下列反應可發生在區域101內：

3SiCl₄+2H₂+Si→4HSiCl₃

SiCl₄+H₂→HSiCl₃+HCl

3HCl+Si→HSiCl₃+H₂.