[發明專利]一種激光維持等離子體制備多晶硅的方法及系統

有效

• 申請號: 202110668865.5
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113415805B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 何良雨;劉彤
• 申請（專利權）人: 何良雨
• 主分類號: C01B33/03
• 分類號: C01B33/03
• 代理公司: 深圳眾鼎專利商標代理事務所(普通合伙) 44325
• 代理人: 姚章國

為克服現有氣液沉積法法生成的多晶硅中雜質含量高的問題，本發明提供了一種激光維持等離子體制備多晶硅的方法，包括以下操作步驟：獲取硅源氣體；采用多束激光束交匯，在交匯點形成等離子體反應區，將硅源氣體和可選擇的其他參與反應的原料氣體導入等離子體反應區反應生成多晶硅，沉降收集多晶硅。同時，本發明還提供了一種激光維持等離子體制備多晶硅的系統。本發明提供的激光維持等離子體制備多晶硅的方法和系統能夠有效減少由于氣液沉積反應器本身材質或由于加熱裝置的接觸而引入雜質的風險，提高制備的多晶硅的純度。

技術領域

本發明屬于多晶硅制備技術領域，具體涉及一種激光維持等離子體制備多晶硅的方法及系統。

背景技術

多晶硅是高科技產品的重要原材料，廣泛應用于半導體和光伏行業。目前，多晶硅的工業生產方法主要有改良西門子法、硅烷法和氣液沉積法。其中，硅烷法以硅烷氣體作為硅源制備多晶硅，主要優勢是提純方便，但硅烷氣體屬于易燃易爆的危險物品，一旦管控不當便會引發事故。改良西門子法制備的多晶硅占據了主要市場，但由于生產過程受熱力學限制，一直以來都存在能耗高、效率低等諸多先天不足，導致生產成本居高不下。氣液沉積法是一種更先進的多晶硅生產技術，將作用溫度條件控制在1500℃，直接在氣體中生成液體硅。傳統的改良西門子法中，多晶硅一般由SiHCl₃和氫氣直接反應生成，而由于氣液沉積法反應溫度高，多晶硅生成的直接原料不再局限于活性較高的SiHCl₃,亦可用四氯化硅作為直接原料，而且沉積速率更快，生產效率更高。四氯化硅可以SiO₂為初始原料通過化學反應獲得。相比于改良西門子法，氣液沉積法工藝初始原料不再是工業硅，而是SiO₂，省去了把SiO₂冶煉成工業硅這一環節，大幅縮短生產流程。相比于硅烷法，氣液沉積法原料SiO₂也不存在易燃易爆安全隱患。

目前氣液沉積法法存在的主要缺點是生成的多晶硅中雜質含量較高，其部分原因是由于氣液沉積法法相比于傳統的改良西門子法需要設置較高的反應溫度，常用的加熱結構，如高頻加熱石墨管，反應生成的多晶硅液會附著在其上，而在較高的反應溫度條件下，高頻加熱石墨管中的碳容易進入多晶硅液中，進而導致生成的多晶硅中碳雜質含量較高。

發明內容

針對現有氣液沉積法法生成的多晶硅中雜質含量高的問題，本發明提供了一種激光維持等離子體制備多晶硅的方法及系統。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案如下：

一方面，本發明提供了一種激光維持等離子體制備多晶硅的方法，包括以下操作步驟：

獲取硅源氣體；

采用多束激光束交匯，在交匯點形成等離子體反應區，將硅源氣體和可選擇的其他參與反應的原料氣體導入等離子體反應區反應生成多晶硅，沉降收集多晶硅。

可選的，所述激光束的激光功率為1500～2000W。

可選的，不同的所述激光束通過透鏡組聚焦后在所述等離子體反應區交匯。

可選的，所述等離子體反應區的溫度為1500～1650℃。

可選的，所述硅源氣體選自四氯化硅，所述原料氣體選自氫氣，硅源氣體和原料氣體的通入摩爾比為1：2.5～3.0。

可選的，還包括冷凝區，所述冷凝區位于所述等離子體反應區的下方，所述等離子體反應區中反應形成的多晶硅液在所述冷凝區中沉降匯集，所述冷凝區的溫度為1410～1450℃。

可選的，將硅源氣體和原料氣體反應生成的尾氣進行尾氣干法回收，分離其中未反應的硅源氣體和原料氣體，提純后的硅源氣體和原料氣體再次導入等離子體反應區中參與反應。

可選的，所述硅源氣體包括三氯硅烷、四氯化硅、二氯硅烷和硅烷中的一種或多種。