用于将四氯化硅转换成三氯硅烷的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于将四氯化硅(STC)转换成三氯硅烷(TCS)的装置及相关联方法。转换器以环绕一反应室的一相对薄环形加热区为特征。在该环形加热区内围绕该反应室具有一环形构形的一加热组件。设计允许高对流热传递，其促成较低加热组件表面温度的使用、延长设备的寿命、借由允许使用一较小反应器来减小资本成本且极大地改进加热效率。具有多个热交换器区块的一热交换器提供进一步效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将四氯化硅转换成三氯硅烷的装置及方法
本专利技术一般而言涉及用于氯硅烷的氢化的装置及方法。更特定而言，在某些实施例中，本专利技术涉及用于将四氯化硅(STC)转换成三氯硅烷(TCS)的装置及方法。本专利申请案主张皆于2011年6月21日提出申请的美国临时专利申请案第61/499,451号及美国临时专利申请案第61/499,461号的权益，该等申请案的揭示内容由此以其全文引用方式并入本文中。
技术介绍
化学气相沉积(CVD)反应器用以产生用于基于硅的太阳能晶圆及电池中的关键原材料的多结晶硅(多晶硅)。多晶硅亦用以制作用于微电子应用的半导体晶圆。用于产生多晶硅的最广泛使用的方法是西门子反应器制程，其已存在达约五十年之久。在此制程中，将高温多晶硅棒放置于一反应器中，且使三氯硅烷(TCS)气体在此等棒上方经过。气体中的硅沉积于该等棒上，且当该等棒生长得足够大时，将其自该反应器移除。最终产物呈多晶硅棒或多晶硅块的形式，其可被进一步处理成锭，接着切成制成太阳能电池(举例而言)的晶圆。用于制造多晶硅的基于CVD的西门子制程产生大量副产物四氯化硅(STC)。举例而言，针对所产生的每一kg多晶硅，最大约20kg的STC作为一副产物制成。然而，借由使STC与呈气相的氢在高温下反应来将STC转换回至TCS是可能的。可接着将产物TCS回收利用至CVD反应器以用于产生更多多晶硅。若不可回收利用STC，则将存在主要原材料TCS的一巨大损失及用于处置副产物STC的一成本。为使STC与氢有效地反应以形成TCS，需要高反应物气体温度(例如，大于900℃)。用于将STC转换成TCS的当前商业系统使用具有用以加热反应物气体的电加热式石墨棒的改进西门子CVD反应器。此设备具有若干问题。举例而言，由于CVD反应器具有一高体积对经加热棒表面面积比率，因此该反应器中的局域速度及热传递系数低。因此，需要极高棒表面温度(例如，大于1400℃的温度)以将反应物气体加热至充分温度。此外，改进CVD反应器具有一大、沉重底板，该底板是昂贵的且使得添加用于热回收的热交换器设备不方便。此外，一改进CVD反应器中的经加热石墨棒需要大量电连接。举例而言，该反应器可需要每发夹两个至四个电连接，该等电连接全部是棒失效及错误接地故障的一潜在源。此外，CVD反应器具有外壳的一高辐射热损失，此浪费大量能量。当前改进CVD反应器使用绝缘物以减小壁的热损失，且以用于热回收的一基本热交换器为特征。该绝缘物是昂贵的，乃因其必须由在一高温环境中不反应的材料制成，且其必须装配于加热棒的外部四周处。由于所涉及的在高温下与反应物气体反应所致，较廉价绝缘材料不展示一充足寿命。绝缘物本身将加热几乎至加热棒的温度。在使用绝缘物及一基本热交换器的情形下，用于将STC转换成TCS的一改进CVD反应器每千克所制造的TCS需要至少1.5KWhr能量，其是相当高的。同样地，转换器的各种关键组件具有有限的寿命且必须定期地更换--包含加热组件、电连接、绝缘物及热交换器的组件。已提出用于将STC转换成TCS的为特定目的构建的(非改进)系统，其允诺与改进CVD反应器相比，构建起来更节能且更廉价。然而，此等为特定目的构建的系统不被广泛地使用，且亦不市售。美国专利第7,442,824号阐述一种为特定目的构建的STC至TCS转换器，该转换器具有涂布有碳化硅(SiC)以防止此等组件在高温反应环境中的污染及降格的加热组件及一反应器壁。该转换器采用如改进CVD反应器中所使用的石墨加热棒。因此，需要适用于商业使用的一更有效STC至TCS转换器。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术涉及一种用于氯硅烷的氢化的装置。该装置包含：(i)一热交换器，其经组态以在一反应物气体与一产物气体之间交换热，其中该反应物气体包含氢及氯硅烷；(ii)一环形加热区，其经组态以自该热交换器接收该反应物气体，该加热区包含经组态用于与该反应物气体直接接触以经由对流热传递产生一经加热反应物气体的一加热组件；及(iii)一反应室，其经组态以将该经加热反应物气体转换成该产物气体，其中该加热组件围绕该反应室具有一环形构形。在另一方面，本专利技术涉及一种用于氯硅烷的氢化的方法。该方法包含以下步骤：(i)将一反应物气体引入至包含一热交换器、一实质上环形加热区、一加热组件及一反应室的一转换器中，其中该反应物气体包含氢及氯硅烷；(ii)引导该反应物气体穿过该热交换器以在该反应物气体与一产物气体之间交换热，由此预加热该反应物气体；(iii)将该经预加热反应物气体自该热交换器引导至包含该加热组件的该实质上环形加热区中，其中该经预加热反应物气体与该加热组件的一表面直接接触；(iv)将该经加热反应物气体自该实质上环形加热区引导至该反应室中，其中该加热组件围绕该反应室具有一环形构形；及(v)在该反应室内将该经加热反应物气体转换成该产物气体。在另一方面，本专利技术涉及供在用于氯硅烷的氢化的一转换器中使用的一加热组件。该加热组件包含具有界定一蜿蜒电路径的狭槽的一管，其中该等狭槽包含多个轴向狭槽及针对该等轴向狭槽中的至少一个安置于该轴向狭槽内的一加固组件。附图说明可参考下文中所阐述的各图式及权利要求书较佳地理解本专利技术的目标及特征。该等图式未必按比例绘制，而重点一般而言在于图解说明本专利技术的原理。在该等图式中，贯穿各种视图使用相同编号指示相同部件。图1是根据本专利技术的一说明性实施例的一转换器的一示意性正视图。图2是根据本专利技术的一说明性实施例的一热交换器区块的一示意性透视图。图3是根据本专利技术的一说明性实施例的一热交换器区块中用于一反应物气体的通路的一示意性剖视图。图4是根据本专利技术的一说明性实施例的一热交换器区块中用于一产物气体的通路的一示意性剖视图。图5是根据本专利技术的一说明性实施例的一环形加热区的一示意性正视图。图6是根据本专利技术的一说明性实施例的一环形加热区的一示意性俯视图。图7是根据本专利技术的一说明性实施例的一加热组件的一示意性等角视图。图8是根据本专利技术的一说明性实施例的图7的加热组件的一部分的一示意性等角视图。图9是根据本专利技术的一说明性实施例的一加热组件的一示意性透视俯视图。图10是根据本专利技术的一说明性实施例的一加固组件及一加热组件的一示意性透视图。图11是根据本专利技术的一说明性实施例的一加固组件的一示意性剖视图。图12及图13是根据本专利技术的说明性实施例的一加热组件的示意性透视图。图14是根据本专利技术的一说明性实施例的用于氯硅烷的氢化的一方法的一流程图。具体实施方式贯穿说明，其中将装置、组合物、混合物及复合物阐述为具有、包含或包括特定组分，或其中将制程及方法阐述为具有、包含或包括特定步骤，另外预期存在基本上由所叙述的组分组成或由所叙述的组分组成的本专利技术的组合物、混合物及复合物，且存在基本上由所叙述的制程步骤组成或由所叙述的制程步骤组成的本专利技术的制程及方法。应理解，只要本专利技术保持可操作，各步骤的次序或执行某些动作的次序并不重要。此外，可同时实行两个或两个以上步骤或动作。预期所主张的本专利技术的方法、系统及制程囊括使用来自本文中所阐述的实施例的信息产生的按比例增加、变化及更改。本文中所阐述的方法及制程可在分批、半连续及/或连续操作中实行。反应器可为单级或多级。预期本专利技术的方法可与此项技术中已知的反应器、系统或制程组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于氯硅烷的氢化的装置，该装置包括：一热交换器，其经组态以在一反应物气体与一产物气体之间交换热，其中该反应物气体包括氢及氯硅烷；一环形加热区，其经组态以自该热交换器接收该反应物气体，该加热区包括经组态用于与该反应物气体直接接触以经由对流热传递产生一经加热反应物气体的一加热组件；及一反应室，其经组态以将该经加热反应物气体转换成该产物气体，其中该加热组件围绕该反应室具有一环形构形。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.21 US 61/499,451;2011.06.21 US 61/499,4611.一种用于氯硅烷的氢化的装置，该装置包括：一热交换器，其经组态以在一反应物气体与一产物气体之间交换热，其中该反应物气体包括氢及氯硅烷；一环形加热区，其经组态以自该热交换器接收该反应物气体，该加热区包括具有一环形构形且经组态用于与该反应物气体直接接触以经由对流热传递产生一经加热反应物气体的一加热组件；及一反应室，其经组态以自该环形加热区接收该经加热反应物气体且将该经加热反应物气体转换成该产物气体，其中该加热组件围绕该反应室具有一环形构形，其中该加热组件的一热传递面积与可用于流过该环形加热区的一剖面面积的一比率是大于50。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置包括装纳该热交换器、该环形加热区及该反应室的一容器。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括该环形加热区与该容器的一壁之间的绝缘物，且其中该装置进一步包括该热交换器与该容器的该壁之间的绝缘物。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，该环形加热区位于该绝缘物与该反应室之间。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，该热交换器包括多个热交换器区块。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，该多个热交换器区块中的每一个涂布有碳化硅(SiC)、碳化锆(ZrC)、碳化铪(HfC)、碳化钽(TaC)、碳化钛(TiC)、碳化铌(NbC)、氧化铪(...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·法伦布鲁克，B·黑兹尔坦，A·施魏恩，S·斯金纳，
申请(专利权)人：GTAT公司，
类型：发明
国别省市：美国;US