制备区熔用电子级多晶硅的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了制备区熔用电子级多晶硅的方法和系统。其中，制备区熔用电子级多晶硅的方法包括：(1)将三氯氢硅和氢气供给至反应器中进行第一阶段反应；(2)继续向所述反应器中供给三氯氢硅、氢气和二氯二氢硅，进行第二阶段反应；(3)继续向所述反应器中供给三氯氢硅、氢气和二氯二氢硅，进行第三阶段反应，得到区熔用电子级多晶硅。该方法可以产出内应力小、晶粒大小适中且分布均匀的区熔用电子级多晶硅产品。

Method and system of preparing electronic grade polysilicon for zone melting

【技术实现步骤摘要】
制备区熔用电子级多晶硅的方法和系统
本专利技术涉及多晶硅生产
，具体而言，本专利技术涉及制备区熔用电子级多晶硅的方法和系统。
技术介绍
区熔单晶硅是电子电力器件的关键材料，目标产品包括普通晶闸管(SCR)、电力晶体管(GTR)、可关断晶闸管(GTO)以及第三代新型电力电子器件——功率场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路(PIC)等，被广泛应用于高压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动、电解、励磁、电加热、高性能交直流电源等电力系统和电气工程中。与直拉单晶硅相比，区熔单晶硅拥有更高的纯度和电阻率，因为采用了区熔法进行单晶拉制，其需要直接使用经过处理的多晶硅棒进行生产。因此，与一般电子级多晶硅的块状产品相比，区熔用多晶硅的产品形态为硅棒，同时其对于硅棒内应力、微观形态等都提出了更高的要求。目前区熔用多晶硅原料多采用改良西门子法进行生产，将氯硅烷与氢气的混合物通入CVD还原炉内，利用化学气相沉积反应在预先放置的硅芯上进行沉积生长，因为生长过程中硅棒通电维持高温，表面可达到1000～1100℃，内部甚至达到1300℃以上，同时内外圈硅棒因为热场的原因存在较大的温差，这使得硅棒生长中产生的热应力是不可避免的。其中热应力较大或已存在隐性裂纹的硅棒，在后续的机加工过程中极易炸裂，或者在单晶拉制过程中，因为区熔线圈对硅棒的局部加热诱发炸裂，对设备安全运行造成危害。由此可见，现有的制备区熔用多晶硅的手段仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出制备区熔用电子级多晶硅的方法和系统。该方法可以产出内应力小、晶粒大小适中且分布均匀的区熔用电子级多晶硅产品。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备区熔用电子级多晶硅的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)将三氯氢硅和氢气供给至反应器中进行第一阶段反应；(2)继续向所述反应器中供给三氯氢硅、氢气和二氯二氢硅，进行第二阶段反应；(3)继续向所述反应器中供给三氯氢硅、氢气和二氯二氢硅，进行第三阶段反应，得到区熔用电子级多晶硅。根据本专利技术实施例的制备区熔用电子级多晶硅的方法，首先在起始阶段向反应器中供给三氯氢硅和氢气，该阶段中，多晶硅在反应器中的硅芯上缓慢生长，不必向反应器中通入二氯二氢硅以避免其精细控制的影响。随着反应的进行，三氯氢硅的进料量增加，向反应器中供给二氯二氢硅，缓慢提高二氯二氢硅的进料比例。由此，不仅可以增加多晶硅硅棒的沉积速度，还有利于硅晶粒的成型。随着反应的进一步进行，逐渐降低二氯二氢硅的进料比例，避免后期晶粒过快沉积导致其尺寸偏大。该方法可以产出内应力小、晶粒大小适中且分布均匀的区熔用电子级多晶硅产品。进而，将该产品用于区熔法进行单晶拉制，拉直过程更易于控制，不易出现多晶硅刺等影响单晶生产的缺陷，同时单晶体位错等缺陷明显降低，其位错密度小于等于300个/cm2。另外，根据本专利技术上述实施例的制备区熔用电子级多晶硅的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述第一阶段反应中，反应时间为0～25h，反应时间为T1时三氯氢硅的进料量为160+30.5×T1，氢气与三氯氢硅进料量的配比为3.1～3.7，单位为kg/h。在本专利技术的一些实施例中，所述第二阶段反应中，反应时间为25～90h，反应时间为T2时三氯氢硅的进料量为955+11.5×T2，氢气与三氯氢硅进料量的配比为2.8～3.5，单位为kg/h。在本专利技术的一些实施例中，所述第二阶段反应中，反应时间为25～90h，反应时间为T2时二氯二氢硅的进料量为(0.05+0.0002×T2)×A2，A2为反应时间为T2时三氯氢硅的进料量，单位为kg/h。在本专利技术的一些实施例中，所述第三阶段反应中，反应时间为90～160h，反应时间为T3时三氯氢硅的进料量为1655-9.5×T3，氢气与三氯氢硅进料量的配比为2.4～3.0，单位为kg/h。在本专利技术的一些实施例中，所述第三阶段反应中，反应时间为90～160h，反应时间为T3时二氯二氢硅的进料量为(0.077-0.0001×T3)×A3，A3为反应时间为T3时三氯氢硅的进料量，单位为kg/h。在本专利技术的一些实施例中，所述制备区熔用电子级多晶硅的方法进一步包括：将工业硅粉与氯化氢供给至流化床中进行反应，得到粗三氯氢硅；将所述粗三氯氢硅供给精馏设备中进行纯化，得到所述三氯氢硅。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种制备区熔用电子级多晶硅的系统。根据本专利技术的实施例，该系统适于实施上述实施例的制备区熔用电子级多晶硅的方法，所述系统包括：多晶硅还原炉；第一进料管线，所述第一进料管线与所述多晶硅还原炉相连，所述第一进料管线上具有三氯氢硅入口、氢气入口、三氯氢硅流量计和氢气流量计；第二进料管线，所述第二进料管线与所述第一进料管线相连，所述第二进料管线上具有二氯二氢硅入口和二氯二氢硅流量计。采用根据本专利技术上述实施例的系统制备区熔用电子级多晶硅，在反应起始阶段通过三氯氢硅流量计和氢气流量计控制三氯氢硅和氢气的进料量，该阶段中，多晶硅在多晶硅还原炉中的硅芯上缓慢生长，不必向反应器中通入二氯二氢硅以避免其精细控制的影响。随着反应的进行，三氯氢硅的进料量增加，通过二氯二氢硅流量计控制向反应器中供给二氯二氢硅，缓慢提高二氯二氢硅的进料比例。由此，不仅可以增加多晶硅硅棒的沉积速度，还有利于硅晶粒的成型。随着反应的进一步进行，通过控制二氯二氢硅流量计逐渐降低二氯二氢硅进料比例，避免后期晶粒过快沉积导致其尺寸偏大。该系统可以产出内应力小、晶粒大小适中且分布均匀的区熔用电子级多晶硅产品。进而，将该产品用于区熔法进行单晶拉制，拉直过程更易于控制，不易出现多晶硅刺等影响单晶生产的缺陷，同时单晶体位错等缺陷明显降低，其位错密度小于等于300个/cm2。另外，根据本专利技术上述实施例的制备区熔用电子级多晶硅的系统还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述三氯氢硅流量计和所述氢气流量计被配置为在利用所述第一进料管线向所述多晶硅还原炉供给三氯氢硅和氢气的过程中，控制所述三氯氢硅和所述氢气的进料量满足以下条件：反应时间为0～25h的阶段中，反应时间为T1时三氯氢硅的进料量为160+30.5×T1，氢气与三氯氢硅进料量的配比为3.1～3.7，单位为kg/h。在本专利技术的一些实施例中，所述三氯氢硅流量计和所述氢气流量计被配置为在利用所述第一进料管线向所述多晶硅还原炉供给三氯氢硅和氢气的过程中，控制所述三氯氢硅和所述氢气的进料量满足以下条件：反应时间为25～90h的阶段中，反应时间为T2时三氯氢硅的进料量为955+11.5×T2，氢气与三氯氢硅进料量的配比为2.8～3.5，单位为kg/h。在本专利技术的一些实施例中，所述二氯二氢硅流量计被配置为在利用所述第二进料管线通过所述第一进料管线向所述多晶硅还原炉供给二氯二氢硅的过程中，控制所述二氯二氢硅的进料量满足以下条件：反应时间为T2时二氯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备区熔用电子级多晶硅的方法，其特征在于，包括：/n(1)将三氯氢硅和氢气供给至反应器中进行第一阶段反应；/n(2)继续向所述反应器中供给三氯氢硅、氢气和二氯二氢硅，进行第二阶段反应；/n(3)继续向所述反应器中供给三氯氢硅、氢气和二氯二氢硅，进行第三阶段反应，得到区熔用电子级多晶硅。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备区熔用电子级多晶硅的方法，其特征在于，包括：
(1)将三氯氢硅和氢气供给至反应器中进行第一阶段反应；
(2)继续向所述反应器中供给三氯氢硅、氢气和二氯二氢硅，进行第二阶段反应；
(3)继续向所述反应器中供给三氯氢硅、氢气和二氯二氢硅，进行第三阶段反应，得到区熔用电子级多晶硅。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阶段反应中，反应时间为0～25h，反应时间为T1时三氯氢硅的进料量为160+30.5×T1，氢气与三氯氢硅进料量的配比为3.1～3.7，单位为kg/h。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二阶段反应中，反应时间为25～90h，反应时间为T2时三氯氢硅的进料量为955+11.5×T2，氢气与三氯氢硅进料量的配比为2.8～3.5，单位为kg/h。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二阶段反应中，反应时间为25～90h，反应时间为T2时二氯二氢硅的进料量为(0.05+0.0002×T2)×A2，A2为反应时间为T2时三氯氢硅的进料量，单位为kg/h。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三阶段反应中，反应时间为90～160h，反应时间为T3时三氯氢硅的进料量为1655-9.5×T3，氢气与三氯氢硅进料量的配比为2.4～3.0，单位为kg/h。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第三阶段反应中，反应时间为90～160h，反应时间为T3时二氯二氢硅的进料量为(0.077-0.0001×T3)×A3，A3为反应时间为T3时三氯氢硅的进料量，单位为kg/h。


7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括：
将工业硅粉与氯化氢供给至流化床中进行反应，得到粗三氯氢硅；
将所述粗三氯氢硅供给精馏设备中进行纯化，得到所述三氯氢硅。


8.一种制备区熔用电子级多晶硅的系统，其特征在于，所述系统适于实施权利要求1～7任一项所述的制备区熔用电子级多晶硅的方法，所述系统包括：
多晶硅还原炉；
第一进料管线，所述第一进料管线与所述多晶硅还原炉相连，所述第一进料管线上具有三氯氢硅入口、氢气入口、三氯氢硅流量计和氢气流量计；
第二进料管线，所述第二进料管...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴锋，赵培芝，孙江桥，李钊，韩秀娟，
申请(专利权)人：江苏鑫华半导体材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32