一种多晶硅中联合除碳杂质的方法技术

本发明专利技术提供了一种多晶硅中联合除碳杂质的方法，属于多晶硅生产技术领域，包括新增除碳塔用来处理液相氯硅烷中的碳杂质，PSA甲烷吸附塔用来处理气相氢气中的碳杂质，通过两种除碳方式联合降低进入多晶硅产品中的碳含量，提高多晶硅产品质量，所得多晶硅产品中碳杂质浓度在0.4

【技术实现步骤摘要】
一种多晶硅中联合除碳杂质的方法


[0001]本专利技术属于多晶硅生产
，具体涉及一种多晶硅中联合除碳杂质的方法。

技术介绍

[0002]多晶硅的生产工艺复杂，主要有西门子法、硅烷法、冶金法。在多晶硅的生产过程中，会产生很多杂质如铁、铜、锰、硼、磷、碳等，其中、铜、锰等通过多级精馏的分离方法可较易除去，而硼、磷、碳等与氯硅烷性质相似。其中，碳杂质来主要源于金属硅中携带的碳，部分企业氢气来源于甲醇，其中会携带一部分碳杂质，其次是设备中吸附柱的老化携带的碳进入到多晶硅生产系统中。碳在氯硅烷中主要存在形式为甲基二氯硅烷，甲基三氯硅烷，三甲氯硅烷，碳在氢气中主要存在形式为甲烷，二氧化碳，以及很少量的一氧化碳；碳在最终产品多晶硅中的存在形式主要为碳化硅，间隙碳等。由于碳杂质的存在形式多样且复杂，因而多晶硅生产中除碳的工艺需要采取针对及联合去除的方法。
[0003]针对于多晶硅生产的不同工段，涉及到碳存在形式变化的主要为冷氢化反应和还原反应。冷氢化工段条件550℃、25Mpa，碳主要发生如下反应：
[0004](1)C+2H2+Sic+Cl4→
CH3Cl3Si+HCl
[0005](2)C+3H2+SiCl4→
CH3HCl2Si+2HCl
[0006](3)CH3Cl3Si+SiHCl
→
CH3HCl2Si+SiCl4[0007]其中甲基三氯硅烷的沸点66.5℃和三氯氢硅的沸点31.8℃相距较大，因而可以通过精馏阶段快速分离除去，但甲基二氯硅烷的沸点41.5℃和三氯氢硅的沸点31.8℃相差较小，精馏阶段不能较好的去除，因而仍有少量的甲基二氯硅烷随着系统最终进入到还原反应中。
[0008]还原工段温度为1080℃，碳杂质主要发生如下反应：
[0009](4)CH3Cl3Si+SiH2Cl
→
CH3HCl2Si+SiHCl3[0010](5)CH3HCl2Si
→
SiC+2HCl+H2[0011](6)CH3HCl2Si+H2→
CH4+SiH2Cl2[0012](7)CH3HCl2Si+HCl
→
CH4+SiHCl3[0013](8)3CH3HCl2Si
→
(CH3)3ClSi+SiHCl3+SiH2Cl2[0014](9)CH4→
C+2H2[0015](10)CH4+O2→
CO2+2H2[0016]还原工段产生的尾气中气相碳杂质主要为甲烷和二氧化碳，其中二氧化碳气体较为稳定，其中的碳元素不会携带到多晶硅中，但甲烷在1000℃以上的高温下会发生热分解，从而碳会以间隙碳或碳化硅的形式进入到多晶硅中。
[0017]碳杂质使硅器件的击穿电压变大，对大功耗可控硅器件危害很大，同时碳和氧共同作用，使杂质对材料和器件性能的影响复杂化，导致寿命降低；多晶硅中高浓度碳也会促进氧沉淀的形成，氧沉淀形成诱发位错，层错等而二次缺陷，这些缺陷会使硅器件漏电流增加，降低了成品率。因而在多晶硅生产过程中有效降碳，成为重中之重。
[0018]目前对于多晶硅生产中杂质的去除主要集中在硼、磷的去除，如专利CN110902686A公开了一种多晶硅的生产方法，采用络合法使SiHCl3中硼、磷杂质化合物变成稳定的络合物，并利用沸点不同的特性进行分离，同时采用吸附法利用化合物分子大小和极性不同的特性，将SiHCl3中剩余的硼、磷杂质进行吸附分离，除杂效果好。而对于除碳的研究较少，专利CN115196635A公开了一种去除含碳杂质的方法和装置、以及多晶硅生产系统，能够深度分离三氯氢硅与甲基氯硅烷，去除三氯氢硅中的含碳杂质，使三氯氢硅中的含碳杂质含量降低至100ppb以下。但目前对多晶硅生产中除碳的技术仍存在不足和提升之处，因此有必要提供一种多晶硅中联合除碳杂质的方法。

技术实现思路

[0019]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多晶硅中联合除碳杂质的方法，分别从除液相中碳杂质和除气相中碳杂质入手，通过两种除碳方式联合降低进入多晶硅产品中的碳含量，提高多晶硅产品质量，所得多晶硅产品中碳杂质含量在0.4
×
10
16
atom/cm3以下，达到电子一级的水平。
[0020]为实现上述技术目的，本专利技术采取如下技术方案。
[0021]一方面，提供一种多晶硅中联合除碳杂质的系统，包括粗馏塔、精馏塔、高沸塔、除碳塔、精制储料罐、还原炉、尾气吸附塔、PSA甲烷吸附塔。
[0022]进一步地，所述粗馏塔、精馏塔、精制储料罐、还原炉、尾气吸附塔依次连通。
[0023]进一步地，所述高沸塔与精馏塔、粗馏塔连通。
[0024]进一步地，所述粗馏塔前还包含粗分塔、脱轻塔。
[0025]进一步地，所述除碳塔两端分别与高沸塔、粗馏塔连通，高沸塔处理后的物料经除碳塔返回粗馏塔。
[0026]进一步地，所述PSA甲烷吸附塔两端分别与尾气吸附塔、精制储料罐相连，尾气吸附塔处理后的物料经PSA甲烷吸附塔后进入精制储料罐。
[0027]进一步地，所述精馏塔包含一级精馏塔和二级精馏塔。
[0028]另一方面，提供一种多晶硅中联合除碳杂质的方法，包括下述步骤：
[0029]以硅粉为原料生产多晶硅过程中，经冷氢化反应产生的液相粗氯硅烷经上述多晶硅中联合除碳杂质的系统进行提纯，得到高纯三氯氢硅，最后经氢气还原得到电子一级多晶硅；其中，
[0030]所述除碳塔工段，去除高沸塔处理后的三氯氢硅中的甲基二氯硅烷；
[0031]所述PSA甲烷吸附塔工段，去除尾气回收塔处理后的气相中的甲烷和二氧化碳。
[0032]进一步地，所述硅粉中硅含量≥98％，碳杂质含量为150
‑
400ppm；优选地，所述硅粉中硅含量98.95％，碳杂质含量为400ppm。
[0033]进一步地，所述液相粗氯硅烷中的碳杂质包含甲基三氯硅烷和甲基二氯硅烷。
[0034]进一步地，所述高沸塔中的物料为粗馏塔塔釜溶液及二级精馏塔塔釜溶液，含碳杂质主要为甲基二氯硅烷，碳杂质浓度在80
‑
100ppm。
[0035]进一步地，还原炉产生的尾气经尾气回收塔分离液相和气相，液相组分包含二氯二氢硅、三氯化硅和四氯化硅，气相组分包含氢气、甲烷和二氧化碳。
[0036]进一步地，所述精制料储罐中的物料为二级精馏后的高纯三氯氢硅和PSA甲烷吸
附塔处理后的尾气。
[0037]进一步地，所述提纯步骤包括：
[0038]S1：液相粗氯硅烷依次进入粗分塔、脱轻塔进行粗提，得三氯氢硅粗液I；
[0039]S2：步骤S1的三氯氢硅粗液进入粗馏塔粗提，得塔釜溶液和三氯氢硅粗液II；
[0040]S3：步骤S2的塔釜溶液进入高沸塔，去除高沸点组分，然后经除碳塔返回粗馏塔粗提；
[0041]S4：三氯氢硅粗液II进入精馏塔中提纯，得塔釜溶液和高纯三氯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多晶硅中联合除碳杂质的系统，包括粗馏塔、精馏塔、高沸塔、除碳塔、精制储料罐、还原炉、尾气吸附塔、PSA甲烷吸附塔；其特征在于，所述粗馏塔、精馏塔、精制储料罐、还原炉、尾气吸附塔依次连通；所述高沸塔与精馏塔、粗馏塔连通；所述粗馏塔前还包含粗分塔和脱轻塔；所述除碳塔两端分别与高沸塔、粗馏塔连通，高沸塔处理后的物料经除碳塔返回粗馏塔；所述PSA甲烷吸附塔两端分别与尾气吸附塔、精制储料罐相连，尾气吸附塔处理后的物料经PSA甲烷吸附塔后进入精制储料罐；所述精馏塔包含一级精馏塔和二级精馏塔。2.一种多晶硅中联合除碳杂质的方法，其特征在于，包括下述步骤：以硅粉为原料生产多晶硅过程中，经冷氢化反应产生的液相粗氯硅烷经权利要求1所述多晶硅中联合除碳杂质的系统进行提纯，得到高纯三氯氢硅，最后经氢气还原得到电子一级多晶硅；其中，所述除碳塔工段，去除高沸塔处理后的三氯氢硅中的甲基二氯硅烷；所述PSA甲烷吸附塔工段，去除尾气回收塔处理后的气相中的甲烷和二氧化碳。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述硅粉中硅含量≥98％，碳杂质含量为150
‑
400ppm。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述高沸塔中的物料为粗馏塔塔釜溶液及二级精馏塔塔釜溶液，含碳杂质主要为甲基二氯硅烷，碳杂质浓度在80
‑
100ppm。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述还原炉产生的尾气经尾气回收塔分离液相和气相，液相组分包含二氯二氢硅、三氯化硅和四氯化硅，气相组分包含氢气、甲烷和二氧化碳。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述精制料储罐中...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐凯，赵长森，牛强，李鹏，戴国强，
申请(专利权)人：内蒙古鄂尔多斯电力冶金集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：