通过循环硅细粉来提高多晶硅反应器生产效率的方法技术

制备多晶硅的方法，其包括将硅颗粒与可热分解硅化合物在反应室内反应。一部分可分解硅化合物分解成硅粉，该硅粉排出反应室并重新引入反应室。该排出的硅粉与硅颗粒聚结在一起。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及用于制备多晶硅的流化床反应器体系，同时，更特别地，还涉及在通过 可热分解硅化合物，例如硅烷来生产多晶硅的过程中提高反应器生产效率的方法。多晶硅是一种用于生产多种商品的重要原料，包括，例如集成电路和光伏(也就 是太阳能)电池。多晶硅通常通过化学气相沉积机理来生产，在该机理中，在流化床反应器 中硅由可热分解硅化合物沉积在硅颗粒上。晶种颗粒(seed particle)尺寸持续加大，直 到其以多晶硅颗粒产品的形式离开反应器(也即，“粒状”多晶硅)。合适的可分解硅化合 物包括，例如，硅烷和卤代硅烷(例如，三氯硅烷)。可在反应室内加入多晶硅“晶种”颗粒来引发硅的沉积。晶种颗粒的颗粒度可为约 50 μ m到约800 μ m,更为典型为约250 μ m到约600 μ m。通常使用两种形式的硅晶种颗粒， 硅晶种颗粒的一个来源为反应器中收集的颗粒产品，其通常研磨至约250 μ m到约350 μ m 的通常颗粒度。替换性地或在此之外，由粒状多晶硅产品中收集并分离出的颗粒度为约 500 μ m到约600 μ m的小的多晶硅颗粒也可作为晶种颗粒。在反应室内会发生多种反应。在硅烷流化床反应器体系中发生的已知反应机理大 致上如图1中所示。由于这些机理并不能构成在反应器体系中可能发生的全部反应，因此 这些机理不能在任何程度上限制本专利技术的实施方式。关于图1，在硅烷体系中，硅烷非均相地沉积在生长中的晶体颗粒(1)上。硅烷也 会分解生成硅蒸气(3)，其会均勻成核以形成不希望的硅粉尘(也称为硅“细粉”或“粉末”) G)，且其会沉积在生长中的硅颗粒(6)上。硅细粉可通过硅从硅烷( 或硅蒸气(5)沉 积而在尺寸上长大。细粉能通过团聚来形成更大的细粉(7)。硅细粉还可以和较大的生长 中的硅颗粒结合，即，可通过较大的生长中的硅颗粒(8)来清除(scavenge)硅细粉。通常，硅粉尘的颗粒度小于约50 μ m,并且在某些实施方式中可小于约5 μ m。粒 状多晶硅产品的颗粒度通常为约600 μ m到约2000 μ m，并且更为典型是约800 μ m到约 1200 μ m,并且更为典型是约900 μ m到约1000 μ m。随着硅从硅烷沉积在生长中的硅颗粒上，硅烷分子释放出氢。氢气、未反应的硅烷 以及通常和硅烷一同加入反应器中的载气(统称为废气)将硅粉尘带出反应器。通过例如 袋过滤、旋风分离器或液体洗涤器来将硅粉尘从离开反应器的废气中分离出来。回收的硅粉尘可作为工业应用，但是其价值小于粒状多晶硅。例如，可通过柴克拉 斯基(Czochralski)方法来将硅粉尘制成单晶硅，该方法包括将晶种晶体与融化的多晶硅 接触，进而从融化的多晶硅中拉伸出单晶硅。当在柴克拉斯基方法中使用硅粉尘时，硅粉尘 难于融化，同时从熔体中提拉出晶体也更加困难。结果就是，相比于粒状多晶硅，硅粉尘的 销售价格大打折扣。因此，需要一种能够在生产粒状多晶硅的反应器体系中减少硅粉尘的 体系和方法。专利技术概述本专利技术一方面涉及一种制备多晶硅的方法，其中硅颗粒与可热分解硅化合物在反 应室中接触以使硅沉积在硅颗粒上，随着硅的沉积，硅颗粒尺寸增大。硅化合物热分解产生的硅蒸气的一部分转化为硅粉尘(也称为细粉)，并且从反应室中排出。至少一部分排出的 硅粉尘循环至反应室，其中循环的硅粉尘至少部分被硅颗粒清除，使得硅粉尘的清除率随 着循环而增加。本专利技术另一方面涉及一种制备多晶硅的方法，其中硅颗粒与可热分解硅化合物在 反应室中接触以使硅沉积在硅颗粒上，随着硅的沉积，硅颗粒尺寸增大。硅化合物热分解 产生的硅蒸气的一部分转化为硅粉尘，并且从反应室中排出。至少一部分或者接近全部排 出的硅粉尘循环至反应室，其中循环的硅粉尘至少部分甚至全部被硅颗粒以基本上等于硅 粉尘生成速度的速度清除，这样就能将粉尘净生成速率降至为0或约为0。关于本专利技术上述各方面，存在着多种特征的改进。进一步的特征也可以与本专利技术 的上述各专利技术结合。这些改进和附加的特征可独立或组合存在。例如，下述关于本专利技术任意 实施方式中的各种特征可独立地、或以任意组合形式地加入到本专利技术前述的任意方面中。附图说明图1为在粒状多晶硅反应器体系中发生的反应机理的示意图；图2为粒状多晶硅反应器体系的一个实施方式的流程图；图3为计算的流化床反应器细粉浓度对时间的函数图，其中时间零点为细粉开始 循环至反应器的时间。
技术实现思路
本专利技术的方法包括将包括可热分解的气态硅化合物的原料气和硅颗粒引入反应 器中。通过引入的原料气使硅颗粒流化。在反应室内加热原料气以使硅化合物中的至少一 部分硅通过化学气相沉积而沉积在硅颗粒上并使硅颗粒因此生长形成更大的颗粒，通常成 为粒状多晶硅。除此之外，可热分解硅化合物中的另外一部分分解以形成特别是硅蒸气。硅蒸气的至少一部分可沉积在硅颗粒上，并因此对颗粒的生长做出贡献。但是， 此外，硅蒸气通过均相成核会形成的细小的多晶硅晶体，其通常被称为多晶硅细粉，同时在 此也被称为多晶硅粉尘。至少一部分多晶硅粉尘夹带在通过反应器反应室的流体中，并跟 废气一起被排出。废气可通过处理来从废气流中分离出至少一部分硅粉尘，并且硅粉尘可 重新投入反应室中。一旦再次引入反应室，硅粉尘通过附着在硅颗粒上而增加硅粉尘的清 除率，并因此相对于硅颗粒表面附着硅粉尘前的颗粒，形成了增加了颗粒度的团聚体。有利 地，本专利技术实施方式的方法会将通常以售价低于粒状颗粒的硅粉尘转化为将要作为团聚颗 粒的一部分出售，因此提高了方法的收益率。需要指出的是，可以使用任何能够进行上述反应的反应器而不违背本专利技术的精 神。这种反应器通常为流化床反应器。此外，本专利技术实施方式的方法可在单一流化床反应 器中进行，或可将一个或多个流化床以串联或平行配置。流化床反应器可按照例如在美国 专利公开号No. 2006/0105105描述的那样操作，出于相关和连续的目的，其全部内容作为 参考结合于此。描述本专利技术实施方式的方法的一个实施方式的流程图参见图2。原料气可热分解硅化合物包括通常能够热分解成气相进而生成硅的化合物。在分解过程5中还可产生其他附加产物而不违背本专利技术的精神，只要其能够为硅颗粒的生长提供硅源以 形成多晶硅粒。可热分解硅化合物气包括所有含有硅的气体，其能过通过化学气相沉积非 均相沉积，比如四氢化硅(通常称为硅烷)、三氯硅烷以及其他卤化硅，其中硅烷中的一个 或多个氢原子被卤原子取代，比如氯、溴、氟和碘。在一个实施方式中，可热分解硅化合物为硅烷。硅烷的化学气相沉积(CVD)是轻 微放热的，通常基本上进行至完全，并且接近不可逆，同时相对于卤化硅气，比如通常需要 至少约1100°C的温度的三氯化硅，硅烷的化学气相沉积可在较低的温度约600°C下引发。 此外，硅烷及其分解的产物，即硅蒸气和氢都是非腐蚀性和非污染的。作为对比，三氯化硅 的分解为可逆且是不完全反应，这就导致生成的副产物是具有腐蚀性的。因此，总之，本发 明实施方式优选的气为硅烷，虽然也可使用其他含有硅的可热分解气而不违背本专利技术的精 神。可热分解化合物可引入反应器而不进行稀释，或者也可使用比如氢、氩、氦及其 组合的载气来进行稀释。在分解过程中，如果需要，生成的副产物氢也可作为载气使用，以 满足在反应器体系操作中额外量的可热分解原料气的需要。反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备多晶硅的方法，包括：　　将硅颗粒与可热分解硅化合物在反应室中接触以使硅沉积在硅颗粒上，随着硅的沉积硅颗粒的颗粒度增大，其中一部分可分解硅化合物分解以制备硅粉尘；　　将硅粉尘从反应室中排出；以及　　将至少一部分排出的硅粉尘引入反应室中，以使排出的硅粉尘与硅颗粒发生团聚。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US61/076,3712008年6月27日1.一种制备多晶硅的方法，包括将硅颗粒与可热分解硅化合物在反应室中接触以使硅沉积在硅颗粒上，随着硅的沉积 硅颗粒的颗粒度增大，其中一部分可分解硅化合物分解以制备硅粉尘； 将硅粉尘从反应室中排出；以及将至少一部分排出的硅粉尘引入反应室中，以使排出的硅粉尘与硅颗粒发生团聚。2.如权利要求1所述的方法，其中将全部排出的硅粉尘引入反应室中。3.如权利要求1或2所述的方法，其中硅粉尘与废气一起排出反应室。4.如权利要求3所述的方法，其中将排出的硅粉尘从废气中分离出来。5.如权利要求4所述的方法，其中将含有可分解硅化合物的原料气连续引入反应室 中，并且在将原料气引入反应室之前，将排出的硅粉尘引入其中。6.如权利要求4或5所述的方法，其中通过过滤将排出的硅粉尘由废气中分离出来。7.如权利要求3-5中任意一项所述的方法，其中部分排出的硅粉尘与部分废气一起被 引入反应室。8.如权利要求1-7中任意一项所述的方法，其中部分硅颗粒作为多晶硅颗粒产品由反 应室中移出。9.如权利要求1-8中任意一项所述的方法，其中颗粒的标称直径为约800μ m到约 1200 μ m 之间。10.如权利要求1-9中任意一项所述的方法，其中硅粉尘的标称直径小于约5μ m。11.如权利要求1-10中任意一项所述的方法，其中反应室的温度为约200°C到1400°C 之间。12.如权利要求1-10中任意一项所述的方法，其中反应室的温度为约600°C到700°C之间。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·S·库尔卡尼，
申请(专利权)人：MEMC电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US