本发明专利技术涉及用于生产氯硅烷（主要为三氯硅烷）和从这些氯硅烷沉积高纯度多晶硅的方法和有关材料。用于氯硅烷生产的来源包括共晶或亚共晶铜－硅，所述铜－硅的浓度范围为１０ｗｔ％至１６ｗｔ％硅。将共晶或亚共晶铜－硅浇铸成适合于氯化反应器的形状，在氯化反应器它暴露于工艺气体，该工艺气体至少部分地由ＨＣｌ组成。气体在共晶或亚共晶铜－硅的表面进行反应并以挥发性氯硅烷的形式提取硅。其后可以以致补充所提取的硅量并将材料重铸成所期望的材料形状的方式再循环利用废弃的共晶或亚共晶材料。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于生产氯硅烷的方法和装置。
技术介绍
通常，为了从硅生产氯硅烷，在固定床反应器、流化床反应器、或任何种类的搅拌床反应器中使HCl或HCl与氢气的混合物与硅反应。上述过程通常在300°C至1100°C的温度下进行。在大多数情况下，冶金级硅(即纯度为98%至99. 5%的硅)用于该反应，产物直接用于随后的化学反应或在进一步精炼步骤以后用于随后的化学反应。后者适合于在 Siemens型CVD反应器中使用氯硅烷来生产高纯度硅。可以将某些添加剂混合于该冶金级硅以改善反应的生产率或选择性，如在关于铜的美国专利第4，676，967号(Breneman)或关于铬的美国专利申请公开第2007/0086936A1号(Hoel等)中所描述的。在大多数情况下， 在硅和所使用的添加剂之间提供较大的接触面积是一种挑战并且需要使用碎的、小尺寸的硅颗粒，如在美国专利第6，057, 469号(Margaria等)和美国申请公开第2004/0022713A1 号(Bulan等)中所描述的。考虑到使用所产生的氯硅烷，气态杂质的最小化将降低用于净化和过滤气体的成本。已知铜不仅作为用于改善氯硅烷产生的生产率的催化剂，而且还作为金属杂质的吸收材料吸除材料(getter material) 0 Olson描述了在直接靠近加热的石墨丝处放置硅化铜。 仅由于由热丝和相对较冷室壁之间的温差引起的自然对流来驱动气体的运动。通常，单室安排可能会导致若干问题。例如，在美国专利第4，481，232号中描述的方法中，仅可将有限量的硅化铜加入室中并且通过纤丝来间接加热合金(由于它靠近纤丝)。因而不能适当地控制合金温度，并且合金温度将增加超出用于气态硅生产的最佳温度范围。本领域技术人员将明了，过高的温度会移动俘获在铜硅合金或铜本身中的金属杂质，其将导致在精制硅中升高水平的金属杂质。将进一步明了，尤其是在有氢气存在的条件下，过高的反应温度将不利地改变气态氯硅烷产物流的组成并将移动俘获在铜硅合金或铜本身中的金属杂质，从而降低精炼过程的生产率或质量。单室设置还缺乏挥发性杂质和颗粒的适当抑制，这将影响沉积硅的纯度。在硅工业中，即使痕量的铜也会非常不利于硅在半导体或太阳能用途中的应用是众所周知的。因此在专利号4，481，232中披露的单室安排仅适用于实验室规模应用，而对于按比例扩大则不是最佳的。而且，对于在热丝上沉积纯化硅的方法，氯硅烷的生产是不可或缺的。对于在电子工业中任何应用，如太阳能电池的应用或半导体器件的制造，需要高纯度硅。用于任何电子应用的必要的纯度级别显著高于由所谓的冶金级硅(m.g._硅)提供的纯度级别。因此，需要复杂和成本高昂的精炼步骤。这导致强烈需要更加有成本有效的和节能的方法，从而以简化方式来纯化m. g.-硅。通常，区分两种用于精炼硅的方式化学途径和冶金途径。在化学精炼的情况下， 以氯硅烷的形式将m. g._硅转移到气相中，并且之后以化学气相沉积(CVD)过程的形式加以沉积(使用三氯硅烷，例如常规的Siemens法，参见例如美国专利第2，999，735号、第3，011，877号、第3，979，490号、以及第6，221，155号，或使用硅烷，参见例如4，444,811或 4，676，967)。在这种情况下，第一步是在流化床反应器中从小尺寸(粒状/破碎)硅颗粒形成氯硅烷，以及随后蒸馏气态物质。因为以小颗粒的形式使用硅，其完全暴露于工艺气体， 所以杂质(金属杂质、硼、磷等)也可以进入气相，因而在氯硅烷可以用于硅沉积、或用于进一步化学处理如用于硅烷生产的氢化以前必须通过蒸馏将其除去。冶金方法涉及m. g. _硅的浇铸，只是作为硅(以及通过分离和氧化来除去杂质，例如在W0/2008/031, 229A1中所披露的)或作为m. g.-硅和金属(例如铝)的合金。在后一种情况下，金属作为杂质的捕集剂/吸除剂，但在将精制硅浇铸成锭以前必须用湿化学方式将其滤除。冶金方法还会导致比化学途径显著更低的纯度级别。化学途径的主要缺点在于，在氯硅烷形成期间，需要m.g.硅料的小尺寸颗粒，从而为反应提供较大的硅表面。另外，需要不期望的高压和/或高温以保持m. g.-硅和工艺气体(HCl、或HCl、H2混合物)之间的反应继续进行。这会导致氯硅烷流中的高杂质浓度 (金属氯化物、BC13、PC13、CH4等)，其可能需要通过蒸馏进行充分纯化。已知金属(如铜)作为硅和HCl之间的反应的催化剂，因为它降低所需要的温度并增加产率(例如美国专利2009/0060818A1)。对于用作催化剂，使铜(或更可能地氯化铜形式的铜)与m.g.硅颗粒接触，从而改善它们和HCl的反应性。因为对于此用途来说，金属(如铜)仅用作用于分开的m.g.硅料的催化剂，所以金属/铜催化剂的应用浓度是在更低百分比或千分比(per mill)范围内。在此范围内的情况下，诸如铜的金属不会影响纯化或从m. g.硅料吸收(即过滤)杂质。Jerry Olson提出了用铜硅合金来纯化m. g.硅(美国专利4. 481. 232 ；还参见 R. C.Powell, J. Μ. Olson, J. of Crystal Growth 70 (1984) 218 ；P. Tejedor, J. M. Olson, J. of Crystal Growth 94(1989)579 ；P. Tejedor, J. M. Olson, J. of Crystal Growth 89(1988)220)。Olson浇铸了大于20% wt Si (例如20-30% wt Si)的铜硅件，并将其放置于直接靠近加热的硅丝。插入的工艺气体(HC1-H2混合物)以氯硅烷的形式从合金提取硅并且Olson能够在硅丝上沉积纯化的硅。硅的提取发生在400至750°C的温度范围内。应当明了，在使用金属硅合金的情况下，会遇到明显的操作上的缺点，包括在合金材料16中存在微晶的情况下(例如，在该合金材料中存在两相的情况)，在纯化过程的内部和外部合金材料的不稳定性。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供用于从低纯度硅源生产气相沉积运输气体，以避免和/ 或减轻至少一种上述缺点的系统、方法和/或材料。本专利技术提供了用于生产氯硅烷的装置和方法。尤其是，本专利技术提供了用于从原料气生产氯硅烷的方法，其中原料气可加以操作以和硅-金属合金形式的硅源反应，从而提供包含一种或多种氯硅烷的气体。本文中使用的术语氯硅烷是指类似于硅烷并具有一个或多个与硅结合的氯原子的任何分子物质。源材料是具有浇铸或烧结金属硅化物形式的硅， 或在更一般的意义上，是硅-金属合金。本专利技术可以用作独立装置用于生产氯硅烷，或它可以连接于Siemens型CVD反应器用于生产高纯度硅，或它可以连接于任何种类的(一个或多个)后续室用于沉积硅。入口气体可以是纯HCl或可以是由HC1、氢气以及氯硅烷构成的气体混合物。将工艺气体主动输送到反应室中并从反应室中输出。将用作源材料的金属硅化物主动加热至超过150°C的温度。在一个方面，本专利技术提供了用于计量生产(measured production)氯硅烷的装置，该装置包括室，该室具有通过其接收第一气体混合物的进口，其被构造为接收适合于提供硅源的硅-金属合金，上述气体混合物本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于生产用于通过硅沉积进行的硅纯化的化学气相传输气体的方法，所述方法包括：使输入气体与金属硅合金材料反应，所述金属硅合金材料具有的硅的百分比重量为或低于相应的金属硅合金所限定的硅的共晶重量百分比；产生所述化学气相传输气体，所述化学气相传输气体包括获自所述金属硅合金材料的原子矩阵的硅；以及输出用于随后的硅沉积的所述气相传输气体。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·多德，
申请(专利权)人：阿里斯技术公司，
类型：发明
国别省市：CA
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。