本发明专利技术涉及用于生产氯硅烷（主要为三氯硅烷）以及从这些氯硅烷沉积高纯度多晶硅的方法和相应的材料。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１０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，其中它被暴露于工艺气体，该工艺气体至少部分地由ＨＣｌ组成。该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。消耗的共晶或亚共晶材料其后可以以这样的方式再循环以致补充提取的硅的量并将材料再铸成所期望的材料形状。
【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硅精炼的方法和装置。尤其是，本专利技术涉及用于产生氯硅烷和沉积高纯度硅的方法和装置。
技术介绍
在可以用于光生伏打或半导体应用以前，冶金级硅需要精炼。按照惯例，用以系列方式进行的若干步骤来进行这种过程在第一步骤中，产生氯硅烷或甲硅烷，例如TCS-三氯硅烷SiHC13、STC-四氯化硅SiC14、二氯硅烷SiH2C12、或甲硅烷SiH4，通常通过一种流化床反应器，例如如在美国专利申请公开号2007/0086936A1中所描述的。在接下来的步骤中，俘获产物气体并通过分馏加以纯化以除去气态金属氯化物、BC13、PC13、CH4等。然后高纯度氯硅烷作为工艺气体用于所谓的西门子法，其中硅烷反应回到硅和各种气体物质。西门子法是一种开环系统，该方法必须不断供给工艺气体，以及必须不断俘获废气并通过特别程序加以处理。考虑到所需要的气体基础设施、物流、以及用于废气处理的工作，这使得西门子法相当昂贵。在美国专利号2，999，735、3，011，877、以及6，221，155中，以及在各种教禾斗书(例如 A. Luque and S. Hegedus (Eds. ) “Handbook of Photovoltaic Science and Engineering", Wiley & Sons Ltd, ISBN0-471-49196-9)中提供了西门子法的实施例。其它已知的方式采用冶金硅的化学处理，如浸蚀和浸提，并连同单个或多个固化循环，以除去金属杂质和降低电活性元素(如磷和硼)的浓度。最终产物，所谓的升级冶金硅(umg-Si，upgraded metallurgical silicon)适用于光生伏打应用，但仍然包含更高浓度的杂质。硅和其它金属的浇铸是一种用于预调节冶金硅(mg-Si)的已知技术，例如在美国专利4，312，848中，在这种情况下，铝用作硅的溶剂。硅浓度> 20% wt的铜硅用作生产氯硅烷的源材料描述在Olson的美国专利号 4，481，232中。在Olson的专利中，将材料放置在单腔室中。已知，铜不仅作为用于改善氯硅烷生产率的催化剂，而且作为用于金属杂质的吸收材料。在Olson的专利中，将一硅化二铜放置在加热石墨丝的直接附近。由热丝和相对较冷室壁之间的温差引起的自然对流可以提供气体的流动。通常，单室安排可以引起若干问题。例如，在美国专利号4，481，232描述的方法中，仅可以将有限量的一硅化二铜注入室内中，通过纤丝间接加热合金(由于它靠近纤丝)。因此合金温度不能得到适当控制并将增加超过用于气态硅生产的最佳温度范围。本领域技术人员将明了，太高温度将使俘获在铜硅合金或铜本身中的金属杂质可以移动，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，太高温度将使化学平衡移向固体硅而不是气态氯硅烷，因而降低生产率。单室设置还缺乏挥发性杂质和颗粒的适当抑制，其将影响沉积硅的纯度。在硅产业中，众所周知的是，甚至微量的铜也可以非常不利于硅在半导体或太阳能用途中的应用。因此在美国专利号4，481，232中描述的单室安排仅适合于实验室规模应用而对于按比例增大则不是最佳的。由Olson提供的高浓度(例如20-30% wt硅)铜硅合金的一个明显缺点在于，当暴露于大气时合金具有氧化的倾向，以及在氯化过程中它会膨胀和崩解。后者可以起因于显著的硅微晶以及伴随的散布在共晶铜硅合金中的裂纹。对于在电子工业中的任何应用，需要高纯度硅，如太阳能电池的应用或半导体器件的制造。任何电子应用所需要的纯度级别显著高于由所谓的冶金级硅(m.g.硅)所提供的纯度级别。因此，需要复杂和昂贵的精炼步骤。这导致强烈需要更加有成本效益和节能的方法，从而以简化方式来纯化m.g.硅。通常，可以区分用于精炼硅的两种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，然后用化学气相沉积(CVD)方法加以沉积(使用三氯硅烷，例如常规西门子法，参见例如美国专利号2，999，735,3, 011，877、 3，979，490、以及6，221，155，或使用硅烷，参见例如4，444，811或4，676，967)。在这种情况下，第一步骤是在流化床反应器中从小尺寸(粒状/破碎的)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，因此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，必须通过蒸馏加以除去。冶金方法涉及浇铸m. g.硅，其只是作为硅(并通过分离和氧化来除去杂质，如例如在W0/2008/031，229Al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，金属作为用于杂质的捕集剂/吸杂剂(getter)，但在将精制硅浇铸成锭以前，必须以湿化学方式将它浸出。和化学途径相比，冶金方法还可以导致显著更低的纯度级别。化学途径的主要缺点是，在氯硅烷形成期间，需要m.g.硅料的小尺寸颗粒，以提供用于反应的较大硅表面。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 (HC1、或HC1、H2混合物)之间的反应继续进行。这可以导致在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来充分纯化。已知，金属如铜作为硅和HCl之间的反应的催化剂，因为它可以降低所需要的温度并增加产率(例如美国专利2009/0060818A1)。为了用作催化剂，使铜(或更可能地氯化铜形式的铜)接触m.g.硅颗粒，从而改善它们与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处于较低的百分比或千分比范围内。在此范围内的情况下，对于来自m.g.硅料的杂质的纯化或吸收(即过滤)，金属如铜没有影响。Jerry Olson提出铜硅合金用于纯化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. Tiedor, J. Μ. Olson, J. of Crystal Growth 94(1989)579 ；P. Tejedor, J.M. Olson, J. of Crystal Growth 89(1988)220)。Olson浇铸大于20% wt Si (例如20-30% wt Si)的铜硅块，他将其放置成直接靠近加热硅丝。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， 然后Olson能够将纯化硅沉积到硅丝上。在400至750C的温度范围内进行硅的提取。应当明了，在使用金属硅合金的情况下，可能会遇到重大的操作上的缺点，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系统、方法和/或材料，用于从低纯度硅源生产气相沉积输运气体、纯化所述低纯度硅、和/或随后生产高纯度硅，以避免和/或减轻至少一种上述缺点。本专利技术提供了利用一种装置来产生高纯度硅的方法本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于纯化硅的方法，包括：使输入气体和金属硅合金材料反应，其中所述金属硅合金材料的硅百分比重量为或低于相应的所述金属硅合金所限定的硅的共晶重量百分比；产生化学气相传输气体，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；将所述气相传输气体引导到纤丝，其中所述纤丝被构造成促进硅沉积；以及以纯化形式将来自所述化学气相传输气体的硅沉积到所述纤丝上。
【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
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