[发明专利]用集成到西门子型工艺中的流化床反应器生产硅

说明书

相关申请的交叉引用

[001]根据35U.S.C.§120，本申请主张在2006年8月30日提交 的美国专利申请号11/512,853的权益。将美国专利申请号11/512,853 并入本文供参考。

背景

[002]众所周知，通过被称为西门子工艺的方法可以制备棒形硅。 将包含氢气和硅烷(SiH₄)的混合物或者包含氢气和三氯硅烷的混合 物进料到含有温度保持在高于1000℃的基材棒的分解反应器中。硅在 该基材上沉积，并且副产物气体混合物以排放物流排出。当使用包含 氢气和三氯硅烷的混合物时，所述排放物流可以包括氢气、氯化氢、 氯硅烷、硅烷和硅粉。为了本申请的目的，术语“氯硅烷”指任何具 有一个或多个与硅结合的氯原子的硅烷物质，包括但不限于一氯硅烷 (H₃SiCl)、二氯硅烷(H₂SiCl₂)、三氯硅烷(HSiCl₃)、四氯化硅 (SiCl₄)和各种氯化的乙硅烷，例如六氯乙硅烷和五氯乙硅烷。在排 放物流中，氢气和氯硅烷，例如四氯化硅和三氯硅烷，可来自于未反 应的进料气和来自所述分解的反应产物。所述排放物流经过复杂的回 收工艺，其中浓缩、洗涤、吸收和吸附是经常用来促进用于循环的进 料物质三氯硅烷和氢气的捕集的单元操作。与西门子工艺相关的一个 问题是，因为控制该反应过程的化学平衡和动力学，很难达到多晶硅 产品对进料硅的高收率。

通常仅达到多晶硅的最大理论收率的50％，或者更低。

[003]替代的方法是将包含氢气和硅烷的混合物或者含有氢气和 三氯硅烷的混合物进料到含有在高温下也保持几乎是球状珠子的硅的 流化床。所述珠子尺寸增长，并且当足够大时，作为产品穿出所述流 化床反应器的底部。排放气体离开反应器顶部，并被送到与以上对于 西门子工艺所描述的回收系统相似的回收系统。与所述西门子工艺的 50％相比，该系统的收率几乎可以是理论最大值的90％。

[004]流化床反应器工艺的一个问题是，必须将珠子加热到高于 平均床温的温度以促进传热。这例如可通过使用热壁反应器、微波能 量或者红外辐射来实现。所有的加热方法具有唯一的操作问题。然而， 一个问题是所述流化床反应器的底部可能是热的，并且当进料气仅含 有三氯硅烷和氢气时，它是反应性的。结果是，进料气分布器、大珠 子和反应器侧壁易于快速沉积硅。那些沉积物随后破坏了正确的进料 分布、产品分离和系统的传热。流化床反应器工艺的另一个问题是产 品质量通常不足以用于生产集成电路；然而流化床反应器工艺的产品 可以用于太阳能级的应用。

[005]在多晶硅工业中需要提高多晶硅生产效率和减少副产物。

概述

[006]一种方法，其包括将来自西门子反应器的排放气流进料到 流化床反应器。

附图简述

[007]图1是本文所述方法的流程图。

[008]图2是本文所述的备选方法的流程图

附图标记

101 西门子进料气流

102 西门子反应器

103 多晶硅棒

104 西门子排放气流

105 流化床反应器

106 补充物流

107 多晶硅珠子产物物流

108 流化床反应器排放气流

109 回收系统

110 氢气回收管线

111 氯硅烷回收管线

201 除尘装置

202 冷凝物管线

203 处理过的排放气流

204 蒸发器

205 顶部蒸气管线

发明详述