[发明专利]通过大表面积气-固或气-液界面及液相再生沉积高纯硅

说明书

本申请要求2007年4月25日提交的美国临时专利申请 No.60/913997的优先权，该文献在此全文结合入本文。

技术领域

本发明涉及通过大表面积气-固或气-液界面及液相再生沉积高 纯硅。

背景技术

大多数高纯电子级或者太阳能级硅的世界供应品是使用所谓的 “三氯氢硅-西门子”途径制造的，其中三氯氢硅和氢气的混和物被 置成与被称作“西门子反应器”的加压反应器容器中的硅的电加热 料棒接触。由于这些棒的高温导致的还原反应，硅从气体混和物中 沉积到棒的表面，因此随着时间的过去，这些棒的直径增大。硅的 极高纯度要求必须将新的硅沉积在硅料棒上，因为沉积在任何其它 材料上通常会导致硅受到那些材料的污染。然而该工艺由于以下一 些原因而效率低下：

1.棒的表面积相对较小，这是沉积反应速度的其中一个关键决 定因素；

2.需要大量的电来保持硅的不断增大的大质量，但是被加热到 正确温度一段延长的时间的表面积的比率仍然相对较低；

3.移除棒是高度劳动密集的。形状类似钟的反应器的整个顶部 不得不被打开并提升以接近棒。然后棒必须被移除并运输到分开的 场所，以便切割和/或压碎并且包装，或者熔融得到晶锭。这种过量 处理导致在每个批次周期过程中反应器的长时间停机，并且还会向 硅中引入杂质；而且

4.必须制造新的料棒并将之重新安装到反应器中，以便重新开 始周期。

与本发明相关的信息可以在如下文献中找到：美国专利号 US2893850，US4242307，US4265859，US4272488，US4590024， US4710260，US4981102，US5006317，US6395249，US6861144， US4176166，US2904404，US2943918，US3016291，US3071444， US3168422，US3733387，US3865647，US4054641，US4710260， US2962363，US4125592，US4127630，US4242697，US4246249， US4282184，US4314525，US4353875，US4547258；美国专利申请公开 号US2005-0201908；非美国专利：WO03106338A1(PCT)，DE1292640， JP特开2002-176653和JP37-17454，上述美国专利、美国专利公开 文献和非美国专利的每一篇均通过引用结合入本文。但是，上述参 考信息的每一条都受到上述的一个或多个限制。

发明内容

本发明克服了与现有的西门子反应器相关的每个反应器的沉积 表面积较小和更换棒的程序长且费力的限制，同时仍然能够满足再 生硅的必要纯度要求。通过使用由容易制造成大表面积几何形状的 材料(诸如碳化硅、氮化硅、钨以及这些的复合物)制造沉积板而 克服了表面积小的问题。这些材料还在高于硅的熔点的温度保持其 结构完整性，从而允许沉积的硅从板上熔融掉，由此显著地减少了 从反应器移除硅并且准备好反应器用于下一沉积周期所需要的时 间。

因此，本发明的主要经济优势可以概括为：

1.显著地降低了生产单位数量硅的用电量；

2.显著地降低了生产单位数量硅的劳动量；

3.显著地降低了生产单位数量硅的工厂固定设备成本；生产相 同量的硅所需的氢沉积反应器更少；

4.在另一种优选的实施方式中，从沉积板上滑落的硅壳完全熔 融在沉积反应器的底部中并且在沉积反应器内被铸成多晶晶锭，或 者被泵送到Czokralski拉晶机，因而不需要移除硅和在另一场所处 理、包装、运输、解包、装载和重新熔融硅，并且也不涉及这些的 费用；

5.在又一种优选的实施方式中，液态硅的液滴从板上滴落并且 通过与气态和/或液态三氯氢硅和/或四氯化硅接触而固化成珠，因而 不需要将再生硅压碎成均匀尺寸的块或者颗粒，并且也不涉及这些 的费用；以及

6.在另一种优选的实施方式中，气态的氢、三氯氢硅、和/或四 氯化硅穿过液态硅起泡，并且然后液态硅或者固化成多晶硅晶锭， 或者被泵送经过适当的管道到达Czokralski拉晶机，因而不需要移除 硅和在另一场所处理、包装、运输、解包、装载和重新熔融硅，并 且也不涉及这些的费用。

附图说明