[发明专利]一种多晶硅的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及多晶硅的生产方法。

背景技术

太阳能是一种绿色能源，以“低碳”为特征的绿色新政思想使得太阳能的开发利用已成为必然趋势。多晶硅作为将太阳能转换为电能的基本材料，其生产工艺在不断变革，生产技术逐渐朝着绿色环保、低耗能的方向发展。

多晶硅的生产工艺复杂，最初人们主要采用冶金法、高纯碳热还原法或固态电迁移法。但是由于利用冶金法、高纯碳热还原法以及固态电迁移法等方法生产的产品纯度低、能耗高、原材料浪费大，所以总是不能进入到规模化的生产。

目前工业化的多晶硅生产方法主要有硅烷法和西门子法。西门子法又称为三氯氢硅气相氢还原法，其原理就是在1100℃左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上。西门子法生产出的多晶硅纯度完全满足直拉和区熔的要求，所以成为常用的生产技术。改良西门子法是在传统西门子工艺的基础上发展形成的多晶硅生产技术，同时具备节能、降耗、回收利用生产过程中伴随产生的大量H₂、HCl、SiCl₄等副产物以及大量副产热能的配套工艺，生产线工艺技术和设备体系完全闭路循环的，产品质量高，性能较稳定。目前世界上绝大部分厂家均采用改良西门子法生产多晶硅。

改良西门子法流程图参见图1，其具体工艺为：

（I）氢气与氯化氢反应，合成氯化氢，反应式为:H₂+C1₂→2HCl。

（II）将石英砂冶炼提纯到98%，并通过冶炼生成工业硅。化学反应式为：SiO₂+C→Si+CO₂↑。

（III）所述工业硅纯度较低，必须进一步提纯。将工业硅粉碎后与无水氯化氢反应合成三氯氢硅，反应式为：Si+HCl→SiHCl₃。反应生成的尾气为氢气、氯化氢、三氯氢硅、四氯化硅、硅的气态混合物。

上述三氯氢硅合成反应产生的尾气经进一步提纯、分离、过滤得到硅粉；冷凝得到三氯氢硅和四氯化硅，经多级精馏提纯后，高纯的三氯氢硅进入三氯氢硅还原工序制备多晶硅，高纯的四氯化硅进入氢化工序；氢气回用于四氯化硅氢化反应；氯化氢通过吸收、精馏、冷凝、储存和气化再回用于三氯氢硅合成反应。以上尾气分离工序中产生的不凝气和残余物即为废气残液，进行去三废处理。

（IV）三氯氢硅还原采用高温还原工艺，在1100℃左右的高纯硅芯上用高纯氢还原三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上。化学反应的方程式为：SiHCl₃+H₂→Si+3HCl。对还原尾气进行分离，冷凝得到三氯氢硅和四氯化硅，经多级精馏提纯后，得到的三氯氢硅进入三氯氢硅还原工序制备多晶硅，得到的四氯化硅进入氢化工序。分离得到的氢气回用于四氯化硅氢化反应；分离得到的氯化氢通过吸收、精馏、冷凝、储存和气化用于四氯化硅氢化反应。以上尾气分离工序中产生的不凝气和残余物即为废气残液，进行去三废处理。

（V）四氯化硅氢化生成三氯氢硅，回用于三氯氢硅还原工序。对氢化尾气进行分离，冷凝得到三氯氢硅和四氯化硅，经多级精馏提纯后，得到的三氯氢硅进入三氯氢硅还原工序制备多晶硅，得到的四氯化硅进入氢化工序。分离得到的氢气回用于四氯化硅氢化反应；分离得到的氯化氢通过吸收、精馏、冷凝、储存和气化再回用于四氯化硅氢化反应。以上尾气分离工序中产生的不凝气和残余物即为废气残液，进行去三废处理。

但是改良西门子法中必须先经过金属硅冶炼工序将石英砂制备成为工业硅，然后以工业硅为原料制备多晶硅。由于工业硅冶炼工序需要的能量较高，并且以工业硅为原料制备多晶硅工艺复杂，因此改良西门子法的能耗高、成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种多晶硅生产工艺能耗低，节约成本。

本发明公开了一种多晶硅的生产方法，包括以下步骤：

（A）硅矿石与氯气或氯化氢在还原剂作用下发生氯化反应，得到四氯化硅；

（B）将所述步骤（A）得到的四氯化硅进行氢化反应，得到三氯氢硅；

（C）将所述步骤（B）得到的三氯氢硅还原，得到多晶硅。

优选的，所述步骤（A）具体为：

硅矿石与氯气或氯化氢在还原剂作用下发生氯化反应，得到包括四氯化硅和氯气或氯化氢的尾气，将所述氯气或氯化氢回收。

优选的，所述步骤（A）中，所述硅矿石的SiO₂含量大于60%。