[发明专利]一种激光维持等离子体制备多晶硅的方法及系统

说明书

为克服现有气液沉积法法生成的多晶硅中杂质含量高的问题，本发明提供了一种激光维持等离子体制备多晶硅的方法，包括以下操作步骤：获取硅源气体；采用多束激光束交汇，在交汇点形成等离子体反应区，将硅源气体和可选择的其他参与反应的原料气体导入等离子体反应区反应生成多晶硅，沉降收集多晶硅。同时，本发明还提供了一种激光维持等离子体制备多晶硅的系统。本发明提供的激光维持等离子体制备多晶硅的方法和系统能够有效减少由于气液沉积反应器本身材质或由于加热装置的接触而引入杂质的风险，提高制备的多晶硅的纯度。

技术领域

本发明属于多晶硅制备技术领域，具体涉及一种激光维持等离子体制备多晶硅的方法及系统。

背景技术

多晶硅是高科技产品的重要原材料，广泛应用于半导体和光伏行业。目前，多晶硅的工业生产方法主要有改良西门子法、硅烷法和气液沉积法。其中，硅烷法以硅烷气体作为硅源制备多晶硅，主要优势是提纯方便，但硅烷气体属于易燃易爆的危险物品，一旦管控不当便会引发事故。改良西门子法制备的多晶硅占据了主要市场，但由于生产过程受热力学限制，一直以来都存在能耗高、效率低等诸多先天不足，导致生产成本居高不下。气液沉积法是一种更先进的多晶硅生产技术，将作用温度条件控制在1500℃，直接在气体中生成液体硅。传统的改良西门子法中，多晶硅一般由SiHCl₃和氢气直接反应生成，而由于气液沉积法反应温度高，多晶硅生成的直接原料不再局限于活性较高的SiHCl₃,亦可用四氯化硅作为直接原料，而且沉积速率更快，生产效率更高。四氯化硅可以SiO₂为初始原料通过化学反应获得。相比于改良西门子法，气液沉积法工艺初始原料不再是工业硅，而是SiO₂，省去了把SiO₂冶炼成工业硅这一环节，大幅缩短生产流程。相比于硅烷法，气液沉积法原料SiO₂也不存在易燃易爆安全隐患。

目前气液沉积法法存在的主要缺点是生成的多晶硅中杂质含量较高，其部分原因是由于气液沉积法法相比于传统的改良西门子法需要设置较高的反应温度，常用的加热结构，如高频加热石墨管，反应生成的多晶硅液会附着在其上，而在较高的反应温度条件下，高频加热石墨管中的碳容易进入多晶硅液中，进而导致生成的多晶硅中碳杂质含量较高。

发明内容

针对现有气液沉积法法生成的多晶硅中杂质含量高的问题，本发明提供了一种激光维持等离子体制备多晶硅的方法及系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种激光维持等离子体制备多晶硅的方法，包括以下操作步骤：

获取硅源气体；

采用多束激光束交汇，在交汇点形成等离子体反应区，将硅源气体和可选择的其他参与反应的原料气体导入等离子体反应区反应生成多晶硅，沉降收集多晶硅。

可选的，所述激光束的激光功率为1500～2000W。

可选的，不同的所述激光束通过透镜组聚焦后在所述等离子体反应区交汇。

可选的，所述等离子体反应区的温度为1500～1650℃。

可选的，所述硅源气体选自四氯化硅，所述原料气体选自氢气，硅源气体和原料气体的通入摩尔比为1：2.5～3.0。

可选的，还包括冷凝区，所述冷凝区位于所述等离子体反应区的下方，所述等离子体反应区中反应形成的多晶硅液在所述冷凝区中沉降汇集，所述冷凝区的温度为1410～1450℃。

可选的，将硅源气体和原料气体反应生成的尾气进行尾气干法回收，分离其中未反应的硅源气体和原料气体，提纯后的硅源气体和原料气体再次导入等离子体反应区中参与反应。

可选的，所述硅源气体包括三氯硅烷、四氯化硅、二氯硅烷和硅烷中的一种或多种。