[发明专利]高纯度二氧化硅与冶金级多晶硅的制法

说明书

技术领域

本发明与石英砂的提炼技术有关，更具体地说，是指一种高纯度二氧化硅 与冶金级多晶硅的制法。

背景技术

目前石英砂提炼工厂对于二氧化硅的精炼仍停留于水洗与浮选等传统技 术，这些技术对二氧化硅的纯化多半仅能达到95～99wt.％，但半导体产业中制 造硅晶元用的石英坩埚及光学玻璃基板所需的纯度至少为99.995wt.％以上，因 此传统的精炼技术无法达到这两种产业所需的纯度。

此外，硅为太阳能光电产业与半导体产业的主要原料，半导体元件所使用 的硅晶片，都是采用多晶硅原料再经由单晶生长技术生产出来的，因此多晶硅 原料的纯度会直接影响到硅晶圆的品质与良率，尤其在集成电路(IC，Integrated Circuit)元件尺寸日益缩小的今日，对多晶硅原料纯度的要求也越来越严格。

目前一般商业化的多晶硅，依外观可分为粒状多晶(granular)与块状多晶 (chunk poly)两种。其中前者是利用含有硅品种的流体化床反应炉进行还原沉积 反应来制造多晶硅，后者主要是利用化学气相沉积法，长出多晶棒再敲碎成块 状，这些方法都是以冶金级多晶硅作为起始原料。一般工业上将天然石英砂 (SiO₂)作为反应物，以焦炭作为还原剂利用高温(超过1700℃)还原得到冶金级 多晶硅，不仅生产技术复杂，成本也高。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的即在提供一种高纯度二氧化硅与冶金级多晶 硅的制法，其可制作出符合半导体产业与平面液晶显示器需求的高纯度二氧化 硅。

本发明的另一目的在于提供一种高纯度二氧化硅与冶金级多晶硅的制法， 其可利用高纯度二氧化硅制程中所产生的中间物——氟化硅铵盐(NH₄)₂SiF₆， 在还原气氛中合成冶金级多晶硅，所使用的化学药品价廉且制程简单，可大幅 降低生产成本。

因此，为达成前述的目的，本发明提供一种高纯度二氧化硅的制法，其步 骤至少包含有：a)将预定比例的二氧化硅均匀溶解于氟化氨水溶液中并以预定 温度加热；b)加入预定温度的热水于溶液中予以搅拌，并过滤固体残留物；c) 将过滤后的溶液降温至室温，可获致氟化硅铵盐晶体；d)重复b)至c)步骤预定 次数而获致预定纯度的氟化硅铵盐晶体；e)导入大量氨气并以预定温度加热氟 化硅铵盐晶体以进行化学反应，最后，即可得到高纯度二氧化硅。

此外，本发明还提供一种冶金级多晶硅的制法，主要取前述c)步骤中制成 的氟化硅铵盐为原料，再实施以下步骤：f)将氟化硅铵盐置于容器内并通入氢/ 氩混合气；g)以预定温度加热该容器，使氟化硅铵盐、氢/氩混合气产生还原反 应；h)预定时间后停止加热，使该容器自然冷却，待其冷却至适当温度后停止 通入氢/氩；i)最后，即可于该容器内产生冶金级多晶硅粉末。

本发明所提供的高纯度二氧化硅与冶金级多晶硅的制法，其不仅可制作出 纯度达到99.99wt.％(杂质总量低于100ppm)的二氧化硅，且，制程的中间产 物——氟化硅铵盐还可制作出冶金级的多晶硅，符合半导体产业与太阳能光电 产业所需硅晶上游原料的需求，不仅所使用的化学药品价廉且制程简单，可大 幅降低生产成本。

附图说明

图1为本发明的高纯度二氧化硅合成流程图；

图2为本发明中二氧化硅与氟化氨在不同温度下合成氟化硅铵盐的结晶产 率图；

图3为本发明中二氧化硅与氟化氨在不同时间下合成氟化硅铵盐的结晶产 率图；

图4为本发明中氟化氨/二氧化硅在不同比例合成氟化硅铵盐的结晶产率 图；

图5为本发明中氟化硅铵盐在不同温度下通氨气反应合成二氧化硅的X射 线衍射仪分析图；

图6为本发明中氟化硅铵盐在不同温度下通氨气反应合成二氧化硅的傅立 叶转换红外光谱仪分析图；

图7(a)为本发明中氟化硅铵盐结晶一次合成二氧化硅的能量扩散光谱仪分 析图；

图7(b)为本发明中氟化硅铵盐结晶二次合成二氧化硅的能量扩散光谱仪 分析图；

图7(c)为本发明中氟化硅铵盐结晶三次合成二氧化硅的能量扩散光谱仪分 析图；

图7(d)为本发明中氟化硅铵盐结晶四次合成二氧化硅的能量扩散光谱仪 分析图；