[发明专利]通过闭合环路方法生产硅

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2006年4月13日提交的美国临时专利申请 No.60/791,640(其全部内容引入本文作为参考)的优先权。

技术领域

本发明涉及制备固体高纯硅的方法。

背景技术

高纯度元素硅用于电子半导体和太阳能电池的制造。已使用各种方法 生产高纯硅。例如，西门子工艺是从三氯硅烷生产元素硅的公知方法。然 而，该工艺是高度耗能的并且对于每摩尔所获得的硅，产生3～4摩尔的四 氯化硅副产物。

已对最初的西门子工艺进行了改进。例如，据报道美国专利6,932,954 中公开的工艺通过在较高温度下进行热解减少了在三氯硅烷的热解过程中 形成的四氯化硅副产物的量。然而，所产生的四氯化硅的量依旧为在最初 的西门子工艺条件下产生的量的1/3～1/2。将所形成的四氯化硅副产物还原 回到三氯硅烷，将该三氯硅烷再引入到体系中。

存在对甚至更加有效的高纯硅制造工艺的需求。本文中所描述的发明 提供这样的方法。本发明的该优点和其它优点、以及额外的发明特征将从 本文中所提供的本发明的描述中明晰。

发明内容

本发明涉及生产硅的方法，其包括：(a)提供气态三氯硅烷，(b)在基体 的存在下，在引起硅沉积在该基体上并产生四氯化硅副产物的温度下使该 气态三氯硅烷与氢反应，(c)使四氯化硅副产物气化以形成气态四氯化硅，(d) 将该气态四氯化硅转化为具有约200nm或者更小的平均初级粒径和约 500μm或者更大的平均团聚体尺寸的细粒硅，(e)通过熔融该细粒硅形成硅 熔体，和(f)从该硅熔体形成固体硅。

附图说明

图1是显示本发明典型实施方式的示意性工艺图。

具体实施方式

本发明提供生产硅尤其是高纯硅的方法，包括使用(例如再循环)一种或 者多种副产物以生产硅。该高纯硅优选为太阳能电池级硅，更优选为半导 体级硅(其也被称为多晶硅)。对于提供给太阳能电池和半导体工业的多晶 硅，需要杂质在百万分之几(ppm)、十亿分之几(ppb)、和/或万亿分之几(ppt) 的范围内。特别是，通过本发明的方法生产的高纯硅期望地是含有每种不 超过1ppm(例如，不超过0.1ppm)的金属杂质(例如铁、铝、钙和钛)、不超 过40ppm(例如，不超过4ppm)的碳、不超过50ppm(例如，不超过5ppm)的 氧、不超过3ppm(例如，不超过0.3ppm)的硼、和/或不超过1ppm(例如，不 超过0.1ppm)的磷。

本发明方法包括：提供气态三氯硅烷，和在基体的存在下、在引起硅 沉积在该基体上并产生四氯化硅副产物的温度下使该气态三氯硅烷与氢反 应。然后使该四氯化硅副产物气化以形成气态四氯化硅，将该气态四氯化 硅转化为细粒硅。期望地，该细粒硅具有200nm或者更小的平均初级粒径 和约500μm或者更大的平均团聚体尺寸。通过熔融该细粒硅形成硅熔体， 并且从该硅熔体形成固体硅。

三氯硅烷(SiHCl₃)可以由任何合适的源和/或以任何合适的方式提供。例 如，三氯硅烷可以从冶金级硅获得。冶金级硅具有99％或者更高的纯度， 但是含有杂质例如300ppm或者更大(例如300～25000ppm)的铁、300ppm或 者更大(例如300～5000ppm)的铝、20ppm或者更大(例如20～2000ppm)的钙、 100ppm或者更大(例如100～1000ppm)的钛、50ppm或者更大(例如 50～1500ppm)的碳、100ppm或者更大(例如100～5000ppm)的氧、5ppm或者 更大(例如5～70ppm)的硼、和/或5ppm或者更大(例如5～100ppm)的磷。冶金 级硅中的其它杂质通常为5ppm或者更大(例如5～200ppm)的镁、10ppm或 者更大(例如10～300ppm)的锰、1ppm或者更大(例如1～300ppm)的钒、5ppm 或者更大(例如5～100ppm)的铜、5ppm或者更大(例如5～150ppm)的铬、10ppm 或者更大(例如10～100ppm)的镍、5ppm或者更大(例如5～300ppm)的锆、和/ 或1ppm或者更大(例如1～10ppm)的钼。