[发明专利]多晶硅的制备方法及多晶硅的制备设备

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅的制备方法及多晶硅的制备设备，其中，所述多晶硅被用作直拉法生长半导体用单晶硅的原料。

本申请要求2006年11月14日在日本申请的特愿2006-308477、及2007年10月22日在日本申请的特愿2007-273546的优先权。

背景技术

用作半导体用单晶硅的原料的高纯度多晶硅，通常采用所谓西门子法(Siemens process)的制备方法制得。在所述西门子法中，通过下述反应式(1)、(2)所示的三氯硅烷(SiHCl₃)的还原反应和热分解反应生成多晶硅。

SiHCl₃+H₂→Si+3HCl    …(1)

4SiHCl₃→Si+3SiCl₄+2H₂…(2)

另外，所述西门子法中使用的原料三氯硅烷，可通过使四氯化硅(SiCl₄)与氢气反应，经由下述反应式(3)所示的转化过程而制得。

SiCl₄+H₂→SiHCl₃+HCl    …(3)

已知在通过传统的西门子法制备多晶硅的制备工艺中，反应生成气中除了含有三氯硅烷、四氯化硅以外，还含有一氯硅烷、二氯硅烷、或被称为聚合物的高分子氯化硅化合物(参照专利文献1)。所述聚合物是含有2个以上硅原子的Si₂Cl₆、Si₃Cl₈(八氯化三硅)、Si₂H₂Cl₄等高级硅化合物(高分子氯化硅化合物)的总称。

在对上述聚合物进行蒸馏得到的残留液中，包含作为含3个硅原子的丙硅烷之一种的八氯化三硅或作为含4个硅原子的丁硅烷之一种的十氯化四硅等，以往是用水或碱等对这类物质进行水解等处理。例如，在专利文献2中公开了关于聚合物的分解方法的方案。

专利文献1：国际公开号WO02/012122

专利文献2：日本特开平11-253741号公报

发明内容

在通过传统的西门子法制备多晶硅的制备工艺中，对产生的聚合物要进行水解等处理，但由于水解过程中放热且产生氢气，因此必须要有与之相应的高度有效的控制及设备。另外，由于聚合物中的氯成分与碱等反应被除去，使装置体系内部的氯源减少，因此必须从装置外部补充氯源。并且，还存在下述可能威胁管道及机器的完整性的隐患，例如，如果提高硅的聚合度，则其沸点也将随之升高，这将造成聚合物附着于管道壁面而成为管道堵塞的原因等。尤其是丙硅烷或丁硅烷，在利用蒸汽加热的普通设备中，由于它们的附着而导致的设备堵塞现象恐怕是无法避免的。

本发明鉴于上述课题，目的在于提供一种多晶硅的制备方法及多晶硅的制备设备，该方法和设备不但可以使聚合物易于分解处理，还可以抑制氯源的损失及保持机器的完整性。

本发明为了解决上述课题，采用了下述方案。即，本发明的多晶硅制备方法的特征在于包括下述步骤：使三氯硅烷与氢气反应生成硅和流出物的步骤，其中，所述流出物包括含有四氯化硅的甲硅烷类(式SiH_nCl_4-n：n＝0～4)、和至少含有丙硅烷类或丁硅烷类的聚合物；将上述流出物与氢气供给到转化反应器中、并在600～1400℃的范围进行加热，从而使所述四氯化硅反应转化为三氯硅烷、并使所述聚合物反应转化为甲硅烷类的步骤。

另外，本发明的多晶硅制备设备的特征在于，具有下述生成反应器和下述转化反应器：所述生成反应器是使三氯硅烷与氢气反应生成硅和流出物的反应器，其中，所述流出物包括含有四氯化硅的甲硅烷类(式SiH_nCl_4-n：n＝0～4)、和至少含有丙硅烷类或丁硅烷类的聚合物；所述转化反应器是通过将上述流出物与氢气供给到其内部、并在600～1400℃的范围进行加热，从而使所述四氯化硅反应转化为三氯硅烷、并使所述聚合物反应转化为甲硅烷类。

上述多晶硅的制备方法及多晶硅的制备设备中，由于通过将包含至少具有丙硅烷类或丁硅烷类的聚合物的流出物和氢气供给到转化反应器中并在600～1400℃的范围进行加热，使四氯化硅反应转化为三氯硅烷，并使聚合物反应转化为甲硅烷类，因此可以在所述转化反应器中由聚合物得到制备多晶硅的原料三氯硅烷或四氯化硅等甲硅烷类。