[发明专利]一种多晶硅硅棒的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅制造方法，特别地涉及一种通过采用螺旋形硅芯来制 造多晶硅的方法。

背景技术

多晶硅是太阳能光伏组件的重要原料，随着世界半导体工业和太阳能光伏电 池的发展，全球范围内对多晶硅的需求急剧增加。目前，多晶硅的主要生产方法 是改良西门子法，产品的初始形式为棒状多晶硅。其主要过程是将多根直硅芯安 装在钟罩形还原炉底盘的电极上，用石墨卡瓣或石墨锥筒夹持，每两根竖立直硅 芯用短硅芯作为横梁连接成“∏”形，以形成电流回路。硅芯安置完成后，将钟罩形 还原炉的炉筒盖上底盘，安装好原料进气管、还原尾气排气管线及炉筒冷却水等 辅助管线。在对还原炉进行氮气吹扫、氢气置换后，将硅芯预热至300℃左右后用 3000-5000伏特的电压击穿使其成为导体，或者在常温下用大约12000伏特的高压 直接高压击穿。硅芯击穿后，通过电流加热硅芯，使硅芯表面温度控制在 1000-1150℃，通入一定比例的氢气和含硅气体(主要为三氯氢硅，二氯二氢硅或 二者的混合物，或其它卤代硅烷，或单一硅烷气体)，含硅气体中的硅被还原并沉 积在炽热的硅芯表面，随着硅沉积在硅芯表面，硅芯直径逐渐变粗，形成多晶硅 硅棒。当多晶硅硅棒直径长到120-200mm时，停止通入含硅气体和氢气并逐步停 止施加电流，待硅棒表面温度降低至常温时，用氮气吹扫和置换还原炉，之后开 炉收取多晶硅硅棒产品。

目前西门子法生产多晶硅硅棒采用的是直径6-10mm的直线形硅芯，采用直线 形硅芯制备多晶硅存在的问题是：初始硅芯总表面积小，导致多晶硅生长速度尤 其是在初期较慢，使得原料消耗和电耗较大。此外，硅芯之间互相利用热辐射的 能力仍有较大改进空间，这种改进对进一步降低还原电耗和生产成本具有积极意 义。

发明内容

本发明人在现有技术的基础上研究发现，通过使用一类特殊的螺旋形硅芯可 显著改善上述问题，并由此完成了本发明。

具体而言，本发明涉及以下方面的内容：

1、一种多晶硅硅棒的制备方法，所述的方法包括使含硅气体和氢气在炽热的 硅芯表面(温度为1000-1150℃)还原，硅沉积在炽热的硅芯表面，随着硅的沉积， 硅芯直径逐渐长大，形成多晶硅硅棒。

2、根据方面1所述的方法，其特征在于，所述的反应在钟形反应器中进行。

3、根据方面1所述的方法，其特征在于，所述含硅气体包括卤代硅烷、硅烷 等。

4、根据方面1所述的方法，其特征在于，所述的硅芯为螺旋形硅芯，硅芯可 由圆柱形、方形、薄板形等直硅芯加工而成。

5、根据方面3所述的方法，其特征在于，所述的卤代硅烷包括氯代硅烷、溴 代硅烷，碘代硅烷等。

6、根据方面5所述的方法，其特征在于，所述的卤代硅烷可以表示为SiH_nX_4-n， 其中n＝0-3，X＝Cl，Br，I。

7、根据方面4所述的方法，其特征在于，所述的螺旋形硅芯的节距为 10-300mm，优选的50-150mm。

8、根据方面4所述的方法，其特征在于，所述的螺旋形硅芯的螺旋直径为 20-120mm，优选的50-80mm。

发明效果：

根据本发明的多晶硅硅棒的制造方法，由于所使用的硅芯为螺旋形，可以在 同样高度的炉筒内安置更大长度的硅芯，从而有效增大初始硅芯的总表面积，与 现有制造方法相比，可以大大增加多晶硅的沉积速率。

根据本发明的多晶硅硅棒的制造方法，由于所使用的硅芯为螺旋形，可以有 效的利用螺旋硅芯内部每圈螺纹之间，以及硅芯之间的相互热辐射，与现有制造 方法相比，可以大大降低多晶硅制造过程中含硅气体还原的直接电耗。

根据本发明的多晶硅硅棒的制造方法，与现有制造方法相比，可以显著提高 多晶硅的沉积速率，比如同比提高至少10-30％。

根据本发明的多晶硅硅棒的制造方法，与现有制造方法相比，可以显著降低 多晶硅制造过程中含硅气体还原的直接电耗，比如同比降低至少10-30％。

附图说明

图1是本发明中多晶硅棒制造方法中的一种钟形还原炉和螺旋形硅芯的示意 图。

具体实施方式