[发明专利]一种多晶硅生产方法

说明书

技术领域

    本发明涉及多晶硅生产方法，特别是一种工序少、产率高，物料消耗低、成本低的多晶硅生产方法。

背景技术

目前多晶硅行业中，大多数企业都采用西门子法生产多晶硅，这种方法的原理就是在1100℃左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上。

目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。改良西门子法是目前主流的生产方法，采用此方法生产的多晶硅约占多晶硅全球总产量的85％。这种方法是利用三氯氢硅发生反应，并生成多晶硅，但在生产过程中伴随产生的大量SiCl₄副产物，需要利用氢化技术将其转化为SiНС1₃，氢化技术包括氢化、分离、提纯的复杂过程，能量（包括电力与蒸汽）消耗大。

公开日为2003年3月19日，公开号为CN1403372A发明名称为用三氯氢硅和四氯化硅混合源生产多晶硅的方法，公开了：首先，在0.5-0.8大气压的干燥惰性气体保护下对三氯氢硅(SiHCl₃)、四氯化硅(SiCl₄)进行精炼纯化，其纯度达到9-10个9；同时对氢气也进行纯化到5-6个9；然后，将上述物料按照硅转化率0.08%及氯氢比0.15%所规定的流量，喷入氢还原炉，其还原温度控制在1145-1155℃，炉身、炉底温度保持150℃；最后，在炉内硅棒上制得低成本、高质量、高产率的产品多晶硅。

但是这种方法的进炉混合液只包括三氯氢硅(SiHCl₃)、四氯化硅(SiCl₄)，但是没有提供进炉的混合比例、混合方式、出炉混合比例，反应温度也较高，生长的硅棒容易产生“苞米花”现象，一般都采用鼓泡式混合方式，不能达到现在多晶硅生产的产量化要求，而且对氯硅烷的回收返回利用没有说明如何处理，所以并不是理想都产业化生产多晶硅的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种工序少、产率高，物料消耗低、成本低的多晶硅生产方法，具体是一种氯硅烷混合液（含三氯氢硅、四氯化硅及二氯二氢硅）完全循环使用、既不新增、不排出四氯化硅、也不需要进行四氯化硅氢化处理的产业化的氯硅烷混合液氢还原生产多晶硅的方法。

本发明的技术方案如下：

一种多晶硅生产方法，其特征在于步骤为：将回收的氯硅烷混合液加入补充三氯氢硅（加入补充三氯氢硅是为了补充在工艺过程中消耗的三氯氢硅）进行精馏提纯后，通过160℃的蒸汽将氯硅烷混合液加热汽化至90℃、0.8Mpa（G）的气态，加入补充氢气的回收氢气（加入补充氢气是为了补充在工艺过程中消耗的氢气），氯硅烷混合液被汽化后和氢气在静态混合器中混合，然后喷入还原炉，在1050℃～1100 ℃的硅棒上进行还原反应，生成多晶硅。还原温度相比传统方式较低，是可以有效控制硅棒的“苞米花”缺陷的形成。

所述回收的氯硅烷混合液包括三氯氢硅SiHCl₃、四氯化硅SiCl₄及二氯二氢硅SiH₂Cl₂。

所述精馏提纯是指将回收的氯硅烷混合液用高效块整填料塔精馏提纯。由于通过低温分离的氯硅烷混合液不需要分离SiCl₄，所以可以一起精馏提纯，不需要再分离后分别精馏提纯。

所述加入三氯氢硅的氯硅烷混合液被汽化后与加入补充氢气的回收氢气，这两种气体在静态混合器内混合，在出口处混合好。通过静态混合器混合的两种气体，配比及温度都很容易控制。

当喷入还原炉时，是按照硅转化率6～7%及氯氢比17～19%规定的流量，以120m/s的喷口喷速喷入还原炉。

还原反应后得到的还原尾气经低温（-70℃）分离得到回收的氯硅烷混合液、氢气、氯化氢，所述得到回收的氯硅烷混合液，经过精馏提纯后返回供还原反应循环使用，得到的氢气和氯化氢通过吸附分离，将回收的氢气返回供还原反应循环使用，氯化氢返回三氯氢硅合成炉。

在回收过程中，回收的氯硅烷混合液平均平衡mol比为：

SiHCl₃：SiCl₄：SiH₂Cl₂ =1：0.95～1：0.035～0.04。

进入还原炉的氯硅烷混合液与生产的多晶硅的mol比为14～16：1，其中的补充三氯氢硅与生产的多晶硅的mol比为1.1～1.2：1。