[发明专利]多晶硅还原系统及其还原气体原料的进料方式

说明书

技术领域

本发明总体涉及多晶硅还原系统。具体来说，涉及多晶硅还原系统中的还原气体原料的进料方式或提供方法。

背景技术

多晶硅是重要的半导体原料，目前其生产的主流工艺为改良西门子法。多晶硅还原是改良西门子法的一个重要生产环节，其原料为三氯氢硅和氢气。多晶硅的产出方式为在原有硅棒表面上沉积，随着反应的进行，在硅棒表面沉积越多，硅棒的直径越大，三氯氢硅和氢气的消耗量也随直径的增大而增大。因此，在整个多晶硅沉积过程中，三氯氢硅气体和氢气进气量的变化是非常大的。由于三氯氢硅和氢气进气量直接影响多晶硅在硅棒上沉积的速率，故需要对二者的进气量进行灵活控制。同时，进料混合气中三氯氢硅与氢气的摩尔比也会影响沉积速率，因此，如何控制三氯氢硅气体和氢气进气量，以及两种气体的摩尔比成为影响多晶硅还原的重要环节。此外，由于多晶硅还原的重要原料三氯氢硅常温常压下是以液态存在，经过精馏提纯的三氯氢硅也是以液态进入多晶硅还原工序，所以，选择一种合适的三氯氢硅液体汽化方式成为多晶硅还原的关键之一。

目前多晶硅还原系统进料方式主要有三种方式，分别是鼓泡式汽化、列管式汽化以及Liebig管式汽化。

鼓泡式汽化方式是利用氢气在三氯氢硅液相中鼓泡，同时外部热源供热，使三氯氢硅汽化，通过氢气的鼓泡加速三氯氢硅的蒸发，得到氢气和三氯氢硅的混合气。鼓泡式汽化方式的工艺流程见图1。该方式的优点是：由于加入氢气，使得三氯氢硅变成气相所需的热量大为减少，若用蒸汽加热，则对蒸汽的压力品质要求不高，一般0.2Mpa即可；同时在输送过程中，混合中的三氯化硅不会液化，保证了后续生产工艺的稳定。缺点：鼓泡式汽化器内含有两种物质组分，为确定其配比，需要分别控制温度和压力两个参数。又因其后续生产工艺对混合气体配比要求较高，在不同的生长时段配比需不断变化，用此方式汽化不利于配比的频繁调节；由于一台鼓泡式汽化器同时为多台还原炉供料，若其中一台或多台还原炉需要变动其配比，会影响到其它还原炉，不利于整个系统的生产稳定；并且，每台还原炉的进气只能测混合气流量，温度和压力稍有波动，组分组成就会发生变化。

列管式汽化是将液相三氯氢硅在外部热源加热下直接汽化。控制汽化后饱和气体的压力，以一定的流量与氢气充分混合，形成混合气，参见图2。该方式的优点在于生产过程中其组分配比调节十分容易。缺点：需要大量热量使液体三氯氢硅变成气态，若用蒸汽加热，则对蒸汽的压力品质要求较高，一般需0.6Mpa方可；且再输送过程中很容易液化。

Liebig管式汽化是将三氯氢硅液体与氢气通过流量调节控制后，进入一种混合器，然后进入Liebig管，利用热源提供热量使三氯氢硅液体汽化，参见图3。该方式的优点在于在生产过程中其组分配比调节十分容易。但不能保证液态三氯氢硅完全被汽化。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够灵活控制进料配比并且使进料中的三氯氢硅能够完全汽化的多晶硅生产还原进料方式。

根据本发明的一个方面，提供了一种为至少两个多晶硅还原炉分别直接提供多晶硅还原气体原料的方法。该方法包括：

利用氢气在三氯氢硅液体中鼓泡并同时进行外部加热使三氯氢硅液体汽化而得到氢气和三氯氢硅的摩尔比为固定值的混合气体；

将所述混合气体分为第一路混合气体和第二路混合气体；

另外提供氢气并将其加热后分为第一路加热氢气和第二路加热氢气；

将第一路加热氢气与第一路混合气体混合得到氢气和三氯氢硅的摩尔比为第一预定值的多晶硅还原气体原料后直接通入第一多晶硅还原炉；以及

将第二路加热氢气与第二路混合气体混合得到氢气和三氯氢硅的摩尔比为第二预定值的多晶硅还原气体原料后直接通入第二多晶硅还原炉；

其中所述固定值小于所述第一预定值以及所述第二预定值。

在本发明的方法中，第一预定值和第二预定值通常均在3.5∶1至4.5∶1之间。优选固定值为3∶1。

在本发明的方法中，第一预定值和第二预定值可以相等也可以不等。

在本发明的方法中，可以通过控制混合气体的温度和压力来得到氢气和三氯氢硅的摩尔比为固定值的混合气体。

在本发明的方法中，可以通过分别控制第一路加热氢气的流量以及第一路混合气体的流量来得到氢气和三氯氢硅的摩尔比为第一预定值的多晶硅还原气体原料；并且可以通过分别控制第二路加热氢气的流量以及第二路混合气体的流量来得到氢气和三氯氢硅的摩尔比为第二预定值的多晶硅还原气体原料。

根据本发明的另一个方面，提供了一种多晶硅还原系统。该系统包括：

鼓泡式汽化器；