[发明专利]生产电子级多晶硅的方法

说明书

本发明公开了生产电子级多晶硅的方法。该方法包括：(1)在多晶硅还原炉内设置多圈硅棒，其中，内圈硅棒采用低电阻硅芯，中圈硅棒和/或外圈硅棒采用高电阻硅芯；(2)向所述内圈硅棒施加第一电压、以高压击穿的方式通电，并向所述多晶硅还原炉中通入三氯氢硅和氢气，进行第一阶段反应，在所述内圈硅棒上沉积得到第一多晶硅产品；(3)向所述中圈硅棒和/或外圈硅棒施加第二电压，持续向所述多晶硅还原炉中通入三氯氢硅和氢气，进行第二阶段反应，在所述中圈硅棒和/或外圈硅棒上沉积得到第二多晶硅产品。该方法可显著降低多晶硅产品中的杂质含量，生产得到高品质的多晶硅产品。

技术领域

本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体而言，本发明涉及生产电子级多晶硅的方法。

背景技术

电子级多晶硅主流的生产方法为改良西门子法，该方法利用提纯后的三氯氢硅和氢气在一定温度压力条件下，在多晶硅还原炉内预先放置的硅芯(未沉积多晶硅的硅棒)表面进行化学气相沉积生成硅棒。在此过程中，硅芯和不断长大的硅棒表面温度需要控制在1000～1100℃左右，常规的解决办法是通电以提供相应的能量。但是硅为半导体材料，在常温下电阻接近无穷大，没有办法对其直接通电，常用的解决办法是用加热灯将其温度提高至300～400℃形成导体后通电。但是常用的加热灯为石英材质，在使用过程中存在放入和取出的过程，这带来了将杂质引入还原炉内高纯环境的巨大风险，有可能导致多晶硅产品纯度不足。

综上所述，现有的电子级多晶硅生产方法仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出生产电子级多晶硅的方法。该方法可显著降低多晶硅产品中的杂质含量，生产得到高品质的多晶硅产品。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种生产电子级多晶硅的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)在多晶硅还原炉内设置多圈硅棒(例如2圈或3圈等)，其中，内圈硅棒采用低电阻硅芯，中圈硅棒和/或外圈硅棒采用高电阻硅芯；(2)向所述内圈硅棒施加第一电压、以高压击穿的方式通电，并向所述多晶硅还原炉中通入三氯氢硅和氢气，进行第一阶段反应，在所述内圈硅棒上沉积得到第一多晶硅产品；(3)向所述中圈硅棒和/或外圈硅棒施加第二电压，持续向所述多晶硅还原炉中通入三氯氢硅和氢气，进行第二阶段反应，在所述中圈硅棒和/或外圈硅棒上沉积得到第二多晶硅产品。

根据本发明上述实施例的生产电子级多晶硅的方法中，多晶硅还原炉内的硅棒布局方式为内圈硅棒采用低电阻硅芯，中圈硅棒和/或外圈硅棒采用高电阻硅芯。在启炉阶段，首先采用第一电压将内圈硅棒击穿，使其表面温度达到多晶硅沉积所需温度。随着第一阶段反应的进行，第一多晶硅产品沉积在内圈硅棒的表面，并通过热辐射提高炉内整体温度，使中圈硅棒和/或外圈硅棒的温度达到在较低电压下可导电的范围。后续，向中圈硅棒和/或外圈硅棒施加第二电压，使其表面温度达到多晶硅沉积所需温度。随着第二阶段反应的进行，获得第二多晶硅产品。

在多晶硅生产中，还原炉为间歇性生产，在装炉的过程中不可避免地会对炉内壁、底盘等部位造成污染，即使采用高规格的清洁技术也无法完全避免，因此通常电子级多晶硅生产中，会发现最初沉积在硅芯上的多晶硅纯度最低，这是由于还原炉内约60％～80％的初始杂质在初始反应阶段一同进入了多晶硅产品。本发明通过采用内圈硅棒与中圈硅棒和/或外圈硅棒分阶段通电反应的反式，使还原炉内初始杂质集中沉积在内圈硅棒上，从而可以显著提高中圈硅棒和/或外圈硅棒沉积得到的产品纯度。产品处理时，内圈硅棒沉积得到第一多晶硅产品可作为低等级电子级或光伏级多晶硅使用，中圈硅棒和/或外圈硅棒沉积得到的第二多晶硅产品则作为高纯度电子级多晶硅使用，其中，施主和受主杂质含量较常规方法生产得到的产品可下降10％～30％，施主杂质含量低于10ppta，受主杂质含量低于8ppta。

另外，根据本发明上述实施例的生产电子级多晶硅的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述内圈硅棒包括3对，所述外圈硅棒包括6对。