通過利用四氯矽烷減少壁上沉積的流化床反應器生產矽的製作方法

2023-05-02 05:49:56 1

專利名稱：通過利用四氯矽烷減少壁上沉積的流化床反應器生產矽的製作方法
通過利用四氯矽烷減少壁上沉積的流化床反應器生產矽相關申請的交叉引用根據35U. S. C. 120，本申請要求2008年11月5日提交的美國專利申請號 12/265, 038的權益。將美國專利申請號12Λ65，038併入本文以供參考。關於聯邦資助研究的聲明無
背景技術：
眾所周知，通過被稱為西門子工藝(Siemens process)的方法可以製造棒形矽。將包括氫和矽烷(SiH4)的混合物或包括氫和三氯矽烷(HSiCl3)的混合物供入含有溫度保持在高於1000°C的籽晶杆的分解反應器中。矽在該籽晶杆上沉積，並且副產物氣體混合物以排放流排出。當使用包括氫和三氯矽烷的混合物時，排放流包括氫、氯化氫、氯矽烷、矽烷和矽粉末。為本申請的目的，術語「氯矽烷」是任意具有一個或多個與矽結合的氯原子的矽烷類型，並且包括，但不限於一氯甲矽烷(H3SiCl)、二氯甲矽烷(H2SiCl2)、三氯矽烷(HSiCl3)、 四氯矽(SiCl4)以及各種氯化的乙矽烷(例如六氯乙矽烷和五氯二矽烷)。為本申請的目的，術語「矽單體」是指每一分子具有一個矽原子(例如矽烷、或HSiCl3或HSiCl3和SiCl4 的化合物)的任何矽烷類型。在排放流中，氫和氯矽烷(例如SiCl4以及HSiCl3)既可以來自未反應的供入氣體，也可以來自所述分解的反應產物。排放流經過複雜的回收工藝，其中濃縮、洗滌、吸收和吸附是經常用來促進用於循環的供入物質HSiCl3和氫的捕集的單元操作。與西門子工藝相關的一個問題是，由於控制該反應過程的化學平衡和動力學，難以取得多晶矽產品對供入的矽的高收益。
4HSiGl3 ^ 厶 Si 多晶體的+3SiCl4+2H2 -
H2+SiCl4 一 HSiCl3+HCl通常只能取得多晶矽最大理論收益的50%，或更少。而且，西門子工藝要求相對高的能量輸入，而只能獲得相對較低的收益。替換的方法是將包括氫和矽烷的混合物或包括氫和三氯矽烷的混合物供入含有在高溫下也保持近似球形珠子的矽的流化床中。這些珠子的尺寸變大，並且當達到足夠大時，作為產物從流化床反應器(FBR)的底部穿出。排出氣體離開FBR頂部並且通過與上述用於西門子工藝的回收工藝類似的回收工藝送出。與西門子工藝的50%至70%相比，這種工藝的收益大概是理論最大值的90%。使用FBR工藝的一個問題是，必須加熱所述珠子，使其溫度高於平均的床溫度以促進熱傳遞。這可以通過，例如熱壁反應器、微波能量、無線電頻率感應加熱或紅外輻射實現。所有的加熱方法都具有特有的操作問題。不過，一個問題是FBR的底部可以是熱的，並且當供入氣體只含有SiCl3和氫時，該氣體是活性的。結果，供入氣體分配器、成串的大粒珠子和反應器側壁易於快速沉積矽。這些沉積隨後破壞了適當的供給分布、產品分離和系統的熱傳遞。使用FBR工藝的另一個問題是產品質量通常不足以用於集成電路的製造；不過，FBR工藝的產品可以用於太陽能級的應用。在多晶矽工業中需要利用西門子反應器(Siemens reactor)提高多晶矽生產效率以減少副產品和能量消耗。在多晶矽工業中需要改進FBR技術以防止在FBR壁上形成矽沉積。

發明內容
一種方法，包括靠近流化床反應器(TOR)壁提供蝕刻氣體。


圖1是此處所述工藝的流程圖；圖2是分配板的俯視圖；圖3是FBR底部的橫截面圖。參考標號101西門子供給氣體流122產品流102西門子反應器124第二排放氣體流103多晶矽棒126回收系統104西門子排放氣體流128氫/HCl線路105流化床反應器130氯矽烷線路106除塵設備202中央噴嘴108移動線路204周邊噴嘴110已處理排放氣體流300FBR的底部112反應物流301矽顆粒113沉積氣體流302產品排出管114第二流體303注入噴嘴115蒸餾塔304周邊噴嘴116蒸餾器305FBR壁117分配器306水平開口118塔頂餾出的(overhead)蒸汽119補充流體120蒸餾器
具體實施例方式一種生產矽的方法，包括1)向流化床反應器(FBR)的內部區域供入包括氫的沉積氣體和矽單體，同時2)向FBR的周邊區域提供蝕刻氣體，其中周邊區域位於內部區域和FBR壁之間。在步驟1)中，矽單體可選自矽烷 (SiH4)和三氯矽烷(HSiCl3)。將沉積氣體和蝕刻氣體引入FBR的加熱區中。步驟1)中矽單體的量足以使矽沉積在位於FBR的加熱區上方的反應區中的流化矽顆粒上。步驟2)中蝕刻氣體的量足以蝕刻FBR壁上的矽。蝕刻氣體基本上由SiCl4組成。在該方法的步驟2、中，將基本上由SiCl4組成的蝕刻氣體供入FBR中並且靠近FBR 壁。可通過在(或靠近)FBR底部的分配器的周邊區域供入蝕刻氣體，從而最小化或防止壁上的矽沉積。分配器的周圍區域在內部區域和FBR壁之間。可選地，可以將蝕刻氣體直接送入靠近FBR壁的地方，從而最小化或防止壁上的矽沉積。對於本申請的目的，「基本上由 SiCl4組成」表示該蝕刻氣體含有充足量的SiCl4以局部地使反應(如上面第3段所述)變成蝕刻模式。將包括氫的沉積氣體和矽單體供入FBR的內部區域。可選地，可以通過分配器供入沉積氣體。可以將FBR與西門子反應器形成為一體，以便從來自西門子反應器的排出氣體中得到進入FBR的蝕刻氣體和/或沉積氣體。蝕刻氣體的準確數量和供入速度取決於不同因素，包括噴嘴的數量和結構、FBR的結構(例如直徑和高度)、以及操作FBR的工藝條件(例如溫度和壓力)。本領域普通技術人員能夠基於使用的FBR結構和工藝條件，計算出蝕刻氣體的數量和供入速度。例如，在圖 1所示及以下所述工藝中的溫度和壓力下，蝕刻氣體的數量足以在局部存在氫和矽的情況下提供至少6mol%的SiCl4。這會引發第3段所示的反應，以在靠近FBR壁處生成HCl，從而防止或最小化FBR壁上的矽沉積而基本上不會稀釋總氣體供入(沉積氣體和侵蝕氣體的組合)成分。靠近壁所需的SiCl4的準確等級取決於沉積氣體中活性(reactive)矽前體 (矽單體)的濃度及其熱力勢，以在FBR中的籽晶顆粒上形成矽。SiCl4的數量足以在FBR 壁上提供SiCl4的覆蓋層，例如足以在從FBR壁至向內12mm，以及可選地從FBR壁至向內 IOmm形成蝕刻條件的SiCl4的數量。不希望受到理論的束縛，認為使進一步向內延伸不會產生額外益處並且會降低FBR的容量，但是使覆蓋層較少的向內延伸允許矽沉積到FBR壁上。本領域普通技術人員能夠算出(沉積氣體和蝕刻氣體組合的)目標總氣體供給流速以實現流化(流化速度)，並且利用該流化速度計算供入(內部)供給氣體噴嘴的沉積氣體的量和SiCl4的量，以在周邊區域、向內IOmm至12mm以及部分向上的(upward)間距處的覆蓋層中供給。該向上的間距取決於矽沉積形成在特定FBR壁上的地方。所述6摩爾％基於反應的蝕刻向沉積狀態轉變的平衡線。當SiCl4的量是6mol%或更低，氫會減少 SiCl4以使矽沉積。不過，當SiCl4的量高於6%，當FBR在大氣壓力或更高的壓力狀態下運行時，該反應會蝕刻矽(從而將矽從FBR壁上去除)。在這種情況下，使SiCl4氫化以形成 HSiCl3,並且隨後使HCl與壁附近的矽反應，消耗HCl從而形成氯矽烷。不過，本領域普通技術人員能夠認識到，所述6mol%的值可以根據其他工藝條件(例如溫度和壓力)而改變。 例如，參見 J. Electrochem. Soc.的 119 卷 12 期 1741-1745 頁(1972 年 12 月)，L.P.Hunt 和 E. SirtlThorough Thermodynamic Evaluation of the Si 1 icon-Hydrogen-Chlorine System(矽-氫-氯系統的詳細熱力學評定)」。這些成分中每一個相對彼此的量和溫度決定了平衡線的位置。供入的SiCl4的量足以在FBR壁上形成刻蝕條件並在FBR中儘可能多的地方形成沉積條件。供入FBR的沉積氣體包括的成分足以提供每1摩爾矽對應3. O至 3. 3摩爾氯，用於FBR(內部區域)內的沉積模式。在壁處，供入FBR中的蝕刻氣體包括的成分足以提供每1摩爾矽對應3. 8至4. O摩爾氯用於蝕刻模式以及相對於6mol %氯矽烷中總氯矽烷的氫氣的最低濃度。假設氯(Cl)、矽(Si)、和氫(H)的總摩爾數滿足此處所述的標準，供應至壁上或靠近壁供應的蝕刻氣體可以是壁處純SiCl4或與其他氣體(例如稀釋氣體，比如氮或氬)混合的SiCl4。圖1示出了示例工藝的流程圖。向含有細杆的西門子反應器102供入西門子供給氣體流101。西門子供給氣體流101包括HSiCl3和氫。該細杆由兩根多晶矽籽晶棒通過多晶矽橋連接在一起形成。多晶矽從西門子供給氣體流101中沉積在細杆上，以製造U形杆 103形狀的多晶矽產品。在一批結束時將西門子反應器102中的杆103移除。來自西門子反應器102的排放氣體流104可以包括HSiCl3、SiCl4、氫、HCl和矽粉末。不希望受到理論的束縛，認為因為西門子反應器壁通過流體(空氣、水、或其他傳熱介質)的強制對流冷卻，所以通過設計西門子反應器壁比FBR的壁更涼，這就是西門子反應器的壁上沒有矽沉積的問題而FBR的壁上卻有矽沉積的問題的原因。可以對來自西門子反應器102的排放氣體流104進行處理，例如，通過除塵裝置 106(其可以利用液體(例如工業用水)來進行冷卻)供入排放氣體流104，從而通過線路 108去除細矽粉末。除塵裝置106包括燒結金屬反吹過濾器、接觸冷凝器、或二者的組合，例如，位於排放氣體流104線路中接觸冷凝器(未示出)的上遊或下遊的燒結金屬反吹過濾器。然後，將由此得到的包括HSiCl3* SiCl4的已處理排放氣體流110隔離在蒸餾塔 115中，以形成包括HSiCl3的反應物流112和基本上由SiCl4組成的蝕刻氣體流114。可以使用例如蒸餾器116加熱反應物流112。來自接觸冷凝器和/或除塵裝置106的塔頂餾出的蒸汽118包括氫和非冷凝的氯矽烷。然後可選地，在反應物流112供入FBR 105前，使塔頂餾出的蒸汽118和反應物流112重新結合。可選地，用補充流119中額外的供入氣體、額外氣體或二者一起補充反應物流112。然後可選地，使由此得到的沉積氣體流113(包括氫和HSiCl3)在加熱器(未示出)中加熱，並供入分配器117(例如具有噴嘴的分配板)的內部區域中並從而進入FBR105中。蝕刻氣體114可以通過蒸餾器120加熱並供入分配器117 的周圍區域中。多晶矽從沉積氣體流113中沉積到矽籽晶顆粒上。將珠子形狀的多晶矽產物在產物流122中從FBR 105中去除。從FBR 105中去除包括氫氣、HCl和氯矽烷(例如HSiCl3 和SiCl4)的第二排放氣體流124並將其送入回收系統126中。回收氫並通過線路1 將其送入西門子反應器102或FBR105中。通過線路130回收氯矽烷並循環利用或出售。通過線路128回收HCl並出售。FBR105可以循環利用SiCl4。可選地，使SiCl4氫化或將其轉換成HSiCl3，並且由此得到的HSiCl3可以被西門子反應器102循環利用。圖2示出了圖1所示的FBR105中使用的示例分配板117的俯視圖。分配板117 包括中央噴嘴202和多個周邊噴嘴204，中央噴嘴在內部區域中用於將沉積氣體流113引入 FBR105中，周邊噴嘴用於將蝕刻氣體流114引入FBR105的周邊區域中。本領域普通技術人員能夠認識到，圖2中的噴嘴結構只是示例而並非用於限制。例如，內部區噴嘴202可以在 (或不在)分配板117的中心；並且可以存在一個或多個內部區噴嘴202。內部區噴嘴202 可以在分配板117上或在其上方注入氯矽烷和氫。周邊區噴嘴204可以更靠近或進一步遠離內部區噴嘴202。可以使用更多或更少的周邊區噴嘴204。可選地，正如以下圖3所示， 可以去掉分配板，並且通過不同埠將沉積氣體流和蝕刻氣體流引入FBR 105中以實現相同的效果。本領域普通技術人員能夠認識到，圖1所述的工藝只是示例，並非用於限制權利要求所闡明的本發明的範圍。例如，作為選擇，將來自西門子反應器102的排放氣體流104 作為沉積氣體流113直接供入FBR105中，而不插入處理步驟(在西門子反應器102和FBR 105之間沒有任何單元操作)。在這種情況下，將從替換源(例如包括回收系統1 的源) 得到供入分配板117周邊區域噴嘴204的蝕刻氣體。圖3示出了此處適用的FBR底部300的橫截面的可選實施例。FBR的底部300包括矽顆粒301，當矽顆粒足夠大時，其從產品排出管302中排出。通過一個或多個注入噴嘴 303,304供入包括HSiCl3和氫的沉積氣體，這些噴嘴定位在位於產品排出管302上方的圓錐形網格中。不希望受到理論的束縛，認為網格的錐形斜坡有助於排出矽顆粒301，而使供入氣體(沉積氣體和蝕刻氣體)注入噴嘴303處於水平方向，以減少矽顆粒301滲入供入氣體室中的可能性。錐形網格與水平面的角度小於60°，可選地與水平面的角度為20°至 60°。注入噴嘴303具有水平開口 306，S卩，該開口水平地穿過FBR壁305。圖左邊和右邊示出了水平開口 306的兩個示例實施例，不過，本領域普通技術人員能夠認識到，這些實施例只是示例，並非用於限制。例如，水平開口 306可以是水平鑽出的穿過FBR壁305的孔 (左邊的306)，或者水平開口(右邊的306)可以在伸入到FBR中的噴嘴304的末端。通過周邊噴嘴304供入基本上由SiCl4組成的蝕刻氣體流。西門子反應器本工藝中使用的西門子反應器可以是傳統西門子反應器，例如美國專利四99735、 3011877、3862020或3961003中公開的西門子反應器。例如，這種西門子反應器的操作可以如下進行。豎直地將多晶矽籽晶棒放置在西門子反應器中並且使其相互平行。兩個或更多這種籽晶棒通過橋相互連接，從而形成U形棒。加熱U形棒直到它們的溫度達到700°C 至1400°C範圍內，可選地達到1000°C至1200°C，可選地達到1100°C至1150°C。可以在壓力範圍13kPa(2psig(磅/平方英寸))至3450kPa(500psig)之間操作西門子反應器，可選地，在 6kPa(Ipsig)至 1380kPa(200psig)之間，並且可選地，在 IOOkPa(1 巴(bar))至 690kPa(IOOpsig)之間。通過底部上的入口向西門子反應器中供入西門子供入氣體。西門子供入氣體包括氫和HSiCl3。可選地，西門子供入氣體進一步包括SiCl4。矽從供入氣體沉積在U形棒上， 從而增加U形棒的直徑。西門子供入流包括5%至75%的HSiCl3。西門子供入氣體包括每 1摩爾氫對應0. 015摩爾HSiCl3至每1摩爾氫對應0. 03摩爾HSiCl3。可選地，西門子供入氣體包括每1摩爾氫對應0. 03摩爾HSiCl3至每1摩爾氫對應0. 15摩爾HSiCl3。不希望受到理論的束縛，認為基於西門子供入氣體中含有的矽的總量，可以從西門子反應器中得到多晶矽產品的量為20%至50% (可選地20%至40% )。流化床反應器本發明中使用的FBR可以是傳統FBR，例如美國專利5077028中公開的FBR。例如，該FBR的操作可以如下進行。將矽籽晶顆粒放置在FBR中並使其流化。籽晶顆粒的來源是本領域中已知。例如，通過機械研磨粒狀多晶矽或碾壓西門子反應器中生產的多晶矽而得到籽晶顆粒。用於流化所述床的氣體(流化氣體)包括稀釋氣體，例如氫、氬、氦、氮或它們的組合。可選地，可以從來自西門子反應器的排放氣體流中得到流化氣體和/或反應氣體(它們構成了沉積氣體流113)，例如，沉積氣體流包括所有或部分來自西門子反應器的排放氣體流。可選地，流化氣體包括稀釋氣體和所有或部分來自西門子反應器的排放氣體流的組合。矽沉積在籽晶顆粒的表面，從而增加了它們的尺寸。將由此得到的珠子狀的產物從流化床上移除，並引入更多籽晶顆粒。將蝕刻氣體引入靠近FBR壁的地方。該蝕刻氣體基本上由SiCl4組成。可選地，蝕刻氣體進一步包括稀釋氣體(例如氮或氬)，或者不會將上面第3段所述的反應物的平衡轉成沉積模式的任意其他氣體。不希望受到理論的束縛，認為蝕刻氣體使靠近FBR壁的反應是蝕刻模式而不是沉積模式。該處的蝕刻模式會防止矽沉積在FBR壁上和/或去除在FBR壁上的矽沉積。FBR內部的溫度範圍為900°C至1410°C，可選地為1100°C至1300°C，以及可選地為 1100°C至1250°C。FBR內部的壓力至少為2個大氣壓，可選地為5至15個大氣壓，以及可選地為5至8個大氣壓。本領域普通技術人員能夠認識到，以上限度只是示例而並非化學上的限制；不過，建造在大於15個大氣壓下操作的FBR是不切實際的。將來自西門子反應器的排放氣體流直接供入FBR中通過向FBR提供較少的熱能， 從而提供了節能優勢。可選地，利用額外的HSiCl3可選地補充來自西門子反應器的排放氣體流。進入FBR的供給流中氯矽烷的濃度範圍為20mol%至50mol%，可選地為25mol%至 35mol %。不希望受到理論的束縛，認為如果氯矽烷的濃度高於50 %，會形成過多的細粉。 流化了的矽顆粒的平均直徑範圍為0. 5mm至4mm，可選地為0. 6mm至1. 6mm。氣體在流化顆粒床層(bed)中的滯留時間為0. 5秒至4秒，可選地為0. 5秒至2秒。 本領域普通技術人員可以基於不同因素確定最小流化速度和設計操作速度。影響最小流化速度的因素包括重力加速度、流體密度、流體粘度、固體密度以及固體顆粒尺寸。 影響操作速度的因素包括熱傳遞和動力性能，例如液化床的高度、總表面積、供入氣體流中矽前體的流量率、壓力、氣體和固體溫度、物質濃度、和熱力學平衡點。在如上所述的矽顆粒尺寸範圍內，所述床屬於Geldart組B類顆粒的範圍內，其中，最大的顆粒屬於Geldart組D類範圍內。Geldart組B類顆粒層的特性是，易於形成相對較大的泡沫，這些泡沫從注入處隨著它們的上升增大。隨著這些泡沫的上升，它們引起了床層乳相中固體的局部再循環。該作用很容易集中在所述床的內部，從而促使乳相的混合。 不過，靠近所述床的外圍，較少的泡沫上升，並且由於壁的阻力，泡沫引起的固體運動遠非靠近中心區發生的那樣顯著。這種特徵使得發明者能夠利用所述床的自然滲透性，使得靠近壁的地方的SiCl4的注入比壁的邊緣處的更易於上升，從而用不易反應的供入成分覆蓋顆粒區和壁。本領域普通技術人員將會認識到，西門子反應器採用批次處理操作，FBR採用連續處理操作。而且，離開西門子反應器的排放氣體流的成分可以在批處理過程中改變。因此，本領域普通技術人員能夠認識到，可以組合來自多個(兩個或更多)西門子反應器的排放氣體以形成作為沉積氣體直接或間接供入FBR的排放氣體流，或者利用額外的HSiCl3、 SiCl4、氫或它們的組合補充供入FBR的沉積氣體流，例如，以使供入FBR的沉積氣體流的易變性最小化。而且，可以將來自西門子反應器的排放氣體流供入一個或多個平行設置的流化床反應器。不希望受到理論的束縛，認為利用含有HSiCl3的氯矽烷補充沉積氣體能夠增加矽的生產率。不希望受到理論的束縛，認為利用SiCl4補充到FBR的供入氣體流(例如， 圖1所示示例中的沉積氣體流113、蝕刻氣體流114或者二者都有)可以防止不期望的沉積，例如FBR壁、加熱器壁以及進料分配器117上的沉積。不希望受到理論的束縛，FBR具有理論最大值的90 %至50 %或40 %的產量差異的沉積。不希望受到理論的束縛，認為該工藝的另一個優點是來自西門子反應器的部分轉換的供入氣體具有不能在大氣壓力下溫度低於1250°C時沉積矽的組成。該細節允許通過熱壁反應器、耐熱供給管或其他比FBR工藝中通常使用的更有效的裝置設計加熱系統。為了本申請的目的，公開的範圍包括範圍本身和該範圍裡包括的任意情況以及端點。例如，700至1400的範圍的公開不但包括範圍700至1400，而且分別包括700、850、1000、和1400，以及包括在該範圍中的任意其他數。此外，例如700至1400的範圍的公開， 包括子範圍例如1000至1400和1000至1100，以及包括在該範圍中的任意其他子範圍。類似地，馬庫什組(Markush group)的公開包括整個組以及該組中包括的任意單獨的成員和其中包含的子集合。例如，馬庫什組氫、HSiCl3、SiCl4* HCl的公開包括單獨的成員氫；子集合HSiCl3和SiCl4 ；以及其中包括的任意單獨的成員和子集合。為了本申請的目的，冠詞 「一 (a, an)，，和「該」均表示一個或多個。回收系統可以通過任意傳統方式回收來自FBR的排放氣體流。可以使用傳統設備冷卻來自 FBR的排放氣體流。可以使用傳統設備，例如接觸冷凝器、燒結金屬反吹過濾組件或旋風器和過濾器組件的組合去除細矽粉末。可選地，將來自FBR的排放氣體流供入接觸冷凝器，以在液體氯矽烷中弄碎 (knock down)所述固體，並且隨後乾燥細矽粉末(例如在噴霧乾燥器中)。可以中和並出售由此得到的矽粉末。可選地，可以回收細矽粉末和氯矽烷並將它們轉化成氯矽烷，用作西門子反應器的供給流。本領域普通技術人員能夠選擇合適的回收系統而不需要過多的實驗。工業應用性不希望受到理論的束縛，認為靠近FBR壁供入的蝕刻氣體會局部地將反應從沉積模式轉換到蝕刻模式。不過，因為蝕刻氣體的作用相對於進入FBR的總供給氣體速度比較小，FBR中大部分化學性質都保持沉積模式。不希望受到理論的束縛，認為，與壁附近沒有蝕刻氣體的FBR相比，FBR能夠利用更多供入流化床內部區域的活性沉積氣體工作，而不會產生過多的灰塵，並且能夠減少FBR壁上矽的增長。此外，此處描述的工藝允許FBR以一種真正連續的模式操作一延長的時間，即，為了從壁上或FBR的其他內部蝕刻矽沉積，不必停止或減慢矽的沉積。沒有進料系統和回收系統的兩重性以及本方法的易於加熱的組合益處可以使FBR 和西門子反應器的集成工藝更能易於管理和更經濟。西門子反應器的多晶矽產物適用於太陽能電池或集成電路應用。FBR的多晶矽產物適用於太陽能電池應用。本領域普通技術人員能夠認識到，以上關於SiCl4和其他氯矽烷的公開只是示例， 並非用於限制。其他滷代矽烷系列也能夠用於本工藝以及本發明的FBR;例如，矽單體可以包括矽烷或商代矽烷(例如氯矽烷或溴矽烷)。在這種情況下，當沉積氣體包括三溴矽烷時，蝕刻氣體可選地基本上由四溴矽烷組成。
權利要求
1.一種方法，包括1)將包括氫的沉積氣體和矽單體供入流化床反應器的內部區域，其中所述矽單體選自 SiH4和HSiCl3，並且將所述沉積氣體引入所述流化床反應器的加熱區，以及同時2)使基本上由SiCl4組成的蝕刻氣體通過周邊區域供入所述流化床反應器的加熱區中，其中所述周邊區域在所述內部區域和所述流化床反應器壁之間；以及其中，步驟1)中所述矽單體的量足以將矽沉積在位於所述流化床反應器中加熱區之上的反應區中的流化矽顆粒上，並且步驟幻中SiCl4的量足以從所述流化床反應器壁上蝕刻矽。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述沉積氣體來自西門子反應器的排放氣體流。
3.根據權利要求1所述的方法，其中在來自一個或多個所述西門子反應器的排放氣體流離開所述西門子反應器之後並且在進入所述流化床反應器之前，使所述排放氣體流分離，以形成至少一部分所述沉積氣體和至少一部分所述蝕刻氣體。
4.根據權利要求3所述的方法，其中所述方法進一步包括利用額外的氯矽烷種類補充所述沉積氣體。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述額外的氯矽烷種類包括HSiCl3、SiCl4或其組合。
6.根據權利要求2或3所述的方法，其中所述方法進一步包括將所述一個或多個西門子反應器生產的矽用於集成電路、太陽能電池或同時用於二者。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述方法進一步包括將所述流化床反應器生產的矽用於太陽能電池。
8.根據權利要求2所述的方法，其中所述排放氣體流包括HSiCl3、SiCl4、氫、HCl和矽粉末，以及所述方法進一步包括，在將所述排放氣體流作為所述沉積氣體供入所述流化床反應器中之前，去除所述排放氣體流中的矽粉末。
9.根據權利要求2所述的方法，其中利用額外的HSiCl3可選地補充所述排放氣體流以形成所述沉積氣體，以及所述沉積氣體包括的氯矽烷的濃度範圍為20mOl%至50mOl%。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述氯矽烷的濃度範圍為25mol%至35mol%。
11.根據權利要求1所述的方法，其中所述方法進一步包括幻將來自所述流化床反應器的第二排放氣體流供入回收系統。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述第二排放氣體流包括氫、HSiCl3、SiCl4*HCl。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述方法進一步包括4)回收氫、HSiCl3、SiCl4 或其組合。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述方法進一步包括5)向所述西門子反應器供給氫、HSiCl3或二者。
15.根據權利要求13所述的方法，其中所述方法進一步包括5)向步驟1)中的所述第一流添加氫、HSiCl3或其組合。
16.根據權利要求13所述的方法，其中所述方法進一步包括向步驟幻中的所述第二流添加SiCl4。
17.根據權利要求11所述的方法，其中所述方法進一步包括4)回收SiCl4,將所述 SiCl4轉化成HSiCl3,以及向所述西門子反應器或所述流化床反應器供給所述HSiCl3。
18.一種流化床反應器，其中，所述流化床反應器(300)包括具有注入噴嘴(303，304) 的底部，所述注入噴嘴定位在產品排出管(30 上方的錐形網格中，其中所述注入噴嘴 (303，304)具有水平開口 (306)。
19.根據權利要求18所述的流化床反應器，其中所述錐形網格與水平線的夾角為20°至 60°。
20.一種方法，包括在工藝中使用權利要求18中的所述流化床反應器，所述方法包括1)將包括氫的沉積氣體和矽單體供入所述流化床反應器的內部區域中，其中所述矽單體選自SiH4和HSiCl3,以及將所述沉積氣體引入所述流化床反應器的加熱區中，以及同時2)使基本上由SiCl4組成的蝕刻氣體通過周邊區域供入所述流化床反應器的加熱區中，其中所述周邊區域在所述內部區域和所述流化床反應器的壁之間，以及其中，步驟1) 中所述矽單體的量足以將矽沉積在位於所述流化床反應器加熱區上方的反應區中的流化矽顆粒上，以及步驟2~)中SiCl4的量足以從所述流化床反應器壁上蝕刻矽。
全文摘要
本發明公開通過向靠近流化床反應器壁的地方供入蝕刻氣體的方法來抑制流化床反應器壁上矽沉積。所述蝕刻氣體包括四氯矽烷。可以將西門子反應器併入到所述方法中，以便將來自所述西門子反應器的排放氣體用於形成供入所述流化床反應器的供入氣體和/或蝕刻氣體。
文檔編號B01J8/24GK102333585SQ200980144312
公開日2012年1月25日 申請日期2009年10月12日 優先權日2008年11月5日
發明者麥可·莫爾納 申請人:赫姆洛克半導體公司