电子级多晶硅生产系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了电子级多晶硅生产系统和方法。其中，电子级多晶硅生产系统包括：预处理装置，其包括多个串联的吸附柱，所述吸附柱中设有吸附载体和吸附负载组分，所述吸附负载组分包括四氯化铂、氯化亚铜中的至少之一；精馏装置；沉积装置；第一尾气分离装置；二氯二氢硅储罐，其与所述第一尾气分离装置相连，且适于储存所述第一尾气分离装置分离得到的二氯二氢硅，并将所述第一尾气分离装置分离得到的二氯二氢硅供给至所述沉积装置用于所述化学气相沉积处理。该系统可以显著降低电子级多晶产品中的硼、磷、碳、金属等杂质含量，生产得到的高品质的电子级多晶产品，并降低生产能耗。并降低生产能耗。并降低生产能耗。

【技术实现步骤摘要】
电子级多晶硅生产系统和方法


[0001]本专利技术涉及多晶硅生产
，具体而言，本专利技术涉及电子级多晶硅生产系统和方法。

技术介绍

[0002]改良西门子法工艺自上世纪60年代成型以来，经过大量的技术改进，成为了主流的多晶硅生产技术，始终用于半导体行业。在2005年前后，随着光伏行业的发展，改良西门子法在工艺参数、设备选型、生产环境控制等方面针对成本控制进行了相应的调整，在光伏级多晶硅制造上获得广泛应用。
[0003]电子级多晶硅是集成电路产业的基础原材料，随着集成电路制程能力的不断发展，对电子级多晶硅的质量需求也越来越高。目前全球仅有数家多晶硅厂家能够生产可用于12英寸半导体级硅片的高纯电子级多晶硅，采用的均为改良西门子工艺，此工艺路线以化学气相沉积环节为核心，还包含精馏、尾气分离、氢化、后处理等生产环节，构建了一套能够循环利用的生产体系。因为集成电路先进制程技术本身的特点，电子级多晶硅在各种杂质控制和波动稳定性方面的需求也不断提升，这也使得改良西门子工艺的各环节都要持续的技术进步，以避免在某些生产过程中造成无法克服的质量瓶颈。

技术实现思路

[0004]本专利技术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，本专利技术的一个目的在于提出电子级多晶硅生产系统和方法。该系统可以显著降低电子级多晶硅产品中的硼、磷、碳、金属等杂质含量，生产得到的高品质的电子级多晶硅产品，并降低生产能耗。
[0005]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种电子级多晶硅生产系统。根据本专利技术的实施例，该电子级多晶硅生产系统包括：
[0006]预处理装置，所述预处理装置包括多个串联的吸附柱，所述吸附柱中设有吸附载体和吸附负载组分，所述吸附负载组分包括四氯化铂、氯化亚铜中的至少之一；所述预处理装置适于对三氯氢硅原料进行预处理，得到预处理后三氯氢硅；
[0007]精馏装置，所述精馏装置与所述预处理装置相连，且适于对所述预处理后三氯氢硅进行精馏处理，得到精馏后三氯氢硅；
[0008]沉积装置，所述沉积装置与所述精馏装置相连，且适于利用氢气和所述精馏后三氯氢硅进行化学气相沉积处理，得到电子级多晶硅，并排出包含三氯氢硅、二氯二氢硅、四氯化硅和氢气的第一尾气；
[0009]第一尾气分离装置，所述第一尾气分离装置与所述沉积装置相连，且适于对所述第一尾气进行第一分离处理，分别得到三氯氢硅、二氯二氢硅、氢气和包含四氯化硅的第一处理后尾气；
[0010]二氯二氢硅储罐，所述二氯二氢硅储罐与所述第一尾气分离装置相连，且适于储
存所述第一尾气分离装置分离得到的二氯二氢硅，并将所述第一尾气分离装置分离得到的二氯二氢硅供给至所述沉积装置用于所述化学气相沉积处理。
[0011]根据本专利技术上述实施例的电子级多晶硅生产系统，首先利用预处理装置对三氯氢硅原料进行预处理，从而可以三氯氢硅原料中的硼、磷等杂质。
[0012]专利技术人在研究中发现，市售三氯氢硅原料多为三氯氢硅合成装置或冷氢化装置生产。三氯氢硅合成装置使用HCl和硅粉在固定床或流化床反应器内反应，冷氢化装置使用四氯化硅、氢气、硅粉在流化床内反应，二者都存在硅粉作为反应物。而硅粉中含有大量的含磷杂质、含硼杂质和金属杂质，无法在制备三氯氢硅的过程中除去。同时，上述两种生产工艺，还容易向三氯氢硅产品中引入甲基氯硅烷、氯甲烷等有机物杂质。然而，以上杂质无法通过精馏系统有效除去，将对生产系统造成污染。专利技术人发现，四氯化铂对BCl
x
有良好的吸附作用，氯化亚铜对PCl
y
具有良好的吸附作用(PCl
y
中的P存在孤对电子，容易与Cu形成α-π键相互作用，进而吸附在Cu上)，而金属杂质和有机物杂质则可以吸附在吸附柱载体上。由此，通过采用以四氯化铂、氯化亚铜作为吸附负载组分的多个吸附柱对三氯氢硅原料进行预处理，可以显著降低电子级多晶硅产品中的硼、磷、碳、金属等杂质含量，生产得到的高品质的电子级多晶硅产品。
[0013]另一方面，对于化学气相沉积处理中产生的包含三氯氢硅、二氯二氢硅、四氯化硅和氢气的第一尾气，现有技术一般是将尾气经歧化处理获得三氯氢硅继续使用。而专利技术人研究发现，在化学气相沉积过程中，不同物质的异相化学沉积速度、以及在气相和固相间的反应选择性是存在显著差异的。通过调整化学气相沉积过程不同阶段反应体系中的二氯二氢硅含量，可以对硼、磷在多晶硅棒本体和沉积速率、以及整体反应速率都造成显著影响。由此，本专利技术的系统通过将从第一尾气中分离得到二氯二氢硅储存至一独立储罐，并根据化学气相沉积进行的进度，单独控制储罐向沉积装置中供给二氯二氢硅，从而可以进一步避免杂质在硅棒上沉积，并降低生产能耗。
[0014]另外，根据本专利技术上述实施例的电子级多晶硅生产系统还可以具有如下附加的技术特征：
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述吸附柱包括第一吸附柱、第二吸附柱和第三吸附柱，所述第一吸附柱中的吸附载体的孔径为12～9nm，所述第二吸附柱中的吸附载体的孔径为7～5nm，所述第三吸附柱中的吸附载体的孔径为3～2nm。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述吸附载体选自硅胶、离子交换树脂中的至少之一。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，所述第一尾气分离装置还与所述精馏装置相连，且适于将分离得到的三氯氢硅供给至所述精馏装置用于所述精馏处理。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，所述电子级多晶硅生产系统进一步包括：热氢化装置，所述热氢化装置与所述第一尾气分离装置相连，且适于对所述第一处理后尾气进行热氢化处理，得到包含三氯氢硅、四氯化硅和氢气的第二尾气。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述电子级多晶硅生产系统进一步包括：第二尾气分离装置，所述第二尾气分离装置与所述热氢化装置相连，且适于对所述第二尾气进行第二分离处理，分别得到三氯氢硅和包含四氯化硅和氢气的第二处理后尾气，并将分离得到的三氯氢硅供给至所述精馏装置用于所述精馏处理，将分离得到的第二处理后尾气供给至所述热氢化装置用于所述热氢化处理。
[0020]在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种电子级多晶硅生产方法。根据本专利技术的实施例，该电子级多晶硅生产方法包括：
[0021](1)将三氯氢硅原料供给至预处理装置中进行预处理，得到预处理后三氯氢硅；
[0022](2)将所述预处理后三氯氢硅供给至精馏装置中进行精馏处理，得到精馏后三氯氢硅；
[0023](3)将氢气和所述精馏后三氯氢硅供给至沉积装置中进行化学气相沉积处理，得到电子级多晶硅，和包含三氯氢硅、二氯二氢硅、四氯化硅和氢气的第一尾气；
[0024](4)将所述第一尾气供给至第一尾气分离装置中进行第一分离处理，分别得到三氯氢硅、二氯二氢硅、氢气和包含四氯化硅的第一处理后尾气；
[0025](5)将所述第一尾气分离装置分离得到的二氯二氢硅供给至二氯二氢硅储罐中储存，并将所述第一尾气分离装置分离得到的二氯二氢硅供给至所述沉积装置用于所述化学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子级多晶硅生产系统，其特征在于，包括：预处理装置，所述预处理装置包括多个串联的吸附柱，所述吸附柱中设有吸附载体和吸附负载组分，所述吸附负载组分包括四氯化铂、氯化亚铜中的至少之一；所述预处理装置适于对三氯氢硅原料进行预处理，得到预处理后三氯氢硅；精馏装置，所述精馏装置与所述预处理装置相连，且适于对所述预处理后三氯氢硅进行精馏处理，得到精馏后三氯氢硅；沉积装置，所述沉积装置与所述精馏装置相连，且适于利用氢气和所述精馏后三氯氢硅进行化学气相沉积处理，得到电子级多晶硅，并排出包含三氯氢硅、二氯二氢硅、四氯化硅和氢气的第一尾气；第一尾气分离装置，所述第一尾气分离装置与所述沉积装置相连，且适于对所述第一尾气进行第一分离处理，分别得到三氯氢硅、二氯二氢硅、氢气和包含四氯化硅的第一处理后尾气；二氯二氢硅储罐，所述二氯二氢硅储罐与所述第一尾气分离装置相连，且适于储存所述第一尾气分离装置分离得到的二氯二氢硅，并将所述第一尾气分离装置分离得到的二氯二氢硅供给至所述沉积装置用于所述化学气相沉积处理。2.根据权利要求1所述的电子级多晶硅生产系统，其特征在于，所述吸附柱包括第一吸附柱、第二吸附柱和第三吸附柱，所述第一吸附柱中的吸附载体的孔径为12～9nm，所述第二吸附柱中的吸附载体的孔径为7～5nm，所述第三吸附柱中的吸附载体的孔径为3～2nm；任选地，所述吸附载体选自硅胶、离子交换树脂中的至少之一。3.根据权利要求1所述的电子级多晶硅生产系统，其特征在于，所述第一尾气分离装置还与所述精馏装置相连，且适于将分离得到的三氯氢硅供给至所述精馏装置用于所述精馏处理。4.根据权利要求1所述的电子级多晶硅生产系统，其特征在于，进一步包括：热氢化装置，所述热氢化装置与所述第一尾气分离装置相连，且适于对所述第一处理后尾气进行热氢化处理，得到包含三氯氢硅、四氯化硅和氢气的第二尾气。5.根据权利要求4所述的电子级多晶硅生产系统，其特征在于，进一步包括：第二尾气分离装置，所述第二尾气分离装置与所述热氢化装置相连，且适于对所述第二尾气进行第二分离处理，分别得到三氯氢硅和包含四氯化硅和氢气的第二处理后尾气，并将分离得到的三氯氢硅供给至所述精馏装置用于所述精...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴锋，孙江桥，王德芸，张天雨，
申请(专利权)人：江苏鑫华半导体材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：