使用外围四氯化硅减少硅在反应器壁上的沉积的方法技术

本发明专利技术公开了流化床反应器系统和分配器以及用于由可热分解的硅化合物例如三氯硅烷生产多晶硅的方法。该方法通常包括在多晶硅生产过程中通过使用四卤化硅还原反应器壁上的硅沉积物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景本说明书涉及流化床反应器系统和由可热分解的硅化合物，例如三氯硅烷生产多晶娃，以及，特别是包括在多晶娃生广过程中在反应器壁上减少娃沉积物的方法。流化床反应器用于进行多相反应。在典型的流化床反应器系统中流体通过粒状材料例如催化剂或成长的产物粒子的床。流体的流动导致粒状材料的床在反应器中变为流体化。多晶硅是用于生产许多エ业产品包括，例如集成电路和光电(即，利用太阳光的) 电池至关重要的原材料。多晶硅通常通过化学气相沉积机理生产，其中将硅由可热分解的硅化合物沉积到流化床反应器内的硅粒子上。种子粒子的尺寸连续生长直至它们作为多晶硅产物(即，“粒状”多晶硅)离开反应器。适合的可分解硅化合物包括，例如硅烷和卤代硅烷例如三氯硅烷。在许多流化床反应器系统中并且特别是在其中来自流体相的材料化学分解形成固体材料的系统中，例如在多晶硅生产系统中，固体可沉积到反应器的壁上。壁上的沉积物通常改变了反应器的几何形状，这可能降低反应器性能。另外，部分壁上的沉积物可能从反应器壁上脱落并落入反应器底部。通常必须关闭反应器系统以除去脱落的沉积物。为了防止反应器过早关闭，必须定期将沉积物从反应器壁上腐蚀下来并且必须清洗反应器，因而降低了反应器的生产能力。腐蚀操作由于热冲击或热膨胀或收缩的差异可能对反应器系统产生应力，这可能导致反应器壁破裂，这就要求重建装置。这些问题在生产多晶硅中使用的流化床反应器系统中特别严重。因此对限制或減少反应器壁上的沉积物的量的生产多晶硅的反应器系统和方法存在持续需求。概述本说明书的ー个方面涉及在包括反应室的反应器内生产多晶硅产品的方法。反应室具有至少ー个反应室壁。将四卤化硅引导向反应室壁并且将可热分解的硅化合物引导向四卤化硅的内部。可热分解的化合物接触硅粒子以使硅沉积到硅粒子上并增大尺寸。在另ー个方面中，生产多晶娃的方法包括将三齒娃烧引入含有娃粒子的反应室。三齒娃烧在反应室内热分解以将一定量的娃沉积到娃粒子上。一定量的三齒娃烧转化为四齒化娃。四齒化娃从反应室内排出。将部分排出的四齒化娃送入反应室。本说明书的另ー个方面涉及用于将第一气体、第二气体和第三气体分配到具有至少ー个反应室壁的反应室内的分配器。分配器包括多个分配开ロ，所述开ロ包括至少ー个外围开ロ、至少ー个内部开口和至少ー个中心开ロ。设置外围开ロ提供与第一气体来源而不是第二气体来源或第三气体来源的流体连通(communication)。本说明书的又ー个方面涉及包括反应室和用于将气体分配到反应室内的分配器的流化床反应器系统。反应室具有至少ー个反应室壁。分配器具有多个分配开ロ，所述分配开ロ提供反应室与第一气体来源、第二气体来源和第三气体来源之间的流体连通。多个分配开ロ包括至少ー个外围开ロ、至少ー个内部开口和至少ー个中心开ロ。设置外围开ロ提供与第一气体来源而不是第二气体来源或第三气体来源的流体连通。存在各种改进以体现在关于本说明书的上述方面所提及的特征。另外的特征也可纳入本说明书的上述方面中。这些改进或附加特征可单独存在或任意组合存在。例如，可以将下面有关本说明书所列举的各实施方案的任一个所讨论的各种特征単独或任意组合纳入到本说明书的上述方面的任ー个中。附图概述图I为进入和离开流化床反应器系统的第一个实施方案的流的示意图；图2为气体分配装置的一个实施方案的纵切面；图3为气体分配装置的第二个纵切面；图4为气体分配装置的分配器的仰视图；图5为气体分配装置的分配器的俯视图；图6为气体分配装置的纵切面透视图；图7为进入和离开流化床反应器系统的第二个实施方案的流的示意图；图8为气体分配装置的第二个实施方案的纵切面；图9为气体分配装置的第二个纵切面；附图说明图10为气体分配装置的分配器的仰视图；图11为气体分配装置的分配器的俯视图；图12为气体分配装置的纵切面透视图；图13为在粒状多晶娃反应器系统中进行的反应机通的不意图；图14为硅、氯和氢气体系统的三轴摩尔平衡的曲线图；图15为在制备多晶硅的系统中的流的示意图。 在附图中相应的參考符号指的是相应的部件。详述本文所述流化床反应器系统和气体分配装置适于将第一气体、第二气体和，在某些实施方案中，第三气体分配到流化床反应器内并且适于使来自气体之一的化合物沉积到流化粒子的表面上。反应器系统和分配装置特别适于降低反应器壁上可热分解的化合物的沉积(例如，来自三氯硅烷的硅的沉积)的速率。反应器系统的分配器设置成使可热分解的化合物引导向反应器的内部并且远离反应器壁以抑制材料(例如，硅)在反应器壁上的沉积。在一些实施方案中，分配器设置成指引第三气体(例如，氢气)，其在与可热分解的化合物不同的位置处可以处于比进入反应器的可热分解的化合物升高的温度下，以允许第三气体将热量转移到离开分配器和反应器的较低部分的可热分解化合物上。如下面在标题“生产多晶硅的方法”下所述，该系统可用于由可热分解的硅化合物在生产多晶硅。I.流化床反应器系统现在參考图1，根据本说明书的实施方案所构建的流化床反应器通常指定为I。反应器系统I包括反应室10和气体分配装置2。将第一气体5的来源和第二气体7的来源引入分配装置2以将各个气体均匀分配到反应室10的入口。分配装置2有助于将整个反应室10内的反应性气体均匀分配以使室内的流体和流化粒子之间的接触最大化。如本文所用，“第一气体”是具有与“第二气体”不同组成的气体，反之亦然。第一气体和第二气体可包含多种气体化合物，只要第一气体中至少ー种化合物的质量组成或摩尔组成与第二气体中该化合物的组成不同。产物提取管12穿过气体分配装置2。产物粒子可从管12中提取出来并且运送至产物存储器15中。废气16离开反应器室10并且可引入另外的加工装置18中。图2中更详细地说明了气体分配装置2。气体分配装置2适于将第一气体和第二气体分配到流化床反应器内并且特别适于将载体气体和可热分解的气体分配到流化床反应器内。气体分配装置2包括入口块21、分配器25和锥形衬里28。外环37和同心内环39位于入口块21与分配器25之间。外环37与同心内环39之间定义了第一气体气室32。产物回收管12与外环37和同心内环39同心。管12延伸至入口块21的下面。内环39与管12之间定义了第二气体气室34。锥形衬里28定义了衬里室(liner chamber)45。衬里室45开ロ朝向反应室(未 示出)的圆柱形截面并且直径从分配器25至反应室的圆柱形截面向外逐渐变细。由于粒子和进入的气体在村里室45内接触并且由于大多数系统反应可能在村里室发生，因而衬里室被认为是反应室的一部分。为此，如本文所用的“反应室”包括村里室45。一系列的外围分配开ロ 42和内部分配开ロ 44位于分配器25内。如本文所用，“外围分配开ロ”或“外围开ロ”指的是相对内部开ロ而言通常接近反应室外壁的分配器开ロ并且“内部分配开ロ”或“内部开ロ”指的是通常是外围开ロ里面的分配器开ロ。外围开ロ 42与第一气体气室32和反应室10流体连通。内部开ロ 44与第二气体气室34和反应室10流体连通。通常，外围开ロ不与第二气体流体连通并且内部开ロ不与第一气体流体连通。当第一气体未对材料在粒子上的沉积做贡献(或者贡献比第二气体较少)时(例如当第一气体是氢气或惰性气体例如稀有气体时)，使外围开ロ与第一气体流体连通导致与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.29 US 61/290,6921.ー种在包括反应室的反应器内生产多晶硅产品的方法，所述反应室具有至少ー个反应室壁，该方法包括 将四卤化硅引导向反应室壁并且将可热分解的硅化合物引导向四卤化硅内部，其中可热分解的化合物接触硅粒子以使硅沉积到硅粒子上并增大尺寸。2.如权利要求I所述的方法，其中反应器包括用于将气体均匀分配到反应室内的分配器，所述分配器包括多个分配开ロ，所述开ロ提供了一种或多种气体来源与反应室之间的流体连通，所述多个分配开ロ包括至少ー个外围开口和至少ー个内部开ロ，该方法包括 将四卤化硅和来自ー种或多种气体来源的可热分解的硅化合物通过分配器的分配开ロ进料并进入反应室，其中通过外围开ロ进料的四卤化硅的浓度高于通过内部开ロ进料的气体中四卤化硅的浓度，以减少反应器壁上沉积的硅的量。3.如权利要求I或权利要求2中所述的方法，其中可热分解的硅化合物为三卤硅烷。4.如权利要求3所述的方法，其中三卤硅烷选自三氯硅烷、三溴硅烷、三氟硅烷和三碘硅烷组成的组。5.如权利要求3所述的方法,其中二齒娃烧是ニ氯娃烧。6.如权利要求2-5的任ー项中所述的方法，其中通过内部开ロ进料的气体包含氢气。7.如权利要求2-5的任ー项中所述的方法，其中通过内部开ロ进料的气体包含一定量的四齒化娃。8.如权利要求1-7的任ー项中所述的方法，其中硅粒子在尺寸上以公称直径计升高至约 800 μ m-约 2000 μ m。9.如权利要求1-8的任ー项中所述的方法，其中四氯化硅在温度为至少约1000°C、至少约1100。C、至少约1200。C、至少约1300。C或至少约1400。C、约1000。C-约1600° C、约 1000° C-约 1500° C、约 1100° C-约 1500° C 或约 1200° C-约 1400° C下进入反应室。10.如权利要求2-9的任ー项中所述的方法，其中在通过外围开ロ进料的气体中四卤化硅的浓度以体积计为至少约1%、至少约5%、至少约20%、至少约40%、至少约60%、至少约80%、至少约95%、至少约99%或约1%-约100%、约20%-约100%或约40%-约100%。11.如权利要求2-10的任ー项中所述的方法，其中通过外围开ロ进料的气体包含一定量的可热分解的硅化合物。12.如权利要求11所述的方法，其中在通过外围开ロ进料的气体中可热分解的硅化合物的浓度以体积计为少于约50%、少于约30%、少于约5%或约1%-约50%或约5%-约30%。13.如权利要求2-9的任ー项中所述的方法，其中通过外围开ロ进料的气体主要包含四齒化娃。14.如权利要求2-13的任ー项中所述的方法，其中通过内部开ロ进料的气体中可热分解的化合物的浓度以体积计为至少约5%、至少约20%、至少约40%、至少约55%、至少约70%、至少约95%、至少约99%或约40%-约100%、约55%-约95%或约70%-约85%。15.如权利要求2-14的任ー项中所述的方法，其中通过内部开ロ进料的气体包含氢气。16.如权利要求15所述的方法，其中通过内部开ロ进料的气体中氢气的浓度以体积计为至少约1%、至少约5%、至少约20%、至少约40%、至少约60%、至少约80%或约1%-约90%、约20%-约90%或约40%-约90%。17.如权利要求15或权利要求16中所述的方法，其中通过内部开ロ进料的气体中氢气与可热分解的化合物的摩尔比为约I: I-约7: I、约2:1-约4:1或约2:1-约3:1。18.如权利要求1-17的任ー项中所述的方法，其中氢气引导向可热分解的化合物的内部。19.如权利要求18所述的方法，其中多个分配开ロ包括至少ー个中心开ロ，该方法包括将来自气体来源的氢气通过分配器的分配开ロ送入反应室，其中通过中心开ロ进料的气体中氢气的浓度高于通过内部开ロ进料的气体中氢气的浓度并且高于通过外围开ロ进料的氢气的浓度。20.如权利要求19所述的方法，其中氢气在温度为至少约1000°C，至少约1100° C，至少约1200。C，至少约1300。C，至少约1400。C，约1000。C-约1500。C，约1100° C-约1500。C或约1200。C-约1500。C下进入反应室内。21.如权利要求1-20的任ー项中所述的方法，其中四卤化硅选自四氯化硅、四溴化硅、四氟化硅和四碘化硅组成的组。22.如权利要求1-21的任ー项中所述的方法，其中四卤化硅是四氯化硅。23.—种生产多晶娃的方法,该方法包括 将三卤硅烷引入具有反应室壁并且含有硅粒子的反应室，所述三卤硅烷在反应室内热分解将一定量的娃沉积在娃粒子上，其中一定量的三齒...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·F·厄尔克，
申请(专利权)人：MEMC电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：