專利名稱：一種抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多晶硅技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的方法及裝置。
背景技術(shù)：
多晶硅是生產(chǎn)單晶硅的直接原料，是人工智能、自動(dòng)控制、信息處理、光電轉(zhuǎn)換等半導(dǎo)體器件的電子信息基礎(chǔ)材料，被稱為微電子大廈的基石。目前，全球80%以上的多晶硅均通過改良西門子法生產(chǎn)得到，改良西門子法首先將石英砂在電弧爐中冶煉提純到98%得到工業(yè)硅，工業(yè)硅與無水氯化氫在流化床反應(yīng)器中反應(yīng)生成三氯氫硅，三氯氫硅再經(jīng)過過濾、冷凝、分解等工藝進(jìn)一步凈化后在氫氣氣氛中還原沉積形成多晶硅。在采用改良西門子法生產(chǎn)多晶硅的過程中，會(huì)伴隨產(chǎn)生大量四氯化硅、 氯化氫、氫氣等雜質(zhì)氣體，其中，四氯化硅有以下兩個(gè)產(chǎn)生途徑工業(yè)硅與無水氯化氫反應(yīng)生成三氯氫硅時(shí)會(huì)生成四氯化硅；凈化后的三氯氫硅在氫氣氣氛中還原時(shí)生成多晶硅和氯化氫，三氯氫硅繼續(xù)與生成的氯化氫發(fā)生反應(yīng)生成四氯化硅。研究表明，采用改良西門子法每生產(chǎn)1噸多晶硅將產(chǎn)生14噸 20噸四氯化硅。大量四氯化硅副產(chǎn)物不僅污染環(huán)境、危害人體健康，而且使得工業(yè)硅轉(zhuǎn)化率低，增加了多晶硅的生產(chǎn)能耗和生產(chǎn)成本。因此，減少四氯化硅的生成量或者提高四氯化硅轉(zhuǎn)化為三氯氫硅的效率是降低多晶硅生產(chǎn)能耗和生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。現(xiàn)有技術(shù)一般采用熱氫化法或冷氫化法將四氯化硅轉(zhuǎn)化為三氯氫硅。熱氫化法是將四氯化硅與氫氣在1100°c 1300°C、0. IMI^a 0. 6ΜΙ^的條件下氫化為三氯氫硅，反應(yīng)式如下SiCI4 + H2 ^ ‘ SiHCI3J由于上述反應(yīng)為可逆反應(yīng)，四氯化硅的轉(zhuǎn)化率較低。冷氫化法又稱作氯氫化法，是將四氯化硅、氫氣與硅粉在500°C 600°C、2MPa 3. 5MPa的條件下氫化為三氯氫硅。與熱氫化法相比，冷氫化法具有反應(yīng)溫度低、操作穩(wěn)定、 能耗低的優(yōu)點(diǎn)，但是，采用冷氫化法處理時(shí)，四氯化硅的轉(zhuǎn)化率依然較低，一般低于20%，即得到的反應(yīng)混合物中三氯氫硅的含量低于20%。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的方法及裝置，采用本發(fā)明提供的方法及裝置可減少多晶硅生產(chǎn)過程中四氯化硅的生成量，也可提高四氯化硅轉(zhuǎn)化為三氯氫硅的效率。本發(fā)明提供了一種抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的方法，包括以下步驟a)三氯氫硅與氫氣發(fā)生還原反應(yīng)，得到混合氣體；b)以氯硅烷對(duì)所述步驟a)得到的混合氣體進(jìn)行降溫處理，所述氯硅烷中含有 40wt % 75wt %的四氯化硅。
優(yōu)選的，所述步驟b)中，將所述混合氣體的溫度降至400°C以下。優(yōu)選的，所述步驟b)中，在5min以內(nèi)將所述混合氣體的溫度降至400°C以下。優(yōu)選的，所述步驟b)中，所述氯硅烷的溫度為-50°C _30°C。優(yōu)選的，所述步驟b)具體為采用氯硅烷以噴淋的方式對(duì)所述步驟a)得到的混合氣體進(jìn)行降溫處理。本發(fā)明還提供了一種抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的裝置，包括還原爐；與所述還原爐的出口相連的冷卻裝置，所述冷卻裝置以氯硅烷為冷源，所述氯硅烷中含有40wt% 75wt%的四氯化硅。優(yōu)選的，所述冷卻裝置包括氯硅烷噴淋裝置。 優(yōu)選的，所述冷卻裝置還包括調(diào)節(jié)所述氯硅烷噴淋速度的流量調(diào)節(jié)裝置。優(yōu)選的，所述冷卻裝置還包括溫度控制裝置。優(yōu)選的，所述冷卻裝置與所述還原爐的距離為0. 5m :3m。本發(fā)明還提供了一種抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的方法，包括以下步驟1)四氯化硅與氫氣發(fā)生氫化反應(yīng)，得到混合氣體；2)以氯硅烷對(duì)所述步驟1)得到的混合氣體進(jìn)行降溫處理，所述氯硅烷中含有 40wt % 75wt %的四氯化硅。本發(fā)明還提供了一種抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的裝置，包括氫化爐；與所述氫化爐的出口相連的冷卻裝置，所述冷卻裝置以氯硅烷為冷源，所述氯硅烷中含有40wt% 75wt%的四氯化硅。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以含有四氯化硅的氯硅烷對(duì)四氯化硅與氫氣發(fā)生氫化反應(yīng)后得到的混合氣體進(jìn)行降溫處理，由于氯硅烷中含有40wt% 75wt%的四氯化硅，能夠破壞三氯氫硅與氯化氫生成四氯化硅的平衡，從而促進(jìn)四氯化硅向三氯氫硅的轉(zhuǎn)化，提高四氯化硅的轉(zhuǎn)化率。另外，以含有四氯化硅的氯硅烷對(duì)三氯氫硅與氫氣發(fā)生還原反應(yīng)后得到的混合氣體進(jìn)行降溫處理，也能夠破壞三氯氫硅與氯化氫生成四氯化硅的平衡，從而抑制四氯化硅的生成，減少四氯化硅的生成量。實(shí)驗(yàn)表明，以本發(fā)明提供的方法對(duì)四氯化硅和氫氣發(fā)生反應(yīng)后得到的混合氣體進(jìn)行處理后，混合氣體中三氯氫硅的含量可達(dá)22% 25 %，即四氯化硅的轉(zhuǎn)化率可提高至20 %以上。


圖1為本發(fā)明提供的抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的第一種裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的第二種裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的方法，包括以下步驟a)三氯氫硅與氫氣發(fā)生還原反應(yīng)，得到混合氣體；b)以氯硅烷對(duì)所述步驟a)得到的混合氣體進(jìn)行降溫處理，所述氯硅烷中含有 40wt % 75wt %的四氯化硅。
本發(fā)明提供的方法可以抑制多晶硅生產(chǎn)過程中三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅，從而降低四氯化硅的產(chǎn)生量；也可以促進(jìn)四氯化硅氫化成三氯化硅，從而提高四氯化硅的轉(zhuǎn)化率。本發(fā)明首先以三氯氫硅和氫氣為原料發(fā)生氫化反應(yīng)，得到硅和氯化氫，反應(yīng)式如下
1100 "C
SiHCI3 + H2 ^^ Si + 3HCI
3 6bar在得到硅的過程中，三氯氫硅同時(shí)與生成的氯化氫發(fā)生反應(yīng)，得到四氯化硅，反應(yīng)
式如下
1100 "C
SiHCI3 + HCISiCI4 + H2
3~6bar按照本發(fā)明，所述三氯氫硅和氫氣發(fā)生氫化反應(yīng)的溫度優(yōu)選為900°C 1400°C， 更優(yōu)選為1000°c 1300°C，壓力優(yōu)選為:3bar 6bar，更優(yōu)選為4bar ^ar,時(shí)間優(yōu)選為 Is 10s，更優(yōu)選為& 5s。所述三氯氫硅與所述氫氣的質(zhì)量比優(yōu)選為(0. 1 0.5) 1， 更優(yōu)選為(0.2 0.4) 1。三氯氫硅和氫氣反應(yīng)完畢后，得到混合氣體，所述混合氣體中包括氣化三氯氫硅、氫氣、氯化氫和四氯化硅，其中，四氯化硅的含量?jī)?yōu)選為35wt% 40wt%，更優(yōu)選為 38wt% 40wt%。得到含有四氯化硅的混合氣體后，以氯硅烷對(duì)所述混合氣體進(jìn)行降溫處理，所述氯硅烷中含有40wt% 75wt%的四氯化硅。在本發(fā)明中，所述三氯氫硅與氯化氫生成四氯化硅的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，當(dāng)采用含有四氯化硅的氯硅烷對(duì)所述混合氣體進(jìn)行降溫處理時(shí)， 四氯化硅含量增加導(dǎo)致反應(yīng)逆向進(jìn)行，從而減少四氯化硅的生成量。在本發(fā)明中，所述氯硅烷中優(yōu)選含有50wt% 70wt%的四氯化硅。除了四氯化硅外，所述氯硅烷中還包括三氯硅烷、二氯硅烷或一氯硅烷等，如二甲基二氯硅烷。在本發(fā)明中，優(yōu)選采用氯硅烷以噴淋的方式對(duì)所述混合氣體進(jìn)行降溫處理，所述噴淋的速度優(yōu)選為5m/s lOm/s，更優(yōu)選為6m/s 9m/s。本發(fā)明優(yōu)選將所述混合氣體的溫度降至400°C以下，更優(yōu)選降至350°C以下，最優(yōu)選為降至300°C以下。本發(fā)明更優(yōu)選為迅速將所述混合氣體的溫度降至400°C以下，更優(yōu)選為在5min以內(nèi)將所述混合氣體的溫度降至400°C以下，最優(yōu)選為在Imin以內(nèi)將所述混合氣體的溫度降至400°C以下。按照本發(fā)明，所述氯硅烷的溫度優(yōu)選為-50°C -30°C，更優(yōu)選為-45°C _35°C， 最優(yōu)選為-42°C -38°C。在進(jìn)行降溫的過程中，四氯化硅含量的增加使三氯氫硅與氯化氫生成四氯化硅的反應(yīng)逆向進(jìn)行，從而減少了四氯化硅的產(chǎn)生量。按照本發(fā)明，經(jīng)過含有四氯化硅的氯硅烷的降溫后，混合氣體中四氯化硅的含量降低至30wt% 35wt%。本發(fā)明還提供了一種抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的裝置，包括還原爐；與所述還原爐的出口相連的冷卻裝置，所述冷卻裝置以氯硅烷為冷源，所述氯硅烷中含有40wt% 75wt%的四氯化硅。
參見圖1，圖1為本發(fā)明提供的抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的第一種裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，11為還原爐，12為與還原爐11的出口相連的冷卻裝置，13為連接還原爐 11和冷卻裝置12的氣體輸送管道。三氯氫硅與氫氣在還原爐11中發(fā)生還原反應(yīng)，得到包括氣化三氯氫硅、氫氣、氯化氫和四氯化硅的混合氣體，該混合氣體由還原爐11的出口進(jìn)入氣體輸送管道13，然后進(jìn)入冷卻裝置12中。在經(jīng)由氣體輸送管道13輸送進(jìn)入冷卻裝置12的過程中，混合氣體在氣體輸送管道13中達(dá)到反應(yīng)平衡。為了降低四氯化硅的生成量，氣體輸送管道13的長(zhǎng)度，也即還原爐 11和冷卻裝置12之間的距離優(yōu)選為0. 5m 3m，更優(yōu)選為Im 2. 5m。在本發(fā)明中，冷卻裝置12的作用在于以含有40wt% 75wt%四氯化硅的氯硅烷為冷源，使混合氣體急劇降溫，并破壞三氯氫硅與氯化氫生成四氯化硅的平衡，使反應(yīng)逆向進(jìn)行，從而抑制四氯化硅的生成。冷卻裝置12包括氯硅烷噴淋裝置、流量調(diào)節(jié)裝置、溫度控制裝置和高溫水冷卻保護(hù)裝置，其中，氯硅烷噴淋裝置的作用在于向進(jìn)入冷卻裝置12的混合氣體噴淋氯硅烷，使所述混合氣體冷卻；所述流量調(diào)節(jié)裝置的作用在于調(diào)節(jié)氯硅烷的噴淋速度，使所述混合氣體在預(yù)定時(shí)間內(nèi)冷卻；所述溫度控制裝置的作用在于控制冷卻裝置12內(nèi)的溫度；所述高溫水冷卻保護(hù)裝置的作用在于保護(hù)冷卻裝置12。三氯氫硅和氫氣進(jìn)入還原爐11發(fā)生還原反應(yīng)后，得到包括氣化三氯氫硅、氫氣、 氯化氫和四氯化硅的混合氣體，該混合氣體由還原爐11的出口進(jìn)入氣體輸送管道13，然后進(jìn)入冷卻裝置12 ；冷卻裝置12中包括氯硅烷冷卻噴淋裝置，通過向所述混合氣體噴淋含有 40wt % 75wt %四氯化硅的氯硅烷，將所述混合氣體急劇冷卻，在氣體急劇冷卻的過程中， 由于噴淋的氯硅烷中含有四氯化硅，使得混合氣體中三氯氫硅和氯化氫反應(yīng)生成四氯化硅的平衡被破壞，反應(yīng)逆向進(jìn)行，從而抑制了四氯化硅的生成。本發(fā)明還提供了一種抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的方法，包括以下步驟1)四氯化硅與氫氣發(fā)生氫化反應(yīng)，得到混合氣體；2)以氯硅烷對(duì)所述步驟1)得到的混合氣體進(jìn)行降溫處理，所述氯硅烷中含有 40wt % 75wt %的四氯化硅。本發(fā)明首先以四氯化硅與氫氣為原料發(fā)生氫化反應(yīng)，得到三氯氫硅和氫氣，反應(yīng)式如下
權(quán)利要求
1.一種抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的方法，包括以下步驟a)三氯氫硅與氫氣發(fā)生還原反應(yīng)，得到混合氣體；b)以氯硅烷對(duì)所述步驟a)得到的混合氣體進(jìn)行降溫處理，所述氯硅烷中含有 40wt % 75wt %的四氯化硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟b)中，將所述混合氣體的溫度降至400°C以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟b)中，在5min以內(nèi)將所述混合氣體的溫度降至400°C以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟b)中，所述氯硅烷的溫度為-50°C -30"C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟b)具體為采用氯硅烷以噴淋的方式對(duì)所述步驟a)得到的混合氣體進(jìn)行降溫處理。
6.一種抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的裝置，包括還原爐；與所述還原爐的出口相連的冷卻裝置，所述冷卻裝置以氯硅烷為冷源，所述氯硅烷中含有40wt % 75wt %的四氯化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述冷卻裝置包括氯硅烷噴淋裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述冷卻裝置還包括調(diào)節(jié)所述氯硅烷噴淋速度的流量調(diào)節(jié)裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述冷卻裝置還包括溫度控制裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述冷卻裝置與所述還原爐的距離為 0. 5m 3m0
11.一種抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的方法，包括以下步驟1)四氯化硅與氫氣發(fā)生氫化反應(yīng)，得到混合氣體；2)以氯硅烷對(duì)所述步驟1)得到的混合氣體進(jìn)行降溫處理，所述氯硅烷中含有 40wt % 75wt %的四氯化硅。
12.—種抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的裝置，包括氫化爐；與所述氫化爐的出口相連的冷卻裝置，所述冷卻裝置以氯硅烷為冷源，所述氯硅烷中含有40wt % 75wt %的四氯化硅。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的方法，包括以下步驟a)三氯氫硅與氫氣發(fā)生還原反應(yīng)，得到混合氣體；b)以氯硅烷對(duì)所述步驟a)得到的混合氣體進(jìn)行降溫處理，所述氯硅烷中含有40wt％～75wt％的四氯化硅。本發(fā)明還提供了一種抑制三氯氫硅轉(zhuǎn)化為四氯化硅的裝置，包括還原爐；與所述還原爐的出口相連的冷卻裝置，所述冷卻裝置以氯硅烷為冷源，所述氯硅烷中含有40wt％～75wt％的四氯化硅。以含有四氯化硅的氯硅烷對(duì)三氯氫硅與氫氣發(fā)生還原反應(yīng)后得到的混合氣體進(jìn)行降溫處理，也能夠破壞三氯氫硅與氯化氫生成四氯化硅的平衡，從而抑制四氯化硅的生成，減少四氯化硅的生成量。
文檔編號(hào)C01B33/03GK102225767SQ20111013499
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者朱國(guó)平, 潘和平 申請(qǐng)人:重慶大全新能源有限公司