TWI461358B - 於流體化床反應器中利用四氯矽烷減少壁沈積之矽生產方法 - Google Patents

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Description

於流體化床反應器中利用四氯矽烷減少壁沈積之矽生產方法
本申請案主張2008年11月5日基於美國第35篇專利法第120條申請之美國專利申請案第12/265,038號之權利。美國專利申請案第12/265,038號以引用的方式併入本文中。
已知可通過稱為西門子法之方法將矽製成棒形。將包含氫氣及矽烷(SiH4 )之混合物或包含氫氣及三氯矽烷(HSiCl3 )之混合物饋入分解反應器中，該分解反應器含有保持在高於1000℃溫度下之晶種棒。矽沈積於該晶種之上，同時副產物氣體混合物經排出氣體排出。如若使用包括氫氣及三氯矽烷之混合物，該排出氣流可包含氫氣、氯化氫、氯矽烷、矽烷及矽粉。為了本申請案，術語「氯矽烷」係指任何含一或多個與矽原子鍵結之氯原子之矽烷類型，包含但不限於：單氯矽烷(H3 SiCl)、二氯矽烷(H2 SiCl2 )、三氯矽烷(HSiCl3 )、四氯矽烷(SiCl4 )及多種氯化二矽烷如六氯二矽烷及五氯二矽烷。為了本申請案，術語「矽單體」係指任何每分子含一個矽原子之矽烷類型(例如，矽烷、或HSiCl3 、或HSiCl3 與SiCl4 之組合)。在排出氣流中，氫氣及氯矽烷(比如SiCl4 及HSiCl3 )可因未反應饋入氣體及分解反應產物兩者而存在。排出氣流通經複雜的回收過程，其中冷凝、洗滌、吸收及吸附為經常用以幫助捕獲饋入物質HSiCl3 及氫氣以供回收再利用之單元操作。有一個與西門子法相關之問題是難以達到多晶矽產物相對於所饋入矽的高產率，此當歸因於控制此反應過程之化學平衡點與動力學。
在絕大多數情況下僅獲得最大理論產率之50%或更少之多晶矽。而且，西門子法要求相對較高能量輸入才能獲得此相對較低產率。
一種替代方法係向流體化床反應器饋入包含氫氣及矽烷之混合物或包含氫氣及三氯矽烷之混合物，該流體化床含有亦保持在高溫下之接近球形之矽珠。該矽珠尺寸逐漸變大，當其變得足夠大時，使其通過流體化床反應器(FBR)底部取出作為產物。排出氣體從FBR頂部離開，然後傳送通經與之前針對西門子法所描述之相似回收製程。此方法產率可達理論最大值之將近90%，相比之下西門子方法只有50%至70%。
該FBR有一項問題在於矽珠必需加熱至高於平均床溫之溫度，以利於熱傳遞。此步驟可通過例如使用熱壁反應器、微波能量、射頻感應加熱或紅外輻射而完成。所有加熱方法皆存在各自的操作問題。然而，其中一個問題為FBR底部可能很熱，如若饋入氣體僅含有HSiCl3 及氫氣，則其係反應性。結果是饋入氣體分佈器、大矽珠簇及反應器側壁易快速沈積矽。該沈積物隨之擾亂該體系合適的饋入分佈、產物分離及熱傳遞。該FBR方法的另一問題係產物品質通常不足以使用於積體電路製造，然而，該FBR方法之產物可用於太陽能級應用。
在多晶矽工業中存有改進西門子反應器之多晶矽生產效率以減少副產物及能源消耗之需要。在多晶矽工業中存有改進FBR工藝以防止在FBR壁上形成矽沈積之需要。
一種方法，其包括在流體化床反應器(FBR)壁附近饋入蝕刻氣體。
一種製造矽之方法，其包括：
1)向流體化床反應器(FBR)之內部區域饋入包含氫氣及矽單體之沈積氣體，同時
2)向該FBR之周圍區域饋入蝕刻氣體，其中該周圍區域係位於該FBR之內部區域與其壁之間。步驟1)中，該矽單體可選自矽烷(SiH4 )及三氯矽烷(HSiCl3 )。向FBR中導入該沈積氣體及蝕刻氣體。步驟1)中矽單體之量足以使矽沈積於位於該FBR加熱區域之上的反應區域中的流體化矽顆粒之上。步驟2)中蝕刻氣體之量足以蝕刻FBR壁之矽。該蝕刻氣體可基本上由SiCl4 組成。
在該方法步驟2)中，將基本上由SiCl4 組成之蝕刻氣體在FBR壁附近饋入該FBR中。該蝕刻氣體可經由位於FBR底部或近FBR底部之分佈器之周圍區域饋入，由此最小化或阻止矽沈積於器壁上。該分佈器之周圍區域係位於該FBR內部區域及壁之間。或者，可在該FBR壁附近直接饋入該蝕刻氣體，由此最小化或阻止矽沈積於器壁之上。為了此申請案，「基本上由SiCl4 組成」意為該蝕刻氣體含有的SiCl4 量足以局部地將該反應(在之前段[0003]中有描述)推進至蝕刻模式。將包含氫氣及矽單體之沈積氣體饋入該FBR之內部區域。該沈積氣體可視情況經分佈器饋入。可將西門子反應器與該FBR相整合以使自西門子反應器之排出氣體形成輸入該FBR之蝕刻氣體及/或沈積氣體。
蝕刻氣體之精確量及饋入速率取決於多種因素，該等因素包含噴嘴數目及外形、FBR外形(例如直徑和高度)、及操作該FBR之製程條件(例如溫度和壓力)。熟習此項技術者將能基於所使用之FBR外形及製程條件而計算出蝕刻氣體之量與饋入速率。例如，在圖1及下述所示製程之溫度與壓力下，該蝕刻氣體之量在存有氫氣及矽時可足以局部地提供至少6mol%的SiCl4 。如此便推進如段[0003]所示反應以在該FBR壁附近產生HCl，由此阻止或最小化矽沈積於FBR壁之上，而不必實質稀釋整個饋入氣體(組合之沈積氣體與蝕刻氣體)組合物。器壁附近需要的SiCl4 之精確水平取決於反應性矽前趨物(矽單體)在沈積氣體中之濃度及其在FBR中晶種顆粒上形成矽之熱力勢。該SiCl4 之量足以在FBR壁上提供SiCl4 圍包，例如足以在FBR壁及壁向內12mm之範圍內或是在FBR壁及壁向內10mm之範圍內創造蝕刻條件之量的SiCl4 。無意於受理論限制，認為向內延伸該層可能不會提供更多益處且可能減小FBR容量，但該層厚度若更薄則可能容許矽沈積於該FBR壁上。
熟習此項技術者可計算出目標總氣體饋入流速(結合沈積氣體及蝕刻氣體)以獲得流體化(流體化速度)，然後利用此流體化速度計算出饋入之(內部)饋入氣體噴嘴之沈積氣體量及饋入該層之SiCl4 量(該圍包係位於周圍區域及向內10mm至12mm及向上一段距離內)。該向上距離之大小取決於矽沈積在該特定FBR壁之何處形成。此處6mol%係基於蝕刻相對於該反應沈積環境之平衡線。如若SiCl4 之量為6mol%或者更低，氫氣會將SiCl4 還原而沈積矽。然而，如若SiCl4 之量為高於6mol%，當該FBR在大氣壓力或高於大氣壓力之壓力條件下操作時，該反應會蝕刻矽(由此移除該FBR壁上之矽)。如此，SiCl4 被氫化形成HSiCl3 ，隨後通過在器壁附近與矽反應而消耗HCl，以形成額外的氯矽烷。不過，熟習此項技術者會認同該6mol%之值可依其他製程條件而變化，例如溫度及壓力。例如，見之於L.P. Hunt與E. Sirtl之「矽-氫氣-氯氣體系之完全熱力學評估」，電化學學會志，119期，12卷，1741-1745頁(1972年12月)；該等每一組份相對於彼此之量與溫度決定平衡線位於何處。饋入SiCl4 之量足以在該FBR壁上創造出蝕刻環境及在該FBR內儘量大的區域中創造出沈積環境。饋入該FBR之沈積氣體可包含足以提供每1mol矽3.0至3.3mol Cl以達FBR內部(內部區域)之沈積模式之成分。在器壁處，饋入該FBR之蝕刻氣體可包含足以提供每1mol Si 3.8至4.0mol Cl以達蝕刻模式之成分，總氯矽烷相對於氫氣之最小濃度為6mol%氯矽烷。於器壁處或器壁附近饋入之蝕刻氣體，若在器壁處饋入可為純SiCl4 ，或是混合了其他氣體(例如氮氣或氫氣之類的稀釋氣體)之SiCl4 ，只要Cl、Si及H之總莫耳數符合此處所述標準。
圖1顯示了一樣例製程流程圖。將西門子饋入氣流101饋入含有一細棒之西門子反應器102中。該西門子饋入氣流101包含HSiCl3 及氫氣。該細棒由兩個多晶矽晶種棒經多晶矽橋連接而製成。多晶矽自西門子饋入氣流101沈積至細棒之上以製得U-形棒103形式之多晶矽產物。在此批次末端將棒103從西門子反應器102移除。西門子反應器102之排出氣流104可包含HSiCl3 、SiCl4 、氫氣、HCl及矽粉。無意於受理論限制，認為按設計西門子反應器之壁係比FBR壁溫度低，因為西門子反應器壁經流體(空氣、水或其他熱傳介質)強制對流而降溫，此即西門子反應器不存在矽沈積於器壁上之問題而FBR存在該問題之原因。
可對西門子反應器102之排出氣流104進行處理，例如使排出氣流104饋入通過除塵裝置106，可使用流體比如配給水以使其降溫，由此移除通過線路108的細小矽粉。除塵裝置106可包括燒結金屬逆吹式過濾器、接觸冷凝器、或二者之組合，例如在排出氣流104線路中位於接觸冷凝器(未畫出)上游或下游之燒結金屬逆吹式過濾器。
可在蒸餾塔115中分離所得的處理過之包含HSiCl3 及SiCl4 之排出氣流110，以形成包含HSiCl3 之反應物流112及基本上由SiCl4 組成之蝕刻氣流114。可使用例如氣化器116以加熱反應物流112。來自接觸冷凝器及/或除塵裝置106中之頂部蒸氣118包含氫氣及不可冷凝氯矽烷。視情況可在將反應物流112饋入FBR 105之前將頂部蒸氣118及反應物流112再結合。視情況可將補充氣流119中之額外饋入氣體、另外之氣體或二者補充給反應物流112。之後視情況可在加熱器(未示)中加熱所得的沈積氣流113(包含氫氣及HSiCl3 )並將其饋入分佈器117之內部區域(例如具有噴嘴之分佈器盤)進入FBR 105內。可使用氣化器120加熱蝕刻氣體114並將蝕刻氣體饋入分佈器117之周圍區域。
多晶矽自沈積氣流113中沈積至矽晶種顆粒上。以產物流122形式從FBR 105中移出珠狀的多晶矽產物。從FBR 105中移出包含氫氣、HCl及例如HSiCl3 及SiCl4 之氯矽烷之第二排出氣流124並將其送入回收體系126。可回收氫氣並通過線路128將其送入西門子反應器102或FBR 105。可通過線路130回收氯矽烷且對其進行再利用或出售。可通過線路128回收HCl且將其出售。SiCl4 可經回收至FBR 105中。或者，可對SiCl4 進行氫化或以其他方法將其轉化成HSiCl3 ，所得之HSiCl3 可再循環至西門子反應器102中。
圖2顯示了用於圖1中FBR 105中之樣例分佈器盤117之俯視圖。分佈器盤117在內部區域具有一將沈積氣流113引入FBR 105之中心噴嘴204及複數個將蝕刻氣流114引入FBR 105之周圍區域之周圍噴嘴202。熟習此項技術者會認同圖2中之噴嘴外形係樣例且係非限定性的。例如，內部區域噴嘴204可位於亦可不位於分佈器117之中心，可存有一或多個內部區域噴嘴204。內部區域噴嘴204可在分佈器盤117處或分佈器盤117上方將氯矽烷及氫氣饋入。周圍區域噴嘴202可離內部區域噴嘴204更近或更遠。可使用更多或更少的周圍區域噴嘴202。或者，可不使用分佈器盤而通過不同的口將沈積氣流及蝕刻氣流引入FBR 105以獲得相同結果，如下方圖3所示。
熟習此項技術者會認同圖1中描述的製程係樣例，並不限定請求項中所陳述之發明範圍。例如，作為另一選擇，可將西門子反應器102之排出氣流104以沈積氣流113形式直接饋入FBR 105，而不用介入處理步驟(在西門子反應器102與FBR 105之間沒有任何單元操作)。在此例中，饋入分佈器盤117之周圍區域噴嘴202之蝕刻氣體可從替代來源獲得，比如包含回收體系126之來源。
圖3顯示適合使用於此處之FBR底部300橫截面之替代實施例。該FBR底部300含有矽顆粒301，當該矽顆粒足夠大時，其經產物取出管302離開。經一或多個注射噴嘴303、304饋入包含HSiCl3 及氫氣之沈積氣體，該等噴嘴係經由位於產物取出管302上方之圓錐格柵定向。無意於受理論限制，據認為該格柵之圓錐斜面促進矽顆粒301排水，同時將饋入氣體(沈積氣體及蝕刻氣體)注射噴嘴303定向為水平，以減小矽顆粒301滲入饋入氣體風管之可能性。該圓錐柵格之角度可為高於水平方向不大於60度，或是高於水平方向20至60度。
注射噴嘴303具有水平管口306，即該等管口係穿過FBR壁305水平定向。該圖之左、右側顯示了水平管口306之兩個樣例實施例，然而，熟習此項技術者當知曉該等實施例係樣例而非限定性的。水平管口306可為(例如)水平鑽孔穿過FBR壁305之孔口(306左側)或者該等水平管口(306右側)可位於伸進FBR內之噴嘴304末端。經周圍噴嘴304將基本上由SiCl4 組成之蝕刻氣流饋入。
西門子反應器
該方法中所使用之西門子反應器可為習用之西門子反應器，比如美國專利2,999,735、3,011,877、3,862,020或3,961,003中所揭示之西門子反應器。例如，該西門子反應器之操作可按下述進行。在西門子反應器中將多晶矽晶種棒相互之間垂直及平行放置。可將該等晶種棒中兩個或更多個以橋相互連接，由此形成U形棒。加熱該等U形棒直至其達到700℃至1,400℃之溫度，或是1,000℃至1,200℃，或是1,100℃至1,150℃。可在13kPa(2psig)至3450kPa(500psig)、或是6kPa(1psig)至1380kPa(200psig)、或是100kPa(1巴)至690kPa(100psig)壓力下操作該西門子反應器。
該西門子饋入氣體係經該西門子反應器基座上一入口饋入其內。該西門子饋入氣體可包含氫氣及HSiCl3 。該西門子饋入氣體視情況可進一步包含SiCl4 。矽從饋入氣體中出來沈積於U形棒之上，由此增加該U形棒之直徑。該西門子饋入氣流可包含5%至75%之HSiCl3 。該西門子饋入氣體可包含每莫耳氫氣0.015莫耳HSiCl3 至每莫耳氫氣0.3莫耳HSiCl3 。另一選擇是，該西門子饋入氣體可包含每莫耳氫氣0.03莫耳HSiCl3 至每莫耳氫氣0.15莫耳HSiCl3 。無意於受理論限制，認為基於可從該西門子反應器獲得之西門子饋入氣體所含有之矽之總量之多晶矽產物之量係20%至50%，或是20%至40%。
流體化床反應器
本發明中所使用之FBR可為習用FBR，比如美國專利5,077,028中所揭示之FBR。例如，可如下進行該FBR之操作。將矽晶種顆粒置於FBR中並使其流體化。在此項技術中已知晶種顆粒之來源。例如，可通過機械研磨粒狀多晶矽或通過粉碎在西門子反應器中製得之多晶矽以獲得晶種顆粒。用於使床流體化之氣體(流體化氣體)可包含稀釋氣體，比如氫氣、氬氣、氦氣、氮氣或其組合。另一選擇是，可從西門子反應器之排出氣流中得到該流體化氣體及/或該反應物氣體(其組成了沈積氣流113)，例如該沈積氣流可包含所有或一部份西門子反應器之排出氣流。另一選擇是，該流體化氣體可包含稀釋氣體及所有或部份西門子反應器之排出氣流之混合物。矽沈積於晶種顆粒表面上，增加其直徑。可將所得珠狀產物從該流體化床移除，可引入更多的晶種顆粒。
在該FBR壁附近引入蝕刻氣體。該蝕刻氣體基本上由SiCl4 組成。該蝕刻氣體視情況可進一步包含稀釋氣體(比如氮氣或氬氣)，或任何其他不會使段[0003]中所述之反應平衡向沈積模式移動之氣體。無意於受理論限制，認為該蝕刻氣體將FBR壁附近之反應推進至蝕刻模式而非沈積模式。該局部蝕刻模式阻止及/或移除該FBR壁上之矽沈積。該FBR內之溫度可為900℃至1410℃，或是1100℃至1300℃，或是1100℃至1250℃。該FBR內之壓力可為至少2大氣壓力，或是5至15大氣壓力，或是5至8大氣壓力。熟習此項技術者會認同該上限可能為基於化學之樣例及非限定性的；然而建造一在大於15大氣壓力之壓力下操作之FBR不夠實際。
將該西門子反應器之排出氣體直接饋入該FBR，如此可提供減少對FBR之必需供熱而節省能源之優勢。或是，視情況可以額外HSiCl3 補充該西門子反應器之排出氣流。饋入該FBR之饋入氣流中氯矽烷之濃度可為20mol%至50mol%，或是25mol%至35mol%。無意於受理論限制，認為若氯矽烷濃度高於50%則可能形成過量細粉末。該流體化矽顆粒之平均直徑可為0.5mm至4mm，或是0.6mm至1.6mm。該流體化顆粒之床之氣體滯留時間可為0.5秒至4秒，或是0.5秒至2秒。
最小流體化速度及設計操作速度可由一般技術者基於多種因素而決定。最小流體化速度可受包括重力加速度、流體密度、流體黏度、固體密度及固體顆粒大小之因素影響。操作速度可受包括熱傳遞及動力特性，比如流體化床之高度、總表面積、饋入氣流中矽前趨物之流動速率、壓力、氣體及固體溫度、各種物質之濃度及熱力學平衡點之因素所影響。
如上所述之矽顆粒大小之體系中，該床成為Geldart B型顆粒體系，同時最大的顆粒成為Geldart D型。Geldart B型顆粒之床之特性係傾向於形成相對大的氣泡，該等氣泡從饋入口上升時逐漸變大。該等氣泡上升，導致該床之乳膠相中固體局部再循環。該作用傾向於發生於該床內部中心處，如此引發乳液相之混合。然而，在該床周邊附近，較少發生氣泡上升，且由氣泡導致之固體運動因墻之阻力遠不及在近中心處般地占支配地位。該特徵允許本發明者利用該床之自然滲透性之優勢，如此在器壁附近饋入之SiCl4 將傾向於優先在該器壁之周邊上升，如此圍包顆粒區域及具有活性更低之饋入組合物之器壁。
熟習此項技術者會認同該西門子反應器係批式操作，該FBR係連續操作。此外，在一個批次製程中，離開該西門子反應器之排出氣流組成係可變的。因而，熟習此項技術者會認同可結合多個(兩個或更多個)西門子反應器之排出氣體以形成作為沈積氣體直接或不直接饋入該FBR之排出氣流，或可用額外之HSiCl3 、SiCl4 、氫氣或其組合補充饋入該FBR之沈積氣流，如此以達到例如最小化饋入該FBR之沈積氣流之變化性之目的。此外，可將該西門子反應器之排出氣流饋入一或多個平行配置之流體化床反應器。無意於受理論限制，認為以包含HSiCl3 之氯矽烷補充該沈積氣體可提高矽生產速率。無意於受理論限制，認為以SiCl4 補充該饋入氣流(例如沈積氣流113、蝕刻氣流114，或二者，如圖1所示)可阻止不想要之沈積，比如發生在該FBR、加熱器壁及饋入分佈器117之沈積。
無意於受理論限制，該FBR可具有不同產量之沈積，理論最大值為90%至50%，或40%。無意於受理論限制，認為該方法之另一優勢係自西門子反應器之部份轉化之饋入氣體係不能在大氣壓力下低於1250℃溫度之下沈積矽之組合物。該細節允許設計加熱系統時使用熱壁反應器、耐熱饋入管、或其他比一般使用於FBR方法之裝置更有效率之裝置。
為了本申請案，該揭示範圍包含自身範圍及任何歸入其中之內容，也包含端點。例如，700至1,400之揭示範圍不僅包含700至1,400，也單獨包含700、850、1000及1,400，及歸入該範圍之任何其他數字。此外，例如700至1,400之揭示範圍包含例如1,000至1,400及1,000至1,100之子範圍，及歸入該範圍之任何其他子範圍。相似地，馬庫西群組(Markush group)之揭示內容包含整個群組及任何歸入其中之單獨成員及子群組。例如，馬庫西群組之揭示內容氫氣、HSiCl3 、SiCl4 及HCl包含單獨的成員氫氣、子群組HSiCl3 及SiCl4 、及歸入其中之任何其他單獨的成員及子群組。對於本申請案，冠詞「一」、「一個」、「此」及「該」各可指代一或多個。
回收體系
可以任何習用裝置回收該FBR之排出氣流。可使用習用設備冷卻該FBR之排出氣流。可使用習用設備比如接觸冷凝器、燒結金屬反吹式除塵器裝置、或旋風式分離器與除塵器相結合之裝置來移除細小的矽粉。
或者，可將該FBR之排出氣流饋入接觸冷凝器以敲落液體氯矽烷中之固體，且隨後可乾燥該細小的矽粉，例如使用噴霧乾燥器。可中和且販售所得的矽粉。或者，可回收該細小的矽粉及氯矽烷，並將其轉化成氯矽烷以作為該西門子反應器之饋入氣流使用。熟習此項技術者將不用過度的實驗即可選擇合適之回收體系。
工業適用性
無意於受理論限制，據認為在該FBR壁附近饋入之蝕刻氣體將局部地使該反應自沈積模式移動至蝕刻模式。然而，因為該蝕刻氣體之貢獻相比饋入該FBR之氣體之總饋入速率係微小的，所以該FBR中化學上整體保持在沈積模式。無意於受理論限制，據認為與不存在在器壁附近饋入蝕刻氣體之FBR相比，FBR可經操作將活性更大之沈積氣體饋入該流體化床之內部區域，而不產生過量粉塵且減少器壁上矽之生成。此外，文中描述之方法可允許該FBR在一段延長的時間內以真正之連續模式操作，即不用停止或減緩矽之沈積以自該FBR之壁或其他內部區域蝕刻矽之沈積物。
饋入及回收體系不存在二重性及該方法之加熱過程更容易這兩個優點相結合可使具有西門子反應器之整合FBR更易控制且更經濟。該西門子反應器之多晶矽產物可適用於太陽能電池或積體電路應用。該FBR之多晶矽產物可適用於太陽能電池應用。
熟習此項技術者會認同如上關於SiCl4 及其他氯矽烷之揭示內容係樣例及非限定性的。其他鹵代矽烷體系可使用於本發明之製程及FBR之中；例如，矽單體可包含矽烷或鹵代矽烷，比如氯矽烷或溴矽烷。在此情況下，當沈積氣體包含三溴矽烷則時，該蝕刻氣體可備擇地基本上由四溴矽烷組成。
101．．．西門子饋入氣流
102．．．西門子反應器
103．．．多晶矽棒
104．．．西門子排出氣流
105．．．流體化床反應器
106．．．除塵裝置
108．．．移除線路
110．．．處理過之排出氣流
112．．．反應物流
113．．．沈積氣流
114．．．第二氣流
115．．．蒸餾塔
116．．．氣化器
117．．．分佈器
118．．．頂部蒸氣
119．．．補充氣流
120．．．氣化器
122．．．產物氣流
124．．．第二排出氣流
126．．．回收體系
128．．．氫氣/HCl線路
130．．．氯矽烷線路
202．．．周圍噴嘴
204．．．中心噴嘴
300．．．FBR底部
301．．．矽顆粒
302．．．產物收回管
303．．．注射噴嘴
304．．．周圍噴嘴
305．．．FBR壁
306．．．水平管口
圖1係本發明描述之方法的流程圖。
圖2係分佈器盤之俯視圖。
圖3係FBR底部之橫截面視圖。
101．．．西門子饋入氣流
102．．．西門子反應器
103．．．多晶矽棒
104．．．西門子排出氣流
105．．．流體化床反應器
106．．．除塵裝置
108．．．移除線路
110．．．處理過之排出氣流
112．．．反應物流
113．．．沈積氣流
114．．．第二氣流
115．．．蒸餾塔
116．．．氣化器
117．．．分佈器
118．．．頂部蒸氣
119．．．補充氣流
120．．．氣化器
122．．．產物氣流
124．．．第二排出氣流
126．．．回收體系
128．．．氫氣/HCl線路
130．．．氯矽烷線路

Claims (18)

  1. 一種製造矽的方法，其包括：1)將包含氫氣及矽單體之沈積氣體饋入一流體化床反應器之內部區域中，其中該矽單體係選自SiH4 及HSiCl3 ，且將該沈積氣體引入該流體化床反應器之加熱區域中，且同時2)將基本上由SiCl4 組成之蝕刻氣體經由周圍區域饋入該流體化床反應器之加熱區域中，其中該周圍區域係位於該流體化床反應器之內部區域與其壁之間，且其中步驟1)中矽單體之量係足以使矽沈積於位於該流體化床反應器之加熱區域上方之反應區內的流體化矽顆粒上，及步驟2)中SiCl4 之量係足以自該流體化床反應器壁蝕刻矽。
  2. 如請求項1之方法，其中該沈積氣體係源自西門子反應器之排出氣流。
  3. 如請求項1之方法，其中來自一或多個西門子反應器之排出氣流在離開該西門子反應器之後及進入該流體化床反應器之前進行分離，以形成至少一部份沈積氣體及至少一部份蝕刻氣體。
  4. 如請求項3之方法，其進一步包括以額外之氯矽烷類物質補充該沈積氣體。
  5. 如請求項4之方法，其中該等額外之氯矽烷類物質包括HSiCl3 、SiCl4 、或其組合。
  6. 如請求項2或請求項3之方法，其進一步包括將由該一或 多個西門子反應器製得之矽用於積體電路、太陽能電池或二者。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包括將由該流體化床反應器製得之矽用於太陽能電池。
  8. 如請求項2之方法，其中該排出氣流包含HSiCl3 、SiCl4 、氫氣、HCl及矽粉，且該方法進一步包括在將該排出氣流作為沈積氣體之饋入流體化床反應器中之前自該排出氣流移除矽粉。
  9. 如請求項2之方法，其中該排出氣流視情況以額外之HSiCl3 補充以形成沈積氣體，且該沈積氣體包含濃度介於20mol%至50mol%之間的氯矽烷。
  10. 如請求項9之方法，其中該氯矽烷濃度介於25mol%至35mol%之間。
  11. 如請求項1之方法，其進一步包括：3)將來自該流體化床反應器之第二排出氣流饋入一回收體系中。
  12. 如請求項11之方法，其中該第二排出氣流包含：氫氣、HSiCl3 、SiCl4 及HCl。
  13. 如請求項12之方法，其進一步包括：4)回收氫氣、HSiCl3 、SiCl4 、或其組合。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包括5)將氫氣、HSiCl3 、或二者饋入西門子反應器中。
  15. 如請求項13之方法，其進一步包括5)將氫氣、HSiCl3 、或二者加入步驟1)之第一氣流中。
  16. 如請求項13之方法，其進一步包括將SiCl4 加入步驟2)之 第二氣流中。
  17. 如請求項11之方法，其進一步包括4)回收SiCl4 、將SiCl4 轉化為HSiCl3 、及將HSiCl3 饋入西門子反應器或流體化床反應器中。
  18. 如請求項1之方法，其中該流體化反應器包括一包括定向於產物取出管302上方之圓錐格柵中之注射噴嘴303、304之底部，其中該等注射噴嘴303、304具有水平管口306。
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