一种通过抑制硼沉积量制备电子级多晶硅的方法

本发明涉及多晶硅生产，具体而言，涉及一种通过抑制硼沉积量制备电子级多晶硅的方法。

背景技术：

1、电子级多晶硅是制造半导体和芯片的主要原料，纯度在11n以上。目前我国生产多晶硅的主要工艺为改良西门子法，是以氯化氢气体和冶金级工业硅为原料，合成三氯氢硅。三氯氢硅经精馏提纯后，再进行氢还原得到多晶硅。而还原尾气中的三氯氢硅、氢气、氯化氢可返回系统循环利用。该方法虽然可制得高纯度的多晶硅，但是工业硅粉以及氢气中存在少量硼杂质，随着多晶硅生产的进行，硼含量不断累积，在富氢的条件下，会共沉积至硅棒表面，最终影响产品质量。

2、目前痕量硼杂质的脱除方法主要有精馏法、反应法、吸附法。精馏提纯工艺主要通过多级精馏的方式依次脱去三氯氢硅中的轻重杂质。但是通过该工艺硼杂质的脱除较难达到电子级多晶硅的要求。反应提纯法是向氯硅烷体系中引入可以将硼杂质氧化为高沸点化合物的化学试剂，充分反应后，通过精馏或其他简单方式将上述高沸点杂质除去。但是在实际应用中，所加入的化学试剂如o2、卤素单质等会引入杂质，增加生产成本。而吸附法是基于化合物分子大小及化学键极性来吸附分离；通过对吸附剂改性，利用螯合作用对b进行吸附。但是吸附剂稳定性差、存在安全风险。

3、综上所述，目前在改良西门子法生产多晶硅工艺中除硼的方法中虽有多种，但存在生产效率低、产品纯度不高或者工艺复杂等问题。因此亟需开发一种经济高效的多晶硅中控制硼含量的工艺方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种通过抑制硼沉积量制备电子级多晶硅的方法，以解决当前多晶硅除硼生产效率低、产品纯度不高或者工艺复杂等问题，本发明提供了一种通过抑制硼沉积量制备电子级多晶硅的方法，以期实现电子级多晶硅的经济高效生产。本发明通过在西门子反应器还原过程中控制化学气相沉积的条件，调控硅与硼的沉积速率，使沉积的多晶硅中硼的含量小于0.1ppb，最终多晶硅产品达到电子级多晶硅的标准。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种通过抑制硼沉积量制备电子级多晶硅的方法，包含下列步骤：

4、(1)将三氯氢硅和氢气的混合气体通入西门子反应器中；

5、(2)升高硅棒表面温度，使硅在硅棒表面进行化学气相沉积；

6、(3)硼及剩余硅通过氢气带出后冷却并返回精馏，回收硼与硅，氢气返回反应器。

7、作为优选，步骤(1)中所述三氯氢硅的硼含量为0.1～10ppb。

8、作为优选，步骤(1)中所述三氯氢硅和氢气的摩尔比为5～20：80～95。

9、作为优选，步骤(1)中所述混合气体的流速为0.2～0.4m/s。

10、作为优选，步骤(2)中所述化学气相沉积的温度为1400～1500k；

11、所述化学气相沉积的目的是使硅在硅棒表面进行化学气相沉积，硼及剩余硅通过氢气带出，所得多晶硅中硼的含量小于0.1ppb，获得符合电子级标准的多晶硅。

12、本发明具有以下有益效果：

13、本发明提供了一种通过抑制硼沉积量制备电子级多晶硅的方法，包含下列步骤：

14、(1)将三氯氢硅和氢气的混合气体通入西门子反应器中；(2)升高硅棒表面温度，使硅在硅棒表面进行化学气相沉积；(3)硼及剩余硅通过氢气带出后冷却并返回精馏，回收硼与硅，氢气返回反应器。本发明对现行的改良西门子法生产多晶硅工艺进行了调整，通过控制气相化学沉积条件来控制硅和硼的沉积速率，达到对多晶硅中硼含量的控制，可生产不同规格的多晶硅。

15、本发明首先对三氯氢硅精馏初步除杂，大部分杂质可通过精馏去除；再而将三氯氢硅与氢气混合，以控制氢气占比来控制硅与硼的沉积速率；最后，在西门子反应器中，硅和硼共沉积于硅棒上，控制硅棒表面温度为1400～1500k可以使硼的沉积速度低于硅，从而降低沉积硅中硼含量。而剩余未沉积硅及其中大部分硼则有氢气带出，经冷凝后返回精馏，实现硅、硼和氢气的回收。

16、本发明将硅棒表面温度控制在1400～1500k，硅棒表面温度对硅与硼的沉积反应和沉积速度均有直接影响，是减少硼沉积的关键因素，温度过高，硼沉积加快，使产品硼含量升高，温度过低硅沉积速率降低影响生产效率。

17、本发明工艺简单、操作简便，为改良西门子法除硼提供了一种新的途径，可生产符合电子级要求的多晶硅。

18、本发明对工艺流程和设备没变化要求，工艺适用性强，实用性广。

技术特征：

1.一种通过抑制硼沉积量制备电子级多晶硅的方法，其特征在于，包含下列步骤：

2.如权利要求1所述的一种通过抑制硼沉积量制备电子级多晶硅的方法，其特征在于，步骤(1)中所述三氯氢硅的硼含量为0.1～10ppb。

3.如权利要求1或2所述的一种通过抑制硼沉积量制备电子级多晶硅的方法，其特征在于，步骤(1)中所述三氯氢硅和氢气的摩尔比为5～20：80～95。

4.如权利要求3所述的一种通过抑制硼沉积量制备电子级多晶硅的方法，其特征在于，步骤(1)中所述混合气体的流速为0.2～0.4m/s。

5.如权利要求4所述的一种通过抑制硼沉积量制备电子级多晶硅的方法，其特征在于，步骤(2)中所述化学气相沉积的温度为1400～1500k；

技术总结本发明提供了一种通过抑制硼沉积量制备电子级多晶硅的方法，包含下列步骤：(1)将三氯氢硅和氢气的混合气体通入西门子反应器中；(2)升高硅棒表面温度，使硅在硅棒表面进行化学气相沉积；(3)硼及剩余硅通过氢气带出后冷却并返回精馏，回收硼与硅，氢气返回反应器。本发明对现行的改良西门子法生产多晶硅工艺进行了调整，通过控制气相化学沉积条件来控制硅和硼的沉积速率，达到对多晶硅中硼含量的控制，可生产不同规格的多晶硅。本发明工艺简单、操作简便，为改良西门子法除硼提供了一种新的途径，可生产符合电子级要求的多晶硅。本发明对工艺流程和设备没变化要求，工艺适用性强，实用性广。技术研发人员：侯彦青,袁兴平,马文会,赵丹,郭李杰,张旗,吕庆辉受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29