本發(fā)明涉及多晶硅生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：

目前普遍采用三氯氫硅法生產(chǎn)多晶硅，即三氯氫硅與氫氣按一定配比混合，經(jīng)與還原尾氣換熱后進入還原爐，在爐內(nèi)的硅芯表面發(fā)生反應(yīng)生成多晶硅，副產(chǎn)物還原尾氣出還原爐后，先與進料混合氣換熱，再進入后續(xù)尾氣回收系統(tǒng)。雖然這種生產(chǎn)多晶硅的方法可以提升產(chǎn)率， 而且還原尾氣中的三氯氫硅、氫氣、四氯化硅，二氯二氫硅可以回收利用，但是三氯氫硅的一次使用效率很低，還原尾氣中未反應(yīng)的三氯氫硅約占進料總?cè)葰涔璧?2-60%左右，這就使得大量的三氯氫硅重復(fù)的提純分離，增加了全系統(tǒng)的運行成本。

現(xiàn)有技術(shù)中有通過先將三氯氫硅與氫氣按一定配比混合，經(jīng)汽化器和換熱器后生成進料氣體進入還原爐主爐，在爐內(nèi)的硅芯表面發(fā)生反應(yīng)生成多晶硅，副產(chǎn)物為中間尾氣，其包括二氯二氫硅、四氯化硅、氯化氫、氫氣和未完全反應(yīng)的四氯化硅；然后再補入三氯氫硅液體，經(jīng)汽化器與中間尾氣混合后進入還原爐輔爐，在爐內(nèi)的硅芯表面發(fā)生反應(yīng)生成多晶硅，副產(chǎn)物為終極尾氣；終極尾氣與進料氣體換熱后進入后續(xù)尾氣回收系統(tǒng)。這種生產(chǎn)方法雖然提高了三氯氫硅的使用效率，但是產(chǎn)生了大量的二氯二氫硅、四氯化硅、氯化氫、氫氣和未完全反應(yīng)的四氯化硅等副產(chǎn)物，這樣會增加尾氣回收系統(tǒng)的工作負荷，進而影響了全系統(tǒng)的使用壽命，增加了生產(chǎn)成本。

鑒于此，有必要設(shè)計多晶硅生產(chǎn)工藝來解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種不僅可以提高多晶硅的生成率和沉積速率，也可以降低終極尾氣的物料總量，進而降低還原尾氣回收系統(tǒng)負荷的多晶硅生產(chǎn)工藝。

為達到上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：多晶硅生產(chǎn)工藝，包括將精三氯氫硅和氫氣按比例混合作為原料通入CVD還原爐主爐，

首先原料依次通過鼓泡汽化器、出入氣換熱器和CVD還原爐主爐；

然后將精三氯氫硅和二氯二氫硅按比例混合作為輔料通過氯硅烷汽化器生產(chǎn)輔料氣體；

經(jīng)過鼓泡汽化器生成的原料氣體在CVD還原爐主爐內(nèi)的硅芯表面發(fā)生反應(yīng)生成多晶硅，其副產(chǎn)物為中間尾氣；

中間尾氣與經(jīng)過氯硅烷汽化器生成的輔料氣體在靜態(tài)混合器中混合后，再通入CVD還原爐輔爐；

中間尾氣與輔料氣體在CVD還原爐輔爐內(nèi)的硅芯表面發(fā)生反應(yīng)生成多晶硅，其副產(chǎn)物為終極尾氣；

終極尾氣與通入CVD還原爐主爐的原料氣體在出入氣換熱器內(nèi)換熱后再通入還原尾氣回收系統(tǒng)。

進一步地，所述進入CVD還原爐主爐的氫氣與精三氯氫硅摩爾比為4-3:1。

進一步地，所述向CVD還原爐輔爐補充的輔料中精三氯氫硅和二氯二氫硅的比例在25-0:1。

進一步地，所述進入CVD還原爐主爐的氫氣與精三氯氫硅摩爾比為4:1，CVD還原爐主爐的原料氣體的進氣量從219m/h逐漸提高至32875m/h，CVD還原爐主爐的原料氣體的進氣溫度從54℃逐步增加至343℃。

進一步地，所述進入CVD還原爐主爐的氫氣與精三氯氫硅摩爾比為3:1，CVD還原爐主爐的原料氣體的進氣量從175m/h逐漸提高至32300m/h，CVD還原爐主爐的原料氣體的進氣溫度從51℃逐步增加至313℃。

進一步地，所述進入CVD還原爐主爐的氫氣與精三氯氫硅摩爾比為3.5:1，CVD還原爐主爐的原料氣體的進氣量從197m/h逐漸提高至32587.5m/h，CVD還原爐主爐的原料氣體的進氣溫度從53℃逐步增加至331℃。

進一步地，所述向CVD還原爐輔爐補充的輔料中精三氯氫硅和二氯二氫硅的比例在25:1，終極尾氣中的二氯二氫硅占終極尾氣的百分比為2%。

進一步地，所述向CVD還原爐輔爐補充的輔料中精三氯氫硅和二氯二氫硅的比例在20:1，終極尾氣中的二氯二氫硅占終極尾氣的百分比為4%。

進一步地，所述向CVD還原爐輔爐補充的輔料中精三氯氫硅和二氯二氫硅的比例在22:1，終極尾氣中的二氯二氫硅占終極尾氣的百分比為2.8%。

進一步地，所述向CVD還原爐輔爐補充的輔料中精三氯氫硅和二氯二氫硅的比例在0:1，終極尾氣中的二氯二氫硅占終極尾氣的百分比為1.5-3.5%。

現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點：可以抑制三氯氫硅的分解反應(yīng)，同時促進其向逆反應(yīng)方向進行，減少副產(chǎn)物的生成率，同時促進還原爐內(nèi)主反應(yīng)的發(fā)生，提高了三氯氫硅生成多晶硅的轉(zhuǎn)化率；降低了終極尾氣的物料總量，也降低還原尾氣回收系統(tǒng)的負荷，進而提高了全系統(tǒng)的使用壽命，降低了生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的多晶硅生產(chǎn)工藝流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合圖1對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述。

首先存放在第一儲罐1的精三氯氫硅和氫氣按比例混合作為原料依次通過鼓泡汽化器2、出入氣換熱器3和CVD還原爐主爐4；

然后存放在第二儲罐5的精三氯氫硅和二氯二氫硅按比例混合作為輔料通過氯硅烷汽化器6生成輔料氣體；

經(jīng)過鼓泡汽化器2生成的原料氣體在CVD還原爐主爐4內(nèi)的硅芯表面發(fā)生反應(yīng)生成多晶硅，其副產(chǎn)物為中間尾氣；

中間尾氣與經(jīng)過氯硅烷汽化器6生成的輔料氣體在靜態(tài)混合器7中混合后，再通入CVD還原爐輔爐8；

中間尾氣與輔料氣體在CVD還原爐輔爐8內(nèi)的硅芯表面發(fā)生反應(yīng)生成多晶硅，其副產(chǎn)物為終極尾氣；

終極尾氣與通入CVD還原爐主爐4的原料氣體在出入氣換熱器3內(nèi)換熱后再通入還原尾氣回收系統(tǒng)9。

實施例1:

精三氯氫硅與氫氣按摩爾比為4:1在鼓泡汽化器2內(nèi)混合，通過控制鼓泡汽化器2的壓力和溫度，生成的原料氣體輸送到出入氣換熱器3。精三氯氫的純度大于99.99%。

進入出入氣換熱器3的原料氣體與來自CVD還原爐輔爐8的高溫終極尾氣進行熱交換，既提高原料氣體溫度又降低了終極尾氣的溫度。

原料氣體經(jīng)過來自CVD還原爐輔爐8的終極尾氣加熱后，繼續(xù)進入CVD還原爐主爐4，在CVD還原爐主爐4內(nèi)1125℃的硅芯表面發(fā)生反應(yīng)生成多晶硅。CVD還原爐主爐4的副產(chǎn)物作為中間尾氣。

存放在第二儲罐5的精三氯氫硅和二氯二氫硅按摩爾比為20:1混合作為輔料通過氯硅烷汽化器6生成輔料氣體，輔料氣體溫度為146℃；

中間尾氣與經(jīng)過氯硅烷汽化器6生成的輔料氣體在靜態(tài)混合器7中混合后，再通入CVD還原爐輔爐8；

中間尾氣與輔料氣體在CVD還原爐輔爐8內(nèi)的硅芯表面發(fā)生反應(yīng)生成多晶硅，其副產(chǎn)物為終極尾氣；

終極尾氣與通入CVD還原爐主爐4的原料氣體在出入氣換熱器3內(nèi)換熱后再通入還原尾氣回收系統(tǒng)9。

CVD還原爐主爐4的原料氣體的進氣量根據(jù)硅棒直徑確定，從219m/h逐漸提高至32875m/h，CVD還原爐主爐4的進氣溫度從54℃逐步增加至343℃，這樣可以滿足硅棒不生長菜花料的最低過飽和度，因此不會造成硅棒融芯現(xiàn)象。

精三氯氫硅和氫氣按一定比例通入CVD還原爐主爐后發(fā)生如下反應(yīng)：

SiHCl3+H2=====Si+3HCl （1）

2SiHCl3=====Si+2HCl+SiCl4 （2）

2SiHCl3=====SiH2Cl2+ SiCl4 （3）

SiHCl3=====SiH2Cl2+HCl （4）

Si+2HCl=====SiH2Cl2 （5）

其中（1）（2）為主要反應(yīng)，其余為副反應(yīng)，為可逆反應(yīng)。其生成的中間尾氣中，二氯二氫硅的含量為9%，未發(fā)生反應(yīng)的精三氯氫硅約占進料總精三氯氫硅的60%。

本實施例中再進入CVD還原爐輔爐8反應(yīng)后，產(chǎn)出的終極尾氣中未反應(yīng)的精三氯氫硅則只占進料總精三氯氫硅的44%左右，將精三氯氫硅的一次利用率提高了約22%。終極尾氣中二氯二氫硅含量降至4%。

本發(fā)明抑制了CVD還原爐輔爐8內(nèi)各個生成二氯二氫硅的反應(yīng)，促進向其逆反應(yīng)方向進行。由于輔爐內(nèi)二氯二氫硅含量增加，其分解生成多晶硅的量和沉積速率增加。同時，由于采用將CVD還原爐主爐4的中間尾氣作為CVD還原爐輔爐8的原料氣，輔爐內(nèi)四氯化硅、氯化氫含量較高，二氯二氫硅通入后，抑制三氯氫硅直接分解生成四氯化硅、氯化氫和二氯二氫硅反應(yīng)，同時促進其向逆反應(yīng)方向進行，減少副產(chǎn)物四氯化硅、氯化氫和二氯二氫硅的生成率，同時促進還原爐內(nèi)主反應(yīng)的發(fā)生，提高三氯氫硅生成多晶硅轉(zhuǎn)化率。同樣通料量下，降低了終極尾氣的物料總量，降低還原尾氣回收系統(tǒng)負荷，保證了全系統(tǒng)的使用壽命，節(jié)省了生產(chǎn)成本。

實施例2：

本實施例與實施例1基本相同，不同之處僅在于：存放第一儲罐1的精三氯氫硅與氫氣按摩爾比為3:1在鼓泡汽化器2內(nèi)混合。存放在第二儲罐5的精三氯氫硅和二氯二氫硅按摩爾比為25:1混合。CVD還原爐主爐4的原料氣體的進氣量根據(jù)硅棒直徑確定，從175m/h逐漸提高至32300m/h，CVD還原爐主爐4的進氣溫度從51℃逐步增加至313℃，這樣可以滿足硅棒不生長菜花料的最低過飽和度，因此不會造成硅棒融芯現(xiàn)象。

其生成的中間尾氣中，二氯二氫硅的含量為6%，未發(fā)生反應(yīng)的精三氯氫硅約占進料總精三氯氫硅的52%。

本實施例中再進入CVD還原爐輔爐8反應(yīng)后，產(chǎn)出的終極尾氣中未反應(yīng)的精三氯氫硅則只占進料總精三氯氫硅的44%左右，將精三氯氫硅的一次利用率提高了約14%。終極尾氣中二氯二氫硅含量降至2%。

實施例3：

本實施例與實施例1和2基本相同，不同之處僅在于：存放第一儲罐1的精三氯氫硅與氫氣按摩爾比為3.5:1在鼓泡汽化器2內(nèi)混合。存放在第二儲罐5的精三氯氫硅和二氯二氫硅按摩爾比為22:1混合。CVD還原爐主爐4的原料氣體的進氣量根據(jù)硅棒直徑確定，從197m/h逐漸提高至32587.5m/h，CVD還原爐主爐4的進氣溫度從53℃逐步增加至331℃，這樣可以滿足硅棒不生長菜花料的最低過飽和度，因此不會造成硅棒融芯現(xiàn)象。

其生成的中間尾氣中，二氯二氫硅的含量為7%，未發(fā)生反應(yīng)的精三氯氫硅約占進料總精三氯氫硅的56%。

本實施例中再進入CVD還原爐輔爐8反應(yīng)后，產(chǎn)出的終極尾氣中未反應(yīng)的精三氯氫硅則只占進料總精三氯氫硅的44%左右，將精三氯氫硅的一次利用率提高了約18%。終極尾氣中二氯二氫硅含量降至2.8%。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的范圍。即凡是依本發(fā)明權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。