一种利用还原提纯三氯氢硅制高品质电子级多晶硅的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学领域，具体地，本发明涉及一种制备多晶硅的系统和方法。
【背景技术】
[0002]目前，国内外大多数厂家采用改良西门子法制备电子级多晶硅。生产厂家使用由工业硅粉与氯化氢等合成反应生成的三氯氢硅，经过精馏提纯得到的精三氯氢硅，来供应化学气相沉积还原工序制多晶娃。原料二氯氢娃的精饱是关键工序，是决定多晶娃最终质量的重要工艺。
[0003]尚品质电子级多晶娃的制备要求供应化学气相沉积还原工序的精二氣氣娃中的杂质含量需在ρρταο12)的痕量级，这是由于主要的受主、施主杂质元素硼、磷直接影响多晶硅的半导体性能。然而，依靠多级精馏提纯保障精三氯氢硅中杂质的含量在痕量级的水平，在技术上是极大的挑战。
[0004]因此，稳定、批量生广尚品质的电子级多晶娃的技术仍有待进一步开发。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0006]本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的:
[0007]改良西门子法制备电子级多晶硅工艺中，精馏提纯的精三氯氢硅通入还原炉中，经高温、氢还原反应在硅芯上化学气相沉积得到高纯的多晶硅产品。发明人经过分析研究发现，精三氯氢硅(含一定量的硼、磷及金属杂质的三氯氢硅)进入还原炉，经过还原化学气相沉积后，反应尾气中(含三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅、氯化氢和氢气)的三氯氢硅中的杂质含量(如硼、磷、铁、铝、钙、铬、锰、镍、铜、锌等)降低。进而发明人发现，精馏提纯得到的精三氯氢硅原料经过还原工艺得到了进一步提纯，还原后回收的三氯氢硅的品质高于精馏得到的精三氯氢硅。
[0008]然而，一方面，我国多晶硅厂家是将合成精馏得到的精三氯氢硅与还原回收的三氯氢硅物料混合供应至还原工序使用，并未发现还原回收的三氯氢硅的品质高于精馏得到的精二氣氣娃这一规律；另一方面，尚品质电子级多晶娃相对于其它品质多晶娃广品市场需求相对较小，在同一个多晶硅工厂也需要与低品质的产品(如太阳能级多晶硅)在主要、关键工艺系统上严格分隔、合理区分，以保障不同品质产品的生产，以满足品质、成本、现场管理等方面的平衡、科学性。
[0009]基于上述事实和问题的发现，发明人提出:分离、回收精馏三氯氢硅的还原尾气中的三氯氢硅，利用还原回收的三氯氢硅来生产高品质电子级多晶硅；同时，发明人还提出了一种具有专职区隔的生产工艺技术系统，获得较精馏三氯氢硅更高品质的三氯氢硅，以用于生广尚品质电子级多晶娃，以支撑工业化的、稳定的尚品质电子级多晶娃生广。
[0010]在本专利申请中，太阳能级以上多晶娃广品又名第一多晶娃广品，其杂质含量，如棚杂质含量小于0.15ppb,尚品质电子级多晶娃广品又名第一■多晶娃广品，其杂质含量，如硼杂质含量小于0.0lppbo
[0011]在本发明的第一方面，本发明提出了一种制备多晶硅的系统。根据本发明的实施例，所述系统包括:第一还原装置，所述第一还原装置用于对第一三氯氢硅进行还原处理，以便获得第一多晶硅产品和第一尾气；第二还原装置，所述第二还原装置用于对第二三氯氢硅进行还原处理，以便获得第二多晶硅产品和第二尾气；尾气回收装置，所述尾气回收装置分别与所述第一还原装置和所述第二还原装置相连，用于回收第一尾气和第二尾气；氯硅烷分离装置，所述氯硅烷分离装置与所述尾气回收装置相连，以便对第一氯硅烷混合物进行分离，以便分别获得四氯化硅和第二氯硅烷混合物；四氯化硅转化装置，所述四氯化硅转化装置与所述氯硅烷分离装置相连，以便将来自所述氯硅烷分离装置的所述四氯化硅进行转化获得所述第一三氯氢硅的第一部分；二氯二氢硅分离装置，所述二氯二氢硅分离装置与所述氯硅烷分离装置相连，用于对所述第二氯硅烷混合物进行分离，以便分别获得所述第二三氯氢硅以及二氯二氢硅；反歧化装置，所述反歧化装置与所述二氯二氢硅分离装置相连用于对来自所述二氯二氢硅分离装置的所述二氯二氢硅进行反歧化处理，以便获得所述第一三氯氢硅的第二部分；三氯氢硅合成装置，所述三氯氢硅合成装置用于合成所述第一三氯氢硅的第三部分；精馏提纯装置，所述精馏提纯装置分别与所述第一还原装置、所述四氯化硅转化装置、所述反歧化装置、所述三氯氢硅合成装置相连，以便将来自所述四氯化硅转化装置的第一三氯氢硅的第一部分、来自所述反歧化装置的第一三氯氢硅的第二部分和来自所述三氯氢硅合成装置的第一三氯氢硅的第三部分进行精馏提纯获得所述第一三氯氢硅，并将所述第一三氯氢硅输入至所述第一还原装置；以及第二三氯氢硅储罐，所述第二三氯氢硅储罐分别与所述第二还原装置、所述二氯二氢硅分离装置相连，用于接收所述第二三氯氢硅，并将所述第二三氯氢硅输入至所述第二还原装置。其中，上述系统中的第一尾气和第二尾气中含有三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅、氯化氢和氢气，第一氯硅烷混合物中含有三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅，第二氯硅烷混合物中含有三氯氢硅、二氯二氢硅。根据本发明的实施例，本发明提出的制备多晶硅的系统，既实现了利用还原回收的二氣氣娃来生广尚品质电子级多晶娃广品，尚品质电子级多晶娃的广量大而稳定，同时也实现了高品质电子级多晶硅产品和太阳能级以上多晶硅产品工艺系统的专职区隔生产，以保障不同品质多晶硅产品的生产，以此来满足不同品质多晶硅产品的需要。
[0012]根据本发明的实施例，上述制备多晶硅的系统还可以进一步具有下列附加技术特征至少之一:
[0013]根据本发明的实施例，所述系统进一步包括第一三氯氢硅储罐，所述第一三氯氢硅储罐分别与所述精馏提纯装置和所述第一还原装置相连，用于从所述精馏提纯装置接收所述第一三氯氢硅，并将所述第一三氯氢硅输入至所述第一还原装置。根据本发明的实施例，所述第一三氯氢硅储罐可暂时储存精馏提纯装置产生的第一三氯氢硅，并根据需要，将所需要量的第一三氯氢硅输入至所述第一还原装置以用于生产第一多晶硅产品，即太阳能级以上多晶娃广品。第一二氯氢娃储Si使得所述制备多晶娃的系统更加合理。
[0014]根据本发明的实施例，所述系统进一步包括氯硅烷混合物储罐，所述氯硅烷混合物储罐分别与所述氯硅烷分离装置和所述二氯二氢硅分离装置相连，用于从所述氯硅烷分离装置接收所述第二氯硅烷混合物，并将所述第二氯硅烷混合物输入至所述二氯二氢硅分离装置。根据本发明的实施例，氯硅烷混合物储罐可暂时储存氯硅烷分离装置产生的第二氯硅烷混合物，即三氯氢硅、二氯二氢硅，并根据需要，将所需量的第二氯硅烷混合物输入至所述二氯二氢硅分离装置，氯硅烷混合物储罐使得所述制备多晶硅的系统更加合理。
[0015]根据本发明的实施例，所述系统进一步包括三氯氢硅吸附提纯装置，所述三氯氢硅吸附提纯装置分别与所述二氯二氢硅分离装置和所述第二三氯氢硅储罐相连，用于将所述第二三氯氢硅进行吸附提纯后输入至所述第二三氯氢硅储罐。根据本发明的实施例，三氯氢硅吸附提纯装置使得输入到第二三氯氢硅储罐的三氯氢硅的纯度进一步提高，进而用于生产高品质多晶硅产品的三氯氢硅的纯度进一步提高，如硼杂质的含量进一步降为0.0lppb ;三氯氢硅吸附提纯装置使得所述系统生产高品质多晶硅产品的能力和稳定性进一步提尚，广出的尚品质多晶娃纯度和品质进一步提尚。
[0016]根据本发明的实施例，所述系统进一步包括氯硅烷混合物输送管路，所述氯硅烷混合物输送管路分别与所述氯硅烷分离装置和所述第一还原装置相连，用于将所述第二氯硅烷混合物的一部分输送至所述第一还原装置。根据本发明的实施例，氯硅烷混合物输送管路进一步实现了高品质电子级多晶硅产品和太阳能级以上多晶硅产品工艺系统的专职区隔生产，以保障不同品质多晶硅产品的生产，以此来满足不同品质多晶硅产品的需要。
[0017]根据本发明的实施例，所述系统进一步包括控制装置，所述控制装置与所述氯硅烷混合物输送管路相连用于控制输送至所述第一还原装置的所述第二氯硅烷混合物的量。根据本发明的实施例，控制装置的加入，使得所述系统可以根据需要，将所需要量的第二氯硅烷混合物的量输入至第一还原装置，进而更加科学、高效地实现了高品质电子级多晶硅产品和太阳能级以上多晶硅产品的专职区隔生产，以保障不同品质多晶硅产品的生产，以此来满足不同品质多晶娃广品的需要。
[0018]根据本发明的实施例，