改良西門子法是用氯和氫合成氯化氫（或外購氯化氫），氯化氫和工業(yè)硅粉在一定的溫度下合成三氯氫硅，然后對三氯氫硅進(jìn)行分離精餾提純，提純后的三氯氫硅在氫還原爐內(nèi)進(jìn)行CVD反應(yīng)生產(chǎn)高純多晶硅。其主要技術(shù)是：大直徑對棒節(jié)能型還原爐技術(shù)，導(dǎo)熱油循環(huán)冷卻還原爐技術(shù)，還原爐尾氣封閉式干法回收技術(shù)以及副產(chǎn)品SiCl₄氫化生成SiHCl₃技術(shù)。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能降耗顯著、成本低、質(zhì)量好、采用綜合利用技術(shù)，對環(huán)境不產(chǎn)生污染，具有明顯的競爭優(yōu)勢。改良西門子工藝法生產(chǎn)多晶硅所用設(shè)備主要有：氯化氫合成爐，三氯氫硅沸騰床加壓合成爐，三氯氫硅水解凝膠處理系統(tǒng)，三氯氫硅粗餾、精餾塔提純系統(tǒng)，硅芯爐，節(jié)電還原爐，磷檢爐，硅棒切斷機(jī)，腐蝕、清洗、干燥、包裝系統(tǒng)裝置，還原尾氣干法回收裝置；其他包括分析、檢測儀器，控制儀表，熱能轉(zhuǎn)換站，壓縮空氣站，循環(huán)水站，變配電站，凈化廠房等。

（1）節(jié)能：由于改良西門子法采用多對棒、大直徑還原爐，可有效降低還原爐消耗的電能；

（2）降低物耗：改良西門子法對還原尾氣進(jìn)行了有效的回收。所謂還原尾氣：是指從還原爐中排放出來的，經(jīng)反應(yīng)后的混合氣體。改良西門子法將尾氣中的各種組分全部進(jìn)行回收利用，這樣就可以大大低降低原料的消耗。

（3）減少污染：由于改良西門子法是一個閉路循環(huán)系統(tǒng)，多晶硅生產(chǎn)中的各種物料得到充分的利用，排出的廢料極少，相對傳統(tǒng)西門子法而言，污染得到了控制，保護(hù)了環(huán)境。2100433B

多晶硅是硅產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中的一個非常重要的中間產(chǎn)品，是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料，是信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)最基礎(chǔ)的原材料。隨著全球信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，對于半導(dǎo)體硅的需求量日益增加，全世界半導(dǎo)體市場以每年20%以上的速度遞增。在金融危機(jī)出現(xiàn)之前，國內(nèi)及國際市場的多晶硅需求量急劇增加，國內(nèi)多晶硅更是嚴(yán)重短缺。

多晶硅行業(yè)是個新興且具有發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)。世界多晶硅的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，絕大部分廠家都采用改良西門子法技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的閉路循環(huán)生產(chǎn)。

改良西門子法生產(chǎn)多晶硅工藝設(shè)計(jì)中大致細(xì)分為以下幾個工序：H₂制備與凈化、HCl合成、SiHCl₃合成、合成氣干法分離、氯硅烷分離提純、SiHCl₃氫還原、還原尾氣干法分離、SiCl₄氫化、氫化氣干法分離、硅芯制備及產(chǎn)品整理、廢氣及殘液處理等。具體流程如圖1所示 。

（1）SiHCl₃合成

原料硅粉經(jīng)吊運(yùn)，通過硅粉下料斗而被卸入硅粉接收料斗。硅粉從接收料斗放入下方的中間料斗，經(jīng)用熱氯化氫氣置換料斗內(nèi)的氣體并升壓至與下方料斗壓力平衡后,硅粉被放入下方的硅粉供應(yīng)料斗。供應(yīng)料斗內(nèi)的硅粉用安裝于料斗底部的星型供料機(jī)送入三氯氫硅合成爐進(jìn)料管。從氯化氫合成工序來的氯化氫氣，與從循環(huán)氯化氫緩沖罐送來的循環(huán)氯化氫氣體混合后，引入三氯氫硅合成爐進(jìn)料管,將從硅粉供應(yīng)料斗供入管內(nèi)的硅粉挾帶并輸送，從底部進(jìn)入三氯氫硅合成爐。

在三氯氫硅合成爐內(nèi)，硅粉與氯化氫氣體形成沸騰床并發(fā)生反應(yīng),生成三氯氫硅，同時生成四氯化硅、三氯二氫硅、金屬氯化物、聚氯硅烷、氫氣等產(chǎn)物，此混合氣體被稱作三氯氫硅合成氣。反應(yīng)大量放熱。合成爐外壁設(shè)置有水夾套，通過夾套內(nèi)水帶走熱量維持爐壁的溫度。出合成爐頂部挾帶有硅粉的合成氣，經(jīng)三級旋風(fēng)除塵器組成的干法除塵系統(tǒng)除去部份硅粉后，送入濕法除塵系統(tǒng)，被四氯化硅液體洗滌，氣體溫表的部分細(xì)小硅塵被洗下；洗滌同時，通入濕氫氣與氣體接觸，氣體所含部分金屬氧化物發(fā)生水解而被除去。除去了硅粉而被凈化的混合氣體送往合成氣干法分離工序。

（2）氯硅烷分離、提純

在三氯氫硅合成工序生成，經(jīng)合成氣干法分離工序分離出來的氯硅烷液體送入氯硅烷貯存工序的原料氯硅烷貯槽；在三氯氫硅還原工序生成，經(jīng)還原尾氣干法分離工序分離出來的氯硅烷液體送入氯硅烷貯存工序的還原氯硅烷貯槽；在四氯化硅氫化工序生成，經(jīng)氫化氣干法分離工序分離出來的氯硅烷液體送入氯硅烷貯存工序的氫化氯硅烷貯槽。原料氯硅烷液體、還原氯硅烷液體和氫化氯硅烷液體分別用泵抽出，送入氯硅烷分離提純工序的不同精餾塔中。各個精餾塔的作用不一樣，一般是1^#塔去除低沸物，2^#塔去除金屬、非金屬雜質(zhì)和四氯化硅。

（3）SiHCl₃氫還原

經(jīng)氯硅烷分離提純工序精制的三氯氫硅，送入本工序的三氯氫硅汽化器，被熱水加熱汽化；從還原尾氣干法分離工序返回的循環(huán)氫氣流經(jīng)氫氣緩沖罐后，也通入汽化器內(nèi)，與三氯氫硅蒸汽形成一定比例的混合氣體。

從三氯氫硅汽化器來的三氯氫硅與氫氣的混合氣體，送入還原爐內(nèi)。在還原爐內(nèi)通電的熾熱硅芯/硅棒的表面，三氯氫硅發(fā)生氫化還原反應(yīng)，生成硅沉積下來，使硅芯/硅棒的直徑逐漸變大，直至達(dá)到規(guī)定的尺寸。氫還原反應(yīng)同時生成二氯二氫硅、四氯化硅、氯化氫和氫氣，與未反應(yīng)的三氯氫硅和氫氣一起送出還原爐，經(jīng)還原尾氣冷卻器用循環(huán)冷卻水冷卻后，直接送往還原尾氣干法分離工序。

（4）還原尾氣干法分離工序

從三氯氫硅還原干法工序來的還原尾氣經(jīng)此工序被分離成氯硅烷液體、氫氣和氯化氫氣體，分別循環(huán)回裝置使用。還原爐出來的混合氣流經(jīng)混合氣緩沖罐，然后進(jìn)入噴淋洗滌塔，被塔頂流下的低溫氯硅烷液體洗滌。氣體中的大部分氯硅烷冷凝并混入洗滌液中。出塔底的氯硅烷大部分經(jīng)冷凍降溫后循環(huán)回塔頂用于氣體的洗滌，多余的部分氯硅烷送入氯化氫解析塔。

出噴淋洗滌塔塔頂除去了大部分氯硅烷的氣體，用混合氣壓縮機(jī)壓縮并冷凍降溫后，送入氯化氫吸收塔，被從氯化氫解析塔底部送來的經(jīng)冷凍降溫的氯硅烷液體洗滌，氣體中絕大部分的氯化氫被氯硅烷吸收，氣體中殘留的大部分氯硅烷也被洗滌冷凝下來。出塔頂氣體為含有微量氯化氫和氯硅烷的氫氣，經(jīng)一組變溫變壓吸附器進(jìn)一步除去氯化氫和氯硅烷后，得到高純度的氫氣。大部分的高純氫氣返回三氯氫硅氫還原工序參與制取多晶硅的反應(yīng)，多余的氫氣送往四氯化硅氫化工序參與四氯化硅的氫化反應(yīng)；吸附器再生廢氣送往廢氣處理工序進(jìn)行處理；從氯化氫解析塔頂部得到提純的氯化氫氣體，送往放置于三氯氫硅合成工序的循環(huán)氯化氫緩沖罐；從氯化氫解析塔底部引出的多余的氯硅烷液體（即從三氯氫硅氫還原尾氣中分離出的氯硅烷），送入氯硅烷貯存工序的還原氯硅烷貯槽。

《基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法及多晶硅生產(chǎn)設(shè)備》屬于多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法，以及一種多晶硅生產(chǎn)設(shè)備。

基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法及多晶硅生產(chǎn)設(shè)備專利目的

《基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法及多晶硅生產(chǎn)設(shè)備》實(shí)施例提供一種基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法及多晶硅生產(chǎn)設(shè)備，主要目的是解決參與還原反應(yīng)三氯氫硅的純度低，進(jìn)而影響三氯氫硅的一次轉(zhuǎn)化率，導(dǎo)致多晶硅的生產(chǎn)成本高的問題。

基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法及多晶硅生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)方案

《基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法及多晶硅生產(chǎn)設(shè)備》采用了如下技術(shù)方案：

一方面，《基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法及多晶硅生產(chǎn)設(shè)備》實(shí)施例提供了一種基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法，包括以下步驟：

步驟1，三氯氫硅在H₂氣氛的還原爐中還原沉積得到多晶硅，還原爐排出尾氣；

步驟2，步驟1的尾氣經(jīng)多級冷凝得到不凝氣和冷凝液，不凝氣進(jìn)入吸收塔，吸收塔吸收不凝氣中的HCL并流出氯硅烷富液；冷凝液與氯硅烷富液混合后進(jìn)入解析塔；

步驟3，解析塔流出的氯硅烷貧液分為兩部分：第一部分氯硅烷貧液進(jìn)入吸收塔作為吸收劑，第二部分氯硅烷貧液進(jìn)入反歧化反應(yīng)器發(fā)生反歧化反應(yīng)，使氯硅烷貧液中的二氯二氫硅的質(zhì)量百分含量降低；

步驟4，反應(yīng)后的氯硅烷貧液進(jìn)入精餾塔；三氯氫硅合成器輸出的產(chǎn)物進(jìn)入精餾塔；精餾塔流出的三氯氫硅和二氯二氫硅進(jìn)入還原爐。

如上所述的基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法，優(yōu)選地，步驟3，第二部分氯硅烷貧液分離兩支；第一支氯硅烷貧液進(jìn)入反歧化反應(yīng)器發(fā)生反歧化反應(yīng)，將氯硅烷貧液中的二氯二氫硅由5％-7wt％降至2％-3wt％；然后第一支氯硅烷貧液與第二支氯硅烷貧液匯合，形成混合氯硅烷貧液。

如上所述的基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法，進(jìn)一步，吸收塔產(chǎn)生的H₂返回還原爐重復(fù)利用。

如上所述的基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法，進(jìn)一步，解析塔產(chǎn)生的HCl進(jìn)入三氯氫硅合成器，用于與硅粉反應(yīng)生成三氯氫硅。

如上所述的基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法，進(jìn)一步，第一支氯硅烷貧液進(jìn)入反歧化反應(yīng)器前利用過濾器進(jìn)行過濾；第一支氯硅烷貧液流出反歧化反應(yīng)器后利用過濾器進(jìn)行過濾。

《基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法及多晶硅生產(chǎn)設(shè)備》還提供一種多晶硅生產(chǎn)設(shè)備，包括：

還原爐，用于使三氯氫硅在H₂氣氛中還原沉積得到多晶硅；

多級冷凝器，所述多級冷凝器與還原爐連接，用于冷卻還原爐排出的尾氣并得到不凝氣和冷凝液；

吸收塔，所述吸收塔與多級冷凝器的不凝氣出口連接，用于吸收不凝氣中的HCl，使HCl與H₂分離；

解析塔，所述解析塔與多級冷凝器的冷凝液出口以及吸收塔的氯硅烷富液出口連接，用于分離氯硅烷富液中的HCl并生成氯硅烷貧液；

反歧化反應(yīng)器，所述反歧化反應(yīng)器與解析塔的氯硅烷貧液出口連接，在反歧化反應(yīng)器中氯硅烷貧液中的二氯二氫硅發(fā)生反歧化反應(yīng)，使氯硅烷貧液中的二氯二氫硅由5％-7wt％降至2％-3wt％；

三氯氫硅合成器，在所述三氯氫硅合成器中硅粉與HCl反應(yīng)制備三氯氫硅；

精餾塔，所述精餾塔分別與反歧化反應(yīng)器和三氯氫硅合成器連接，用于將三氯氫硅和二氯二氫硅二者與氯硅烷分離，精餾塔的三氯氫硅、二氯二氫硅出口連接還原爐。

如上所述的多晶硅生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)一步，吸收塔的H₂出口與還原爐連接，H₂返回還原爐重復(fù)利用。

如上所述的多晶硅生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)一步，解析塔的HCl出口與三氯氫硅合成器連接，使HCl與硅粉反應(yīng)生成三氯氫硅。

如上所述的多晶硅生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)一步，還包括至少一個過濾器，安裝在所述反歧化反應(yīng)器的進(jìn)口端，和/或安裝在所述反歧化反應(yīng)器的出口端。

如上所述的多晶硅生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)一步，還包括壓力調(diào)節(jié)閥，所述壓力調(diào)節(jié)閥安裝在所述反歧化反應(yīng)器的出口端。

基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法及多晶硅生產(chǎn)設(shè)備有益效果

與2014年12月之前技術(shù)相比，《基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法及多晶硅生產(chǎn)設(shè)備》的有益效果在于：

在《基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法及多晶硅生產(chǎn)設(shè)備》多晶硅生產(chǎn)方法中，第二部分氯硅烷貧液進(jìn)入反歧化反應(yīng)器發(fā)生反歧化反應(yīng)，使氯硅烷貧液中的二氯二氫硅的質(zhì)量百分含量降低；反應(yīng)后的氯硅烷貧液進(jìn)入精餾塔；三氯氫硅合成器輸出的產(chǎn)物進(jìn)入精餾塔；在整個工藝流程其他部分不發(fā)生變化的情況下，精餾塔流出的三氯氫硅和二氯二氫硅產(chǎn)物中二氯二氫硅含量降低，也就是說送至還原爐進(jìn)行還原反應(yīng)的三氯氫硅中含有的二氯二氫硅降低，提高了參與還原反應(yīng)三氯氫硅的純度，三氯氫硅的一次轉(zhuǎn)化率提高，使多晶硅的生產(chǎn)成本降低。

在《基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法及多晶硅生產(chǎn)設(shè)備》多晶硅生產(chǎn)設(shè)備中，增加了反歧化反應(yīng)器，反歧化反應(yīng)器與解析塔的氯硅烷貧液出口連接，在反歧化反應(yīng)器中氯硅烷貧液中的二氯二氫硅發(fā)生反歧化反應(yīng)，使氯硅烷貧液中的二氯二氫硅含量降低。反應(yīng)后的氯硅烷貧液進(jìn)入精餾塔；三氯氫硅合成器輸出的產(chǎn)物進(jìn)入精餾塔；在整個工藝流程其他部分不發(fā)生變化的情況下，精餾塔流出的三氯氫硅和二氯二氫硅產(chǎn)物中二氯二氫硅含量降低，也就是說送至還原爐進(jìn)行還原反應(yīng)的三氯氫硅中含有的二氯二氫硅降低，提高了參與還原反應(yīng)三氯氫硅的純度，三氯氫硅的一次轉(zhuǎn)化率提高，使多晶硅的生產(chǎn)成本降低。

2018年12月20日，《基于改良西門子法的多晶硅生產(chǎn)方法及多晶硅生產(chǎn)設(shè)備》獲得第二十屆中國專利優(yōu)秀獎。