[發(fā)明專利]生產(chǎn)多晶硅的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110261807.7
• 申請(qǐng)日: 2011-08-29
• 公開（公告）號(hào): CN102381709A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·舍費(fèi)爾;O·克雷奇馬爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 瓦克化學(xué)股份公司
• 主分類號(hào): C01B33/03
• 分類號(hào): C01B33/03
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 過曉東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生產(chǎn)多晶硅的方法。

背景技術(shù)

多晶體的硅(簡(jiǎn)稱多晶硅)在通過坩堝拉制(Czochralski或CZ方法)或通過區(qū)熔(Floatzone或FZ方法)的單晶硅生產(chǎn)中用作起始材料。所述單晶硅可分離成晶片，并在多個(gè)機(jī)械、化學(xué)和化學(xué)機(jī)械處理操作后，用于半導(dǎo)體工業(yè)中的電子元件(芯片)制造。

然而，更特別地，多晶硅在更大程度上需要用于通過拉制或澆鑄方法生產(chǎn)單晶硅或多晶硅，所述單晶硅或多晶硅用于光伏應(yīng)用的太陽(yáng)能電池制造。

多晶硅典型地通過西門子方法生產(chǎn)。在該方法中，硅的細(xì)絲棒(“細(xì)棒”)通過直接通電，在鐘形反應(yīng)器(“西門子反應(yīng)器”)中加熱，并且引入包括含硅組分和氫氣的反應(yīng)氣。

反應(yīng)氣的含硅組分通常為具有一般組成SiH_nX_4-n(n＝0，1，2，3；X＝Cl，Br，I)的單硅烷或鹵硅烷。優(yōu)選氯硅烷或氯硅烷混合物，進(jìn)一步優(yōu)選三氯硅烷。在與氫氣的混合物中主要使用SiH₄或SiHCl₃(三氯硅烷，TCS)。

EP?2?077?252?A2說明了多晶硅生產(chǎn)中使用的一類反應(yīng)器的典型結(jié)構(gòu)。

反應(yīng)器基礎(chǔ)配備有容納細(xì)棒的電極，在生長(zhǎng)操作過程中硅沉積到細(xì)棒上，因此可生長(zhǎng)成為所要求的多晶硅棒。典型地，在每一情況下兩個(gè)細(xì)棒與橋連接，形成細(xì)棒對(duì)，所述細(xì)棒對(duì)經(jīng)由電極并經(jīng)由外部設(shè)備形成回路，用來將細(xì)棒對(duì)加熱到特定的溫度。

棒溫度典型地用輻射高溫計(jì)在垂直的棒的表面測(cè)量。

棒溫度典型地可通過調(diào)節(jié)電功率來設(shè)定，既可以固定的形式，也可作為棒直徑的函數(shù)。

此外，反應(yīng)器基礎(chǔ)另外配備為反應(yīng)器提供新鮮氣體的噴嘴。廢氣從反應(yīng)室出來后通過孔口引導(dǎo)回去。

提供的反應(yīng)氣的量典型地作為棒直徑的函數(shù)而變化，也即通常隨棒直徑的增加而增加。

高純度的多晶硅沉積在加熱棒和橋處，其結(jié)果是棒直徑隨時(shí)間生長(zhǎng)(CVD＝化學(xué)汽相沉積/氣相沉積)。

得到的多晶硅棒，在沉積操作結(jié)束之后，必須經(jīng)過處理形成團(tuán)塊和芯片，除非它們用于通過FZ方法生產(chǎn)單晶。

在后一情況下，多晶硅棒，通過區(qū)熔，用來產(chǎn)生單晶硅錠，所述單晶硅錠可在后一階段進(jìn)一步處理產(chǎn)生硅晶片。

為了生產(chǎn)用于CZ或太陽(yáng)能應(yīng)用的硅塊，用諸如錘子、壓碎機(jī)或研磨機(jī)的工具機(jī)械弄碎棒，然后按大小分類。硅碎片的尺寸從約1mm～至多150mm或更高。碎片的形狀典型地應(yīng)該不太偏離球形。

基于西門子方法的沉積多晶硅的所有已知方法，就實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)方法的經(jīng)濟(jì)可行性而言均有缺點(diǎn)。

有關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量的缺點(diǎn)尤其為常常觀察到棒直徑的軸向偏差，在有些情況下則是棒的表面特性差。

這些方法常常需要高的能耗水平。

在一些情況下，棒會(huì)在反應(yīng)器中傾倒。

最終，在一些方法中形成硅塵。

在一些方法中，會(huì)有過熱現(xiàn)象，在最壞的情況下，甚至?xí)泄璩休d體(棒和橋)熔化。

DE?29?12?661?A1描述了用于生產(chǎn)多晶硅的方法，其中部分液體三氯硅烷通過特定的噴嘴(雙噴射嘴)引入到反應(yīng)器室中。其目的是提高反應(yīng)氣中三氯硅烷的比例，最終實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)出。然而，在此已經(jīng)發(fā)現(xiàn)單位能量消耗太高。

在EP?2?077?252?A2中，從方法技術(shù)觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為在沉積方法過程中斷續(xù)開關(guān)用于提供反應(yīng)氣的噴嘴具有優(yōu)勢(shì)。為了該目的，關(guān)閉噴嘴的比例可作為方法時(shí)間或棒直徑的函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

該手段的目的是，隨著棒直徑的增長(zhǎng)，保證對(duì)所有的棒都有最佳的氣體供給-特別是在較高范圍內(nèi)。

EP?2?067?744?A2公開了多晶硅的生產(chǎn)方法，其中在第一穩(wěn)定步驟之后，沉積硅的反應(yīng)氣流入量先是明顯提高，然后是較緩慢地提高，以改善為細(xì)棒提供反應(yīng)氣，然后在晶體的生長(zhǎng)階段降低流入量以保證高效沉積。所強(qiáng)調(diào)的是僅僅調(diào)節(jié)反應(yīng)氣的供應(yīng)，因此不要求對(duì)反應(yīng)器有任何修改。

然而，EP?2?077?252?A2和EP?2?067?744?A2中所描述的方法表現(xiàn)出傾倒的棒數(shù)量增加。這也許與反應(yīng)氣流入量突然變化有關(guān)。

所用的細(xì)棒長(zhǎng)度可以是幾米(常見的為約2-3m)。傾倒時(shí)，棒還可能碰倒相鄰的其它棒。

這會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，特別是這樣污染的硅棒必須以復(fù)雜的方式清洗，或者棒傾倒時(shí)甚至?xí)p壞反應(yīng)器。