[發明專利]一種干法清洗多晶硅還原爐的方法

有效

• 申請號: 201410382395.6
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN104259160B
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 王志高;李東升
• 申請（專利權）人: 上海正帆科技有限公司
• 主分類號: B08B9/08
• 分類號: B08B9/08;B08B9/093
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發明涉及一種干法清洗多晶硅還原爐的方法，屬于半導體設備制造技術領域。

背景技術

隨著人類文明的發展，人口的增長，資源枯竭、環境污染和能源危機等不斷加劇，與化石燃料相比，太陽能取之不盡、用之不竭；與核能相比，太陽能極其安全；與水能、風能相比，利用太陽能的環境成本較低，且不受地域限制。全球太陽能光伏產業是在技術進步和政策法規的強力推動下，自本世紀起步入了快速發展階段。太陽能級多晶硅(Solar-Grade Polysilicon)是光伏產業的基礎原料，在未來的10～20年內，還不大可能有其他材料能夠替代晶硅材料而成為光伏產業的主要原材料。過去的10年內，全球太陽能電池片產量呈現爆發式增長，直接拉動了多晶硅需求的迅猛增長，雖然目前行業尚不景氣，但是長期前景被普遍看好。

目前，國內外生產多晶硅的主要工藝技術有改良西門子法、硅烷法(REC法)、冶金法(物理法)等，其中改良西門子法被公認為是多晶硅提純最為成熟的工藝技術，同時也已經被絕大多數廠商所采用。多晶硅還原爐是改良西門子法生產多晶硅的核心設備，也是決定系統產能、能耗、環保指標，以及可靠性、安全性的關鍵因素。多晶硅還原爐鐘罩上沉積的硅薄膜層的清洗周期是以生產批次計算，如果鐘罩清洗不干凈、光潔度不夠，常常導致硅芯擊不穿或產品質量污染等。當前熱堿液法清洗是主流的方法，其工藝為：還原爐鐘罩到位→預清洗→清洗劑(堿液)清洗→漂洗→高純水沖洗→凈化熱空氣干燥→常溫干燥→鐘罩吊走。此方法存在基建成本大、來回搬運鐘罩、洗滌時間長、清洗不完全、三廢處理等問題。雖然目前出現了高壓水流清洗、酸洗和人工清洗等其他方法，但是沒有從根本上解決上述問題。

等離子體清洗是干法清洗的一種，是依靠處于“等離子態”物質的“活化作用”達到去除物體表面污漬的目的，目前已經在半導體制造、微電子封裝、塑料和陶瓷等表面活化、精密機械等行業得到了普遍應用。

美國專利US2009/0071505Al公開了一種IC工業中清洗反應腔內沉積的高k材料的方法，采用氯化物和氟化物的混合氣進行清洗金屬氧化物，比如HfO₂，尚未涉及等離子體清洗或者硅薄膜。

公開號為CN102357493A的中國專利公開了一種多晶硅還原爐爐筒清洗方法，通過人工方法利用大量水和化學藥品清洗內壁，既會產生大量的廢水，還需要耗費大量的人力。

文獻“等離子體技術在多晶硅還原爐的應用”公開了等離子體技術在多晶硅還原爐的應用，在等離子體發生器對還原爐內部進行加熱的條件下，對爐內溫度場進行了試驗測試表明等離子體加熱技術在多晶硅還原爐中有著良好的加熱應用效果。然而，該文章尚未提及等離子體在清洗還原爐內部沉積的硅薄膜，僅僅提及等離子體的加熱效應，而不是不化學效應。

多晶硅還原爐清洗中，尚未有用等離子體清洗的系統性研究和實際應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種高效、快速、自動化程度高的采用等離子體清洗多晶硅還原爐的方法，以大幅降低前期基礎建設的投入，減少大量的能源和原材料消耗，同時避免三廢的處理。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供一種干法清洗多晶硅還原爐的方法，其特征在于：將多晶硅還原爐與等離子體發生器相連，使等離子體發生器產生的等離子體在設定的溫度和壓強條件下與多晶硅還原爐鐘罩內壁沉積的硅薄膜反應，同時監測反應產物的成分變化，并通過吹掃抽離反應產生的氣體產物，達到清洗多晶硅還原爐的目的；具體包含如下步驟：

步驟一：排出多晶硅還原爐內的所有殘余氣體；

步驟二：以氣體氟化物作為清洗氣體，使其在等離子體發生器中形成等離子體；

步驟三：使等離子體進入多晶硅還原爐鐘罩內，并與沉積在多晶硅還原爐鐘罩內壁上的硅薄膜發生化學反應，反應產生的氣體產物中含有SiF₃、SiF₄；

步驟四：采用氣體成分監測設備對SiF₃的量進行監測，從而監測多晶硅還原爐鐘罩內壁沉積硅的反應狀況；

步驟五：當多晶硅還原爐鐘罩內壁沉積的硅被反應完全后，即混合氣體中SiF₃的含量接近零值且趨于平穩，抽出多晶硅還原爐鐘罩中的氣體，然后通入N₂對多晶硅還原爐鐘罩進行吹掃，再次將多晶硅還原爐鐘罩中的氣體抽離，完成多晶硅還原爐鐘罩的清洗。