[發(fā)明專(zhuān)利]用于生產(chǎn)多晶硅的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980096495.3
• 申請(qǐng)日: 2019-05-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114026044A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P·伯尼施;P·菲拉爾
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 瓦克化學(xué)股份公司
• 主分類(lèi)號(hào): C01B33/035
• 分類(lèi)號(hào): C01B33/035
• 代理公司: 永新專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 過(guò)曉東

本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)多晶硅的方法，包括：將含有氫氣和硅烷和/或鹵代硅烷的反應(yīng)氣體通入氣相沉積反應(yīng)器的反應(yīng)空間中，其中該反應(yīng)空間包括至少一根細(xì)絲棒，借助于電流通過(guò)對(duì)該細(xì)絲棒進(jìn)行加熱，并將硅沉積在該細(xì)絲棒上，以形成多晶硅棒。在此為了確定硅棒的形態(tài)，首先根據(jù)式(I)確定硅棒的第一電阻值R₁，其中U＝硅棒兩端之間的電壓，I＝電流強(qiáng)度，并且根據(jù)式(II)確定硅棒的第二電阻值R₂，其中ρ＝硅的電阻率，L＝硅棒的長(zhǎng)度，A＝硅棒的橫截面積，并且根據(jù)比值R₁/R₂計(jì)算出形態(tài)系數(shù)M，其中以M具有0.8至2.5的值的方式來(lái)控制沉積。(I)(II)

本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)多晶硅的方法，其中在該方法中，基于系數(shù)M確定硅的形態(tài)，并且以M取0.8至2.5之間的值的方式來(lái)控制該方法。

在例如通過(guò)坩堝提拉(Czochralski或CZ法)或通過(guò)區(qū)域熔化(浮區(qū)法)的單晶(單晶體)硅生產(chǎn)中，多晶硅(亦稱(chēng)為polysilicon)用作起始材料。在半導(dǎo)體工業(yè)中，單晶硅是用來(lái)制造電子元件(芯片)。

多晶硅(multicrystalline silicon)的生產(chǎn)(例如通過(guò)塊鑄法)也需要多晶硅(polysilicon)。以塊狀形式獲得的多晶硅可以用于制造太陽(yáng)能電池。

可以通過(guò)西門(mén)子法(化學(xué)氣相沉積法)獲得多晶硅。這種獲得方式包括借助于電流的直接通過(guò)在鐘形反應(yīng)器(西門(mén)子反應(yīng)器)中對(duì)支撐體(通常由多晶硅組成)進(jìn)行加熱并通入包含含硅組分和氫氣的反應(yīng)氣體。含硅組分通常是甲硅烷(SiH₄)或一般組成為SiH_nX_4-n(n＝0、1、2、3；X＝C1、Br、I)的鹵代硅烷。它典型地是氯硅烷或氯硅烷混合物，通常是三氯硅烷(SiHCl₃，TCS)。SiH₄或TCS主要與氫氣混合使用。例如，在EP 2 077 252 A2或EP 2 444 373A1中以示例方式描述了典型的西門(mén)子反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)。反應(yīng)器的底部(底板)通常設(shè)有容納支撐體的電極。支撐體通常是由硅制成的細(xì)絲(filament)棒(細(xì)棒)。通常，兩根細(xì)絲棒經(jīng)由橋(由硅制成)連接來(lái)形成一對(duì)，而這一對(duì)形成經(jīng)由電極的電路。在沉積期間，細(xì)絲棒的表面溫度往往高于1000℃。在這些溫度下，反應(yīng)氣體中的含硅組分發(fā)生分解，并從氣相中沉積出元素硅，作為多晶硅。由此造成了細(xì)絲棒和橋的直徑增大。在達(dá)到棒的預(yù)定直徑之后，通常停止沉積并移除所獲得的多晶硅棒。在將橋移除之后，獲得大致呈圓柱形的硅棒。

多晶硅或多晶硅棒的形態(tài)以及由其產(chǎn)生的碎片的形態(tài)通常會(huì)給進(jìn)一步加工期間的性能造成相當(dāng)大的影響。多晶硅棒的形態(tài)基本上由沉積工藝的參數(shù)(例如，棒溫度、硅烷和/或氯硅烷濃度、比流量)決定。根據(jù)該參數(shù)，可以形成明顯的界面(直到并包括孔和溝槽)。它們通常不均勻地分布在棒內(nèi)。此外，由于參數(shù)的變化，可以形成具有各種(通常是同心的)形態(tài)區(qū)域的多晶硅棒，如例如在EP 2 662 335 A1中已經(jīng)描述的那樣。例如，在US2012/0322175 A1中提出了形態(tài)與棒溫度的相關(guān)性。此文獻(xiàn)描述了一種用于在沉積期間經(jīng)由至少一個(gè)多晶硅棒處的電阻測(cè)量來(lái)監(jiān)測(cè)表面溫度的方法。然而，該方法沒(méi)有得出任何與硅的形態(tài)有關(guān)的結(jié)論，相反，均勻的形態(tài)是先決條件。

多晶硅的形態(tài)可以從緊密且光滑到高度多孔性且呈裂縫態(tài)。緊密多晶硅基本上沒(méi)有裂紋、孔隙、接縫和裂縫。這種類(lèi)型的多晶硅的表觀密度可以等同于硅的真實(shí)密度，或者至少對(duì)應(yīng)于其良好近似值。硅的真實(shí)密度為2.329g/cm³。

多孔且裂縫的形態(tài)尤其會(huì)對(duì)多晶硅的結(jié)晶行為產(chǎn)生負(fù)面影響。這在用于生產(chǎn)單晶硅的CZ法中尤為明顯。在此，呈裂縫且多孔態(tài)的多晶硅的使用會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上不可接受的產(chǎn)量。一般情況下，在CZ法中，特別緊密的多晶硅顯著地提高了產(chǎn)量。然而，由于需要更長(zhǎng)的沉積過(guò)程，緊密多晶硅的生產(chǎn)通常更加昂貴。此外，并非所有應(yīng)用都需要使用特別緊密的多晶硅。例如，當(dāng)通過(guò)塊鑄法(block casting)生產(chǎn)多晶硅時(shí)，對(duì)形態(tài)的要求就要低得多。通常，當(dāng)所使用的起始材料是形態(tài)不超過(guò)極限值的多晶硅時(shí)，結(jié)晶過(guò)程或這種過(guò)程的特定形式達(dá)到了經(jīng)濟(jì)上的最佳狀態(tài)。