多晶硅还原气相沉积方法技术

一种使用气相沉积炉进行的多晶硅还原气相沉积方法，该方法包括对气相沉积炉的所述第一电极和所述第二电极通电，以将气相沉积炉的硅芯加热到气相沉积反应温度，并且经由所述喷嘴将混合工艺气体喷入所述炉膛中。其中，该气相沉积炉的电极中设有贯穿电极延伸的气体通道。在多晶硅沉积过程中，通过该气体通道将附加气体通入硅芯内部。其中，附加气体包括氢气。该多晶硅还原气相沉积方法能够提高硅的生长速率，并且还减少能耗。并且还减少能耗。并且还减少能耗。

【技术实现步骤摘要】
多晶硅还原气相沉积方法


[0001]本专利技术涉及多晶硅的制造，具体涉及使用气相沉积炉进行的多晶硅还原气相沉积方法。

技术介绍

[0003]目前，太阳能发电的成本已经低于火电的成本。太阳能发电设备的制造商仍在节能降耗方面进行积极探索，以进一步降低太阳能发电的成本。太阳能发电设备的一种主要工序是多晶硅生产，其中改良西门子法是多晶硅生产的主流工艺。在多晶硅的制造方法中，将气态的三氯氢硅(TCS)和氢气以一定的比例通入到气相沉积(CVD)炉中，在设置在气相还原炉中的硅芯上发生气相沉积，由此生成高纯度的多晶硅。在气相沉积反应过程中，所吸收的热量仅占输入热量的5％左右，其它的热量则通过炉筒水、底盘水、高温尾气等被带离气相沉积炉。
[0004]图1示出了一种目前常用的气相沉积炉1的剖视图，其中该气相沉积炉1 包括炉筒2，在炉筒2所围成的炉内空间中容纳有多个硅芯3，这些硅芯3通常是实心硅棒。在硅芯3上、例如在硅芯3的底部连接有电极4。电极4对硅芯3进行加热，从而硅芯3被加热到气相沉积温度，例如通常加热到1100℃，由此，在硅芯3上发生气相沉积。在气相沉积炉1的底盘上还设置有多个喷嘴 5，氢气和TCS的混合气体从这些喷嘴喷入到炉内空间中，在被加热到预定温度的硅芯3的表面上发生还原性的气相沉积。反应后生成的还原尾气从设置在底盘上的尾气出口流出气相沉积炉1。
[0005]图2示出了安装在图1的气相沉积炉1中的电极4的剖视图。其中，该电极4通常为铜电极，其包括电极本体41，该电极本体41的外表面上形成有至少一个电极密封部42，在将电极本体41安装到气相沉积炉的底盘中时，电极密封部42可起到使炉内空间对于外部密封的作用。电极4的内部设置有冷却水通道，在冷却水通道上设置有冷却水入口43和冷却水出口44。在电极4通电而对硅芯3进行加热时，冷却水从冷却水入口43流入电极4中，以对电极4 进行冷却，在吸收了电极4的热量之后，温度升高的冷却水可从冷却水出口44 排出。
[0006]对于上述现有的气相沉积炉的结构，在运行过程中发现存在如下的一些问题：首先，硅芯的初始表面积比较小，因而至少在硅的气相沉积的初始阶段硅的生长速度较慢；其次，随着硅芯的直径生长到一定的程度之后，由于硅芯是从内向外由电极4来加热的，因此为了在外表面维持所需的气相沉积温度，需要增加电极电流，导致硅芯内部的温度过高，例如在硅芯外表面温度处于 1100℃的气相沉积温度下时，硅芯的内部温度有时可达到1250℃，而且在这种情况下，气相沉积炉的整体运行能耗也会增加。
[0007]因此，存在对气相沉积炉的结构进行进一步改进的需求，以提高硅沉积的速度，并且还能降低气相沉积炉的电耗。

技术实现思路

[0008]本专利技术是为了解决以上所述现有技术的气相沉积炉所存在的问题而做出的。本发
明的目的是提供一种新型的气相沉积炉的结构，其能够提高该气相沉积炉中的硅的生长速率，并且还能够减少该气相沉积炉的电耗。
[0009]本专利技术提供一种使用气相沉积炉进行的多晶硅还原气相沉积方法，其中，气相沉积炉包括炉筒和底盘，炉筒和底盘一起封围出炉膛，炉膛中设置有至少一个硅芯，硅芯包括第一本体、第二本体和连接在第一本体和第二本体之间的连接部，其中第一电极穿过底盘与第一本体连接，第二电极穿过底盘与第二本体连接；以及多个喷嘴，用于进行气相沉积的混合工艺气体从喷嘴喷入到炉膛中，方法包括：
[0010]对第一电极和第二电极通电，以至少将硅芯的第一本体的外表面和第二本体的外表面加热到气相沉积反应温度；以及
[0011]经由喷嘴将混合工艺气体喷入炉膛中，其中混合工艺气体包括氢气和三氯氢硅；
[0012]其中，第一本体为空心的，在第一本体中形成有从第一本体的下端延伸到第一本体的上端的第一空腔，在第一本体的上端形成有第一硅芯气体出口，并且方法还包括将附加气体输送到第一本体的第一空腔中；和/或
[0013]第二本体为空心的，在第二本体中形成有从第二本体的下端延伸到第二本体的上端的第二空腔，在第二本体的上端形成有第二硅芯气体出口，并且方法还包括将附加气体输送到第二本体的第二空腔中；
[0014]其中，附加气体包括氢气。
[0015]在一种具体实施的方法中，附加气体为氢气。
[0016]较佳地，在附加气体为氢气的情形中，对于每一个硅芯，对应的工艺参数包括以下参数中的至少一个：
[0017]氢气的流量为小于等于15Kg/h；
[0018]氢气的进气温度为小于150℃。
[0019]进一步较佳地，氢气的流量小于等于10Kg/h，更佳的是氢气流量为 2
‑
5kg/h。
[0020]进一步地，在附加气体为氢气的情形中，第一本体的内表面的温度和/ 或第二本体的内表面的温度在900～1050℃的范围内，且第一本体的外表面的温度和/或第二本体的外表面的温度在1000～1200℃的范围内。
[0021]在另一种具体实施的方法中，附加气体包括氢气和三氯氢硅混合而成的混合工艺气体。进一步地，该气体还可包括二氯二氢硅。其中，氢气与三氯氢硅的摩尔比为2
‑
10:1。氢气与三氯氢硅、二氯二氢硅的摩尔比为 2
‑
10:0.9:0.1。
[0022]在附加气体为混合工艺气体的情形中，对于每一个硅芯，对应的工艺参数包括以下参数中的至少一个：
[0023]进入硅芯的第一空腔和/或第二空腔中的混合工艺气体的流量为10～ 200Kg/h；
[0024]进入硅芯的第一空腔和/或第二空腔中的混合工艺气体的进气温度为小于300℃；
[0025]由喷嘴中的任意一个喷入炉膛的混合工艺气体的流量为50～800Kg/h；以及
[0026]由喷嘴喷入炉膛的混合工艺气体的进气温度为小于300℃。
[0027]进一步地，在附加气体为混合工艺气体的情形中，进入硅芯的第一空腔和/或第二空腔中的混合工艺气体中，氢气的流量为0～20Kg/h，三氯氢硅的流量为0～180Kg/h。
[0028]并且，在附加气体为混合工艺气体的情形中，第一本体的内表面的温度和/或第二本体的内表面的温度在1000～1200℃的范围内，且第一本体的外表面的温度和/或第二本
体的外表面的温度在1000～1200℃的范围内。
[0029]较佳地，在多晶硅还原气相沉积开始前，硅芯内径小于等于200mm，在所述多晶硅还原气相沉积结束后，所述硅芯内径大于等于20mm。
[0030]在多晶硅还原气相沉积过程中，硅芯外部的混合工艺气体流量递增，而硅芯内部的混合工艺气体流量递减。
附图说明
[0031]附图中示出了本专利技术的非限制性的较佳实施结构，结合附图，可使本专利技术的特征和优点更加明显。其中：
[0032]图1示出了一种现有技术的气相沉积炉的剖视图。
[0033]图2示出了图1的气相沉积炉中的电极的剖视图。
[0034]图3示出了本专利技术的气相沉积炉的剖视图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用气相沉积炉进行的多晶硅还原气相沉积方法，其中，所述气相沉积炉包括炉筒和底盘，所述炉筒和所述底盘一起封围出炉膛，所述炉膛中设置有至少一个硅芯，所述硅芯包括第一本体、第二本体和连接在所述第一本体和所述第二本体之间的连接部，其中第一电极穿过所述底盘与所述第一本体连接，第二电极穿过所述底盘与所述第二本体连接；以及多个喷嘴，用于进行气相沉积的混合工艺气体从所述喷嘴喷入到所述炉膛中，所述方法包括：对所述第一电极和所述第二电极通电，以至少将所述硅芯的所述第一本体的外表面和所述第二本体的外表面加热到气相沉积反应温度；以及经由所述喷嘴将所述混合工艺气体喷入所述炉膛中，其中所述混合工艺气体包括氢气、三氯氢硅；其特征在于，所述第一本体为空心的，在所述第一本体中形成有从所述第一本体的下端延伸到所述第一本体的上端的第一空腔，在所述第一本体的上端形成有第一硅芯气体出口，并且所述方法还包括将附加气体输送到所述第一本体的所述第一空腔中；和/或所述第二本体为空心的，在所述第二本体中形成有从所述第二本体的下端延伸到所述第二本体的上端的第二空腔，在所述第二本体的上端形成有第二硅芯气体出口，并且所述方法还包括将所述附加气体输送到所述第二本体的所述第二空腔中；其中，所述附加气体包括氢气。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述附加气体为氢气。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述多晶硅还原气相沉积方法中，对于每一个所述硅芯，对应的工艺参数包括以下参数中的至少一个：所述第一空腔和/或所述第二空腔内氢气的流量为小于等于15Kg/h；所述氢气的进气温度为小于150℃。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述氢气的流量小于等于10Kg/h。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氢气的流量为2
‑
5Kg/h。6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一本体的内表面的温度和/或所述第二本体的内表面的温度在900～1050℃的范围内，且所述第一本体的外表面的温度和/或所述第二本体的外表面的温度在1000～1200...

【专利技术属性】
技术研发人员：严钧，许倍强，李志文，唐立星，
申请(专利权)人：山东豪迈机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：