制造多晶硅的方法技术

本发明专利技术涉及多晶硅制造方法。本发明专利技术的方法包括通过管道系统向还原反应器供应基于含硅气体的气体混合物，并以形成流出物气体混合物的方式将硅沉淀在加热的表面上。硅沉淀过程基本在至少两个反应器中进行，所述反应器通过用于传输气体混合物的管道系统串联。然后，在进口处将用于所有反应器操作的气体混合物供应到第一反应器中，所述气体混合物连续传递通过所有串联的反应器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及，具体涉及通过将含硅气体混合物沉积在加热的 表面上(例如在Siemens方法中)来。技术背景WO 2006110481《多晶硅的制造》揭示了将多晶硅沉积在中空体上的方法。所 述中空体替代常规Siemens型反应器中的细棒(slim rod)，并且可以通过电阻元件进行内 部加热。所述中空体的直径经过选择，以提供比硅细棒大得多的沉积表面面积。但是，由于使用额外的昂贵设备和复杂的电气系统，这种方法的利润降低。而 且，由于是从与离开反应器的混合物相同的气体混合物进行沉积，所以无法明显提高这 种方法的生产率。还已知一种从气相(US6M4333，提交日期为2001年4月M 日，公开日期为2002年2月7日，《用于多晶棒制造的化学气相沉积系统》)，该方法包 括通过管道系统向反应器中供应含硅气体，将硅沉积在通过电感线圈加热的表面上，同 时产生输出气体。这种棒加热方法允许升高棒表面温度、增大最终棒直径，从而提高生产率。但 是，所要求的设备及其电气系统是非常复杂和昂贵的。这两种方法具有一个共同的重要缺点在反应器容器中，输入气体与硅沉积反 应的产物混合，从与所供应气体相比贫化的混合物沉积硅。该过程的结果是从该混合物 生长硅，因此反应器特性如生产率、能耗和气体一硅转化率变差。专利技术概述所提出的方法的目标是通过提高反应器生产率、提高从进料气体混合物的硅转 化率、并减少能耗来形成高度有效的多晶硅制造方法。在所提出的方法中，通过管道系统向反应器中供应包括含硅气体的气体混合 物。在加热的物体的表面进行硅沉积，同时在反应器容积中伴随形成包含反应产物的气 体混合物。同时使用至少两个反应器进行沉积硅通过管道系统将反应器一个接一个地 连接，在正常制造过程中进料气体混合物传输通过这些反应器。在该过程中，将含硅气 体传输通过反应器的顺序改变成相反顺序至少一次。在实际操作中，在配备有许多反应器的设备中制造多晶硅，因此，所提出的反 应器连接方式是可行和有利的。专利技术详述通过管道系统供应进料气体的目的是增大反应器中的湍流强度，将更为富集的 气体混合物传输到生长表面，从而使硅沉积速率增大。那样的话，所供应的气体与反应 器中存在的包含硅沉积产物的气体混合。气体混合还可能来源于反应器中的天然对流流 动。在这些条件下，在通过管道系统一个接一个连接的至少两个反应器中同时进行处 理，并且将进料气体混合物从第一个反应器传输到最后一个反应器，从而使硅在除了最3后一个反应器的所有反应器中从与最终输出的气体混合物相比更为富集的气体混合物沉 积。这种效果通过使连接的反应器中的进料气体混合物逐渐贫化来提供。最后一个反应 器中的硅沉积在与按单独模式工作的反应器类似的条件下进行，即，从其组成类似于输 出气体混合物的气体混合物进行硅沉积。在其他反应器中，从包含更多硅的气体混合物 进行硅沉积。所以，在连接的反应器中的硅生产率提高。由于通过管道系统将前一反应器的 出口与后一反应器的进口连接，所以将来自各反应器的输出气体混合物供应到后反应器 中，进料混合物一个反应器接一个反应器地通过所有反应器。进料气体混合物在若干步 骤中发生贫化，所述步骤的数量是反应器的数量。因此，由于第一个反应器的原因实现 了生产率的提高，由于最后一个反应器的原因提高了气体-硅转化率。从最后一个反应 器流出的气体混合物是所提出的方法中所有反应器的废产物。通过将两个反应器连接起来，已经能看出所提出的方法的优点。使用更多数量 的反应器能够提供更大的积极效果。但是如果由于总气流速率增加的原因，导致在各反 应器中输入和输出气体组成变得几乎相同，则进一步增加连接的反应器的数量将变得没 有意义。而且，随着大量增加反应器的数量，会导致出现一些负面影响，例如所有反应 器对一个反应器中可能的故障的依赖性。对准备连接的反应器的数量的选择取决于许多 因素，应当根据特殊的设备条件决定。如果根据所提出的方法沉积硅，则由于用泵将全部进料气体混合物泵送通过各 反应器，所述反应器中的气流强度增大。在这种情况中，由于增大的流速导致流动变得 激烈和湍流化，所以在气体主体中和棒表面处提供了几乎相同的气体贫化作用。因此， 额外地增加了过程生产率。通过较多数量的进口以相同的速度向各反应器中供应流速增大的气体还使得反 应器中的气流变得更为均勻，而不会发生流动强度降低的情况。以上两种使通过各反应器的流速增大的因素都能额外地提高生产率和气体-硅转化率。应该注意到，仅仅增大通过单独反应器的进料气体的流速无法获得以上优点。 通过增大气体流速的方式产生的对气体混合物的富集作用必然伴随着单独反应器中从输 入的气体混合物产生的气体-硅转化率降低的情况。可以设计单独的反应器，其中输入的气体混合物通过该反应器但没有与该反应 器容积中的气体混合，并逐渐消耗。在单独的反应器的一些区段中可以发现从气体混合 物的生长大于(richer)在该反应器出口处的生长。因此，应当在反应室中形成无气体循环 的管状流动。但是这种反应器并非是有效的，其原因在于，由于硅沉积反应导致气体混 合物在沉积表面处消耗发生贫化，而且管状流动无法向生长表面提供强烈的物质传输。 而且，沿着该管的生长条件非常不均勻，这也会降低反应器的功效。所提出的方法能够 提供以下两种积极因素反应室中强烈的气体混合，以及从相对于输出物有所富集的气 体混合物的生长。还可以在各个连接的用于处理不同贫化的气体混合物的反应器中选择最佳的生 长条件。所提出的方法具有更强烈的气体运动，导致各个连接的反应器中用于维持生长表面温度的加热能量(heating power)提高。但是生产率的同时提高使得每沉积1千克硅 消耗的能量消耗降低，这决定了能量利用效率。在该过程的终点，当沉积表面达到最大时，获得了反应器中的最高生产率。所 以，需要在所有反应器中采用最大的均勻生长条件，从而在连接的沉积过程的终点在所 有反应器中处提供最大的生长表面。这样做，能够在所提出的反应器连接提供的效果之 外，额外地增大生产率和气体-硅转化率。通过周期性切换气体泵送方向，可以实现连 接的相同反应器中生长条件的平衡。要在过程终点提供最大的沉积面积，还可以将具有不同特征性工艺时间的单独 模式的反应器互相连接，从而减少特征性工艺时间。对此目的可以使用不同设计的反应 器或者以不同沉积温度工作的反应器。连接的反应器中的沉积温度必须为从第一个反应 器向最后一个反应器增高。不同的反应器设计可具有不同的体密度，在其上沉积硅时， 最大的可能沉积表面面积，以及为该反应器限定特征性工艺时间的任何可能的设计特 征。因此，根据以上实现更高生产率、硅转化率、和更低能量消耗的原则，可以为 任意种类的多个反应器选择优化的反应器顺序。在使用连接的相同反应器时，仅仅按一个方向泵送进料气体也导致生产率提 高。如另一个实施例显示，不改变泵送方向时，与单独的反应器相比，连接的反应器的 生产率提高约四％。η如果供应到第一个反应器中的进料混合物的流速小于Σβ·，则与输入流速为C^11的单独的反应器相比，所提出的方法能使过程生产率增大。其原因在于，在最后一个反η应器中，气体混合物发生极端的贫化。另一方面，如果进料气体的流速大于1.5Σβ，则1气体-硅转化率低于输入流速为α的单独的反应器中的情况。本文档来自技高网...

【技术保护点】
多晶硅制造方法，其包括：通过管道系统将包括含硅气体的气体混合物供应到反应器中；加热反应器中的主体，使硅沉积在这些主体的表面上，在反应器容积中形成输出的气体混合物；同时使用至少两个反应器进行硅沉积；这些反应器通过管道系统一个接一个地连接；在普通制造过程中，将进料气体混合物传输通过这些反应器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】RU 2008-5-22 20081219221.多晶硅制造方法，其包括通过管道系统将包括含硅气体的气体混合物供应到反 应器中；加热反应器中的主体，使硅沉积在这些主体的表面上，在反应器容积中形成输 出的气体混合物；同时使用至少两个反应器进行硅沉积；这些反应器通过管道系统一个 接一个地连接；在普通制造过程中，将进料气体混合物传输通过这些反应器。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在该过程中，将含硅气体传输通过反应器 的顺序改变成相反顺序至少一次。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过管道系统将在单独(常规)模式中具 有不同的特征性工艺时间的反应器连接起来，所述管道系统用于将进料混合物按一定顺 序传输通过反应器，使得具有最长工艺时间的反应器用作第一个反应器...

【专利技术属性】
技术研发人员：AA洛弗茨斯，
申请(专利权)人：爱思塔集团，
类型：发明
国别省市：RU[俄罗斯]