用于沉积多晶硅的方法技术

一种用于沉积多晶硅的方法，包括将包含含硅组分和氢气的反应气体引入反应器中，结果，所述多晶硅以棒的形式沉积，所述方法包括在所述沉积结束之后将所述棒递送至所述反应器中，在所述多晶丝棒和反应器内壁周围流动的气体进攻硅或硅化合物以溶解含硅颗粒，所述含硅颗粒在所述沉积过程中形成，并且在将所述多晶硅棒移出所述反应器之前附着在所述反应器内壁或所述多晶硅棒上。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，包括将包含含硅组分和氢气的反应气体引入反应器中，结果，多晶硅以棒的形式沉积，所述方法包括在沉积结束之后将棒递送至所述反应器中，在所述多晶棒和反应器内壁周围流动的气体进攻硅或硅化合物以溶解含硅颗粒，所述含硅颗粒在沉积过程中形成，并且在将所述多晶硅棒移出所述反应器之前附着在所述反应器内壁或所述多晶硅棒上。【专利说明】
本专利技术涉及。
技术介绍
高纯多晶硅(多晶硅(polysilicon))充当原材料用于通过直拉(CZ)或区熔(FZ)法生产用于半导体的单晶硅，以及用于通过不同拉伸和铸造法生产单晶硅或多晶硅，所述单晶硅或多晶硅用于生产光伏太阳能电池。通常通过西门子法来生产多晶硅。这涉及将包含一种或多种含硅组分的反应气体和可选的氢气引入包括通过直接通电流加热的支持体的反应器中，硅以固体形式沉积在支持体上。使用的含硅组分优选为硅烷(SiH4)、单氯硅烷(SiH3Cl )、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(SiHCl3)、四氯化硅(SiCl4)或所提及的物质的混合物。西门子法通常在沉积反应器中进行(也称为“西门子反应器”)。在最常使用的实施方式中，反应器包括金属基板和置于基板上的可冷却的钟罩，以便在钟罩内形成反应空间。提供具有用于分离反应气体的一个或多个进气口和一个或多个废气孔的基板，以及有助于在反应空间内盛放支持体的容器，并且向它们供应电流。EP2077252A2描述了用于生产多晶硅的反应器类型的典型结构。通常每个支持体由两个细丝棒(filament rod)和一般在其自由端连接相邻棒的桥组成。丝棒最常由单晶硅或多晶硅制成；不太通常地，使用金属、合金或碳。丝棒通过垂直插入存在于反应器基底(base)上的电极连接到电源。高纯多晶硅在加热的丝棒和水平桥上沉积，结果，其直径随时间增 加。在已达到期望的直径之后，通过停止含硅组分的供应而结束该过程。一般通过设置丝棒温度、反应气体流速或组成来控制沉积操作。通常在朝向反应器壁的丝棒表面上用辐射高温计测定丝棒温度。通过控制或调节电功率将丝棒温度以固定方式设置或设置成丝棒直径的函数。将反应气体的量和组成设置为时间或丝棒直径的函数。利用TCS或其与DCS和/或STC的混合物进行沉积，其条件通常为:900 °C至1100°C的丝棒温度、(总计)0.5至10kmol/h每lm2的丝棒表面积的含硅组分进料速率、进料气流中这种组分/这些组分的(总计)10%至50%的摩尔比(余量，通常是氢气，90%至50%)。在此处和别处的丝棒温度的数字涉及(除非明确提及)在电极以上至少50cm和桥以下至少50cm的垂直丝棒区域测定的值。在其它区域，温度可以明显不同于垂直丝棒区域。例如，在桥弧内测定的值明显较高，这是由于电流在该区域内的分布不同。用硅烷的沉积在较低温度(400-900°C)、流速(0.01至0.2kmol/h的硅烷每lm2的丝棒表面积)、以及浓度(在 氢气中0.5-2%的硅烷)下进行。沉积棒的形 态可以改变，从致密且光滑(例如，在US6，350，313B2中所描述的)到非常多孔且开裂的材料(例如，在US2010/219380A1中所描述的)。由于操作进程较慢且所需的比能较高，因而生产致密丝棒较昂贵。以上所述的基本参数(丝棒的温度、比流速、浓度)的增大通常导致沉积速率的增加，从而改善沉积操作的经济可行性。然而，对这些参数中的每个参数设置自然极限，其超过量干扰制造操作(根据使用的反应器的结构，极限有所不同)。如果，例如，选定的含硅组分的浓度过高，均匀的气相沉积上升至过度的程度并且干扰沉积操作。通常，在通过西门子法沉积多晶硅(Si)中，两种竞争过程处于均衡状态:硅沉积在丝棒表面(CVD过程)和形成游离颗粒(气相反应或积尘)。根据沉积操作的条件、沉积反应器的结构、以及形成的位置所形成的颗粒的性质不同，并且它们的组成可以变化，从纯Si (无定形至晶体)到通式为SixClyHz的复杂硅化合物。尘粒随气流分布在整个反应器空间内，并且沉积在丝棒和反应器内壁(以钟罩覆盖的形式)上。同时，沉积在丝棒上的颗粒被连续沉积的新形成层覆盖，从而整合在材料(SixClyHz，通常在热丝棒 下反应并转化为纯Si)中，沉积在冷钟罩壁上的固体颗粒或多或少地以它们的原始形式悬浮在其上直到沉积循环结束，使得钟罩覆盖层随着进行的沉积操作变得更厚。这要求沉积反应器内壁洁净，在所述反应器中将钟罩覆盖层除去。这通常是在将厚沉积棒拆卸之后，但仍在用于下一批颗粒的细丝棒充电之前进行。US5108512A描述了用于清洁反应器的方法，在所述方法中使二氧化碳颗粒与硅碰撞并沉积在反应器内表面以除去硅沉积。通过显著增加沉积过程中进料气体中H2的含量，一般可以改变基本朝向CVD操作一侧的化学反应的平衡状态。然而，由于在这些条件下沉积进行得较缓慢并且能量需求较高，因而出于经济原因，这不是优选的。结果，在多晶硅的工业生产中在一定程度上可允许进行气相反应。例如，在西门子法中工业生产的多晶硅棒总是被疏松的含硅颗粒或硅尘不同程度地污染。沉积操作结束之后，一部分立即从气相到达丝棒。当沉积结束时，最后到达的颗粒不再通过覆盖新层而整合在丝棒中，从而在表面上保持疏松。第二部分不可避免地从反应器壁到达丝棒，其中部分通过净化气体转移，部分由于在拆卸过程中反应器的振动或移动引起的材料脱落。即使少量尘粒对产品性能具有很强的负面影响。US6916657披露了外来颗粒可以降低晶体冷却过程中的产率。现有技术尝试通过向反应器空间中引入冷却元件来降低气相反应的程度(例如，DE19502865A1)。然而，除了非常有限的影响之外，这接近意味着相当大的额外结构复杂性，并且由于能量通过冷却元件从反应器中散失，因而通常需要增加能量。此外，现有技术中存在几种已知的方法，通过所述方法粉碎成小块的多晶Si是无尘的。为了获得用于CZ或太阳能的大块硅，将丝棒用工具如锤、破碎机或研磨器机械粉碎，然后按大小分类。此处，硅块的尺寸范围为约Imm至150_以上。硅块的形状通常不应明显不同于球体形状。W02009/003688A2描述了，例如，通过筛掉附着在表面上的材料，从材料混合物中分离导电粗颗粒，并且从材料混合物中除去视觉可识别的杂质以及高度氧化的硅材料来处理存在于材料混合物中的表面污染的硅材料的方法。然而，这只能除去疏松且相对较大的颗粒。DE102010039751A1提出通过压缩空气或干冰对多晶硅除尘。除相当大的技术复杂性之外，在多孔且开裂的材料的情况下，这种方法具有并不能除去所有颗粒的缺点。此外，存在几种已知的湿法化学清洁方法，所述方法通常利用一种或多种酸或者酸混合物(参见，例如，US6，309，467B1)。这种通常非常不方便且昂贵的清洁，同样不能完全除去存在具有多孔和裂纹结构的情况下的材料中的颗粒。
技术实现思路
本专利技术的目的是寻找用于生产多晶硅的新型廉价方法，所述方法使反应器和多晶硅棒不含形成在沉积和钟罩覆盖层上的疏松颗粒或灰尘。通过达到了本专利技术的目的，所述方法包括将包含含硅组分和氢气的反应气体引入反应器中，结果，多晶硅以棒的形式沉积，所述方法包括在沉积结束之后将多晶硅棒递送至反应器中，在多晶硅棒以及反应器内壁周围流动的气体进攻硅或硅化合物以溶解含硅颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于沉积多晶硅的方法，包括将包含含硅组分和氢气的反应气体引入反应器中，结果，所述多晶硅以棒的形式沉积，所述方法包括在所述沉积结束之后将所述棒递送至所述反应器中，在所述多晶丝棒和反应器内壁周围流动的气体进攻硅或硅化合物以溶解含硅颗粒，所述含硅颗粒在所述沉积过程中形成，并且在将所述多晶硅棒移出所述反应器之前附着在所述反应器内壁或所述多晶硅棒上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：米哈伊尔·索芬，
申请(专利权)人：瓦克化学股份公司，
类型：发明
国别省市：