用于生產多晶硅的方法技術

本發明專利技術涉及用于生產多晶硅的方法。將包括含硅組分和氫氣的反應氣體引入到反應器中，所述反應器包括由硅制成的至少一個支撐體，所述支撐體通過直接通電進行加熱。使含硅組分分解且使多晶硅沉積在至少一個支撐體上。本發明專利技術的特征在于，由硅制成的至少一個支撐體具有氧化物層，在至少一個支撐體上開始沉積多晶硅之前去除所述氧化物層，并且將至少一個支撐體加熱到1100?1200℃的溫度并在0.1?5巴的壓力下暴露于含有氫氣的氣氛，其中將含有氫氣的吹掃氣體引入到反應器中。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及用于生產多晶硅的方法。
技術介紹
高純度多晶硅(polycrystalline silicon)(多晶體硅(polysilicon))用作用于通過直拉(CZ)或區域熔融(FZ)法生產用于半導體的單晶硅的起始材料，以及用作用于通過各種抽拉和流延法生產用于光伏太陽能電池生產的單晶硅或多晶硅的起始材料。多晶硅通常借助西門子(Siemens)方法生產。這涉及將包含一種或多種含硅組分及可選的氫氣的反應氣體引入到包括通過直接通電(directpassage of current)加熱的支撐體(support bodies)的反應器中，將硅以固體形式沉積在支撐體上。所用含硅組分優選為硅烷(SiH4)、單氯硅烷(SiH3Cl)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(SiHCl3)、四氯硅烷(SiCl4)或所提及物質的混合物。西門子方法通常在沉積反應器(也叫“西門子反應器”)中進行。在最常用的實施方式中，該反應器包括金屬底座板和放置在底座板上的可冷卻鐘罩以在鐘罩內形成反應空間。底座板設置有一個或多個進氣孔和一個或多個用于排除反應氣體的出氣孔，以及幫助固定反應空間中的支撐體并
為它們提供電流的支架。EP 2 077 252A2描述了用于生產多晶硅中的反應器類型的典型構造。每個支撐體通常都由兩個細絲棒和通常在它們的自由端連接相鄰棒的橋組成。細絲棒最通常由單晶硅或多晶硅制造；通常較少使用金屬、合金或碳。將細絲棒垂直插入到存在于反應器底座上的電極中，通過其將它們連接到電源。將高純度多晶硅沉積在加熱的細絲棒和水平的橋上，因此它們的直徑隨時間增加。一旦達到了需要的直徑，通過停止供應含硅的組分而停止該過程。US 2013/236642A1公開了通過由西門子方法沉積含硅氣體來生產具有>100mm棒直徑的多晶硅棒的方法，其中該Si棒在沉積過程結束時在反應器中冷卻過程中與氫氣接觸，其中必須選擇氫氣的流速和/或氫氣壓力使得在該流速和/或壓力下維持沉積溫度所需的功率至少是沉積結束時功率的50％，但每1m的棒長不少于5kW，且冷卻的Si棒在垂直橫截面上具有至少為1·10-4cm-1尺寸的裂紋和/或徑向應力。在冷卻階段過程中將Si棒在至少高達800℃的棒溫度下與氫氣接觸。同時，反應器中的壓力為2-30巴之間。這導致多晶硅棒出現所限定的裂紋和應力，且它們在隨后進一步的加工中能夠更容易被粉碎。所引用的實施例在具有8個棒的西門子反應器中進行。所用細棒由具有2m的長度且具有5mm直徑的超純硅制成。對于沉積，使用氫氣和三氯硅烷的混合物。棒溫度在整個沉積期間為1000℃。反應器中的壓力為3巴。連續沉積直至該棒直徑達到160mm為止。在沉積結束時所需的功率每1m棒長為約25kW。將壓力提高至10巴或調節到環境壓力(約1巴)用于后處理。US 2012/100302A1公開了通過在反應器中在至少一個細棒上沉積硅而生產多晶硅棒的方法，其中，在沉積硅前，在400-1000℃的細棒溫度
下將鹵化氫引入到含有至少一個細棒的反應器中，并用紫外光照射從而產生鹵素和氫基，將所形成的揮發性鹵化物和氫化物從反應器中除去。為了能夠將支撐體加熱到高達沉積硅的溫度，需要將它們點燃。有幾種已知的方法可用，例如借助于所謂的加熱指(heating finger)(參見DE2854707A1)法或借助于輻射熱(參見US 5895594A)點燃。可替代地，將高電壓施加至支撐體。在高電壓下，短暫之后，電流流過硅支撐體。支撐體點燃。電流導致支撐體的加熱，其轉而導致電阻降低及更高的電流，以及因此更好的加熱。在硅可以沉積在加熱的支撐體上之前，必須去除其上的氧化物層。根據US 3328199A，這可以在生產多晶硅的過程中通過將HCl加入到反應混合物(鹵硅烷和氫氣)中，并使加熱的支撐體暴露于其中而實現。這除去氧化物層，或相當于多個氧化物層厚度的層。隨后，降低或停止供給HCl。在少于20分鐘內除去該氧化物層。將支撐體加熱到1150℃。在氣體中存在下述物質：30％HCl、5％TCS和65％H2或30％HCl、2％TCS和68％H2。該氣體流速為50-100l/h(0.05-0.1m3(STP)/h)。缺點是為了在可接受的時間內完全除去固有的氧化物需要供應HCl到反應混合物中。不添加HCl時，該氧化物的去除需要多于1小時。這個問題導致了本專利技術的目的。
技術實現思路
本專利技術的目的通過生產多晶硅的方法實現，其中將包括含硅組分和氫氣(氫)的反應氣體引入到反應器中，該反應器包括由硅制成的至少一個支撐體，所述支撐體通過直接通電(直接電流通過，direct passage of current)進行加熱，使含硅組分分解且使多晶硅沉積在至少一個支撐體上，
其中由硅制成的至少一個支撐體具有氧化物層，在至少一個支撐體上開始多晶硅的沉積之前，通過將至少一個支撐體加熱到高達1100-1200℃的溫度并通過將包含氫氣的吹掃氣體(purge gas)進料到反應器而使至少一個支撐體在0.1至5巴表壓(barg)的系統壓力下暴露于包含氫氣的氣氛來去除該氧化物層。優選的實施方式可以根據從屬的權利要求進行推斷。優選地，系統壓力為0.1至1巴表壓。優選地，基于反應器體積的吹掃氣體速率每m3反應器體積為10-25m3(STP)/h(m3(標準溫度和壓力)/h)，更優選每m3反應器體積為14-19m3(STP)/h。優選地，所述吹掃氣體由具有99至99.9999999體積％的純度的氫氣(“新鮮氫氣”)組成。已經發現，在指定的條件下，可在少于20分鐘內去除氧化物層。不需要添加HCl或HF。用于去除氧化物層的吹掃氣體還可以包含HCl、HxSiCl4-x(x＝0-3)或SiH4。例如，也可以使用未被消耗的氫氣作為吹掃氣體，所述未被消耗的氫氣從用于沉積多晶硅的反應器中以廢氣形式被回收并純化，并且包含少量的HCl(0.05體積％)、SiH4(0.15體積％)和H3SiCl(0.1體積％)。出人意料的是，在較低的壓力下，去除氧化物層的速率顯著增加。氫氣和能量(加熱支撐體所需的能量)的消耗顯著降低。從支撐體上去除氧化物層所需的較短時間降低了總體的安裝時間(設置時間，setup time)。提高了反應器的空間-時間產率。從支撐體上去除氧化物層產生廢氣，將廢氣從反應器傳送到廢氣處理系統，具體地廢氣洗滌器(offgas scrubber)，或傳送到冷凝裝置(condensation apparatus)。可以將冷凝后廢氣中剩余的氣體組分送至吸附。在此處，將氫氣與氣流的任何現有的其它成分分離，并且例如送回沉積過程。可以將所剩余的組分在進一步的冷凝中分離成液體和氣體組分。由于結果氫氣消耗比在使用洗滌器時低50％，所以冷凝系統提供優勢。所消耗的氫氣優選用新鮮氫氣代替。其缺點在于用氫氣輔助去除的氧化物層最終作為雜質處于氣體回路中，因此可以不利地影響所生產的多晶硅的產品質量。為此，較不優選使用冷凝系統。當使用廢氣洗滌器時，在反應器的出口處，將吹掃氫氣引入到具有液體吸附介質優選水的廢氣洗滌器中，然后釋放到自由大氣中。根據官方規定，還可以免掉廢氣洗滌器并將廢氣直接釋放到大氣中。當使用冷凝系統時，將廢氣(反應器出本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于生產多晶硅的方法，其中將包括含硅組分和氫氣的反應氣體引入到反應器中，所述反應器包括由硅制成的至少一個支撐體，所述支撐體通過直接通電進行加熱，使所述含硅組分分解且使多晶硅沉積在所述至少一個支撐體上，其特征在于，由硅制成的所述至少一個支撐體具有氧化物層，在所述至少一個支撐體上開始多晶硅的沉積之前，通過將所述至少一個支撐體加熱到高達1100?1200℃的溫度并通過將包含氫氣的吹掃氣體進料至所述反應器而使所述至少一個支撐體在0.1至5巴表壓的系統壓力下暴露于包含氫氣的氣氛來去除所述氧化物層。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.02.03 DE 102014201893.51.一種用于生產多晶硅的方法，其中將包括含硅組分和氫氣的反應氣體引入到反應器中，所述反應器包括由硅制成的至少一個支撐體，所述支撐體通過直接通電進行加熱，使所述含硅組分分解且使多晶硅沉積在所述至少一個支撐體上，其特征在于，由硅制成的所述至少一個支撐體具有氧化物層，在所述至少一個支撐體上開始多晶硅的沉積之前，通過將所述至少一個支撐體加熱到高達1100-1200℃的溫度并通過將包含氫氣的吹掃氣體進料至所述反應器而使所述至少一個支撐體在0.1至5巴表壓的系統壓力下暴露于包含氫氣的氣氛來去除所述氧化物層。2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述系統壓力為0.1至1巴表壓。3.根據權利要求1或權利要求2所述的方法，其中，基于反應器體積的吹掃氣體速率每m3反應器體積為10-25m3(STP)/h。4.根據...

【專利技術屬性】
技術研發人員：哈拉爾德·赫特萊因，弗里德里希·波普，
申請(專利權)人：瓦克化學股份公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE