多晶硅生產(chǎn)制造技術

本發(fā)明專利技術涉及化學氣相沉積（CVD）反應器系統(tǒng)，其具有由反應室壁圍住的反應室，所述反應室壁的內(nèi)表面被布置為朝向所述室的內(nèi)部。至少一部分所述壁為朝向所述室的熱控層，并且所述熱控層由材料例如電解沉積的鎳構成，所述材料在300K下測得的發(fā)射系數(shù)為0.1以下并且硬度為至少3.5Moh。使用這樣的CVD反應器系統(tǒng)從富含硅的氣體生產(chǎn)多晶硅。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本公開涉及適合用在化學氣相沉積反應過程中的裝置，所述裝置具有反應室，所述反應室的內(nèi)室表面具有熱控層以減少發(fā)射率；本公開還涉及所述裝置在生產(chǎn)多晶硅中的應用。
技術介紹
在半導體工業(yè)中，常見的做法是通過被稱為化學氣相沉積(“CVD”)的工序來生產(chǎn)高純度的硅。簡言之，在反應室內(nèi)將某些具有硅含量的物質(zhì)加熱到高溫，使它們在處于氣態(tài)的同時經(jīng)歷分解并產(chǎn)生元素硅。取決于反應室的設計以及它是否另外含有沉積表面，收集的元素硅可以是粉末或棒。這樣的硅經(jīng)常被稱作多晶硅。其中一種普遍采用的生產(chǎn)多晶硅的常規(guī)方法是通過在CVD反應器中沉積多晶硅，并且一般被稱為西門子法。在該方法中，通過含硅氣體例如三氯硅烷或單硅烷的分解，使多晶硅在CVD反應器內(nèi)沉積到高純度、電加熱的細硅棒上，所述細硅棒有時被稱為細絲。硅沉積到細絲上，從而生長出較大直徑的棒，同時將所述棒保持在升高的溫度下，通常為700至1100°C。為了促進硅沉積到生長的棒上而不是反應器的壁上，有必要冷卻反應器壁并將它們的表面溫度維持在一定水平，低于所述水平時不會發(fā)生任何明顯程度的硅沉積，通常是450°C以下。以這種方式生產(chǎn)元素硅的過程是能量密集型的，在過去幾年中，出于減少總能量消耗并控制反應室的熱損失的目的，有過很多涉及裝置的設計及改變的提議。顯著量的能量是通過從反應室壁的發(fā)射從該過程中損失掉的。已經(jīng)考慮過使用改良的反應室壁，在所述反應室壁的內(nèi)表面上并入低發(fā)射率表面。例如，正如美國專利N0.4，173，944所報告的，已知使用鍍銀形式的銀作為反應室內(nèi)部的涂層可以降低能量消耗。專利公布GB991，184公開了鍍銀的鋼用于類似目的的應用。然而當銀失去光澤時，它又強加上額外的維護和再拋光需求以保持設備處于正常的工作狀態(tài)。還有，銀是相對軟的金屬，在日常維護中容易受到機械性擦傷，或者在從所述室取出多晶硅棒的過程中，如果被多晶硅棒碰到則容易被損害。為了緩和與光澤消失和維護相關的問題，并作為銀的替代物，提出用金來作為CVD反應室的改性手段。關于與CVD過程和設備相關的金的應用的示例性教導，讀者可以參見以下出版物:美國專利N0.4，579，080 ;美國專利 N0.4，938，815 ；W02009120859 JP59111997 以及 JP1208312。盡管使用金能夠解決銀的一些缺點，但它也是相對軟的材料，因而也具有類似的機械性弊端。還有一些顧慮就是金可能容易污染元素硅而降低其最終使用價值。其它過去的提議包括使用拋光的鋼，例如專利公布EP90321A所公開的。在太陽能工業(yè)，特別是電子工業(yè)中，硅的純度極其重要，其它元素和金屬的污染水平即使在很低的十億分之幾(PPb)的量都有可能損害產(chǎn)品的價值，而必須進行額外的后清洗或純化過程。因此，希望提供一種適合用作CVD反應器的裝置，特別是在制備超高純度的硅時，所述裝置以一定方式降低熱損失以提供可接受的能量消耗，同時提供改進的抗機械損傷性并在同時降低了沉積材料的污染風險。
技術實現(xiàn)思路
如本文中所述，用具有某些有用的發(fā)射率及硬度性質(zhì)的物質(zhì)來有利地涂覆化學氣相沉積反應室的內(nèi)壁。在第一方面，本專利技術涉及化學氣相沉積反應器系統(tǒng)，其具有由反應室壁圍住的反應室，所述反應室壁具有外表面和內(nèi)表面，其中所述內(nèi)表面被布置為朝向所述室的內(nèi)部并且其中至少一部分內(nèi)壁為熱控層，其特征在于，所述熱控層是相對純的物質(zhì)，具有:i)在300K下測得的發(fā)射系數(shù)為0.1以下；以及ii)硬度為至少 3.5Moh。在另一方面，本專利技術涉及化學氣相沉積反應器系統(tǒng)，其具有由反應室壁圍住的反應室，所述反應室壁具有外表面和內(nèi)表面，其中所述內(nèi)表面被布置為朝向所述室的內(nèi)部并且其中至少一部分內(nèi)壁為熱控層，其特征在于，所述熱控層具有0.1至10微米的平均厚度并且是電鍍鎳。在又一方面，本專利技術涉及用于沉積元素硅的方法，所述方法包括:在化學氣相沉積反應器系統(tǒng)內(nèi)，使氣態(tài)含硅物質(zhì)經(jīng)歷足以引起其分解的溫度，其中所述反應器系統(tǒng)包含如前面幾個方面所述的反應室。附圖說明圖1是分段部分示出的反應器的側(cè)視圖。具體實施例方式化學氣相沉積裝置或反應器通常包括由反應室壁限定的反應室，所述反應室壁具有外表面和內(nèi)表面，其中后者被布置為朝向所述室的腔或內(nèi)部空間。所述反應器通常配備有氣體入口噴嘴和氣體出口噴嘴以允許氣體或氣體混合物在大氣壓力以上的壓力下通過所述室。在一些情況下，反應室可能是開放式的，具有入口孔和出口孔，類似于開放式管，而在其它情況下，通過連接基板，所述反應室被完全圍住并密封。為了引起通過所述室的氣體的反應或化學分解，熱源是必要的，這通常通過使用穿過一根或多根細絲的電流來提供，所述細絲以固定的空間布置放置并保持在反應室內(nèi)。另外，所述裝置也可以配備有用于控制所述室內(nèi)或反應室壁的溫度的冷卻系統(tǒng)。本公開的主題是提供至少一部分反應室壁，特別是提供被布置為朝向反應室的腔的具有熱控層的內(nèi)表面。出于本公開的目的，如果所述裝置包含基板，那么認為所述基板等同于反應室壁。所述熱控層的特征在于，它是相對純的物質(zhì)，在300K下測得的發(fā)射系數(shù)為0.1以下，有利地為0.08以下，更有利地為0.05以下。所述熱控層的特征還在于，其硬度為3.5Moh以上，有利地為4.0Moh以上，還更有利地為5.0Moh以上；有利情況下，所述硬度不超過8.0Moh并且有利地不超過7.0Moh0在特別有利的實施方式中，所述熱控層的發(fā)射系數(shù)為0.1以下，并結合有3.5至7.0Moh的硬度；在另外的更有利的實施方式中，所述熱控層的發(fā)射系數(shù)為0.08以下，且硬度為4.0至6.8Moh。相對于其中不存在這樣的熱控層的設備而言，熱控層存在的量就其發(fā)射率屬性而言應該足以降低裝置的總能量(熱)損失并減少設備的能量消耗。熱控層存在于反應室壁的內(nèi)表面的至少一部分面積上；應當理解，所述一部分為至少10%的面積,有利地為至少30%的面積，更有利地為至少50%的內(nèi)壁總表面積。熱控層的發(fā)射率性質(zhì)不受其厚度影響。熱控層的厚度為至少0.1微米，有利地為至少0.5微米，更有利地為至少5.0微米，還更有利地為至少10微米。所述厚度最高為100微米，有利地最高為75微米，更有利地最高為50微米。在高度有利的實施方式中，所述熱控層存在的量為反應室內(nèi)壁總表面積的至少30%，且平均厚度為0.5至75微米，有利地為5至75微米。所述熱控層通常為相對純的物質(zhì)并一般是金屬。應當理解，“相對純的”指的是物質(zhì)具有至少75%以上、有利地為至少90%以上、更有利地為至少99%以上的元素純度。所述熱控層還必須能夠經(jīng)受CVD反應器的操作溫度而不損害其完整性，因此理想的是，當它是金屬時，其熔點高于CVD反應器的操作溫度。適合布置為熱控層的金屬物質(zhì)的實例有:釩、鉭、鎳、鉬、鉻、鑰，以及由兩種以上這些金屬形成的合金或混合物。認為鎳特別適合用作熱控層，因為除了其理想的發(fā)射率和硬度屬性以外，它還提供良好的針對某些材料的耐化學性，所述材料例如在操作使用之間清洗CVD反應器時可能用到的化學試劑。在使用CVD反應器從富含硅的氣體例如三氯硅烷或單硅烷(SiH4)制造多晶硅的實例中，那么，所得硅的純度極其重要，高度理想的是避免被痕量的其它元素污染的風險。在這些操作中，反應器壁的主體通常由包含鉻和/或鎳(最高為20%)的鋼制成。因而為了避免引入其它元素污本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.07.19 US 61/365,7531.學氣相沉積反應器系統(tǒng)，其包括具有內(nèi)表面且限定出反應室的壁，一部分所述壁為朝向所述室的熱控層，所述熱控層由在300K下測得的發(fā)射系數(shù)為不超過0.1并且硬度為至少3.5Moh的物質(zhì)構成。2.權利要求1的反應器系統(tǒng)，其中熱控層的厚度不超過100微米。3.權利要求1的反應器系統(tǒng)，其中熱控層的發(fā)射系數(shù)不超過0.05。4.權利要求1的反應器系統(tǒng)，其中熱控層是選自鎢、鉭、鎳、鉬、鉻和鑰的物質(zhì)的涂層。5.權利要求4的反應器系統(tǒng)，其中熱控層是鎳。6.權利要求5的反應器系統(tǒng),其中鎳是電鍍鎳。7.權利要求4的反應器系統(tǒng)，其中熱控層由相對純的物質(zhì)構成。8.學氣相沉積反應器系統(tǒng)，其包括具有內(nèi)表面且限定出反應室的壁，一部分所述壁為朝向所述室的熱控層，所述熱控層為電鍍鎳且平均厚度為5至75微米。9.權利要求8的反應器系統(tǒng)，其中熱控層由相對純的電鍍鎳構成。10.關于沉積元素硅的方法，所述方法包...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：科里施納庫馬爾·M·嘉亞卡，烏爾班·R·庫爾特根，
申請(專利權)人：瑞科硅公司，
類型：
國別省市：