[发明专利]用于生产多晶硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于生产多晶硅的方法。

背景技术

高纯多晶硅(多晶硅)作为原材料用于通过直拉(切克劳斯基，Czochralski)(CZ)或区域熔融(FZ)方法生产半导体用的单晶硅，以及用于通过各种拉伸和铸造方法生产单或多晶硅，用于生产光伏用的太阳能电池。

通常借助西门子法(Siemens process)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加热的支撑体(支持体，support body)的反应器中，硅以固体形式沉积在支撑体上。使用的含硅组分优选地是硅烷(SiH₄)、一氯硅烷(SiH₃Cl)、二氯硅烷(SiH₂Cl₂)、三氯硅烷(SiHCl₃)、四氯硅烷(SiCl₄)或提及的物质的混合物。

西门子法通常在沉积反应器(也称为“西门子反应器”)中进行。在最常使用的实施方式中，反应器包括金属底板(基板，base plate)和置于底板上的可冷却的钟罩(bell jar)，从而在钟罩内形成反应空间。底板设置有一个或多个进气孔和用于分离反应气体的一个或多个废气孔，以及帮助在反应空间内固定支撑体并且向它们供应电流的固定器。通常每个支撑体由两个细垂直丝棒和通常在它们的自由端连接相邻棒的水平桥组成。丝棒通过垂直插入存在于反应器底座上的电极连接到电源。

通过打开用于反应气体(氢气和前述含硅组分之一的混合物)流入反应器的截止阀和用于废气流出反应器的截止阀完成多晶硅的沉积。反应气体通过底板中的进料孔流入密闭的沉积反应器中。硅在其中沉积在通过直接通电加热的细棒上。反应器中形成的热废气通过底板中的孔离开反应器，且然后可以经受处理操作，例如冷凝，或送至洗涤器。

高纯多晶硅沉积在加热的丝棒和水平桥上，结果其直径随时间增加。一旦已达到期望的直径，停止该过程。然后通常将形成的多晶硅棒对冷却至室温。

获得U形的多晶硅棒，其可以是几米高并且可以是几千千克重。

冷却至室温后，可以将硅棒从反应器中移出。由于西门子法是分批进行的，为此目的关闭反应器，即中断沉积时间。此时，关闭反应气体的截止阀并切断电源。可以将沉积的多晶硅从打开的反应器中移出。为打开反应器，通常将上反应器部(上部反应器部件，上部反应器区域，upper reactor section)向上抬起来移除。

从经济角度看，使得拆卸和安装时间尽可能短，以保持随后的沉积批次之前的时间尽可能短是有利的。

必须以整体(两根棒和一个桥)从反应器卸除多晶棒对。可以将所有的棒对同时移出的整体收获机(full harvester)也是已知的，如将在下文中说明的。

在不精确的移出的情况下，一个或多个棒或棒对可以在该过程中，或在，例如与车间、与反应器的底板、或与其他棒或棒对接触时倾倒并破碎。如果反应器中存在若干棒，存在该批次中的所有棒将破裂，并由于破裂和可能的污染而不可用于进一步加工的很高的风险。

在棒卸除之后，通常清洁反应器的钟罩和底板并且向反应器提供新的电极和细棒，用于下一沉积批次。已经关闭钟罩之后，如上文描述的再次进行用于沉积下一批次多晶硅的方法。

应以避免棒的表面污染和最小化棒的破损这样的方式实现反应器的打开和棒的卸除。

JP7029045B描述了接近反应器侧部并将棒对抬出的拆卸摇杆。除了底板之外，该方法需要将反应器完全拆卸。这里的风险是通过叉头(prong)仅在电极处移出棒对。在此过程中，无法排除使棒对在错误的方向上倾斜。不受控下落的棒对可以意味着不仅是碎片对员工的可观的危害，而且如果该棒对将在反应器中仍然保持直立的棒对也带倒，则损失整个批次。

US 20120237678 A1公开了用于卸除多晶硅棒的装置，包括具有外壁的主体，并且具有使得外壁围绕棒的尺寸，每个外壁包括允许接近至少一根棒的门。在优选的实施方式中，内壁衬有聚合物，以防止多晶硅棒的污染。

US 20100043972 A1公开了用于卸除多晶硅棒的另一种装置，包括壁，所述壁包括内壁、外壁和多个连接所述内壁与所述外壁的壁连接器，形成在所述内壁和所述外壁之间的腔体，形成在所述外壁中的进入窗(access window)，底板，和置于所述底板上的多个触点，其中所述内壁和所述外壁是圆柱形并且同心的，所述腔体适合于接收置于所述触点上的多个硅棒，并且所述进入窗适合于提供接近硅棒。可以通过进入窗将棒移出。