[发明专利]多晶硅的制备方法

说明书

本发明涉及一种多晶硅的制备方法。

多晶体硅，通常也简称为多晶硅，一般用西门子法来制备。这包括在钟罩形反应器(“西门子反应器”)中通过直接通入电流来加热硅的细丝棒，以及通入包含含硅组分和氢气的反应气体。

反应气体的含硅组分一般为甲硅烷或具有通用组成SiH_nX_4-n(n＝0，1，2，3；X＝Cl，Br，I)的卤代硅烷。优选氯硅烷或氯硅烷混合物，更优选三氯硅烷。大多数情况下，SiH₄或SiHCl₃(三氯硅烷，TCS)用于与氢气的混合物中。

在西门子法中，丝棒通常垂直插入到存在于反应器底座上的电极中，通过所述反应器底座它们与电源连接。每两个丝棒经由一个水平桥(同样由硅组成)耦合并且形成用于沉积硅的载体。桥耦合产生典型的U形载体，所述载体也被称作细棒。

高纯度多晶硅沉积在加热的棒和桥上，结果是棒的直径随着时间增长(CVD/气相沉积)。

沉积结束后，这些多晶硅棒典型地使用机械加工方法进一步处理以得到不同大小等级的块体，经分级，任选经过湿化学清洁操作，并且最终被包装。

西门子法的一个替代方法是制备多晶硅颗粒的流化床法。这一方法通过在流化床中利用气流使硅粒子流化来实现，流化床通过加热设备被加热到高温。加入含硅反应气体导致在热粒子表面上发生热解反应。使元素硅沉积在硅粒子上，并且单独的粒子直径生长。定期去除已经生长的粒子并添加较小的硅粒子作为晶种粒子以使得该方法可连续操作以带来所有相关优势。已经描述的含硅反应气体是硅-卤素化合物(例如氯硅烷或溴硅烷)，甲硅烷(SiH₄)以及这些气体与氢气的混合物。

由于对多晶硅的品质需求变得越来越高，因此在金属或掺杂物污染方面需要持续的方法改进。这里要区分块体中的污染与多晶硅块/棒体表面或多晶硅颗粒表面上的污染。

众所周知，制造多晶硅的方法步骤例如棒的粉碎影响金属和掺杂物对表面的污染。

在现有技术中，已经尝试研究个别方法步骤对多晶硅受掺杂物的任何表面污染的影响。

US 2013/0189176 A1公开了一种多晶硅块体，其在表面上具有浓度为1-50ppta的硼和1-50ppta的磷。

分析在西门子反应器中沉积的两个多晶硅棒中的一个在沉积刚完成时受掺杂物的污染(块体和表面)，同时第二棒通过设备进一步加工，并且在经过设备后，同样分析其受掺杂物的污染(块体和表面)，由此测定多晶硅的表面掺杂物污染。由于两个棒可被认为具有相同的块体污染水平，因此发现两个所见污染之间的不同得到了由其它加工步骤，例如粉碎、清洗、运输和包装所导致的表面污染。至少当棒与兄弟棒沉积于一个相同的U形载体上时，可以确保这一点。在下文中提及的此方法描述于US 2013/0186325 A1中。

在US2013/0189176A1中，通过在由多晶材料(SEMI MF 1723)制备的FZ单晶上根据SEMI MF 1398进行光致发光来分析掺杂物(B、P、As、Al)。通过FZ由多晶硅棒或多晶硅块体制备的单晶硅棒上分离硅片，用HF/HNO₃蚀刻，用18MOHm水冲洗并干燥。在此硅片上进行光致发光测试。

为了制备多晶硅块体，沉积硅棒需要进行粉碎。在利用锤子在工作台上或利用压碎机例如颚式压碎机进行初级粉碎之后，根据US 2013/0189176A1来实施粉碎。这两个系统，用于初级粉碎的工作台和锤子和压碎机都在在10000级或更低等级的洁净室内。优选系统在100级或更好的洁净室内(根据US FED STD 209E，继ISO 14644-1之后)。在100级的情况下(ISO5)，每升可存在最多3.5个最大直径为0.5微米的粒子。在洁净室中，仅使用具有PTFE膜的洁净室过滤器。应确保过滤器不含硼。因此，过滤介质不能由玻璃纤维组成。

对块体进行粉碎和分级之后任选在清洁系统中对块体进行湿化学处理。清洁系统在10000级或更低的洁净室内，优选在100级或更好的洁净室内。这里，也仅使用具有PTFE膜的洁净室过滤器，构造和组成如上所述。

DE 102011004916 A1公开了一种干燥多晶硅的方法，其中空气流以0.1至3m/s的流速在20-100℃的温度下导入通过过滤器，然后通过穿孔的空气隔板，并且然后导入含有多晶硅的加工盘上，用以干燥多晶硅。