[发明专利]生产和分类多晶硅的方法

说明书

本发明提供了一种用于生产和分类多晶硅的方法，该方法包括以下步骤：‑通过将除氢气之外还含有硅烷和/或至少一种卤代硅烷的反应气体引入气相沉积反应器的反应空间中来生产多晶硅棒，其中所述反应空间含有至少一个经加热的细丝棒，在所述细细丝棒上沉积硅以形成所述多晶硅棒，‑从反应器中取出硅棒，‑任选地粉碎硅棒以获得硅块，‑生成硅棒或至少一个硅块的至少一个部分区域的至少一个二维和/或三维图像，并且针对所生成的图像选择至少一个分析区域，‑借助于图像处理方法生成每个分析区域的至少两个表面结构指数，每个表面结构指数是使用不同的图像处理方法生成的，‑组合表面结构指数以形成形态指数。根据形态指数对硅棒或硅块进行分类并将其送到不同的进一步加工步骤。

本发明涉及一种用于生产和分类(classify)多晶硅的方法，其中根据基于二维和/或三维图像确定的形态指数对多晶硅进行分类并将其送到不同的加工步骤。

在例如借助于坩埚提拉(切克劳斯基法或CZ法)或借助于区域熔融(浮区法)的单晶(单晶体)硅的生产中，将多晶体硅(多晶硅)用作原材料。单晶硅在半导体工业中用于制造电子部件(芯片)。

多晶硅也需要用于例如借助于块铸法生产多晶体硅。以块形式获得的多晶体硅可以用于制造太阳能电池。

可以通过西门子方法(化学气相沉积方法)获得多晶硅。这涉及通过直接通电在钟形反应器(西门子反应器)中加热支撑体并引入包含含硅组分和氢气的反应气体。含硅组分通常是甲硅烷(SiH₄)或一般组成为SiH_nX_4-n(n＝0、1、2、3；X＝Cl、Br、I)的卤代硅烷。它典型地是氯硅烷或氯硅烷混合物，通常是三氯硅烷(SiHCl₃，TCS)。SiH₄或TCS主要以与氢气的混合物使用。典型的西门子反应器的结构描述在例如EP 2 077 252 A2或EP 2 444 373 A1中。反应器的底部(底板)通常设有容纳支撑体的电极。支撑体通常是由硅制成的细丝棒(细棒)。通常，两个细丝棒经由桥(由硅制成)连接以形成棒对，该棒对经由电极形成电路。在沉积期间，细丝棒的表面温度通常高于1000℃。在这些温度下，反应气体的含硅组分分解，并且元素硅从气相中以多晶硅的形式沉积。结果，细丝棒和桥的直径增加。在达到棒的预定直径之后，停止沉积并提取所获得的多晶硅棒。在移除桥之后，获得大致圆柱形的硅棒。

多晶硅的形态，或者更准确地说是多晶硅棒和由其产生的硅块的形态通常对进一步加工期间的性能有很大影响。多晶硅棒的形态基本上由沉积过程的参数(例如棒温度、硅烷和/或氯硅烷浓度、特定流速)确定。根据参数，可以形成明显的界面，直至并包括洞和沟槽。这些通常在棒内不均匀地分布。而且，由于参数的变化，可以形成具有各种(通常是同心的)形态区域的多晶硅棒，如EP 2 662 335 A1通过示例所描述的。形态对棒温度的依赖性例如在US 2012/0322175 A1中提出。

多晶硅的形态可以从致密且光滑的变化到非常多孔且裂缝的。致密的多晶硅基本上没有裂纹、孔、接缝和裂缝。这种类型的多晶硅的表观密度可以等于硅的真实密度，或者至少极近似地对应于其。硅的真实密度为2.329g/cm³。

多孔且裂缝的形态，即高度明显的形态，尤其对多晶硅的结晶行为具有负面影响。这在用于生产单晶硅的CZ法中尤其明显。在此，使用裂缝且多孔的多晶硅导致经济上不可接受的产率。在CZ法中，特别致密的多晶硅通常导致显著更高的产率。然而，由于需要较慢的沉积过程，因此致密的多晶硅的生产通常更昂贵。另外，并非所有应用都需要使用特别致密的多晶硅。例如，通过块铸方法生产多晶体硅时的形态需求要低得多。