[发明专利]用于生产细硅棒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生产细硅棒的方法。

背景技术

细硅棒用于沉积多晶硅。

多晶硅(polycrystalline silicon；polysilicon)用作起始材料，通过坩埚提拉(crucible pulling)(Czochralski法或CZ法)或通过区域熔融(浮区法或FZ法)来生产单晶硅。单晶硅被切成晶片并在机械、化学、和化学-机械加工的多重操作后用于在半导体工业中制造电子元件(芯片)。

然而，更特别地，在增大的范围内需要多晶硅，用于通过提拉或浇铸法来生产单晶硅或多晶硅，这种单晶硅或多晶硅用于制造用于光伏(应用)的太阳能电池。

多晶硅(经常简称为polysilicon)常规通过西门子方法(Siemens process)进行生产。在这种情况下，细硅棒通过钟形反应器(“西门子反应器”)中的直流通路加热，并引入包括含硅组分以及氢的反应气体。

通常，该细硅棒的边缘长度(edge length)为3至15mm。

作为含硅组分，例如，硅-卤素化合物，如硅-氯化合物，特别是氯硅烷，是合适的。含硅组分与氢一起被引入反应器中。在高于1000℃的温度下，将硅沉积在细棒上。这最终提供了含多晶硅的棒。DE 1105396描述了西门子方法的基本原理。

关于细棒的生产，由DE 1177119可得知：在由硅制成的支撑体(＝细棒)上沉积硅，然后分离其中的一部分，并转而利用分离的该部分作为用于沉积硅的支撑体。分离可例如通过锯割机械地进行，或者通过液体喷射电解地进行。

然而，在机械分离细棒的过程中，它们的表面会被金属以及硼、磷、铝和砷化合物所污染。表面的金属污染，例如在机械分离后可达90,000至160,000pptw(万亿分之一重量份，parts per trillion by weight)。B、P、Al和As的平均污染范围为60至700ppta(万亿分之一原子数，parts per trillion atomic)。

因此，在细棒可用于硅沉积之前，通常有必要对其表面进行清洗。关于这一点，DE 1177119披露了机械清洗例如通过喷砂，或通过蚀刻的化学清洗。

在由低污染材料(例如塑料)制成的浸蚀槽中通过利用HF和HNO₃的混合物处理细棒，可明显减少表面污染：金属可减少至低达300pptw或更低，且B、P、Al和As可减少至低于15pptw。

EP 0548504A2说明了用HF和HNO₃清洗硅的方法。

另一种清洗方法从DE 19529518A1获知。在这种情况下，首先使用王水(HCl和HNO₃的混合物)清洗多晶硅，然后使其另外用HF清洗。

EP 0905796A1披露了一种用于生产具有低金属浓度的半导体材料的方法，其特征在于，在至少一个阶段中使用氧化清洗液对多晶硅进行预清洗，在进一步的阶段中使用含HNO₃和HF的清洗液进行主清洗，并且在另一个阶段的亲水化过程中使用氧化清洗液进行清洗。通过此种清洗方法，硅表面上的铁和/或铬含量可从1.332×10^-8g/cm²(在使用金属工具处理之后)减少至低于6.66×10^-11g/cm²。

为了提高硅沉积中的产量(成品率，yield)，同样值得期望的是，能够使用较长的细棒。原则上可通过焊接较短的细棒来生产较长的细棒。

WO 02/070184A1描述了一种方法，其中，两个硅工件通过焊接被无缝地连接在一起。首先，优选地在由硅制成的加热板上，将工件加热到至少600℃的温度。然后，例如通过电气、等离子或激光焊接将工件连接在一起。

然而，对于细工件，这种方法则难以操作。此外，在焊接过程中硅工件持续地与空气直接接触，这在污染方面是不利的。

US 6573471B1同样描述了一种通过焊接将两个硅工件连接在一起的方法。该方法与根据WO 02/070184A1的方法的本质区别在于：在两个工件连接前设定减压为至多0.05托。

US 6852952B1描述了一种通过电弧焊将两个硅工件连接在一起的方法。为此，在两个电极之间生成等离子体，并且使待连接的硅工件相互靠近。该方法优选地在氩气气氛中进行。

然而，根据US 6852952B1的方法也较复杂，并且不利于细硅棒的焊接。