[发明专利]生产细硅棒的方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产细硅棒的方法与装置。

背景技术

细硅棒被用于沉积多晶硅。

多晶硅(简称多晶硅(polysilicon))作为原料用于生产单晶硅，使用坩埚提拉法(提拉法或CZ法)或区熔法(悬浮区熔法或FZ法)。该单晶硅被切割为晶片，并且经过多重的机械、化学以及化学-机械加工操作后，被用于半导体工业来生产电子元件(芯片)。

尤其地，然而，采用提拉法或熔铸法生产单晶或多晶硅使得对多晶硅的需求呈增加的程度，这种单晶或多晶硅被用来生产光电太阳能电池。

多晶硅，通常简称为多晶硅(polysilicon)，传统的生产方法为西门子法。该种情况下，在钟形反应器(“西门子反应器”)中通入直流电来加热硅的细棒，并且引入包括含硅组分和氢气的反应气。

作为含硅组分，例如硅卤素化合物，如硅氯化合物，尤其地，氯硅烷是合适的。将含硅组分与氢气一起引入反应器中。在高于1000℃的温度下，硅沉积到细棒上。这样最终产生多晶硅构成的棒。DE1105396描述了西门子法的基本原理。

关于细棒的生产，从DE1177119中得知，在硅制的支撑体上沉积硅，然后分离其中的一部分并反过来使用该分离部分作为支撑体来沉积硅。分离的进行可为机械法进行，例如使用锯，或使用液体射流的电解法。在纵向上进行机械分离。剖面可以沿硅棒的几何轴线彼此呈一定角度。还提出也可以采用沿平行于硅棒的轴线向延伸的平行引导切割，来切成带或条，所述带或条作为新沉积工艺中的支撑。这样的平行切割可在单个工作步骤中同时完成。

US2010/0077897A1披露了一种生产细棒的装置，其中可首先将硅棒沿其轴线分离为多重片或板，随后再次沿轴线方向切这些片或板以便减小它们的厚度。该装置也提供了多重的水平设置的锯片，以使得可在一个工作步骤中分离多重的这些板或片。其基本方面是：当锯切板时，在锯切期间通过将其固定在台上并在末端支撑它们来避免弯曲和破坏。

因此，采用各种锯切或切割方法，由预先使用西门子法制备的硅棒来生产细棒为已知的。

传统上，由于适应经济原因，对西门子法中沉积多晶硅的工艺条件进行调整以便获得尽可能高的沉积率。

这种情况下，那么生产了直径大的多晶硅棒，例如大于100mm。然而，这样的棒具有高的热应力，热应力会在进一步机械加工中引起问题。

传统锯切和切割法中不合适的处理方式，可能破坏棒。生产的细棒是变形的，在这种情况下，它们将不适于随后的西门子法中使用。

现有技术中，用于从直径大的、具有明显热应力的多晶硅棒来生产细棒的已知方法，会导致在切割工件或要切割的多晶硅棒中产生破裂。不属于引人瞩目的情况：常常发生的位错同样也是惹人讨厌且因而应该避免的。

WO2010/039570A2描述了可采用热处理方法(退火处理)，来再次除去在西门子法中生产多晶硅棒过程中产生的应力。通过这种途径可成功消除沉积过程中产生的应力，从而采用现有技术中已知的传统锯切和切割法便于将棒进一步加工来生产细棒。

然而，这种方法的缺陷在于，为了准备将切割制成细棒的棒，在能源方面和附加设备上必须支出很大的费用。

另外，退火处理棒时，将造成表面杂质散布进入材料主体并因而污染最终产品的风险。为避免这种情况，直接在退火步骤前附加的清洁步骤(如刻蚀步骤)将是必要的，但这将意味着进一步很大的附加支出。

DE10019601B4描述了一种方法，其中向纵轴线上横切具有热应力的多晶硅棒，这种方法下没有位错或裂纹的产生。此种情况下，用切割工具从外面向长边切割棒时，棒沿它们自己的纵轴线旋转。这种情况下，生产的不是细棒，而是FZ的起始棒或CZ的再加工棒。

发明内容

因此，本发明的目的是避免由硅棒中的热应力引起的细棒生产中的上述缺陷，而不必求助于繁杂的热处理。

该目的通过一种生产细硅棒的方法实现，该方法包括以下步骤：a)提供硅棒；b)接着，采用锯装置从棒切割具有特定厚度的板(slabs)，其中，两个连续切割之间，分别绕轴线旋转棒90°或180°，使得在四个连续切割中，该四个切割中的两个分别成对地在棒的径向相对侧(radially opposite sides)进行，或其中板的切割同时一起在棒的径向相对侧进行；c)将切割的板锯切为具有矩形横截面的细棒。