[发明专利]用于沉积多晶硅的反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于沉积多晶硅的反应器。

背景技术

多晶硅(Polycrystalline silicon)(简称多晶硅“polysilicon”)在通过坩埚提拉(Czochralski或CZ法)或者通过区域熔化(浮区或FZ法)制备单晶硅的过程中充当起始材料。将该单晶硅切割成晶片，并在大量机械、化学和机械化学处理操作之后，在半导体工业中用于制造电子元件(芯片)。

然而，尤其是对于通过提拉法或铸造法来制备单晶硅或多晶体硅(multicrystalline silicon)而言，在很大程度上需要多晶硅，这种单晶硅或多晶体硅用于制造用于光伏应用的太阳能电池。

多晶硅通常通过西门子法(Siemens process)来制备。这种方法包括在钟形反应器(“西门子反应器”)中通过直接通电将硅“细棒”的细丝棒加热，并引入包含含硅组分和氢气的反应气体。反应气体的含硅组分通常是甲硅烷或者具有以下一般组成的卤代硅烷：SiH_nX_4-n(n＝0、1、2、3；X＝Cl、Br、I)。所述组分优选为氯硅烷或氯硅烷混合物，特别优选三氯甲硅烷。在含氢气的混合物中，主要使用SiH₄或SiHCl₃(三氯甲硅烷，TCS)。

典型的西门子反应器基本上由以下组成：金属底板，放置在金属底板上并与其形成气密密封的可冷却的钟形罩，用于供应气体的喷嘴和用于除去反应气体的开口，以及用于丝棒的固定器和电流所需要的输入引线和输出引线。

反应器中的沉积反应通常需要反应器中的丝棒的表面具有高于约1000℃的高温。丝棒的加热通过直接通电来实现。供电通过固定丝棒的电极产生。

大部分供应的电能以热的形式辐射并被反应气体和冷却的反应器内壁吸收并消散。

为了降低电力消耗，提议对反应器内壁进行处理(例如电解抛光)或者涂布具有高反射率的材料。已知用于涂布反应器内部的材料是银或金，因为这些材料理论上具有最高反射率。

DD 156273 A1公开了一种制备多晶硅的反应器，它的独特特征是，反应器的内部是由电化学抛光的不锈钢制成。

EP 0 090 321 A2描述了一种制备多晶硅的方法，其中所使用的反应器壁由耐腐蚀合金制成，并将反应器内表面抛光至镜面光洁度。

KR 10-1145014 B1公开了一种沉积反应器，其包括用于降低多晶硅沉积期间的比能耗的涂布Ni-Mn-合金的内壁。涂层厚度为0.1至250μm。

US 2013/115374 A1公开了一种沉积反应器，其内表面至少部分地配置有所谓的热控制层。所述热控制层的特征是，辐射系数小于0.1并且层的硬度为至少3.5Moh。层的厚度不大于100μm。材料钨、钽、镍、铂、铬和钼认为是特别优选的。

关于反射特征，包含银和金的涂层相对于电解抛光的表面更有优势。此外，使用电解抛光的不锈钢存在铁污染多晶硅的风险。

US 2011/159214 A1描述了一种用于多晶硅沉积的反应器，反应器内部涂布至少0.1μm厚的金层。这可降低比能耗，因为金的反射特征非常高。

WO 2013/053495 A1公开了一种从气相沉积硅的反应器，其包括：

反应容器，其具有内表面，所述内表面至少部分地界定处理空间；及

涂层，其在反应容器的至少一部分内表面上，

所述涂层包含以下组成：

第一层，其施用在反应容器的内表面的至少上部区域，且具有比反应容器的未涂布内表面更高的热辐射反射率；以及

第二层，其施用在反应容器的内表面的下部区域，且具有比反应容器的未涂布内表面更高的热辐射反射率；

其中，第二层明显比第一层厚。

可通过例如电镀来施用第一层。除了银之外，还可使用金作为涂布材料。不同厚度可节省成本。

当考虑原料成本时，银比金更优选。此外，就高纯度多晶硅的污染而言，银的问题比金明显更少。当使用金时，存在金扩散入多晶硅并导致下游处理(例如制备多晶硅晶片)的质量问题的风险。

DD 64047 A公开了一种制备低磷多晶硅的方法。该方法尤其是通过对反应器内壁使用低磷材料(不锈钢、银等)来完成。

US 4173944 A要求保护一种沉积装置，其中包含反应空间的钟形罩的表面由银或镀银钢制成。