專利名稱：采用表面微結(jié)構(gòu)硅芯沉積多晶硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅的化學(xué)氣相沉積工藝，更具體地說(shuō)，涉及一種使用表面微結(jié)構(gòu)硅 芯在普通的化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器中沉積多晶硅的工藝。
背景技術(shù)：
目前，改良西門(mén)子工藝是使用最廣泛的多晶硅生產(chǎn)方法之一，主要使用鐘罩型 反應(yīng)器和與電極相連的直徑8mm左右的硅芯作為沉積基底，采用高溫還原工藝，以高純 的SiHCl3在H2氣氛中還原沉積而生成多晶硅。如圖1所示，鐘罩型反應(yīng)器包括鐘罩壁 1、底座2。底座2上結(jié)合有進(jìn)氣口 5、出氣口 6和電極3。觀察口 8提供對(duì)內(nèi)部的可視 觀察或提供紅外探測(cè)裝4置對(duì)爐內(nèi)溫度的測(cè)量。改良西門(mén)子工藝的化學(xué)氣相沉積過(guò)程是在鐘罩型反應(yīng)器中進(jìn)行的。該反應(yīng)容器 為密封結(jié)構(gòu)，底盤(pán)電極上連接有直徑5 10mm、長(zhǎng)度1500 3000mm的硅芯，每對(duì)電極 上的兩根硅棒上端通過(guò)一較短的硅棒相互連接，形成倒U形結(jié)構(gòu)。開(kāi)始沉積硅前，在電 極上施加6 12kV左右的高壓，硅芯被擊穿導(dǎo)電并被加熱至1000 1150°C，表面經(jīng)氫 還原后，硅開(kāi)始在硅芯表面沉積形成硅棒，隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，硅棒的直徑逐漸增大， 最終達(dá)到120 200mm左右。通常情況下，生產(chǎn)直徑為120 200mm的高純硅棒所需 的反應(yīng)時(shí)間大約為150 300小時(shí)。在化學(xué)氣相沉積過(guò)程中，在進(jìn)料量、反應(yīng)壓力、硅棒表面溫度等工藝參數(shù)恒定 的條件下，硅棒直徑增長(zhǎng)的速率(或沉積速率，以微米每分鐘計(jì))或多或少都是恒定的。 因此，當(dāng)硅棒的直徑很小時(shí)，在初始生長(zhǎng)階段，以千克每小時(shí)計(jì)的硅沉積速率很低。提高多晶硅沉積速率的途徑之一是增大硅芯初始沉積表面積以提高多晶硅初始 沉積速率(以千克每小時(shí)計(jì))。如專利CN 101432460A公布了采用打表面積的硅管或硅 帶取代硅芯的方法來(lái)制備多晶硅，由于硅管或硅帶的初始沉積表面積比硅芯大得多，因 而可提高多晶硅的初始沉積速率(以千克每小時(shí)計(jì))。但是，該方法存在如下缺點(diǎn)(1) 采用硅管替代硅芯，雖然增大了初始沉積表面積，但是也增大了沉積基體的重量，因此 增加沉積基體的制造成本，如直徑50mm，壁厚2mm的硅管，相比于直徑8mm的硅芯， 表面積增大了 6倍，其質(zhì)量也增大了近6倍；(2)該方法需要對(duì)現(xiàn)有多晶硅化學(xué)氣相沉積 反應(yīng)器的電極(或石墨卡瓣)進(jìn)行改造以實(shí)現(xiàn)硅管或硅帶與電極的良好對(duì)接，增加了設(shè)備 改造成本；(3)硅管需要采用特定的邊緣限定薄膜供料生長(zhǎng)(EFG)設(shè)備進(jìn)行制備，增加 了設(shè)備購(gòu)置成本。因此，仍舊需要一種多晶硅的沉積方法，既能實(shí)現(xiàn)大的初始表面積提 高初始沉積速率，又能充分利用現(xiàn)有的反應(yīng)設(shè)備，不需要增加額外的設(shè)備成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種采用表面微結(jié)構(gòu)硅芯沉積多晶硅的方 法，以提高傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的產(chǎn)量，該方法在現(xiàn)有反應(yīng)器的基礎(chǔ)上無(wú)需增加任 何設(shè)備就能使用更大初始表面積的硅芯沉積多晶硅。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下采用表面微結(jié)構(gòu)硅芯沉積多晶硅的方法，包括使含硅氣體和氫氣在1000 1150°C的硅芯表面反應(yīng)，反應(yīng)生成的硅在熾熱的硅芯表面沉積，使得硅芯直徑逐漸長(zhǎng)大 形成多晶硅硅棒的步驟，所述硅芯的表面具有微結(jié)構(gòu)。其中，所述的微結(jié)構(gòu)為高度為500 2000 ym的金字塔狀凸起，優(yōu)選高度為 800 1200 ym的金字塔狀凸起。所述的金字塔狀凸起可以無(wú)數(shù)大小均一或大小不均一 的金字塔狀凸起。其中，所述的微結(jié)構(gòu)按如下方法制備得到將硅芯置于化學(xué)腐蝕液中，70 80°C下，腐蝕50 60小時(shí)。其中，所述的化學(xué)腐蝕液由如下重量百分比的組分組成正磷酸鈉0.5 5%， 氫氧化鈉0.5 5%，異丙醇1 10%，其余為水。其中，所述的含硅氣體包括鹵代硅烷、硅烷任一種或混合。其中，所述鹵代硅烷的分子式為SiHnX4_n，其中n = 0 3中任意整數(shù)，X = CI、Br或I。通常為三氯氫硅、二氯二氫硅、四氯化硅、硅烷、或三溴氫硅，優(yōu)選為三 氯氫硅或硅烷。其中，所述的硅芯圓柱形、方形或薄板形，優(yōu)選為現(xiàn)有技術(shù)常用的圓柱形硅 芯，但并不限于此。有益效果本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì)1、根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，通過(guò)在硅芯表面制作微結(jié)構(gòu)以增大硅沉積的初始表 面積，可以提高硅沉積初始速率，進(jìn)而提高產(chǎn)量。2、根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述具有微結(jié)構(gòu)的硅芯能通過(guò)現(xiàn)有硅芯表面織構(gòu)而 來(lái)，且能使用現(xiàn)有技術(shù)的硅芯夾持裝置和電極、電氣設(shè)備，不需要加以任何改造，不會(huì) 增加改造的成本。3、根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，通過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)溶蝕就能得到金字塔結(jié)構(gòu)的大小均 勻的絨面，無(wú)需增加額外的特殊硅芯拉制設(shè)備，有效降低了成本。


圖1是本發(fā)明中多晶硅沉積方法中的一種鐘罩型還原爐示意圖。其中爐筒為1、 底盤(pán)2、電極3、橫梁微結(jié)構(gòu)硅芯4、進(jìn)料口 5、尾氣出口 6、豎直微結(jié)構(gòu)硅芯7、視鏡8。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是需要指出的是，本 發(fā)明的保護(hù)范圍并不受這些具體實(shí)施方式
的限制，而是由權(quán)利要求書(shū)來(lái)確定。如前所述，本發(fā)明提供了一種采用表面微結(jié)構(gòu)硅芯沉積多晶硅的方法，所述 方法包括使含硅氣體和氫氣在熾熱的絨面硅芯表面還原，硅芯表面溫度通常為1000 1150°C,還原反應(yīng)生成的硅沉積在熾熱的具有微結(jié)構(gòu)硅芯表面。根據(jù)圖1，所述的鐘形反應(yīng)器包括爐筒1、底盤(pán)2、電極3、橫梁微結(jié)構(gòu)硅芯4、 進(jìn)料口 5、尾氣出口 6、豎直微結(jié)構(gòu)硅芯7、視鏡8。根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，含硅氣體和氫氣可以被預(yù)熱至100 300°C后再進(jìn)入還原反應(yīng)器，優(yōu)選的含硅氣體和氫氣被預(yù)熱至150 200°C。根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，含硅氣體和氫氣可以分別計(jì)量后被預(yù)熱至100 300°C再 混合進(jìn)入還原反應(yīng)器，也可以在分別計(jì)量后即混合，混合氣體被預(yù)熱至100 300°C后再 進(jìn)入還原反應(yīng)器，并在1000 1150°C的具有微結(jié)構(gòu)的硅芯表面發(fā)生反應(yīng)，生成的硅單質(zhì) 沉積在硅芯表面，硅芯直徑逐漸長(zhǎng)大形成硅棒。本發(fā)明涉及現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上的改進(jìn)，所述表面微結(jié)構(gòu)硅芯適用于現(xiàn)有技術(shù)的所 有對(duì)電極還原爐，根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，在還原反應(yīng)器內(nèi)表面微結(jié)構(gòu)硅芯可以為1-72 對(duì)，優(yōu)選為9對(duì)、12對(duì)、18對(duì)、24對(duì)、36對(duì)和48對(duì)硅芯。根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，作為連接兩根硅芯的短硅芯(橫梁)，可以采用直硅芯 (圓柱形或方形，薄板形)，也可以采用表面微結(jié)構(gòu)硅芯，優(yōu)選的作為橫梁硅芯為表面微 結(jié)構(gòu)，其連接方式可以采用水平連接(即與豎直方向的硅芯呈90度)，也可以采用帶一定 弧度的彎曲連接方式，如圓弧形連接。如前所述，本發(fā)明還提供了一種表面微結(jié)構(gòu)硅芯的制備方法。所述方法的技術(shù) 方案為將現(xiàn)有技術(shù)的細(xì)硅芯放入化學(xué)腐蝕液中，所述的化學(xué)腐蝕液由如下重量百分比 的組分組成正磷酸鈉0.5 5%，氫氧化鈉0.5 5%，異丙醇1 10%，其余為水。 加熱至80°C左右，腐蝕54小時(shí)左右，可得均勻的金字塔狀凸起的表面微結(jié)構(gòu)，此時(shí)微結(jié) 構(gòu)高度約為lOOOym。硅芯經(jīng)過(guò)表面微結(jié)構(gòu)構(gòu)造，表面積增加了 1.7倍，有效增加初始沉 積速率。實(shí)施例本實(shí)施例的反應(yīng)器為12對(duì)棒還原爐，硅芯高度2400mm，反應(yīng)溫度 1080-1100°C。三氯氫硅初始流量2Nm3/h，勻速增加至42Nm3/h之后維持恒定。氫氣初 始流量為13Nm3/h。在沉積過(guò)程中增加氫氣流量至189Nm3/h，在整個(gè)沉積過(guò)程中，氫氣 和三氯氫硅的摩爾比從6.5逐漸降低至4.5。當(dāng)硅棒直徑達(dá)到115mm，還原反應(yīng)器停爐， 整個(gè)過(guò)程多晶硅沉積時(shí)間為80h。采用直徑為9mm的表面微結(jié)構(gòu)硅芯(微結(jié)構(gòu)高度1000 y m，其質(zhì)量與直徑為 8mm的硅芯相同)制備多晶硅，初始沉積表面積增大了 1.7倍，因而，初始沉積速率增加 1.7倍，隨著反應(yīng)的進(jìn)行和硅棒直徑的增長(zhǎng)，表面微結(jié)構(gòu)硅芯所增加的表面積效應(yīng)急劇下 降，當(dāng)硅棒直徑為16_時(shí)，微結(jié)構(gòu)表面所增加表面積可忽略，此時(shí)多晶硅生長(zhǎng)速度與 采用現(xiàn)有技術(shù)細(xì)硅芯的生長(zhǎng)速度相近，亦即是說(shuō)采用表面微結(jié)構(gòu)硅芯在多晶硅初始生長(zhǎng) 的5小時(shí)內(nèi)，均處于加速生長(zhǎng)。最終生長(zhǎng)時(shí)間可比采用現(xiàn)有技術(shù)細(xì)硅芯的工藝減少近2 小時(shí)。
權(quán)利要求
1.采用表面微結(jié)構(gòu)硅芯沉積多晶硅的方法，包括使含硅氣體和氫氣在1000 1150°C 的硅芯表面反應(yīng)，反應(yīng)生成的硅在熾熱的硅芯表面沉積，使得硅芯直徑逐漸長(zhǎng)大形成多 晶硅硅棒的步驟，其特征在于所述硅芯的表面具有微結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用表面微結(jié)構(gòu)硅芯沉積多晶硅的方法，其特征在于所述的 微結(jié)構(gòu)為高度為500 2000 μ m的金字塔狀凸起。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用表面微結(jié)構(gòu)硅芯沉積多晶硅的方法，其特征在于所述的 微結(jié)構(gòu)為高度為800 1200 μ m的金字塔狀凸起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、或2、或3所述的采用表面微結(jié)構(gòu)硅芯沉積多晶硅的方法，其特 征在于所述的微結(jié)構(gòu)按如下方法制備得到將硅芯置于化學(xué)腐蝕液中，70 80°C下，腐 蝕50 60小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用表面微結(jié)構(gòu)硅芯沉積多晶硅的方法，其特征在于所述的 化學(xué)腐蝕液由如下重量百分比的組分組成正磷酸鈉0.5 5%，氫氧化鈉0.5 5%，異 丙醇1 10%，其余為水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用表面微結(jié)構(gòu)硅芯沉積多晶硅的方法，其特征在于所述的 含硅氣體包括鹵代硅烷、硅烷任一種或混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用表面微結(jié)構(gòu)硅芯沉積多晶硅的方法，其特征在于所述鹵 代硅烷的分子式為SiHnX4_n，其中n = 0 3中任意整數(shù)，X = Cl、&或I。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用表面微結(jié)構(gòu)硅芯沉積多晶硅的方法，其特征在于所述的 硅芯圓柱形、方形或薄板形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用表面微結(jié)構(gòu)硅芯沉積多晶硅的方法，所述方法包括使含硅氣體和氫氣在表面溫度為1000-1150℃的具有表面微結(jié)構(gòu)的硅芯上沉積并制備多晶硅，該方法與現(xiàn)有采用直徑8mm硅芯的制造方法相比，具有初始沉積表面積大、初始沉積速率快、降低還原電耗等優(yōu)點(diǎn)，另外，該方法所述初具有表面微結(jié)構(gòu)的硅芯可在現(xiàn)有反應(yīng)器中直接應(yīng)用，而無(wú)需改造設(shè)備，可節(jié)約大量設(shè)備改造費(fèi)。
文檔編號(hào)C01B33/035GK102020277SQ20101060426
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者江宏富, 鐘真武 申請(qǐng)人:中科協(xié)鑫(蘇州)工業(yè)研究院有限公司