用于生產(chǎn)多晶硅的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)多晶硅的方法。
【背景技術(shù)】
[0002 ]高純多晶硅(多晶硅)作為原材料用于通過直拉(切克勞斯基，Cz ο chra I sk i)(CZ)或區(qū)域熔融(FZ)方法生產(chǎn)半導(dǎo)體用的單晶硅，以及用于通過各種拉伸和鑄造方法生產(chǎn)單或多晶硅，用于生產(chǎn)光伏用的太陽(yáng)能電池。
[0003]通常借助西門子法(Siemens process)來生產(chǎn)多晶硅。這涉及將包含一種或多種含硅組分的反應(yīng)氣體和可選的氫氣引入包括通過直接通電加熱的支撐體(支持體，supportbody)的反應(yīng)器中，硅以固體形式沉積在支撐體上。使用的含硅組分優(yōu)選地是硅烷(SiH4)、一氯硅烷(SiH3Cl)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(SiHCl3)、四氯硅烷(SiCl4)或提及的物質(zhì)的混合物。
[0004]西門子法通常在沉積反應(yīng)器(也稱為“西門子反應(yīng)器”)中進(jìn)行。在最常使用的實(shí)施方式中，反應(yīng)器包括金屬底板(基板，base plate)和置于底板上的可冷卻的鐘罩(belljar)，從而在鐘罩內(nèi)形成反應(yīng)空間。底板設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣孔和用于分離反應(yīng)氣體的一個(gè)或多個(gè)廢氣孔，以及幫助在反應(yīng)空間內(nèi)固定支撐體并且向它們供應(yīng)電流的固定器。通常每個(gè)支撐體由兩個(gè)細(xì)垂直絲棒和通常在它們的自由端連接相鄰棒的水平橋組成。絲棒通過垂直插入存在于反應(yīng)器底座上的電極連接到電源。
[0005]通過打開用于反應(yīng)氣體(氫氣和前述含硅組分之一的混合物)流入反應(yīng)器的截止閥和用于廢氣流出反應(yīng)器的截止閥完成多晶硅的沉積。反應(yīng)氣體通過底板中的進(jìn)料孔流入密閉的沉積反應(yīng)器中。硅在其中沉積在通過直接通電加熱的細(xì)棒上。反應(yīng)器中形成的熱廢氣通過底板中的孔離開反應(yīng)器，且然后可以經(jīng)受處理操作，例如冷凝，或送至洗滌器。
[0006]高純多晶硅沉積在加熱的絲棒和水平橋上，結(jié)果其直徑隨時(shí)間增加。一旦已達(dá)到期望的直徑，停止該過程。然后通常將形成的多晶硅棒對(duì)冷卻至室溫。
[0007]獲得U形的多晶硅棒，其可以是幾米高并且可以是幾千千克重。
[0008]冷卻至室溫后，可以將硅棒從反應(yīng)器中移出。由于西門子法是分批進(jìn)行的，為此目的關(guān)閉反應(yīng)器，即中斷沉積時(shí)間。此時(shí)，關(guān)閉反應(yīng)氣體的截止閥并切斷電源。可以將沉積的多晶硅從打開的反應(yīng)器中移出。為打開反應(yīng)器，通常將上反應(yīng)器部(上部反應(yīng)器部件，上部反應(yīng)器區(qū)域，upper reactor sect1n)向上抬起來移除。
[0009]從經(jīng)濟(jì)角度看，使得拆卸和安裝時(shí)間盡可能短，以保持隨后的沉積批次之前的時(shí)間盡可能短是有利的。
[0010]必須以整體(兩根棒和一個(gè)橋)從反應(yīng)器卸除多晶棒對(duì)?？梢詫⑺械陌魧?duì)同時(shí)移出的整體收獲機(jī)(full harvester)也是已知的，如將在下文中說明的。
[0011]在不精確的移出的情況下，一個(gè)或多個(gè)棒或棒對(duì)可以在該過程中，或在，例如與車間、與反應(yīng)器的底板、或與其他棒或棒對(duì)接觸時(shí)傾倒并破碎。如果反應(yīng)器中存在若干棒，存在該批次中的所有棒將破裂，并由于破裂和可能的污染而不可用于進(jìn)一步加工的很高的風(fēng)險(xiǎn)。
[0012]在棒卸除之后，通常清潔反應(yīng)器的鐘罩和底板并且向反應(yīng)器提供新的電極和細(xì)棒，用于下一沉積批次。已經(jīng)關(guān)閉鐘罩之后，如上文描述的再次進(jìn)行用于沉積下一批次多晶硅的方法。
[0013]應(yīng)以避免棒的表面污染和最小化棒的破損這樣的方式實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的打開和棒的卸除。
[0014]JP7029045B描述了接近反應(yīng)器側(cè)部并將棒對(duì)抬出的拆卸搖桿。除了底板之外，該方法需要將反應(yīng)器完全拆卸。這里的風(fēng)險(xiǎn)是通過叉頭(prong)僅在電極處移出棒對(duì)。在此過程中，無法排除使棒對(duì)在錯(cuò)誤的方向上傾斜。不受控下落的棒對(duì)可以意味著不僅是碎片對(duì)員工的可觀的危害，而且如果該棒對(duì)將在反應(yīng)器中仍然保持直立的棒對(duì)也帶倒，則損失整個(gè)批次。
[0015]US 20120237678 Al公開了用于卸除多晶硅棒的裝置，包括具有外壁的主體，并且具有使得外壁圍繞棒的尺寸，每個(gè)外壁包括允許接近至少一根棒的門。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，內(nèi)壁襯有聚合物，以防止多晶硅棒的污染。
[0016]US 20100043972 Al公開了用于卸除多晶硅棒的另一種裝置，包括壁，所述壁包括內(nèi)壁、外壁和多個(gè)連接所述內(nèi)壁與所述外壁的壁連接器，形成在所述內(nèi)壁和所述外壁之間的腔體，形成在所述外壁中的進(jìn)入窗(access window)，底板，和置于所述底板上的多個(gè)觸點(diǎn)，其中所述內(nèi)壁和所述外壁是圓柱形并且同心的，所述腔體適合于接收置于所述觸點(diǎn)上的多個(gè)硅棒，并且所述進(jìn)入窗適合于提供接近硅棒。可以通過進(jìn)入窗將棒移出。
[0017]然而，問題是這種裝置在棒對(duì)之間具有較高的空間要求。然而，較高的空間要求對(duì)于達(dá)到高經(jīng)濟(jì)可行性(實(shí)現(xiàn)較高的最終直徑)是不利的。
[0018]上述裝置另外的缺點(diǎn)是，在棒豎立歪斜的情況下或在批次部分倒塌的情況下(其并非是罕見的事件)，是不可能使用它們的。
[0019]這還適用于DE 10 2009 027 830 B3要求保護(hù)的，用于從反應(yīng)器中移出多晶硅棒的方法，其包括用基于校準(zhǔn)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)輔助的確認(rèn)法，在打開的反應(yīng)器上運(yùn)行剛性且自動(dòng)化的引導(dǎo)件，并且借助機(jī)械或氣動(dòng)夾持裝置抓住棒對(duì)，并且然后將它們?cè)趥鬏斞b置中放倒。
[0020]JP 63296840 A公開了用于從沉積反應(yīng)器中卸除硅棒的裝置，其中將單個(gè)棒對(duì)借助夾具固定并抬出反應(yīng)器側(cè)部。JP 2002210355 A同樣公開了用于卸除硅棒的裝置，包括在三維中可活動(dòng)的臂，并且在其端部具有安裝的夾具裝置，其可用于將硅棒抬出反應(yīng)器。
[0021]這兩種裝置的缺點(diǎn)是，僅可以由外向內(nèi)將棒從完全打開的反應(yīng)器中移出的事實(shí)。有時(shí)期望的，例如從棒圈內(nèi)部，選擇卸除特定硅棒用描述的裝置是不可能的。
[0022]另一缺點(diǎn)是，該系統(tǒng)必須手動(dòng)運(yùn)作，而該多軸系統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)配是非常困難的。結(jié)果，沒有相對(duì)常規(guī)的移出裝置實(shí)現(xiàn)時(shí)間優(yōu)勢(shì)。另一缺點(diǎn)是，當(dāng)棒被抬出時(shí)，作用于該構(gòu)造上較強(qiáng)的彎曲力。在卸除過程中，必須施加特定的拉力，其在棒脫離時(shí)引起臂彎曲。該臂在卸除時(shí)的彎曲可以導(dǎo)致相鄰的棒對(duì)被碰觸并被卸除工具撞倒。然而，此系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是，為了卸除，所有的棒必須至少部分處于空曠空間中以被夾臂抓住。如果一個(gè)或多個(gè)棒傾倒，這將不可避免地導(dǎo)致硅的污染并且甚至可能造成員工的嚴(yán)重受傷。
[0023]US 20120175613 Al公開了用于生產(chǎn)多晶硅片的方法，由通過在一端附接至第一電極且另一端附接至第二電極的絲線上沉積硅，用于生產(chǎn)多晶硅棒的CVD過程，和用于將多晶硅棒從反應(yīng)器中移出的過程，以及用于將硅棒粉碎為硅片的過程組成，其包括在粉碎過程之前從多晶硅棒的電極端去除至少70mm(底部縮短過程)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在移出反應(yīng)器之前，用袋狀的聚乙烯組件覆蓋多晶硅棒的表面。移除本身可以借助吊車(起重機(jī)，crane)等實(shí)現(xiàn)。
[0024]在現(xiàn)有技術(shù)中公開的流程和使用的裝置具有的缺點(diǎn)在于，在卸除過程中必須始終抬起反應(yīng)器部分，使得棒對(duì)至少暫時(shí)暴露地豎立在底板上，沒有東西防止它們傾倒。這構(gòu)成了相當(dāng)大的安全風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榘艋虿糠职魞A倒可以對(duì)在沉積車間中或旁邊工作的員工造成相當(dāng)大的傷害。卸除應(yīng)當(dāng)通過反應(yīng)器中另外的上凸緣(法蘭，f I ange)進(jìn)行，存在相應(yīng)沉積車間的鐘罩在棒的卸除完成之前無法清潔的缺點(diǎn)。在此流程中，批次轉(zhuǎn)換(沉積-空閑時(shí)間)所需的時(shí)間比如果可以同時(shí)清潔鐘罩，并且如果不需在卸除之后等待清潔完成要高得多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]本發(fā)明的目的是提供用于在單個(gè)車間中，包括在綜合車間系統(tǒng)中，用最小的批次轉(zhuǎn)換時(shí)間分批生產(chǎn)高純度多晶硅的方法，其避免或克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
[0026]該目的是由用于生產(chǎn)多晶硅的方法實(shí)現(xiàn)的，所述方法包括將包含含硅組分和氫氣的反應(yīng)氣體引入包括至少一個(gè)由直接通電加熱的支撐體的反應(yīng)器中，在其上沉積多晶硅，從而獲得至少一個(gè)多晶硅棒，其中，在沉積結(jié)束之后，在卸除至少一個(gè)多晶硅棒的過程中在反應(yīng)器周圍放置防護(hù)罩或防護(hù)壁(防護(hù)墻，protective wa 11)。
[0027]在沉積過程中，通常將反應(yīng)器氣密地密封。
[0028]支撐體通常是包括兩根硅棒和水平橋的U形支撐體。在沉積過程中，支撐體的直徑增長(zhǎng)。因此在多晶硅的沉積過程中，硅棒對(duì)形成在支撐體上。
[0029]反應(yīng)氣體，也就是含硅組分(其是，例如氯硅烷如三氯硅烷)和氫氣，通過進(jìn)料管線引入反應(yīng)器。
[0030]沉積產(chǎn)生包含尤其是四氯化硅的廢氣，通過移除管線將其移出反應(yīng)器。
[0031]一旦已經(jīng)獲得期望的硅棒對(duì)的最終直徑，通常終止沉積，也就是通過中斷電力供應(yīng)并停止反應(yīng)氣體的供應(yīng)。為了該目的，在用于反應(yīng)氣體的進(jìn)料管線中通常存在截止閥。
[0032]在棒的卸除開始之前，首先優(yōu)選地將來自上反應(yīng)器部的連接移出反應(yīng)器。
[0033]在本方法的第一優(yōu)選實(shí)施方式中，在移除來自上反應(yīng)器部的連接之后，在沉積反應(yīng)器周圍放置防護(hù)罩。隨后，具體地通過將上反應(yīng)器部抬離，移除上反應(yīng)器部。
[0034]在第二優(yōu)選實(shí)施方式中，設(shè)想將防護(hù)元件放置在上反應(yīng)器部上。當(dāng)上反應(yīng)器部在其已從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)脫離之后被抬離時(shí)，也將這些防護(hù)元件向上拉。配置防護(hù)元件使它們?cè)谏戏磻?yīng)器部已經(jīng)抬離至一定程度后完全圍繞多晶硅棒對(duì)。一旦達(dá)到這種情況，將防護(hù)元件連接至基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，也就是反應(yīng)器的底板，并從上反應(yīng)器部脫離。在本發(fā)明的方法中設(shè)想使防護(hù)元件形成防護(hù)壁。
[0035]在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，設(shè)想可移動(dòng)且可折疊的防護(hù)罩或防護(hù)壁，其可以移動(dòng)至反應(yīng)器的側(cè)部上，并