[发明专利]一种半导体材料棒材的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体材料棒材的制造方法。更具体而言，本发 明涉及一种在芯棒上通过热沉积法使半导体材料生长而制造所述半 导体材料棒材的方法。

背景技术

化学气相沉积法目前已广泛应用于制造半导体材料棒材，比如多 晶硅棒材，其中以西门子法多晶硅棒材的生产方法最为典型。

根据该西门子法多晶硅的生产方法，将直径7-10mm细的高纯硅 芯(硅芯棒)安置在钟形还原炉内，在硅芯上直接通入电流而对其进 行加热，使硅芯温度保持在800-1200℃，然后将一定比例的氢气和硅 化合物混合气通入还原炉内，通过使氢气和硅化合物的气相化学反应 而生成的硅沉积在炽热的硅芯表面，由此使硅芯逐渐生长成为直径 120-160mm的多晶硅棒材。

其他半导体材料棒材也可以按照类似的化学气相沉积法进行制 造，比如锗棒材等。

然而，在这类化学气相沉积方法中，由于芯棒(比如硅芯)的电 阻率很高，因此为了使其能够导电从而被电流加热，必须首先对其施 加高压(通常为15,000V至16,000V左右)进行电击穿，所以高压启 动(高压击穿)通常是该类方法中必不可少的步骤。由此，为了进行 该高压启动步骤，半导体材料棒材的生产设备一般都额外配备有高压 启动设备。结果是，该高压启动设备不但增加了棒材生产设备的投资 和维护成本，对生产设备的绝缘水平提出了较高的要求，并且尤其存 在着电能耗大的问题。

为了解决该问题，现有技术提出了一种半导体材料棒材的改良型 生产方法。根据该方法，使用经掺杂而降低了电阻率的硅棒作为芯棒。 由于该经掺杂的芯棒的电阻率较本领域通常使用的高纯硅芯棒更低， 因此可以实现降低启动电压(击穿电压)的目的。但是，该方法的缺 点是，最终获得的多晶硅棒材产品的纯度因该掺杂而受到不良影响， 特别是对于生产电子级多晶硅产品而言，应该尽量避免这种不良影 响。

由于半导体材料(比如硅)的电阻率随温度上升而下降，因此如 果预先采取措施而将所述硅芯棒进行预热(比如预热到100℃以上)， 则该硅芯棒的电阻率就会降低，甚至大幅降低，从而可以减小启动电 压，或者使得高压启动容易进行(比如参见非专利文献1：西门子法 生产纯硅工艺流程的发展，潘裕详，稀有金属，第04期，第72-75 页，1985年)。为此，专利文献1(美国专利US 4,179,530)通过在 用于生产硅棒材的还原炉顶部设置了一个可移去的加热装置，以便利 用该加热装置来预热硅芯棒，从而降低该硅芯棒的启动电压。

但是，该专利文献1中所建议的方法需要为半导体材料棒材的生 产设备增加额外的电加热装置，不但增加了该生产设备的投资成本和 维护成本，而且为了实现该方法，必须采用经过重新设计的生产设备， 从而无法直接使用现有的棒材生产设备，由此存在生产适应性差的问 题。另外，由于该额外的加热装置也需要消耗大量的电能，因此该方 法实质上是否能够降低棒材的生产能耗还尚未可知。

因此，本领域目前的现状是，仍旧希望开发一种半导体材料棒材 的制造方法，其能够直接利用现有的半导体材料棒材生产设备，因此 不会增加现有半导体材料棒材生产的投资成本和维护成本，而且实质 上降低了该生产的能耗，同时实现降低启动电压和维持半导体棒材高 纯度的目的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明人进行了深入的研 究，结果发现，如果利用工业上作为废物处置的热废气作为热源来预 热半导体芯棒时，不但可以解决现有技术中存在的前述问题，而且还 可以实现废热利用，由此完成了本发明。

具体而言，本发明涉及一种在芯棒上通过热沉积法使半导体材料 生长而制造所述半导体材料的棒材的方法，包括：(1)对所述芯棒直 接施加电流，将其加热到所述半导体材料的气态前体的热解温度或更 高的温度；和(2)在所述芯棒保持该温度的条件下，使所述加热的 芯棒与所述半导体材料的所述气态前体直接接触，通过所述气态前体 在所述芯棒的表面上发生热解反应而形成所述半导体材料，由此使得 所述半导体材料热沉积在所述芯棒上，其中，还包括在对所述芯棒直 接施加电流之前，使热废气与所述芯棒直接接触，而将其预热至 100-500℃的步骤。