[发明专利]沉积多晶硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种沉积多晶硅的方法。 

背景技术

在通过对氯硅烷例如三氯硅烷或二氯硅烷进行化学气相沉积来制备多晶硅的时候，在炽热的硅表面例如棒(西门子法)或颗粒(流化床法)上分解气体，由此在主要反应中将硅沉积在热表面上，并生成副产物四氯硅烷。由三氯硅烷沉积多晶硅是基于氯硅烷的热平衡过程。例如，在三氯硅烷沉积中，根据反应条件，发生以下主要反应： 

4SiHCl₃----＞3SiCl₄+Si+2H₂或 

4SiHCl₃+2H₂----＞3Si+SiCl₄+8HCl。 

可以从硅沉积反应器的尾气中冷凝成液体(尾气冷凝物)的氯硅烷化合物根据沉积条件除了二氯硅烷、三氯硅烷和四氯化硅之外，还包括0.001-3重量％的高沸点氯硅烷，所述高沸点氯硅烷在下文中也称为高沸点化合物，其在副反应中生成。高沸点氯硅烷是包含硅和氯的、并含有或不含有氢、氧和碳的化合物，其具有比四氯硅烷(57℃/1013hPa)更高的沸点。它们优选是式H_nCl_6-nSi₂(n＝0-6)的二硅烷、式H_2n-mCl_mSi_n(n＝2-∞，优选为2-4，且m＝0-2n)的低聚(氯)硅烷、式H_nCl_6-nSi₂O(n＝0-4)的二硅氧烷、式H₃Si-[O-SiR₂]_n-O-SiH₃(n＝1-4，优选1或2；R独立地为H、Cl或CH₂)的硅氧烷、和式为如下的环状低聚硅氧烷及其甲基衍生物： 

在典型的组成中，这些高沸点氯硅烷由约50重量％的Si₂Cl₆、大于34重量％的Si₂HCl₅、10重量％的Si₂H₂Cl₄(2个同分异构体)、5重量％的Si₂H₂Cl₃(2个同分异构体)、和小于1重量％的更高沸点的氯硅烷成分组成。 

对多晶硅沉积的尾气的处理，已知有各种方法：DE2918066公开了一种方法，其中将在多晶硅沉积的冷凝物中获得的所有氯硅烷都重新供回到沉积的反应气体中。这个方法具有的严重缺陷是非常低的硅沉积速率，这是由反应气体平衡中产生的四氯硅烷浓度非常高造成的，使得该沉积方法很不经济(W.C.O′Mara，R.B.Herring，L.P.Hunt，Handbook of SemiconductorSilicon Technology，ISBN 0-8155-1237-6，p.77，1990)。 

在商业上应用的被称为西门子法的方法用于通过三氯硅烷沉积来制备棒状多晶硅，因此常规上是从尾气中提供沸点低于三氯硅烷的氯硅烷以及未反应的三氯硅烷返回到西门子沉积反应器中来制备多晶硅。得到的四氯硅烷通过蒸馏从尾气流中分离出来，然后或者转化为三氯硅烷(Motorola，US3,933,985)，或者用作其它化学产品例如热解沉积二氧化硅或四乙基硅酸盐的起始材料(参照Handbook of Semiconductor Silicon Technology，ISBN0-8155-1237-6，p.72，1990)。另外得到的高沸点化合物或者被处理掉(例如US 4,252,780)或者转化为单体。这通过四氯硅烷和氢的反应，或者通过用HCl裂解来完成(Osaka Titanium，JP Hei 1-188414；Tokuyama，JPH09-263405；Union Carbide，US 4,340,574；Hemlock，WO 02/100776 A1)。 

同样已知的是，高纯度六氯二硅烷(H₂Si₂Cl₆)可以从多晶硅沉积的尾气中分离出来(WO2002012122)。但是，分离出这些高沸点馏分用作特定的晶体取向生长或制备硅聚合物的起始材料是十分复杂的。