[发明专利]一种干法清洗多晶硅还原炉的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种干法清洗多晶硅还原炉的方法，属于半导体设备制造技术领域。

背景技术

随着人类文明的发展，人口的增长，资源枯竭、环境污染和能源危机等不断加剧，与化石燃料相比，太阳能取之不尽、用之不竭；与核能相比，太阳能极其安全；与水能、风能相比，利用太阳能的环境成本较低，且不受地域限制。全球太阳能光伏产业是在技术进步和政策法规的强力推动下，自本世纪起步入了快速发展阶段。太阳能级多晶硅(Solar-Grade Polysilicon)是光伏产业的基础原料，在未来的10～20年内，还不大可能有其他材料能够替代晶硅材料而成为光伏产业的主要原材料。过去的10年内，全球太阳能电池片产量呈现爆发式增长，直接拉动了多晶硅需求的迅猛增长，虽然目前行业尚不景气，但是长期前景被普遍看好。

目前，国内外生产多晶硅的主要工艺技术有改良西门子法、硅烷法(REC法)、冶金法(物理法)等，其中改良西门子法被公认为是多晶硅提纯最为成熟的工艺技术，同时也已经被绝大多数厂商所采用。多晶硅还原炉是改良西门子法生产多晶硅的核心设备，也是决定系统产能、能耗、环保指标，以及可靠性、安全性的关键因素。多晶硅还原炉钟罩上沉积的硅薄膜层的清洗周期是以生产批次计算，如果钟罩清洗不干净、光洁度不够，常常导致硅芯击不穿或产品质量污染等。当前热碱液法清洗是主流的方法，其工艺为：还原炉钟罩到位→预清洗→清洗剂(碱液)清洗→漂洗→高纯水冲洗→净化热空气干燥→常温干燥→钟罩吊走。此方法存在基建成本大、来回搬运钟罩、洗涤时间长、清洗不完全、三废处理等问题。虽然目前出现了高压水流清洗、酸洗和人工清洗等其他方法，但是没有从根本上解决上述问题。

等离子体清洗是干法清洗的一种，是依靠处于“等离子态”物质的“活化作用”达到去除物体表面污渍的目的，目前已经在半导体制造、微电子封装、塑料和陶瓷等表面活化、精密机械等行业得到了普遍应用。

美国专利US2009/0071505Al公开了一种IC工业中清洗反应腔内沉积的高k材料的方法，采用氯化物和氟化物的混合气进行清洗金属氧化物，比如HfO₂，尚未涉及等离子体清洗或者硅薄膜。

公开号为CN102357493A的中国专利公开了一种多晶硅还原炉炉筒清洗方法，通过人工方法利用大量水和化学药品清洗内壁，既会产生大量的废水，还需要耗费大量的人力。

文献“等离子体技术在多晶硅还原炉的应用”公开了等离子体技术在多晶硅还原炉的应用，在等离子体发生器对还原炉内部进行加热的条件下，对炉内温度场进行了试验测试表明等离子体加热技术在多晶硅还原炉中有着良好的加热应用效果。然而，该文章尚未提及等离子体在清洗还原炉内部沉积的硅薄膜，仅仅提及等离子体的加热效应，而不是不化学效应。

多晶硅还原炉清洗中，尚未有用等离子体清洗的系统性研究和实际应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高效、快速、自动化程度高的采用等离子体清洗多晶硅还原炉的方法，以大幅降低前期基础建设的投入，减少大量的能源和原材料消耗，同时避免三废的处理。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种干法清洗多晶硅还原炉的方法，其特征在于：将多晶硅还原炉与等离子体发生器相连，使等离子体发生器产生的等离子体在设定的温度和压强条件下与多晶硅还原炉钟罩内壁沉积的硅薄膜反应，同时监测反应产物的成分变化，并通过吹扫抽离反应产生的气体产物，达到清洗多晶硅还原炉的目的；具体包含如下步骤：

步骤一：排出多晶硅还原炉内的所有残余气体；

步骤二：以气体氟化物作为清洗气体，使其在等离子体发生器中形成等离子体；

步骤三：使等离子体进入多晶硅还原炉钟罩内，并与沉积在多晶硅还原炉钟罩内壁上的硅薄膜发生化学反应，反应产生的气体产物中含有SiF₃、SiF₄；

步骤四：采用气体成分监测设备对SiF₃的量进行监测，从而监测多晶硅还原炉钟罩内壁沉积硅的反应状况；

步骤五：当多晶硅还原炉钟罩内壁沉积的硅被反应完全后，即混合气体中SiF₃的含量接近零值且趋于平稳，抽出多晶硅还原炉钟罩中的气体，然后通入N₂对多晶硅还原炉钟罩进行吹扫，再次将多晶硅还原炉钟罩中的气体抽离，完成多晶硅还原炉钟罩的清洗。