[发明专利]测定表面温度的方法

说明书

本发明的主题是一种用于在沉积工艺期间测定化学气相沉积反应器中的至少一个硅棒的表面温度的方法，其中测量装置A测定设置在硅棒上的测量区域中的表面温度，并且测量装置B连续地或不连续地确定所述硅棒的至少一个直径和/或布置在反应器中的至少一个其它硅棒的至少一个直径，测量区域的大小和/或位置根据所确定的一个或多个直径进行适配。本发明的另一主题是一种用于测定表面温度的设备以及包括该设备的反应器。

本发明涉及一种用于在沉积工艺中测定化学气相沉积反应器中至少一个硅棒的表面温度的方法。本发明还涉及一种用于测定表面温度的装置，以及一种包括这种装置的反应器。

多晶硅(polysilicon)用作例如坩埚提拉(Czochralski工艺)或区熔(浮区工艺)生产单晶硅的原材料。单晶硅可被锯成晶片，并且经过很多其他加工步骤之后，可以用于半导体工业中以制造电子元件(芯片)。

另外，需要多晶硅用于通过例如块铸工艺生产多结晶硅(multi-crystallinesilicon)。以块体形式获得的多结晶硅可用于制造太阳能电池。这通常通过将硅块锯成矩形晶片来完成。

多晶硅通常通过Siemens工艺(化学气相沉积工艺)生产。在该工艺中，在钟形反应器(Siemens反应器)中，通过电流的直接通过来加热硅的细丝棒(细棒)，并引入包含含硅组分和氢的反应气体。所述含硅组分通常是甲硅烷(SiH₄)或一般组成为SiH_nX_4-n(n＝0、1、2、3；X＝Cl、Br、I)的卤代硅烷。此处的常规组分是氯硅烷或氯硅烷混合物，通常是三氯硅烷(SiHCl₃，TCS)。主要使用的是SiH₄或SiHCl₃与氢气的混合物。典型的Siemens反应器的结构描述于例如EP 2 077 252 A2中。

反应器底板通常容纳接收细棒的电极。通常，两个细棒各自通过桥连接以形成细棒对或U形棒(一对细棒具有倒U形)，它们通过电极形成电路。细丝棒的表面温度通常高于1000℃。这些温度导致反应气体的含硅组分的分解，并且元素硅以多晶硅的形式从气相沉积到棒表面上(化学气相沉积，CVD)。这导致细棒的直径增加。当达到规定的直径时，通常停止沉积，并卸下所得的U形硅棒。移除桥接之后，获得大致圆柱形的硅棒。

硅棒的表面温度是重要的影响参数，通常在沉积期间中对其进行监测，并可以通过改变电流的通过来对其进行调整。原则上，由于硅棒的直径和因此表面积的增加，离开硅棒的热流与沉积时间成比例地增加。因此，在沉积过程中，通常需要适配电流强度。表面温度过高原则上导致硅粉尘的过量形成，而表面温度过低导致沉积延迟或根本没有进一步的沉积。此外，表面温度决定了硅棒的表面性质，从而决定了硅棒的质量。较高的温度通常确实导致硅棒的更快速生长，但随着温度的升高，表面不平整的现象会增加。

用于测量硅棒表面温度的一种已知技术是使用高温计，例如辐射高温计。一般而言，高温计基于在特定波长或特定波长范围内发射的辐射强度来测量表面上的测量点的温度。由于反应器内部的热量，原则上从反应器外部进行测量，其中通过安装在反应器壁中的观察窗检测辐射。为了确保不间断的辐射通过，观察窗通常配备有专门的光学器件。

与仅测定一个测量点的温度有关的普遍问题是多晶硅棒的表面性质。理想的测量结果只能在平整的表面上实现。然而，实际上，硅棒的表面可能出现沟槽和凸起，它们的表面温度可能大不相同。

EP 2 391 581 B1公开了一种用于测量硅棒的直径和表面温度的方法。在该方法中，使用可绕平行于硅棒的纵轴的旋转轴水平旋转的高温计，随时间进行温度测量，并且同时通过水平旋转来测量厚度的增长。因此，在水平线上进行多个温度测量。