[发明专利]一种均匀生长区熔级多晶硅棒的方法

说明书

本发明公开了一种均匀生长区熔级多晶硅棒的方法。硅烷热解的分解炉由钟罩、硅棒、冷却夹套、石墨电极、进出口构成，本发明提供了制备多晶硅棒的最佳热通量、压力、进口流量、硅烷比率、冷却夹套的温度和硅烷原料的预热温度，以保证硅棒在炉内的均匀生长、硅烷原料得到有效利用，有效抑制硅烷均相反应，减少硅粉的产生。

技术领域

本发明涉及多晶硅制备技术领域，具体涉及一种均匀生长区熔级多晶硅棒的方法。

背景技术

随着光电技术的迅速发展，工业硅已经成为通讯。半导体行业的支柱产业，出现了供不应求的前景，现今世界上工业硅生产主要使用改良西门子方法，此方法存在能耗高和污染重的问题，因此硅烷热分解法制备工业硅是取代改良两门子法的必然趋势。

硅烷法能够使硅烷进行热分解制备得到多晶硅。反应的温度低，原料是气体硅烷容易提纯，杂质的含量可得到较好的控制。硅烷法所制备的多晶硅棒，结晶的形状非常致密，结晶的粒径比三氯氢硅工艺制备的小的多。硅烷和热分解的产物都无腐蚀性，这样就避免对设备腐蚀及硅的腐蚀沾污现象，有更广阔的前景。

目前现有的硅烷法制取工业硅是硅棒由硅芯通电发热，硅烷进入分解室后，一部分硅烷接触硅棒表面，在硅棒表面发生异相反应，生成沉积硅；另一部分未与硅棒表面接触，在一定浓度和温度下会发生均相反应形成硅粉尘，沉积在分解室各个部位；剩余未分解部分最后随尾气排出。然而在分解室中制备硅烷时每一步的转换效率都比较低，硅烷原料得不到有效利用。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种均匀生长区熔级多晶硅棒的方法，并且改造优化了硅烷热解法制备硅棒的炉结构，以保证硅棒在炉内的均匀生长，使硅烷原料得到有效利用。

本发明所采用的技术方案的主要思路：原料气体以0.2-0.6m/s的速度从进口进入分解炉；所述的原料气为硅烷和氢气的混合气体，硅烷的最佳体积分率为0.3-0.6。冷却夹套的最佳温度为350-450K。石墨电极接通高压电，使得硅棒在电流的作用下发热，通过控制硅棒表面的热通量，使硅烷有效分解成多晶硅，在硅棒表面沉积，硅棒表面的最佳热通量为40-60W/m²；为使进口处的硅沉积均匀，需要将原料气体进行预热，预热温度为400-500K；为有效抑制硅烷热解的均相反应，炉内的最佳气压为0.3-0.6MPa；最后分解反应的尾气从出口排出。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种均匀生长区熔级多晶硅棒的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将原料气体进行预热，预热温度为400-500K；

S2：将反应炉内的温度调至350-450K；

S3：将反应炉内的气压调至0.3-0.6MPa；

S4：原料气体以0.2-0.6m/s的速度进入反应炉；

S5：将反应炉中的石墨电极接通高压电，使得原料气体发生反应，在硅棒表面沉积形成区熔级硅棒；

S6：将反应后的尾气从反应炉中排出。

进一步的，所述原料气体为硅烷和氢气的混合气体，硅烷的体积分率为0.3-0.6。

进一步的，所述硅棒表面的热通量为40-60W/m²。

进一步的，所述的一种均匀生长区熔级多晶硅棒的方法得到区熔级多晶硅棒。

进一步的，所述反应炉包括钟罩、入口、出口、底座和反应结构，所述钟罩设于底座上，底座上设有出口和入口，入口上设有反应结构。

进一步的，所述反应结构包括硅棒、冷却夹套和石墨电极，所述石墨电极上设有硅棒，硅棒上套设有冷却夹套。