本发明专利技术是一种在化学气相沉积炉内快速沉积生长多晶硅的方法和装置。所述方法和装置是在化学气相沉积反应炉内，采用成组的硅芯（1）或硅板和横梁（2）连接形成片（板）状的倒U型装置，这种大表面积的装置既作为含硅气体沉积生产多晶硅的初始基体，又作为电发热体，使反应炉启动后可以迅速进入大电流、大混合气体流量和大固气接触面的状态，从而应炉内多晶硅快速沉积生长。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术是一种在化学气相沉积炉内快速沉积生长多晶硅的方法和装置。所述方法和装置是在化学气相沉积反应炉内，采用成组的硅芯（1）或硅板和横梁（2）连接形成片（板）状的倒U型装置，这种大表面积的装置既作为含硅气体沉积生产多晶硅的初始基体，又作为电发热体，使反应炉启动后可以迅速进入大电流、大混合气体流量和大固气接触面的状态，从而应炉内多晶硅快速沉积生长。【专利说明】一种多晶硅快速沉积的方法和装置
一种多晶硅快速沉积的方法和装置涉及在化学气相沉积反应炉内，用含硅气体或 者含硅气体与氢气的混合气体生产多晶硅的工艺技术。多晶硅是光伏电池、半导体器件的 核心基础材料。
技术介绍
目前，生产多晶硅的主流技术是改良西门子法，在改良西门子法生产多晶硅的过 程中，在各种对棒的钟罩式（9对棒及以上）的反应炉中，采用安装在反应炉底盘上的电极 (4)石墨基座（3 )上的硅芯（1)和横梁（2 )搭接组成倒U形的硅芯（1)对。它既作为保证还 原反应温度的电发热体，又作为多晶硅沉积生长的基体，如图1所示。 在钟罩式反应炉中，根据工艺要求安装有多对由2支硅芯（1)和横梁（2)连接形成 倒U形的硅芯对（图1)。反应炉启炉时，通过反应炉底盘上的电极（4)向倒U形的硅芯对加 上10KV左右的高压电，经过一定时间后硅芯（1)就会被击穿，流过硅芯对上的电流值逐渐 增大。此时，控制电流值大小，将硅芯⑴上的温度在1020-1150°C。待到反应炉内的所有 倒U形硅芯对全部被击穿，并加热到1020- 1150°C时，反应炉启炉完毕，打开氢气和三氯氢 娃气体的进气阀。此时，氢气和三氯氢娃气体开始在娃芯（1)表面发生气相化学反应，娃在 硅芯（1)表面沉积，多晶硅开始在硅芯（1)上生长，随着反应时间的增长硅棒的直径逐渐增 大，待到硅棒直径达到工艺要求时，关闭混合气体进气阀，断开此反应炉的电源，反应炉停 炉。正常情况下，反应炉停炉时硅棒直径为110- 200mm，反应炉的生产周期为100- 250小 时。 由于反应炉内，氢气和三氯氢娃在娃芯（1)表面的反应和娃在娃芯（1)上的沉积， 牵涉一系列的化学反应、硅原子穿透固体(硅芯或硅棒)表面的气体边界层、硅原子在气-固 表面的晶体生长过程。根据气-固反应原理，影响气-固反应的因素主要有反应温度、压力、 气相组分、固体表面积和气体流速等。换句话说，反应炉内，多晶硅在硅棒上的沉积速率主 要受反应炉内的温度、压力、气相组分、硅棒的表面积、气体流量的影响。目前，在多晶硅的 生产过程中，反应炉内的温度、压力、气相组分基本上是恒定的。但是，硅棒的表面积则是随 着硅棒直径的变化而变化的(表面积变化速率是直径的变化速率的3. 14倍)。在反应炉运 行的初始阶段，硅棒的直径很小，即硅棒的表面积很小，多晶硅的沉积速率就很小。 因此，增大反应炉内多晶娃沉积生长基体的初始表面积是提1?反应炉内多晶娃沉 积速率的途径之一。例如1，专利CN101432460A公布了采用大面积的硅管取代2支硅芯 (1)和横梁（2)连接形成倒U形的硅芯（1)对（图1)的方法来制备多晶硅，由于硅管的初始 表面积比硅芯（1)的大得多，因而可以提高多晶硅的初始沉积速率。但是，该方法存在以下 缺点：①在反应炉装炉时，硅管中的空气在反应炉启动前不易被除尽，会形成潜在的安全 和质量隐患。轻微时降低多晶硅产品的质量，严重时导致生反应炉爆炸。②硅管需要采用 特定方法和设备来制备，其生产成本不得而知，且会造成现有大量硅芯（1)制造设备闲置。 例如2, CN201010604262公布了一种增加多晶硅反应炉硅芯根数的方法和装置。该方法是 在一个电极（4)石墨基座（3)上，用2根及以上的硅芯（1)均匀分布在电极（4)的不同直径 的同心圆上，再用石墨做横梁（2)将电极（4)对上的另一石墨基座上的硅芯（1)相连接。该 方法和装置能提高多晶硅的初始沉积面积，从而提高多晶硅的沉积速度。但是，该方法存在 如下缺点：①硅芯（1)在多晶硅沉积生长成大直径的硅棒的过程中，硅棒中心会存在较大 的空洞，空洞中充满着危险化学品(氢气、含硅气体、氯化氢等)。这会形成多晶硅棒出炉、存 放或后处理过程中的安全隐患。②石墨做硅芯（1)连接横梁（2)，会增加多晶硅产品中的 碳含量，从而降低产品质量。 因此，仍需要一种增大多晶硅初始沉积基体表面积的方法和装置。该方法在保证 产品质量不降低和不造成安全隐患的条件下，既能大幅度地提高多晶硅的初始沉积速率， 又能避免造成大量现有设备的闲置，降低多晶硅的生产综合成本。
技术实现思路
本专利技术是一种多晶硅快速沉积的方法和装置。采用本方法和装置，在保证产品质 量和不形成安全隐患的条件下，解决多晶硅初始沉积生长慢的技术问题。 本专利技术采用的技术方案是：在一个石墨基座（3)上，坚直安置一组并行排列的硅 芯（1)或一片硅板，通过较短的硅质横梁（2)连接另一个石墨基座（3)上的按相同方式安 置的一组娃芯（1)或一片娃板，构成一个倒U形装置（图2)。石墨基座（3)放置在电极（4) 上，电极（4)安装在反应炉的底盘上。这样的片状倒U形装置（图2)安置在两个电极（4) 上，此两个电极（4)互成电极（4)对，分别与电源连接。用这种的片状倒U形装置（图2)作 为多晶硅沉积生长的初始基体（电发热体)，代替化学气相沉积反应炉中由2支硅芯（1)和 横梁（2)搭接组成倒U形的装置（图1)，就可以成倍地提高多晶硅沉积生长基体的表面积和 承载电流能力，或者说成倍地提高多晶硅棒的初始沉积速率，从而使反应炉内的含硅气体 与氢气反应或者含硅气体裂解产生的多晶硅快速沉积生长，实现反应炉高效节能地生产运 行，最终达到降低成本的目的。 其中，所述成组的娃芯（1)是：①米用3 -13支Φ (5 -10) mm的圆形娃芯（1)成 一组，硅芯（1)下端是有一定锥度的小圆柱，硅芯（1)上端是有一小台阶的小圆柱，如图3所 示；②采用3 -13支横截面为厚（5 - 10)X宽（5 - 10)mm的方形硅芯（1)为一组，硅芯（1) 下端是有一定锥度的小圆柱，硅芯（1)上端是有一小台阶的小圆柱，如图3所示。 其中，所述娃板是：①横截面为厚（5-10) X宽（30-130) mm的长娃板，娃板下 端有多个小圆柱，上端也有多个小圆柱。如图4所示；②横截面为厚（5 -10) X宽（30- 130) mm的长硅板，硅板上下两端有一凸出的小台阶，小台阶两端是半圆柱形，如图5所示。 其中，所述连接硅芯（1)或者硅板的横梁（2)是：①横截面为厚（5 - 10)mmX宽 (30- 150)mm的短硅板，两端均开有一组小圆孔，如图6所示；②横截面为厚（5 - 10)mmX 宽（30-150) mm的短硅板，两端均开有一个两端为半圆柱形的条形槽孔，如图7所示。 其中，所述安置硅芯（1)的石墨基座（3)是：下端开有与电极（4)同心的锥形圆洞， 上端开有通过圆心、沿着直径方向对称分布的插入硅芯（1)的多个小圆锥或圆孔，如图8所 /_J、1 〇 其中，所述安置硅板的石墨基座（3)是：①下端开有与电极（4)同心的锥形圆洞， 上端开有通过圆心、沿着直径方向对称分布的嵌入硅板本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多晶硅快速沉积的方法和装置是：在密闭的化学气相沉积反应炉内，在一个石墨基座（3）上，竖直安置一组并行排列的硅芯（1）或一片硅板，通过较短的硅质横梁（2）连接另一个石墨基座（3）上的按相同方式安置的一组硅芯（1）或一片硅板，构成一个片（板）状的倒U形装置（图2）；石墨基座（3）放置在电极（4）上，电极（4）安装在反应炉的底盘上；这样的片（板）状倒U形装置（图2）安置在两个电极（4）上，此两个电极（4）互成电极（4）对，分别与电源连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐泽庆，
申请(专利权)人：徐泽庆，
类型：发明
国别省市：四川;51
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