TW201345836A - 多晶矽棒和其生產方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種具有至少150毫米的總直徑的多晶矽棒,包括在細棒周圍具有0至低於0.01的孔隙率的核心(A),和至少二個隨後的區域B和C,該區域B和C的孔隙率以1.7至23的因數不同,外部區域C比區域B的孔隙率低。
Description
本發明係關於多晶矽棒,以及用於生產多晶矽棒的方法。
多晶矽(Polycrystalline silicon)(簡稱polysilicon)作為一起始材料使用於藉由柴可斯基法(Czochralski)(CZ)或區域熔煉法(FZ)生產用於半導體的單晶矽,並且使用於藉由各種拉製(drawing)和鑄造方法生產單晶矽或多晶矽,該單晶矽或多晶矽係使用於生產光伏打太陽能電池。
通常,藉由西門子法(Siemens process)生產多晶矽。
在此方法中,在鐘型反應器(“西門子反應器”)中,藉由直接通電加熱支持體(support body),其通常是矽的細絲棒(細棒),並且引入含氫和一種或多種含矽組分的反應氣體。
通常,所使用的含矽組分係三氯矽烷(SiHCl3,TCS)或三氯矽烷與二氯矽烷(SiH2Cl2,DCS)及/或與四氯矽烷(SiCl4,STC)的混合物。使用甲矽烷(SiH4)也是已知的。
通常,將細棒垂直地插入存在於反應器底部(base)的電極中,其通過電極被連接到電源上。經由水平橋(其同樣由矽製成)將每兩個細棒連接並形成矽沉積的支持體。橋連(bridge coupling)產生常見的U形的支持體。
在加熱的細棒和水平橋上沉積高純度多晶矽,結果其直徑隨時間增加。
通常,藉由設定棒溫度及反應氣體的流速及組成來控制沉積過程。
棒溫度係使用輻射高溫計(radiation pyrorneter)測定,其通常在面向反應器壁的棒表面上測定。
藉由固定的方式或作為棒直徑的函數控制或調節電功率以設定棒溫度。
將反應氣體的量和組分設定為時間或棒直徑的函數。
獲得期望的直徑之後,結束沉積,並將形成的多晶矽棒冷卻至室溫。
沉積過程的參數將決定生長棒(growing rod)的形態。
沉積棒的形態可以有多種變化,從緻密且光滑至非常多孔且多裂縫的材料。
美國專利第6,350,313 B2號公開了緻密多晶矽棒的進一步加工。
緻密的多晶矽實質上無裂紋、孔、間隙、裂縫等。
這種材料的表觀密度與多晶矽的實際密度一致,且為2.329公克/立方公分。
美國專利早期公開第2003/0150378 A2號揭露「水滴聚合(teardrop poly)」以及其生產方法。在此方法中,在850℃和1.14莫耳%的矽烷濃度下,藉由西門子法由甲矽烷SiH4沉積為緻密的、無孔的、高純度的多晶矽棒,直至達到45毫米的矽棒直徑。隨後,立即將棒表面溫度從850℃提高至988℃,並且立即將矽烷濃度從1.14莫耳%減少至0.15莫耳%。該參數改變立即影響在矽棒上矽晶體的生長,並且從棒的表面上生長出被稱為樹枝狀晶體(dendrite)的針狀物。隨後可以從緻密的棒部分除去這些樹枝狀晶體,同時必須單獨地進一步處理緻密部分。
相反的,美國專利早期公開第2010/219380 A1號揭露具有表觀密度為2.0至2.3公克/立方公分範圍內,且總孔隙率為0.01至0.2的多晶矽棒。該矽棒具有類似的結構,儘管該結構包含孔、間隙、裂口(crevice)、裂紋、和裂縫。可以使用相對較低的能量消耗將這種多晶矽棒分割成塊(chunk),相應地,塊的表面處產生較少的表面污染。
美國專利早期公開第2010/219380 A1號同樣揭露了請求項1至3中任一項所述之用於生產多晶矽棒的方法,其中,將包含氯矽烷混合物和氫氣的反應氣體流引入反應器中,並在直接通電加熱的矽的細絲棒上沉積高純度多晶矽,該細絲棒係由兩個
垂直棒和一個水平棒形成,並且水平棒在垂直棒之間形成連接橋,其特徵在於,使用的氯矽烷混合物是二氯矽烷和三氯矽烷的混合物,並且調節通過細絲棒的電流通路,使得細絲棒在橋內側具有1300℃至1413℃的溫度,並測定和調節反應器中反應氣體的溫度,以使其不高於650℃;從提供氯矽烷混合物開始,在小於30小時內,較佳在小於5小時內,將氯矽烷混合物的流速調節至其最大值。
生產緻密棒較為昂貴。其沉積過程較慢。然而,在隨後的結晶步驟中,緻密棒通常導致較高的產率。
棒溫度、特定流速(specific flow rate)、及矽烷濃度的基礎參數(base parameter)的增加通常導致沉積速率增加,由此可改善沉積過程的經濟可行性。
然而,對各個參數設定自然限制,超過其便中斷生產過程。
如果,例如,所選擇的含矽組分的濃度太高,可能出現均質的氣相沉積。
過高的棒溫度的影響可為待沉積的矽棒表面的緻密度不足以向電流提供足夠的截面面積,該截面面積隨生長棒的直徑而增加。如果電流密度變得太高,此將引起矽的熔融。從約120毫米的特定直徑,甚至在緻密形態的情況下,由於棒表面和中心之間存在的高溫差,棒內部的矽可能變成液體。
在根據美國專利早期公開第2003/0150378 A2號的
方法中,這也是有問題的,由於電流只通過矽棒的緻密部分。如果所選擇的緻密部分的直徑過小(由於該方法的目的是產生樹枝狀晶體,這實際上是所期望的),存在熔融的風險。隨著直徑增加,需要較高的電流,因此也必須提高緻密部分的直徑。這將降低樹枝狀晶體的產率。
相反地,在根據美國專利早期公開第2010/219380 A1號的多晶矽棒的情況下,棒橫截面的大部分對於電流是可用的。與常規緻密矽相比,小裂紋和孔並不損害導電率。
對於大多數應用而言,必須將多晶矽棒分割為較小的塊。通常,隨後藉由尺寸將塊分類。例如,在美國專利第8074905 B2號中描述了將多晶矽分割和分類的方法。總而言之,無論多晶矽是緻密形式或易碎形式,在此都是不重要的。
然而,多晶棒和由其獲得的塊的形態對產品的性能具有較大影響。
如上所述,在拉晶(晶體拉製,crystal pulling)中,緻密棒顯示較高的產率。
相反地,根據美國專利早期公開第2010/219380 A1號的多孔和裂縫形態對結晶特徵具有不利的影響。這特別影響CZ法的需求,其中,由於經濟不可接受的產率,迄今為止不能使用多孔和有裂縫的塊。
美國專利第7939173 B2號揭露了多晶矽棒,在徑向橫截面中,其具有晶體結構不同的區域,如果有的話,包含少量
針狀晶體的內部結構,以及包含針狀晶體和微晶的外部結構,存在混合區,其中從內部結構至外部結構具有流暢的轉變(transition)。該多晶矽棒係在FZ方法中使用。藉由氯矽烷的莫耳比例不高於30%的經氫氣稀釋的氯矽烷,在矽的細絲棒上沉積矽來進行生產,沉積開始時棒溫度係950℃至1090℃。為了獲得不同的晶體結構,以流暢的方式改變操作參數。降低棒溫度和注入的氫氣的量,使得氯矽烷的莫耳比例升高至35至60%。
所描述的問題引出本發明的目的。
該目的係提供多晶矽,其與緻密材料相比生產較低廉,然而在CZ拉晶中表現出良好的性能。
藉由具有至少150毫米的直徑的多晶矽棒達到本發明的目的,該多晶矽棒包含在細棒周圍具有0至低於0.01的孔隙率的核心(A)、和至少二個隨後的區域B和C,該區域B和C的孔隙率以1.7至23的因數不同,外部區域C比區域B的孔隙率低。
較佳地,核心A在至多60毫米的直徑區域內延伸。其上沉積核心A的細棒通常具有數毫米至最高12毫米的範圍。因此,核心A通常,例如,以9毫米的直徑開始,延伸至不高於60毫米的直徑。較佳地,核心A延伸達到不高於50毫米的直徑,更佳不高於40毫米。
較佳地,核心A之後的區域B具有0.06至0.23的最大孔隙率,並且在矽棒直徑的15%至90%的直徑區域內延伸。較佳
地,區域B在20至80%的直徑區域內延伸。
在矽棒直徑為150毫米的情況下,較佳地,區域B在至少22毫米的直徑至不高於145毫米的直徑區域內延伸,更佳在45至120毫米的區域內延伸。
在矽棒直徑為200毫米的情況下,較佳地,區域B在至少30毫米的直徑至不高於180毫米的直徑區域內延伸,更佳在40至160毫米的區域內延伸。
較佳地,隨後的區域C具有0.01至0.1的較低孔隙率,並且在矽棒的總直徑的50%至100%的直徑區域內延伸。較佳地,區域C在60至100%的直徑區域內延伸,更佳地在70至100%的區域內延伸。
在矽棒直徑為150毫米的情況下,較佳地,區域C在至少75毫米的直徑至不高於150毫米的直徑區域內延伸,更佳在90至150毫米的區域內延伸,最佳在105至150毫米的區域內延伸。
在矽棒直徑為200毫米的情況下,較佳地,區域C在至少100毫米的直徑至達到不高於200毫米的直徑區域內延伸,更佳120-200毫米的區域內延伸,最佳140-200毫米的區域內延伸。
區域C中的孔隙率較佳為恒定。特別較佳的,區域C中的孔隙率隨直徑增加而降低。
另外較佳在總直徑的90%至100%的直徑區域內,將具有0至低於0.01的孔隙率(緻密)的最終層Z施加至多孔區域B和C。特別較佳的直徑區域為95至100%。
在矽棒直徑為150毫米的情況下,較佳地,層Z在至少135毫米至達到150毫米的直徑區域內延伸。
在矽棒直徑為200毫米的情況下,較佳地,層Z在至少180毫米至達到200毫米的直徑區域內延伸。
較佳地,Z層具有至少7.5毫米的厚度。
特別地,在相對小直徑的情況下,當層C不太厚時,層Z是有利的,非常緻密的最終層使得表面光滑。
在本發明的上下文中,將具有低於0.01的孔隙率的矽棒區視為緻密的。具有0.01至0.1的孔隙率的區域稱為「不透材料」或「不透層」。區域C包含不透材料。
在下文中,亦藉由附圖繪示本發明。
A‧‧‧核心區域
B‧‧‧第一多孔層
C‧‧‧不透層
D‧‧‧直徑
Z‧‧‧緻密層
第1圖係另外包含Z層的本發明的矽棒的結構示意圖。
第2圖係經分割的矽棒的照片。
A表示細棒周圍緻密的核心區域A。B代表第一多孔層,C代表不透層。Z表示選擇性的緻密層Z。
將區域B和C的範圍定義為矽棒的直徑D的函數。
多晶矽棒的總直徑為至少150毫米。
較佳地,多晶矽棒的總直徑為至少180毫米。
特別較佳地,多晶矽棒的直徑為至少200毫米。
在第2圖中,可辨識出緻密的核心、多孔區和緻密的外部區域。
藉由分割本發明的多晶矽棒,可以生產多晶矽塊。
棒的分割較佳與歐洲專利第2 423 163 A1號類似地進行,其隨後藉由壓縮空氣或乾冰從塊中除塵。
同樣較佳地,類似於美國專利第8074905號,將棒分割為塊,並將其歸類或分為約0.5毫米至大於45毫米的尺寸級別的塊,然後使其經受濕式化學純化,如在歐洲專利第0 905 796 B1號中所描述者。
所獲得的多晶矽塊的量的特徵為,其包括具有不同孔隙率的塊,並且包括具有不同孔隙率的區域的塊。
另外,存在包括具有至少75毫米的曲率半徑的外表面的塊。
較佳地,單獨的塊的孔隙率由0至0.25變化。
單獨的塊的孔隙率為0至低於0.01,且源於矽棒的緻密核心或源於選擇性存在的Z層。
其它塊或多或少是多孔的,且孔隙率為0.01至0.25。
較佳地,存在包括曲率半徑至少90毫米的外表面的塊。
特別較佳地,存在包括曲率半徑至少100毫米的外表面的塊。
樣品的總孔隙率係由彼此相連並且連接至環境的空
穴和彼此不相連的空穴總體所組成。根據DIN-EN 1936,由計算表觀密度和實際密度決定總孔隙率,即,在多晶矽的總體積中總孔體積(開放孔和封閉孔)的比例,即總孔隙率=1-(表觀密度/2.329[公克/立方公分])。
表觀密度係定義為根據DIN-EN 1936,在乾燥狀態下包括孔空間的多晶矽的密度(稱量一定體積的試樣,或使用流體靜力學天平測量浸透水銀的樣品的浮力)。
較佳地,多晶矽棒的緻密核心A的表觀密度為2.329(孔隙率0)。
較佳地,區域B的表觀密度為1.8至2.2。
較佳地,區域C的表觀密度為2.1至2.3。
較佳地,層Z的表觀密度為2.25至2.329。
也藉由以下方法達到本發明的目的:藉由將包含含矽組分的反應氣體引入至反應器中生產多晶矽棒,結果多晶矽在細棒上沉積,可達目標棒直徑,其包括:(a)在第一步驟中,將具有0至低於0.01的孔隙率的核心(A)沉積到每一個細棒上,達到至多15至60毫米的棒直徑,該棒溫度係1000℃至1150℃,在反應氣體中含矽組分的濃度係20至60莫耳%,且含矽組分的進料速率係每1平方公尺的棒表面積100至550公斤/小時;(b)在第二步驟中,在目標棒直徑的至少10%的棒直徑處開始,達到至多90%的棒直徑,將具有0.06至0.23的孔隙率的
層(B)沉積到核心(A)上,棒溫度係1030℃至1130℃,在反應氣體中含矽組分的濃度係20至40莫耳%,並且含矽組分的進料速率係每1平方公尺的棒表面積80至200公斤/小時;(c)以及在第三步驟中,在目標棒直徑的至少50%的棒直徑處開始,達到至多100%的棒直徑,將具有0.01至0.1的孔隙率的層(C)沉積到層(B)上,棒溫度係960℃至1030℃,且至少比第二步驟期間的棒溫度低20℃,在反應氣體中含矽組分的濃度係15至35莫耳%,且含矽組分的進料速率係每1平方公尺的棒表面積10至130公斤/小時。
較佳地,進行第四步驟,在目標棒直徑的至少90%的棒直徑處開始,達到至多最大100%的棒直徑,其中,將具有0至0.01的孔隙率的層(Z)沉積到層(C)上,棒溫度係930℃至1000℃,並且至少比第三步驟期間的棒溫度低20℃,在反應氣體中含矽組分的濃度係3至30莫耳%,並且含矽組分的進料速率係每1平方公尺的棒表面積6至60公斤/小時。
較佳地,目標棒直徑是至少150毫米,更佳至少180毫米,且最佳至少200毫米。
藉由適當選擇棒溫度和含矽組分的濃度來控制沉積區的孔隙率。
較佳地,在該方法的過程中降低含矽組分的進料速率。較佳地,在每一個單獨的方法步驟中將含矽組分的進料速率降低在請求項所指的限制範圍內。
較佳地,在步驟(a)期間增加含矽組分的濃度。較佳地,在步驟(b)中直至該過程結束,連續降低含矽組分的濃度。
較佳地,單獨的方法步驟之間的轉變是流暢的。較佳地,沒有突然的轉變。在方法步驟開始時的操作條件與在前之方法步驟結束時的操作條件一致。
較佳地,含矽組分是氯矽烷。較佳地,使用氫氣作為載氣(carrier gas)。
特別較佳地,使用三氯矽烷。
藉由氯矽烷的進料速率和氫氣的進料速率,調節氫氣載氣中氯矽烷的濃度。
較佳地,在操作過程中連續降低氫氣的進料速率。較佳地,在每一個單獨的方法步驟中降低氫氣的進料速率。
在操作過程中,必須監測操作參數。較佳地,如下進行:使用商用計量器測定氣體流速。藉由體積流速計量器(例如,葉輪計量器(impeller meter))測定H2流速。
藉由質量流速計量器測定氯矽烷的流速。
使用商用輻射高溫計測定溫度,其測量最接近的棒在約1公尺的棒高度下的表面溫度。
使用光學測量方法(例如具有校準分格尺規的小望遠鏡、相機,等等)監測棒直徑,其測量棒的直徑或在約1公尺的棒高度下測定距棒間隔(rod separation)的直徑。
本發明的多晶矽棒包含最內層或在細棒周圍的核心區A,其經快速沉積並且是緻密的,即,根據定義孔隙率為低於0.01的。在緻密區的沉積中,選擇相對較低的溫度和高的氣體脈衝流速(氣體脈衝流速=質量流速×在噴嘴處的出口速度)。
核心區之後是第一多孔區B,其孔隙率為0.06至0.23,其亦為經快速沉積的。區域B包括,例如,孔、間隙和裂縫。基本上由溫度和氣體流速決定孔隙率。
第一多孔區B之後是第二多孔區C,其孔隙率為0.01至0.1,較區域B低許多。在區域C的生產期間,棒溫度較低。因此,該區域C與區域B相比更緩慢地沉積。區域C封閉孔和裂痕(scar)。較佳地,其表面是平滑的(flattened out)。
較佳地,多晶矽棒包含一最終層以完成該矽棒的表面,且其向表面帶來額外的平滑。該層是緻密的。
本發明的優勢特別在於較有利的生產過程,特別是由於矽棒的主要區域(核心A和區域B)是快速沉積的。例如,對於核心A,沉積速率(直徑生長)較佳為1.5至最大2毫米/小時,對於區域B,為1.8至低於2.2毫米/小時。
多孔材料所具有的其他缺點,以及在拉晶過程中表現出特別差的性能的缺點,係藉由減緩非多孔(not very porous)區或緻密外部區的沉積以完成表面而避免。例如,對於區域C,沉積速率(直徑生長)較佳為1至低於1.5毫米/小時,對於層Z,為0.7至低於1.1毫米/小時。
該生產方法是特別經濟可行的,由於其與較低的反應物材料通量(throughput)和較低的能量消耗有關。不會發生由裂紋、碎片和裝置停止所導致的過程中斷。
多晶矽棒在拉晶中顯示高的產率。
例如,可以得到與緻密的沉積矽的長度相當的平均無位錯棒長度。
本發明藉由實施例詳細地描述。
應當提及,所選擇的操作參數取決於所選擇的反應器類型。更具體地,棒的數目、電極的分離和噴嘴直徑影響操作條件。後附的實施例係關於8棒反應器。在較大的反應器的情況下,例如48棒反應器,應當調節操作參數。在一些探索性試驗的基礎上,本領域的技術人員可以將本發明的構思施用至西門子反應器的所有可能的類型。
在也使用可替換的含矽組分的情況下,該實施例涉及使用將三氯矽烷和氫氣作為載氣的沉積,相應的調節應當由本領域的技術人員進行。
對於比較實施例,使用了具有8棒並且具有270毫米的電極間距的沉積裝置。
總棒長度(包括橋)是20,280毫米。
噴嘴直徑是16毫米。使用的反應氣體是三氯矽烷和
氫氣的混合物。
表1中顯示所選擇的用於比較實施例的操作參數。沉積了兩個區域(A和B)。D表示矽棒的生長直徑(毫米)。T表示棒溫度(℃)。也記載氫氣和三氯矽烷的進料速率以及三氯矽烷的濃度(莫耳%)。
區域A(核心區)延伸至最高直徑58毫米,並且是使用1070℃的溫度沉積的。
每單位矽面積的氯矽烷的量為368至150公斤/小時/平方公尺,在載氣(H2)中的莫耳濃度為25至33%。
核心區顯示沒有孔或內含物的緻密形態。孔隙率為低於0.01。
在58毫米至68毫米之間,為區域A至區域B的流暢轉變。
在1080℃至1056℃的溫度下,區域B附(follow)
在層A上,直徑為68至180毫米。
每單位矽面積的氯矽烷的量為144至66公斤/小時/平方公尺,在載氣(H2)中的莫耳濃度為36至31%。
區域B顯示具有孔和間隙的高孔隙率的形態。孔隙率為0.13。
如在歐洲專利第2 423 163 A1號中描述的,將上述棒分割為塊,分類為約0.5毫米至大於45毫米的尺寸級別的塊,並且利用壓縮空氣處理以從塊中除去矽粉塵。這些塊未進行濕式化學清潔。
多晶矽的表面金屬污染和單獨的塊部分的尺寸分佈對應於在歐洲專利第2 423 163 A1號中報告的值。
由於棒的不同孔隙率,存在具有不同的孔隙率的塊。
隨機選擇包含20個不同尺寸的塊的樣品,並分析孔隙率和其外表面的曲率半徑(如果存在)。
在表2中顯示該測量的結果。
亦檢驗來自比較實施例的多晶矽塊在拉晶中的性能。
對於根據比較實施例製備的20個棒,發現84%的平均無位錯長度。
無位錯長度係由相對於最大可能圓柱形可用棒長的無位錯棒長度所定義。
表2
對於第一發明實施例,同樣使用了如在比較實施例中指定的沉積裝置。
如比較實施例,使用三氯矽烷和氫氣進行沉積。
與比較實施例相反,根據本發明,沉積外加的區域C(較B孔隙較少)和選擇性的Z層(緻密)。
表3中顯示所使用的操作參數。
表3
區域A延伸至最多直徑58毫米,且使用1070℃的溫度沉積。
每單位矽面積的氯矽烷的量是368至150公斤/小時/平方公尺,在載氣(H2)中的莫耳濃度為25至33%。
區域A顯示沒有孔和內含物的緻密形態。孔隙率為低於0.01。
在58毫米至68毫米之間,為區域A至區域B的流暢轉變。
在1080℃的溫度下,區域B附在層A上,其直徑為68至121毫米。
每單位矽面積的氯矽烷的量為144至116公斤/小時/平方公尺,在載氣(H2)中的莫耳濃度為36至34%。
區域B顯示含有孔和間隙的高孔隙率的形態。孔隙率為0.11。
在121毫米至132毫米之間,為區域B至區域C的流暢轉變。
區域C在132毫米至最高165毫米的直徑區域。
其溫度是1010℃。
每單位矽面積的氯矽烷的量為107至66公斤/小時/平方公尺,在載氣(H2)中的莫耳濃度為33至27%。
區域C顯示含有很少的孔和間隙的緻密形態。孔隙率為0.05。
在165毫米至167毫米之間,為區域C至層Z的流暢轉變。
層Z為最外層,其從大於167毫米的直徑延伸至最高178毫米的目標棒直徑。
在層Z的沉積過程中,棒溫度為980℃。
每單位矽面積的氯矽烷的量為60至43公斤/小時/平方公尺,在載氣(H2)中的莫耳濃度為24至15%。
Z顯示有不可見的孔和間隙的非常緻密的形態。孔隙率為0.01。
如比較實施例,類似於歐洲專利第2 423 163 A1號,將在實施例1中產生的棒分割、分類並除塵。
隨機選擇包含20個不同尺寸的塊的樣品,並分析孔
隙率和其外表面的曲率半徑(如果存在)。
表4顯示測量的結果。
對於一些塊,可以測定其外表面的曲率半徑。以此可推斷多晶矽棒的直徑(此處:180毫米)。
塊的孔隙率在0(緻密)至最高0.18(來自區域B的高孔隙率)的範圍內。
亦檢驗來自實施例1的多晶矽塊在拉晶中的性能。
對於根據實施例1獲得的20個棒,發現98%的平均無位錯長度。
對於第二發明實施例,同樣使用如在比較實施例中指定的沉積裝置。
如在比較實施例中,使用三氯矽烷和氫氣進行沉積。
表5顯示操作條件。
與實施例1相反,此處沒有沉積外部非常緻密的層Z。
核心區域A延伸至最多直徑58毫米,且使用1070℃的溫度沉積。
每單位矽面積的氯矽烷的量為368至150公斤/小時/平方公尺,在載氣(H2)中的莫耳濃度為25至33%。
核心區A的形態為沒有孔隙和內含物的緻密形態。孔隙率低於0.01。
在58毫米至68毫米之間,為區域A至區域B的流暢轉變。
在1080℃的溫度下,區域B附在層A上,其具有68至132毫米的直徑。
每單位矽面積的氯矽烷的量為107至144公斤/小時/平方公尺,在載氣(H2)中的莫耳濃度為33至36%。
區域B的形態為具有孔和間隙的高孔隙率的形態。孔隙率為0.11。
在132毫米至141毫米之間,為區域B至區域C的流暢轉變。
區域C是最終層,其具有大於或等於141毫米的直徑至最多201毫米的目標棒直徑。
其溫度為1010℃。
每單位矽面積的氯矽烷的量為55至97公斤/小時/平方公尺,在載氣(H2)中的莫耳濃度為30至33%。
區域C的形態為緻密,具有很少的孔和間隙。孔隙率為0.03。
例如在美國專利第8074905號中所描述,將產生的矽棒分割為塊並分類為約0.5毫米至大於45毫米的尺寸級別的塊。它們隨後經受如在歐洲專利第0 905 796 B1號中描述的濕式化學清潔操作。
此產生如描述的表面金屬濃度。
隨機選擇包含20個不同尺寸的塊的樣品,並分析孔隙率和其外表面的曲率半徑(如果存在)。
表6顯示測量的結果。
對於一些塊,可以測定其外表面的曲率半徑。以此可推斷多晶矽棒的直徑(此處:201毫米)。
塊的孔隙率在0.01(非多孔性)至最高0.15(來自區域B的高孔隙率)的範圍內。
亦檢驗來自實施例2的多晶矽塊在拉晶中的性能。
對於根據實施例2獲得的20個棒,發現97%的平均無位錯長度。
A‧‧‧核心區域
B‧‧‧第一多孔層
C‧‧‧不透層
D‧‧‧直徑
Z‧‧‧緻密層
Claims (9)
- 一種具有至少150毫米的總直徑的多晶矽棒,其係包括在一細棒周圍具有0至低於0.01的孔隙率的核心(A),及至少二個隨後的區域B和C,該區域B和C的孔隙率係以1.7至23的因數不同,外部區域C比區域B的孔隙率低。
- 如請求項1所述之多晶矽棒,其中,該核心A延伸至達到不高於60毫米的直徑。
- 如請求項1或2所述之多晶矽棒,其中,該區域B具有0.06至0.23的孔隙率,並且在該總直徑的15%至該總直徑的至多90%的區域內延伸。
- 如請求項1至3中任一項所述之多晶矽棒,其中,該區域C具有0.01至0.1的孔隙率,並且在該總直徑的至少50%至該總直徑的至多100%的區域內延伸,區域C具有低於區域B的孔隙率。
- 如請求項1至4中任一項所述之多晶矽棒,其中,在該區域C之後,包括一層Z,該層Z具有0至低於0.01的孔隙率,並且在該總直徑的至少90%至該總直徑的100%的區域內延伸。
- 一種製造多晶矽塊的方法,其係藉由分割如請求項1至5中任一項所述之多晶矽棒。
- 一種多晶矽塊,其係藉由如請求項6所述之方法製造,包括具有不同的孔隙率的塊,以及具有曲率半徑為至少75毫米的彎曲表面的塊。
- 一種生產多晶矽棒的方法,其係藉由將一包括含矽組分的反應氣體引入至一反應器中,其結果是該多晶矽在細棒上沉積 至達到一目標棒直徑,該方法包括:(a)在一第一步驟中,將具有0至低於0.01的孔隙率的核心(A)沉積到各該細棒上,達到至多15至60毫米的棒直徑,該棒溫度係1000℃至1150℃,在該反應氣體中該含矽組分的濃度係20至60莫耳%且該含矽組分的進料速率係每1平方公尺的棒表面積100至550公斤/小時;(b)在一第二步驟中,在目標棒直徑的至少10%的棒直徑處開始,達到至多90%的棒直徑,將一具有0.06至0.23的孔隙率的層(B)沉積到核心(A)上,該棒溫度係1030℃至1130℃,在該反應氣體中該含矽組分的濃度係20至40莫耳%,並且該含矽組分的進料速率係每1平方公尺的棒表面積80至200公斤/小時;(c)以及在一第三步驟中,在目標棒直徑的至少50%的棒直徑處開始,達到至多100%的棒直徑,將一具有0.01至0.1的孔隙率的層(C)沉積到層(B)上,該棒溫度係960℃至1030℃且至少比該第二步驟期間的棒溫度低20℃,該反應氣體中該含矽組分的濃度係15至35莫耳%,並且該含矽組分的進料速率係每1平方公尺的棒表面積10至130公斤/小時。
- 如請求項8所述之方法,其中,在一第四步驟中,在目標棒直徑的至少90%的棒直徑處開始,達到至多100%的棒直徑,將一具有0至低於0.01的孔隙率的層(Z)沉積到層(C)上,該棒溫度係930℃至1000℃且至少比該第三步驟期間的棒溫度低20℃,在該反應氣體中該含矽組分的濃度係3至30莫耳%,並且該含矽組分的進料速率係每1平方公尺的棒表面積6至60公斤/小時。
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