TWI526571B - Ｃｖｄ生產室的清潔 - Google Patents

Description

CVD生產室的清潔

本發明係關於一種用於清潔生產多晶矽用的CVD-生產室的方法。

本發明係關於其中使用CVD(化學氣相沉積)生產多晶矽的室或廠房。

多晶矽通常經由西門子製造方法來生產。在此製造方法中，將包含一或多種含矽組分和視需要之氫氣的反應氣導入包含藉由直接通電加熱的基材的反應器，其中矽以固體形式沉積在該基材上。較佳使用的含矽組分為矽烷(SiH₄)、一氯矽烷(SiH₃Cl)、二氯矽烷(SiH₂Cl₂)、三氯矽烷(SiHCl₃)、四氯矽烷(SiCl₄)或所述物質的混合物。

西門子法通常在一沉積反應器(也稱為「西門子反應器」)中進行。在最常見的具體實施態樣中，該反應器包含金屬底板和可冷卻的鐘件(bell)，該可冷卻的鐘件位於底板上，使得在該鐘件的內部形成反應空間。該底板設有一或多個進氣開口和一或多個排氣(off-gas)開口用於排出反應氣，且設有支架，用該支架使基材保持在反應空間內，並供應電力。

一個生產室內係佈置有多個這種西門子反應器。在該製造方法中，設施還包含多個管道，以便向反應器供應反應氣，即矽烷和視需要存在的氫氣，以及移除在沉積中形成的排氣。

多晶矽必須滿足高純度要求。

多晶矽可能在從反應器中移出棒的期間和在後續加工步驟期間被污染。

大多數所生產的多晶矽棒必須細碎成碎片，因為只有碎片才能被電子工業和太陽能工業的客戶進行進一步加工。例外的是使用區熔(float-zone，FZ)製造方法直接轉變多晶矽棒成單晶矽棒，其隨後變成晶圓。

通常使用破碎機來機械細碎棒材，破碎機包含金屬破碎工具。在此方法中，多晶矽在其表面上被污染。人們試圖藉由各種手段來克服此情事，例如藉由由硬金屬製成的破碎工具，其特別耐磨，並因此向多晶矽釋放出較少的金屬。如果意圖將多晶矽用於電子工業，則可另外對碎片實施濕化學清潔，以便從多晶矽的表面蝕刻去除金屬。

然而，多晶矽在整個加工期間都會暴露於環境影響。這從反應器中移出棒開始，並係關於隨後的加工步驟的運輸過程和在破碎、清潔和包裝設施中的加工。這也可能導致污染。

尤其，將棒材從反應器中移出已被視為多晶矽製造中的關鍵步驟。

在棒材已冷卻之後，打開反應器鐘件，並且用手或 用特殊裝置(被稱為移除輔助設備)將棒材抽出，以進一步加工或暫時儲存。US 20100043972 A1公開一種用於移出多晶矽棒的另一裝置，其包含壁，該壁具有內壁、外壁和內壁與外壁之間的多個連接件、以及內壁與外壁之間的間隙、外壁中的出入窗(access window)、底板和底板上的多個觸點，其中內壁和外壁是圓柱形且同心的，該間隙的大小為使得可容納位於底板的觸點上的多個矽棒，其中出入窗係設計為使得矽棒的出入成為可能。棒材可以經由出入窗抽出。

不只是儲存，進一步加工也是，尤其是棒的細碎、分級和破片的包裝，一般都在氣候控制室內，在特定環境條件下進行，此能防止產品的污染。

然而，在從打開反應器之時直至儲存或進一步加工之間，沉積材料都會暴露於環境影響，特別是粉塵顆粒。

已提出的是，在移出多晶矽棒期間使用所謂的移除袋，並用其覆蓋矽棒。US 20120175613 A1公開了一種用於生產多晶矽片的方法，其由以下方法組成：藉由在絲線上沉積矽以生產多晶矽棒的CVD方法，該絲線一端連接至一第一電極，並且其另一端連接至一第二電極；用於從反應器中抽出多晶矽棒的方法；以及將矽棒細碎成矽片的方法，其中在細碎方法之前，從多晶矽棒的電極端移除至少70毫米(縮短方法)。在一個較佳具體實施態樣中，在從反應器中抽出之前，將多晶矽棒的表面用由聚乙烯製成的袋狀部件覆蓋。該抽出可以經由起重機等進行。袋狀部件用 意在於在棒移出期間防止含鎳、鉻和銅的金屬顆粒(其在打開反應器之後釋放入工作氣體(atmosphere)中)聚積在矽棒的表面上。

原則上，還可想到的是在無塵室中實施生產方法。US 20020040568 A1公開了一種用於製造半導體產品的設施，特別是製造晶圓的設施，其在具有空氣供應系統的至少一個無塵室中佈置製造單元，其中在空氣供應系統中，經由無塵室的地板進行空氣供入。該空氣供應系統的明顯優點在於，供入空氣和排出空氣的迴圈因利用重力，而得以低能耗方式提供加工半導體產品場所處的注入空氣。

然而，生產多晶矽的設施具有多個西門子反應器。必須考慮的是，所沉積的棒材可能有數公尺高和數百公斤重。因此，這種設施極其龐大。將具有幾十個西門子反應器的廠房建造成一個無塵室係在經濟上難以想像的。

這些問題產生本發明的目的。

本發明提供在二周內清潔至少一次包含多個CVD反應器的生產多晶矽用的生產室，其中將一水性清潔液用於清潔，其中係清潔CVD反應器的外殼、管道和生產室的地板。

已經發現，生產或沉積廠房之定期清潔對於移出的矽棒具有較低的金屬與特別是環境元素係具有顯著有益的效果。

對於清潔，可使用無絨毛布。可手動實施清潔。

同樣，對於地板清潔，可使用清潔機，例如刷式、濕式和乾式真空吸塵器、清掃機、洗滌乾燥機、單圓盤機(single-disk machine)。

關於清潔液，可使用水，特別是一般的自來水。

較佳使用含有水和陰離子/離子界面活性劑的混合物。

較佳地，清潔液含有去礦物質水。

特別較佳地使用含有去礦物質水和陰離子/離子界面活性劑的混合物。

例如，可將10升去礦物質水與幾湯匙含有5至15%之陰離子界面活性劑和小於5%的離子界面活性劑(視需要地含有防腐劑，例如甲基氯異-9-氧硫和甲基異-9-氧硫)的中性pH清潔劑混合，並將其用作清潔液。

在各種情況下較佳首先用清潔液潤濕的無絨毛布擦拭反應器和管道，然後再清潔生產廠房的地板。可手動地或使用清潔機來清潔地板。

較佳地，CVD反應器的外殼、管道和生產室的地板係每週清潔至少一次。

然而，特別較佳將生產廠房的地板每週清潔至少二次，並將管道和反應器的外殼每天清潔至少一次。

已經發現，這種清潔是如此有效，使得安裝昂貴的無塵室的技術顯得多餘。因此，可節省可觀的資產成本。這還對 多晶矽的生產成本產生影響。

多晶矽關於金屬值(metal value)和環境元素的品質可被顯著改善。

還發現，由於清潔標準計畫至地板和工廠部件必須每週清潔至少一次的程度，因此不同地點生產的多晶矽之間幾乎不再有任何品質差異。過去在這方面存在顯著的差異，其原因長期不明，因為他們本身的生產和加工操作在各地點明明完全相同。

出人意料地是，在相關性試驗中，發現沉積廠房的清潔頻率和多晶矽中金屬元素和環境元素的品質參數之間有非直接的比例關係。

實施例

針對Fe、Zn和Na的表面污染，研究在三個沉積廠房A、B和C中生產的多晶矽。

這三個廠房中的生產方法相同。而沉積係在相同條件下(溫度、氣流、噴嘴橫截面等)，在相同的西門子反應器中實施。另外，在所有廠房中係沉積在相同直徑的棒材上。

在廠房A、B和C中，係以相同方式移出棒材。在廠房中將試驗棒各自裝入PE袋中，並由運輸貨車運送去分析。

根據ASTM F 1724-96，藉由化學溶解矽表面和使用感應耦合電漿質譜分析(ICPMS)對溶解溶液進行後續分析以測定表面金屬。

但是三個廠房中的清潔週期有所不同。在廠房A中， 清潔實施得最頻繁，如下表1中可見。在廠房C中，所有部件僅每10周清潔一次。

對於清潔，在所有廠房中使用含有去礦物質水和陰離子/離子界面活性劑的混合物，其具有以下混合比率：幾湯匙的清潔劑(5至15%的陰離子和<5%的離子界面活性劑)/10升去礦物質水。

對於所有被研究的金屬而言，由於廠房A清潔得更頻繁，所以與廠房B的多晶矽相比所生產的多晶矽的表面污染的值更佳，並且比廠房C的值顯著更佳。

本發明因此還關於一種含有小於50pptw的Fe、小於5pptw的Zn和小於10pptw的Na的表面污染物的多晶矽棒。

較佳地，多晶矽棒含有小於或等於35pptw的Fe、小於或等於2pptw的Zn和小於或等於7pptw的Na的表面污染物。

Claims (10)

1. 一種用於清潔包含多個化學氣相沉積(CVD)反應器之生產多晶矽用的生產室的方法，其中係在二周內實施至少一次清潔，其中係將一水性清潔液用於清潔，其中係清潔CVD反應器的外殼、管道和生產室的地板。
2. 如請求項1的方法，其中係將一經該清潔液潤濕的無絨毛布用於清潔。
3. 如請求項1或2的方法，其中係將一或多個選自以下群組的清潔機器用於清潔：刷式、濕式和乾式真空吸塵器、清掃機、洗滌器乾燥機、以及單圓盤機。
4. 如請求項1或2的方法，其中所用的該清潔液係含有去礦物質水。
5. 如請求項4的方法，其中所用的該清潔液是去礦物質水與含有5至15%之陰離子界面活性劑和小於5%之離子界面活性劑的中性pH清潔劑的混合物。
6. 如請求項1或2的方法，其中CVD反應器的外殼、管道和生產室的地板係每週清潔至少一次。
7. 如請求項1或2的方法，其中首先在各種情況下以經該清潔液潤濕的無絨毛布擦拭反應器的外殼和管道，然後再用該清潔液清潔地板。
8. 如請求項1或2的方法，其中地板每週係清潔至少二次，管道和反應器的外殼每天係清潔至少一次。
9. 一種在經根據請求項1至7中任一項的方法清潔的生產室中生產的多晶矽棒，其含有小於50pptw的Fe、小於5pptw的Zn和小於10pptw的Na的表面污染物。
10. 如請求項9的多晶矽棒，其含有小於或等於35pptw的Fe、小於或等於2pptw的Zn和小於或等於7pptw的Na的表面污染物。