用于制備多晶硅的方法

用于制備多晶硅的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及用于制備多晶硅的方法。
【背景技術】
[0002]多晶的娃(縮寫為多晶娃(polysi 1 icon)作用為起始材料通過柴可拉斯基(Czochralski) (CZ)或區熔(FZ)方法用于制備用于半導體的單晶硅，并且通過各種提拉和鑄造方法(pulling and casting processes)用于生產用于制造太陽能電池(用于光伏)的單晶硅或多晶硅。
[0003]多晶硅通常通過西門子法生產。在該方法中，支撐體(通常為硅的細絲棒)在鐘罩形的反應器(“西門子反應器”)中通過直接穿過的流加熱，并且引入包含氫氣和一種或多種含硅組分的反應氣體。
[0004]通常，使用的含硅組分是三氯硅烷(SiHCl3，TCS)或三氯硅烷與二氯硅烷(SiH2Cl2，DCS)和/或與四氯硅烷(SiCl4，STC)的混合物。較不常見的是使用硅烷(SiH4)，但在工業規模上也使用。
[0005]將絲棒垂直地插入位于反應器底部的電極中，通過電極絲棒連接至電源。
[0006]高純度多晶娃在加熱的絲棒和水平橋(horizontal bridge)上沉積，因此其直徑隨時間增加。
[0007]在棒已經冷卻之后，打開反應器鐘罩并且手動或者借助于稱為拆卸輔助設備(deinstallat1n aid)的特定設備移開棒用于進一步加工或用于臨時存儲。
[0008]在防止產物污染的氣候控制的房間內的特殊環境條件下，通常實現儲存和進一步的加工二者，尤其是棒的破碎、碎片的分類和包裝。
[0009]然而，在打開反應器至將沉積的材料置于儲存或者進一步加工的時間期間，沉積的材料暴露至環境影響，尤其是粉塵顆粒下。
[0010]生長棒的形態和微觀結構是由沉積方法的參數確定的。
[0011]沉積的棒的形態可以從致密且光滑(例如，在US 6，350，313 B2中所描述的)變化至非常多孔且有裂紋的材料(例如，在US 2010/219380 A1中所描述的)。
[0012]在根據現有技術的西門子反應器中生產的厚的多晶娃棒(直徑>100mm)中，相對頻繁地觀察到棒具有非常粗糙表面的區域(“爆米花”)。這些粗糙區域通常是在破碎之后通過視覺檢查必須從其余的材料中分離，并且以較其他的硅棒更低的價格進行銷售。
[0013]在沉積過程中增加基本參數(棒的溫度、比流速、濃度)通常導致沉積速率的增加，并且從而改善沉積方法的經濟可行性。
[0014]然而，這些參數中的每一個經受著自然極限，其超過量干擾生產過程(根據使用的反應器的結構，極限有所不同)。
[0015]例如，如果所選擇的含硅組分的濃度過高，可能存在均質氣相沉積。
[0016]過高的棒溫度的結果可以是待沉積的硅棒的形態并非足夠致密以提供用于隨著增加的棒直徑而升高的電流的足夠的截面面積。
[0017]過高的電流密度可以導致硅的熔融。
[0018]由于甚至當形態是致密時，棒之中的硅可以成為液態的(因為在表面和棒中心之間的高溫差異)，在高直徑棒(超過或高于120_)的情況下，溫度的選擇甚至是更重要的。
[0019]對于半導體和太陽能行業中的產品的來自客戶的需要也明顯地限制用于方法參數的范圍。
[0020]例如，FZ應用要求硅棒基本沒有裂紋、孔隙、間斷、裂縫等，并且因此是均質的、致密的和固體的。此外，針對FZ提拉中的更好的產率，它們應當優選具有特殊的微觀結構。例如，在US 2008/286550 A1中描述了該種類的材料以及用于制備其的方法。
[0021]對于稱為切割棒的并且主要用于CZ方法中以增加坩鍋填充水平的再充電棒(recharge rods)的生產，同樣要求無裂縫和低張力的原多晶娃棒。
[0022]然而，對于大多數應用，將多晶硅破碎成小塊，其隨后通常通過尺寸進行分類。
[0023]例如，在US 2007/23557 A1中描述了用于多晶硅破碎和分選的方法和設備。
[0024]US 2009081108 A1公開了通過尺寸和質量用于多晶硅的人工分選的工作臺。這包括進行離子化系統以便中和由于活躍的空氣離子化產生的靜電電荷。離子發生器利用離子滲透凈室空氣，使得在絕緣體和未接地導體中的電荷消散。
[0025]US 2007235574 A1公開了用于破碎和分選多晶硅的裝置，包括用于將粗制多晶硅部分進料至破碎系統，該破碎系統和分選系統用于多晶硅碎片的分類，其中，裝置設置為具有控制器，其允許破碎系統中的至少一種破碎參數和/或分選系統中的至少一種分選參數的可變的調節。將多晶硅棒置于預破碎機的破碎臺上。在破碎臺上對棒的表面的異物、沉積物和形態進行可視化質量控制。將棒置于將棒自動傳輸至破碎室中的破碎運輸上。
[0026]在加工成塊中，接受具有裂紋和其他材料缺陷的棒作為起始材料。
[0027]然而，多晶硅棒的形態和由其形成的塊具有對產品的性能的強烈的影響。通常，多孔和有裂紋的形態具有對結晶特性的不利的影響。
[0028]這尤其影響要求嚴格的CZ方法，其中，由于經濟上無法接受的產率，使得多孔和有裂紋的塊不可用。
[0029]其他結晶方法(例如，塊鑄，其是用于太陽能電池生產的最頻繁使用的方法)是形態較不敏感的。在此，通過其較低的生產成本，可以在經濟方面上補償多孔和有裂紋材料的不利影響。
[0030]問題在于在致密材料的生產中，多孔部分有時也會在棒的頂部區域出現。然而，在要求嚴格的客戶應用的情況下，多孔棒部分是不期望的，并且因此，反應器運行曲線必需設置為比實際需要更“謹慎”，也為了避免最后的多孔部分。
[0031]在另一方面，多孔硅的生產在棒的下部以及面向反應器壁的棒邊緣還產生致密部分。
[0032]在一些情況下，棒的特定部分比其他部分更嚴重地被雜質污染。EP 2479142 A1公開了用于生產多晶硅塊的方法，包括反應器中支撐體上多晶硅的沉積，從反應器中抽取多晶硅棒并且將硅棒粉碎成硅塊，以及在粉碎之前從多晶硅棒的電極端移除至少70_。因此，在此將棒粉碎成塊之前，將部分的棒移除。通過粉碎剩余的棒獲得的塊具有低含量的鉻、鐵、銀、銅和鉆。
[0033]這些問題產生了本發明的目的。

【發明內容】

[0034]本發明目的是通過用于生產多晶硅的方法來實現，所述方法包括在存在于至少一個反應器中的支撐體上沉積多晶硅以獲得多晶硅棒，從至少一個反應器中拆卸多晶硅棒，將拆卸的多晶硅棒粉碎成塊，其中，從至少一個反應器中拆卸多晶硅棒之后，以及將拆卸的多晶硅棒粉碎成塊之前，將棒形式的多晶硅以至少一種特征為基礎分類成至少兩種質量類另IJ，將所述的至少兩種質量類別發送至單獨的另外的加工步驟。
[0035]因此本發明設想將拆卸的硅棒分類成至少兩種質量類別。這種分類在將棒粉碎成塊之前。
[0036]在本發明的環境中，粉碎成塊應當理解為是指在多晶硅的包裝或先于包裝的清潔步驟之前立即進行粉碎步驟。
[0037]粉碎成塊產生了塊尺寸，其可以指定為以下尺寸類別，其每個尺寸限定為硅塊的表面的兩點之間的最長距離(=最大長度):
[0038]塊尺寸0 [mm] 1 至 5 ;
[0039]塊尺寸1 [mm] 4 至 15 ;
[0040]塊尺寸2 [mm] 10 至 40 ;
[0041 ]塊尺寸 3 [mm] 20 至 60 ;
[0042]塊尺寸4 [mm] 45 至 120 ;
[0043]塊尺寸5 [mm] 90 至 200 ；
[0044]塊尺寸6 [mm] 130 至 400 0
[0045]在本發明的上下文中，將多晶娃棒破碎成棒片(rod pieces)或移去多晶娃棒的表面或從硅棒中取樣用于分析目的，特別是相對于分類特征的分析，不應該理解成多晶硅棒的粉碎。
[0046]使用僅從一個反應器中獲得的多晶硅棒可能影響分類成至少兩種質量類別。然而，還優選考慮多個反應器并且優選分類來自這些反應器的多晶硅棒。
[0047]優選地，至少兩種不同的其他的加工步驟導致至少兩種不同的多晶硅的產品類另1J，例如來自三種傘形類別(umbrella classes)
[0048]用于半導體應用的用途；
[0049]用于單(晶)太陽能的用途；
[0050]用于多(晶)太陽能的用途。
[0051]還可能的是觀察不同的塊尺寸作為不同的產品類別；例如，進一步的加工步驟可以是“粉碎至塊尺寸5”，以及另一個，不同的進一步的加工步驟可以是“粉碎至塊尺寸3”。
[0052]分類的效果可以是將完整的棒分配為特定的質量類別。
[0053]該效果也可以是將棒的分開的部分分配為特定的質量類別。
[0054]也可能的是，對于硅填充的傳送裝置，意味著在從傳輸裝置上獲得的樣品的基礎上分配為特定的質量類別。
[0055]下文引用的分類特征優選為單獨使用或以任何可能的組合使用。
[0056]分類特征可以是特征“棒中硅的位置”。
[0057]分類特征可以是特征“反應器中棒的位置”。
[0058]分類特征可以是視覺上可辨識的特征。
[0059]分類特征可以是視覺上可測量的特征。
[0060]這種測量的特征可以選自由以下各項組成的組中的機械可測量的特征:棒或棒部分的硬度、棒或棒部分