專利名稱：多晶硅的制備的制作方法
多晶硅的制備背景技術(shù)多晶硅是光伏產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵原料。目前，整個光伏產(chǎn)業(yè)的瓶頸因素 是，為該新興的、快速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)提供足夠的多晶硅來滿足需求。到目前為止，太陽能級的硅主要從半導(dǎo)體工廠的余料獲得。然而， 半導(dǎo)體級硅的少數(shù)制造商使用常規(guī)方法商業(yè)化制備太陽能級材料。一 種常規(guī)方法將冶金硅轉(zhuǎn)化為硅烷或聚硅垸或一種氯硅烷化合物。硅垸、 聚硅烷或氯硅垸在西門子型(Siemens-type)反應(yīng)器中熱解形成高純多晶硅°在西門子工藝中，通過氣態(tài)硅化合物如硅烷或聚硅烷或氯硅垸在 絲狀基底(也稱為細長棒(slim rod))上熱分解而形成多晶硅棒。這 些細長棒通常用多晶硅制成以保證產(chǎn)物純度水平。所述方法包括a) 將偶數(shù)個電極連接至基板，每個電極可具有連接的起始長絲 (細長棒)。這些硅細長棒的直徑通常小于10mm。b) 通過連接橋?qū)⒓氶L棒成對連接。每個橋是一片細長棒材料， 并被連接至兩個細長棒。每組兩個細長棒和其橋是一個倒置的U-形構(gòu) 件，通常稱其為發(fā)卡。對于每個發(fā)卡組件，反應(yīng)器中的一對電極之間 形成電路。因此，施加至電極的電勢可以提供電阻(resistively)加熱 該連接的發(fā)卡所需的電流。c) 發(fā)卡包含在與基板緊密配合的鐘型罩內(nèi)，以限定能夠在真空 或正壓條件下操作的批量反應(yīng)器。d) 將氣態(tài)硅前體化合物和其它氣體(如果需要)進料至所述反應(yīng)器。e) U-形構(gòu)件電加熱到足夠的溫度，以產(chǎn)生氣態(tài)前體化合物的分 解，并同時將半導(dǎo)體材料沉積到發(fā)卡上(化學氣相沉積法或CVD)， 從而制備一定直徑的U-形多晶硅棒。f) 任何副產(chǎn)物氣體和未反應(yīng)的前體化合物被排出反應(yīng)器。用于所述硅垸和氯硅垸熱解的反應(yīng)器的設(shè)計原理公布在例如美國 專利4,150,168; 4,179,530; 4，724，160和4，826，668中。在生長過程開始時，細長棒(直徑通常小于10mm)具有在棒充 分生長的生長過程結(jié)束時棒所具有的暴露受熱表面積的一小部分。限 定用作反應(yīng)器進料氣體的硅烷、聚硅烷或氯硅烷的瞬間進料速率，以 提供棒的表面積能夠消耗的量。因此，當細長棒較小時，反應(yīng)器進料 氣體通常以低質(zhì)量流速開始，并且隨著生長棒的表面積增加而增大。 所以，平均生長速率是各種直徑下瞬間生長速率的總和。而且，可進 行反應(yīng)的表面積限制了任何西門子型反應(yīng)器的容量。通過在反應(yīng)容器中增加進料的濃度，硅烷、聚硅烷或氯硅烷進料 氣的溢流增加了動力學分解。然而，這也造成未反應(yīng)的進料氣被排出 反應(yīng)器。被排出的未反應(yīng)的硅垸、聚硅烷或氯硅垸或者被浪費，或者 使用昂貴的氣體分離和回收過程進行回收。將未反應(yīng)氣體的浪費或回 收的成本同過量進料的動力學速率增加相權(quán)衡，并選擇最佳方案。最 佳方案通常要求硅垸、聚硅烷或氯硅垸的進料速度在生長的開始時低， 而在結(jié)束時較高。在細長棒U-形構(gòu)件或發(fā)夾開始通電后，由于隨著所述元件從室溫 加熱到分解溫度的熱應(yīng)力，脆性多晶硅經(jīng)常會斷裂。而且，由于反應(yīng) 器氣體的自然對流穿過加熱的細長棒并向下返回至所述壁，又長又細 的細長棒構(gòu)件會彎曲。所述彎曲會造成脆性元件斷裂。取決于細長棒 的長度和直徑、棒溫度升高的速率以及細長棒連接橋的配置，斷裂的 頻率會非常高。如果任何U-形細長棒構(gòu)件斷裂，在所述方法可重新開始之前，反應(yīng)器必須被惰性化(inerted)、打開以及更換斷裂的構(gòu)件。包含斷裂細長 棒構(gòu)件的電路中的其它棒也可能不得不被更換，這將導(dǎo)致產(chǎn)量的累積 損失。常規(guī)的西門子型反應(yīng)器采用復(fù)雜而昂貴的供電系統(tǒng)。當細長棒較 小時，由于小細長棒的高電阻，這些供應(yīng)必須提供高電壓和低電流。 隨著棒直徑增加，棒電阻降低，使得在棒生長周期的末端，通過提供 與棒較細時需要的電壓相比較低的電壓和較高的電流來保持棒的表面 溫度。具有此功能的供電系統(tǒng)是復(fù)雜而昂貴的。當棒已達到它們的最終直徑，開始新的反應(yīng)器周期是耗時的過程。 首先，反應(yīng)室必須通過去除反應(yīng)物和產(chǎn)物氣體被惰性化。該過程通常 通過壓力波動或者使用氬氣或氮氣的徹底凈化來完成。在反應(yīng)容器惰 性化的同時，在棒被處理之前，該棒必須被冷卻。棒冷卻需要4-10個 小時，這取決于分解溫度和棒的直徑。在棒冷卻后，打開反應(yīng)容器并 將棒取出。在棒取出后，清洗反應(yīng)器的內(nèi)部，然后組裝新的細長棒來 開始下一批次。在下一批次過程可以開始之前，反應(yīng)器內(nèi)部體積必須 再次被惰性化。惰性化、冷卻、收集、新細長棒的安裝和重新惰性化過程是耗時 的步驟，通?；ㄙM反應(yīng)器有效分解時間的5 15%。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及如下裝置和方法，其中，將中空管或中空體安裝在西 門子型反應(yīng)器中以代替加熱的硅細長棒，所述體可以從內(nèi)部加熱，使 得管外表面的溫度達到化學氣相沉積法(CVD)通常所用的沉積溫度。中空體最好被密封，例如用端帽密封，這樣使得過程氣體不會進入到放 有加熱元件的內(nèi)徑空間。由含硅氣體如硅烷、聚硅垸或氯硅垸離解后提供的硅自身沉積在 沉積管或中空體的外面。這種方法的優(yōu)點是，中空體可以具有比常規(guī)細長棒大得多的任意 直徑，因此，可以具有比細長棒大許多倍的有效圓周表面積。由于西門子反應(yīng)器的生產(chǎn)率受到可供CVD反應(yīng)利用的表面積限制，所以產(chǎn)率增加。該優(yōu)點是由于含硅氣體如硅烷或任何氯硅烷的動力學分解速率 相對于所提供的受熱表面積是線性的。中空體的形狀可以為任意幾何形狀，使得受熱表面積增加，并且 多晶硅產(chǎn)物的去除率被改進。但是某些形狀可具有此處所述的優(yōu)點。另一個優(yōu)點是，中空體不必像常規(guī)西門子反應(yīng)器中所需的那樣被連接至橋，并且再被連接至第二細長棒，形成u-形構(gòu)件或發(fā)卡。與常規(guī)西門子反應(yīng)器不同，所述中空體使用電阻元件從內(nèi)部被加熱，因而 不需要用于導(dǎo)熱至第二根棒的電路。所有的電路均可包含在所述中空體內(nèi)。因為中空體是剛性的并且被連接至反應(yīng)容器，所以它不會像常規(guī)西門子反應(yīng)器的常規(guī)U-形構(gòu)件或發(fā)卡那樣破裂或翻倒(fall over)。另外一個優(yōu)點是，通過使用比常規(guī)西門子型技術(shù)所需的簡單得多 的用于中空體加熱的電力供應(yīng)，可進行分解工藝。從內(nèi)部被加熱的中 空體可用簡單而且便宜的電阻元件進行加熱。通過利用比例控制器來 開啟和關(guān)閉元件，從而控制中空體外表面的溫度。在操作過程中，對 任何內(nèi)部電阻加熱器元件的電壓和電流強度要求保持不變。另外一個優(yōu)點是，在中空體外表面上聚積多晶硅后(在達到期望 的多晶硅厚度后)，聚積的多晶硅能夠從中空體的外表面脫離，在脫離后由于重力而落下。收集器可被定位在中空體之下以接收落下的多 晶硅。在接收硅載荷后，可通過滑閥將收集器從反應(yīng)室分離，在一段 時間內(nèi)可以從該收集室除去該多晶硅產(chǎn)物，這不會干擾反應(yīng)室內(nèi)發(fā)生 的多晶硅生長過程。當中空體內(nèi)部加熱器被關(guān)掉，并且中空體和多晶硅沉積層被允許 冷卻時，由于中空體材料和沉積多晶硅之間的熱收縮不同，將會發(fā)生 多晶硅從中空體的脫離。充分生長的多晶硅管的回收可以通過如下步驟完成停止硅垸進 料和電源，并通過使用氣態(tài)介質(zhì)從中空體內(nèi)部冷卻該中空體。由于中 空體與多晶硅生長層之間的熱膨脹系數(shù)不同，多晶硅從基底上自行排 出，并落入收集器中。然后，可以使用滑閥或其它合適的分離手段將 收集器與反應(yīng)容器分開，由此反應(yīng)器可立即用于額外的含硅氣體的分 解。在反應(yīng)器工作的同時，收集器就可被惰性化、冷卻和手動卸載。一種變體是，采用其外表面為錐體的平截頭體狀的中空體，其中 大直徑朝向底部取向。如果冷卻后多晶硅沒有完全從中空體上脫離， 這種構(gòu)型可使殘留的多晶硅向下滑動，使得中空體楔合殘留的多晶硅。 隨后中空體的再加熱使中空體膨脹，這導(dǎo)致多晶硅斷裂，從而將有助 于多晶硅從中空體完全排出到收集器。因為冷卻后多晶硅從中空管上自行排出，反應(yīng)容器內(nèi)部不需要進 行惰性化。因為多晶硅不暴露于空氣或者暴露于操作人員，所以不需 要為了保護操作人員而進行的冷卻。與常規(guī)的西門子工藝中的細長棒 一樣，中空體提供了用于硅沉積的外表面，但是中空體的優(yōu)點在于它 不需要更換。不需要進行反應(yīng)器內(nèi)部清潔，可立即再次開始生長周期。據(jù)估計，通過使用本文所述的中空體可節(jié)省對于關(guān)閉、冷卻、惰 性化、收集、裝配和再惰性化常規(guī)西門子反應(yīng)器通常所需時間的90%。當將多晶硅直接沉積到由金屬或其它材料制成的中空體上時，沉 積多晶硅的最內(nèi)層會被基底材料污染。為了使該污染層最小化，可以 變更反應(yīng)過程，其中，將其首先以CVD模式操作，以將擴散阻擋層直接添加至中空體，然后將多晶硅CVD沉積到擴散阻擋層上。通過下面參照附圖進行的詳細描述，上述和其他的特征及優(yōu)點將 變得更加明顯。


圖1是包含中空體的反應(yīng)器的垂直截面示意圖，所述中空體為圓 柱形，并從底部進入反應(yīng)空間。圖2是包含中空體的反應(yīng)器的垂直橫截面示意圖，所述中空體被 成形為類似圓錐的平截頭體，并從頂部進入反應(yīng)空間。詳細說明圖1示出了硅制備裝置，該裝置包含了放在基部12上的有套蓋或 罩10，以提供限定了反應(yīng)空間或室14的氣密性容器。基體16被支撐 在所述室14中。特別地，基體16放在基部12的一部分上?；w16 具有外表面18，該外表面被定位以在反應(yīng)室14中接收從前體氣體沉積 的多晶硅層。為了獲得最好的效率，外表面18具有至少為25mm的水 平橫截面尺寸?；w16還具有限定接收熱源24的腔22的內(nèi)表面20。 將腔22從反應(yīng)室14分開，使得反應(yīng)氣體不會進入腔。所述容器限定 了入口 26，該入口 26被定位以使清洗氣進入腔22，所述容器還限定 了出口 28以排出清洗氣。通過反應(yīng)氣入口 30將反應(yīng)氣體供應(yīng)至所述 室14，并且通過反應(yīng)氣出口 32將反應(yīng)氣從所述室排出。所示的基體16是外徑為105 mm的圓柱形中空體。中空體16通 常垂直延伸，并且具有基本上為圓形的水平橫截面。所示的基體16由 鉬組成，但也可以由鎢、碳或任何其它幾種材料如INCOLOY 高溫金屬合金、或材料的組合而組成?；w16通常為一體化構(gòu)造，并完全由 單一材質(zhì)組成，例如金屬或合金，但也可能包括多個部分，如多層。 基體16的端帽部分可以由側(cè)壁形成，或者也可以單獨形成并被連接以密封基體的自由端。對于本發(fā)明的自收集反應(yīng)器，基體16的熱膨脹系數(shù)與多晶硅的熱膨脹系數(shù)之間存在足夠大的差異，以引起機械分離的發(fā)生。當基體的熱膨脹系數(shù)與多晶硅的熱膨脹系數(shù)相差至少20%時， 可以獲得較好的結(jié)果。熱源24是通過位于基體16底部的開口被接收 并通過穿透的加熱連接器31與電源連接的電阻加熱器。為了形成多晶硅，對反應(yīng)室14進行惰性化，由電阻加熱器24將 中空體16加熱到適合化學氣相沉積的溫度，含硅氣體通過反應(yīng)氣入口 30進入。含硅氣體可以是已知用于多晶硅化學氣相沉積形成法的多種 物質(zhì)中的任一種，例如，選自下列化合物中的一種或幾種硅烷(SiH4)、 乙硅垸(Si2H6)、高階硅烷(SinH2n+2) 、 二氯硅垸(SiH2Cl2)、三氯 硅垸(SiHCl3)、四氯化硅(SiCl4) 、 二溴代硅垸(SiH2Br2)、三溴 代硅烷(SiHBr3)、四溴化硅(SiBr4) 、 二碘代硅烷(SiH2I2)、三碘 代硅垸(SiHI3)和四碘化硅(Sil4)。所選的反應(yīng)溫度取決于所選含硅源氣體的種類，如硅垸在80(TC是 合適的，而三氯硅烷在105(TC是合適的。調(diào)節(jié)通過入口 30的含硅氣體的質(zhì)量流速，以提供在反應(yīng)容器中的 反應(yīng)物的特定濃度。該具體的濃度值可被設(shè)定為在7mm直徑的硅細長 棒上沉積通常采用的濃度。所示中空體16的加熱長度為1米。中空體的外表面18的面積約 是相同長度的7mm受熱硅細長棒面積的15倍。動力學公式表明，任 意含硅源氣體的分解速度與暴露的受熱表面積成線性關(guān)系。多晶硅在中空體上的瞬間沉積速度是使用7mm細長棒時通常所獲得速度的約15倍。在中空體上沉積的多晶硅使得生長至10mm (從 105mm到115mm)的厚度，得到約2.7kg的多晶硅。這與從7mm生長 到47 '/2 mm (平均直徑是27 Wmm)而且也得到2.7kg的多晶硅的細長 棒是相當?shù)摹Ｔ谡麄€生長周期中平均表面積的比為110/27%或約為4。 該比值表明本領(lǐng)域的技術(shù)人員可預(yù)期所述中空體反應(yīng)器的平均產(chǎn)量高 于細長棒反應(yīng)器在上述條件下生長的產(chǎn)量的4倍。當將多晶硅直接沉積到由金屬或其它材料制成的中空體上時，沉 積的多晶硅的最內(nèi)層會被基體材料污染。為了使得該污染層最小化， 可以調(diào)整反應(yīng)過程，其中，首先其在化學氣相沉積模式下操作，以將 擴散阻擋層直接添加到中空體上，然后，多晶硅化學氣相沉積到所述 擴散阻擋層上。該擴散阻擋層可由SiN (氮化硅)或SiC (碳化硅)或 其它任何可以抑制中空體材料擴散進入多晶硅的化合物組成。氮化硅 可以通過含硅氣體在銨根離子(NH4+)的同時存在下進行CVD沉積而 形成。碳化硅可以通過含有甲基(-CH3)的含硅氣體化合物的CVD沉 積而形成。圖2示出了另一種反應(yīng)器配置，其中的可比元件與圖1中所示的 元件采用類似的標號，只是在圖l相應(yīng)標號上加100。在圖2的配置中， 中空體116從頂部進入反應(yīng)空間114，并且從所述頂部懸掛。包含在由 中空體116限定的腔122中的電阻加熱器124類似地從頂部懸掛。所示中空體的類型包含具有外表面的側(cè)壁，其至少一部分包圍垂 直軸并隨著高度改變向下張開(flare)。具體地，外表面118成錐體的平 截頭體形，在底端的大直徑為115mm，在頂端的小直徑為105mm。在 中空體116的下面是閥138，其被定位以選擇性地打開和關(guān)閉與產(chǎn)物收 集器136相連的反應(yīng)容器出口 140。所示閥138是滑閥，也可以采用其 它形式的闊，如全通徑球閥。多晶硅134以上述方式沉積到中空體116上。在多晶硅沉積過程中，滑閥138被關(guān)閉，從而將收集室136與反應(yīng)容器的內(nèi)部114分開， 使得反應(yīng)容器內(nèi)的氣體不會進入收集室。重力有助于產(chǎn)物收集，因為沉積的多晶硅134從中空體116上滑 下進入收集器136。當中空體上沉積的多晶硅平均外徑達到120mm時， 內(nèi)部的加熱器124被關(guān)閉。氮清洗過程開始，經(jīng)過清洗入口 126通過 中空體116的內(nèi)部以加速中空體的冷卻。打開中空體下方的滑閥138 以暴露收集器136。當116中空體冷卻時，其與沉積的多晶硅134收縮不同的程度。 例如，鉬中空體收縮量比多晶硅大，這是因為鉬和多晶硅每攝氏度的 平均線性熱膨脹系數(shù)分別為4.9(10-6)和4.0(10-6)。由于該差異，多晶 硅從中空體116分離，或者落入收集器136或者在中空體上向下滑動。如果部分或全部多晶硅仍殘留在中空體116上，中空體會被再次 加熱到80(TC，使中空體膨脹至與多晶硅不同的程度。例如由于鉬比多 晶硅膨脹得更多和更快，所以多晶硅破裂，并且多晶硅落入收集器136。 在所有多晶硅134從中空體116上分離后，滑閥138被關(guān)閉。從而， 包含有脫落的多晶硅碎片142的收集器136被從反應(yīng)容器的內(nèi)部114 分開。當產(chǎn)物在收集器136中被分開后，對收集器的內(nèi)部用活性氣體 進行清洗，以便于收集多晶硅產(chǎn)物142。清洗過程可以通過氣體入口 144將惰性氣體進料至收集器136來實現(xiàn)，這導(dǎo)致氣體通過出口 146流 出。關(guān)閉滑閥138以分離收集器136的步驟處于生產(chǎn)周期的結(jié)束階段。 一旦滑閥被關(guān)閉，反應(yīng)器就可以重新開始另一個多晶硅沉積周期。實施例作為例子，如圖2中所示，將可內(nèi)部加熱的鉬中空體置于反應(yīng)室 內(nèi)。中空體的形狀為錐體的平截頭體狀，所述錐體的大直徑為110mm，小直徑為100mm (平均直徑為105mm)。關(guān)閉滑閥，以分離收集室和 反應(yīng)容器。硅垸是含硅的源氣。在惰性化反應(yīng)容器后，中空體被加熱 到80(TC。中空體被加熱的長度為lm。調(diào)節(jié)硅垸的進氣質(zhì)量流速，以 在反應(yīng)容器內(nèi)提供濃度為1%的硅烷。反應(yīng)容器內(nèi)的壓力為26.5psia。多晶硅在中空體上生長，直到中空體的平均直徑由105mm生長到 115mm。生長周期在66小時內(nèi)得到2.7kg，平均生長速率為41.3g/hr。 這與在設(shè)定為80(TC的7mm細長棒上的多晶硅生長相當，其在266小 時內(nèi)生長到47.5mm，平均生長速率為10.1g/hr。中空105-115mm的中 空體與7-47.5mm的細長棒的生長速率比為約4。 105-115mm的中空體 與7-47.5mm的細長棒的平均表面積比也為約4: 1。生長速率的差異是 由表面積差異造成的。多晶硅平均直徑達到115mm后，關(guān)閉內(nèi)部加熱器。從中空體的內(nèi) 部開始氮清洗以輔助降溫。位于中空體下方的滑閥被打開，暴露于收 集器。當中空體冷卻后，因為鉬和多晶硅每攝氏度的平均線性熱膨脹系 數(shù)分別為4.9 (10-6)和4.0 (10-6)，所以鉬中空體的收縮大于多晶硅。多 晶硅從鉬中空體上分離，并且滑落到收集器或者沿中空體向下滑。為了從中空體上釋放殘余的多晶硅，中空體被再次加熱到80(TC。 因為鉬比多晶硅膨脹得更快和更多，所以多晶硅就會破裂并落到收集 器中。關(guān)閉滑閥，將收集器與反應(yīng)容器分離。關(guān)閉滑閥以分離收集器的步驟結(jié)束了批處理過程。反應(yīng)器可立即 重新開始另一個沉積周期。鑒于本發(fā)明的原理可被應(yīng)用至許多可能地實施方案，應(yīng)當指出， 示例的實施方案僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施例，而不應(yīng)該被認為限定本發(fā)明范圍。實際上，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書限定。所以，申 請人主張所有落入這些權(quán)利要求范圍和主旨的技術(shù)方案均是本發(fā)明的 內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.硅制備裝置，包括反應(yīng)容器，其包含至少一個反應(yīng)室，而且限定了將含硅氣體輸送到所述反應(yīng)室中的入口；至少一個被支撐在所述反應(yīng)室中的基體，所述基體限定了腔，并具有外表面；和設(shè)置于所述腔中的熱源，所述熱源被定位以加熱所述外表面，使得被供應(yīng)至所述反應(yīng)室中的含硅氣體通過化學氣相沉積法將多晶硅沉積到所述基體的外表面上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述基體的至少所述外表面 是鉬。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述基體的至少所述外表面 是碳。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述基體的至少所述外表面 是鉭。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述基體的熱膨脹系數(shù)和多 晶硅的熱膨脹系數(shù)相差至少20%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述基體的水平外橫截面尺 寸大于25mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述容器限定了入口，該入 口被設(shè)置以允許清洗氣進入所述腔。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，還包括在所述基體表面上的擴散阻擋層，使得所述多晶硅沉積到所述擴散阻擋層上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述基體限定了這樣的開口， 通過該開口熱源在所述腔中被接收。
10. 硅制備裝置，包括反應(yīng)容器，其包含至少一個反應(yīng)室，并限定了將含硅氣體輸送到 所述反應(yīng)室中的入口，而且限定了產(chǎn)物出口；至少一個具有外表面的基體，該基體被支撐在所述反應(yīng)室中位于 所述產(chǎn)物出口高度的上方，設(shè)置該基體，使得由于重力作用從從基體 上落下的多晶硅落到所述產(chǎn)物出口 ；熱源，該熱源被定位以充分加熱所述外表面，使得供應(yīng)至所述反 應(yīng)室的含硅氣體通過化學氣相沉積法將多晶硅沉積到所述基體的外表 面上；和可操作的用于開啟和關(guān)閉所述產(chǎn)物出口的閥。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的裝置，還包括收集器，其具有與所述 產(chǎn)物出口連通的開口，使得通過所述出口出來的多晶硅被接收在所述 收集器中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的裝置，其中所述閥是滑閥。
13. 硅制備裝置，包括反應(yīng)容器，其包含至少一個反應(yīng)室，而且限定了將含硅氣體輸送 到所述反應(yīng)室中的入口；至少一個被支撐在所述反應(yīng)室中的基體，所述基體具有外表面， 該表面的至少一部分隨著高度變化而張開；和熱源，該熱源被設(shè)置以加熱所述外表面，使得被供應(yīng)至所述反應(yīng) 室中的含硅氣體通過化學氣相沉積法將多晶硅沉積到所述基體的外表 面上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述表面的張開部分為向 下張開。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述表面的張開部分通常 為截頭圓錐體狀。
16. 用在西門子反應(yīng)器中的基體，所述基體 具有外表面，其適合用作接收沉積的多晶硅的基底；以及 限定了腔，該腔被按一定尺寸制造、被成形、并被設(shè)置以接收熱源來加熱所述外表面。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的基體，還包括在所述外表面上的擴散 阻擋層，使得該擴散阻擋層提供使多晶硅沉積其上的表面。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的基體，其中所述基體的至少所述外表 面是鉬。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的基體，其中所述基體的至少所述外表 面是碳。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的基體，其中所述基體的至少所述外表 面是鉭。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的基體，其中所述基體的熱膨脹系數(shù)和 多晶硅的熱膨脹系數(shù)相差至少20%。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的基體，其中當將所述基體安裝在西門 子反應(yīng)器中時，該基體具有大于25mm的水平橫截面尺寸。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的基體，其中所述表面的至少一部分通 常是截頭圓錐體狀。
24. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的基體，其中所述表面的至少一部分通 常是具有通常為圓形橫截面的圓柱體狀。
25. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的基體，其中所述外表面包含擴散阻擋 層，該擴散阻擋層被定位以接收沉積的多晶硅。
26. —種通過在反應(yīng)器內(nèi)將多晶硅沉積到沉積表面上來制備多晶 硅的方法，該方法包括在反應(yīng)器內(nèi)提供至少一個基體，該基體限定了腔并具有外表面； 在所述腔中供應(yīng)熱以加熱所述外表面；以及通過硅的化學氣相沉積法，由于含硅氣體的熱分解，將多晶硅沉 積到所述加熱的外表面上，以在所述表面上生長多晶硅層。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括冷卻所述基體，以使所 述基體與所述沉積的多晶硅層收縮不同的量，使得所述多晶硅層與所 述外表面分離。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括加熱所述基體，以使所 述基體與所述多晶硅層膨脹至不同的程度，使得所述多晶硅層與所述 外表面分離。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括在將硅沉積到所述基 體上之前，將擴散阻擋層沉積到所述基體的表面上，使得所述多晶硅 沉積到所述擴散阻擋層上。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，還包括在銨離子(NH4+)的 同時存在下，通過從含硅氣體中沉積硅來形成所述擴散阻擋層，從而形成SiN的擴散阻擋層。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，還包括通過從包含甲基(-CH3) 基團的含硅氣態(tài)化合物中沉積硅來形成所述擴散阻擋層，從而形成SiC 的擴散阻擋層。
全文摘要
將多晶硅沉積到管狀體或其它中空體上。所述中空體代替常規(guī)西門子型反應(yīng)器的細長棒，并且可通過簡單的電阻元件被內(nèi)部加熱。選擇中空體的直徑，以提供比硅細長棒大得多的表面積。選擇中空體材料，使得在冷卻后，由于收縮率不同，沉積的多晶硅易于與中空體分離并落入收集器中。
文檔編號C01B33/00GK101218175SQ200680020688
公開日2008年7月9日 申請日期2006年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月10日
發(fā)明者弗朗茨·雨果, 萊爾·C·溫特頓 申請人:瑞科硅公司