一种降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法

本发明涉及电子级多晶硅生产制备，具体而言，涉及一种降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法。

背景技术：

1、电子级多晶硅是一种高纯度的硅材料，主要用于生产半导体器件和太阳能电池等高科技产品。由于其出色的半导体性能和环保优势，电子级多晶硅在我国得到了广泛的关注和应用。

2、西门子法作为电子级多晶硅生产的主导工艺，全球总产量占比超过90％，但其核心生产技术长期被国外掌控。我国电子级多晶硅产品质量受制于一个关键因素，即通过cvd反应器产生的产品中，杂质硼含量过高，为国外瓦克公司的3-4倍。我国针对杂质硼的研究主要聚焦于通过精馏方法降低反应原料sihcl3中的杂质bcl3含量。目前，我国已将sihcl3中bcl3含量降至0.1ppb以下，达到国际领先水平，可与瓦克公司相媲美。精馏后的sihcl3与h2气体一同进入西门子还原炉，在硅棒表面发生化学气相沉积，生成多晶硅。然而，我国还原炉生产的多晶硅产品质量与国际先进水平仍有较大差距，杂质硼含量为瓦克公司的3-4倍。因此，探究在西门子还原炉化学气相沉积过程中如何降低硼在多晶硅棒上的沉积量显得尤为重要。

3、针对si-b-h-cl体系的研究，主流方向聚焦于掺硼硅薄膜，其核心在于利用高浓度bcl3作为掺杂剂，通过调整实验条件，促使b在si基体上实现均匀沉积。这一过程的基础在于sihcl3与bcl3均含有cl-，因此在硅基体表面呈现相似的表面化学反应。然而，关于抑制b在硅基体上的沉积，尤其是西门子还原炉内化学气相沉积生产电子级多晶硅过程中b杂质的抑制策略，目前尚无相关研究报道。

4、因此，发明一种新的抑制b杂质的电子级多晶硅生产方法显得尤为重要。

技术实现思路

1、大量实验研究证实，在低温条件下，bcl3在h2作用下发生均相反应，生成bhcl2和hcl；当温度升高至特定值时，bcl3在h2作用下发生非均相反应，生成固相b沉积于硅基体；继续提高温度，bcl3在h2作用下实现均相反应，生成bc lx、bhx、bhcl2等气相，同时，硅基体上沉积的固相b在hcl作用下被刻蚀，生成bclx进入气相。鉴于此，本发明提出了一种降低电子级多晶硅中杂质硼的方法，旨在解决当前技术中存在的电子级多晶硅中杂质硼含量过高的问题。即通过调控西门子还原炉内对流换热强度对气相温度进行调节，促使bcl3转化为bhcl2、bclx、bhx等气相随还原尾气排出，降低b在多晶硅棒上的沉积量，实现电子级多晶硅产品中杂质硼含量的有效控制，提升产品质量。该方法操作简单，成本低，并可应用于大部分的化学气相沉积体系。

2、本发明提出了一种降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法，包括以下步骤：

3、加热硅棒的同时通入气相，所述气相包括h2和含有痕量bcl3杂质的sihcl3；

4、当通入含有痕量bcl3杂质的sihcl3时，控制硅棒温度将所述气相升温至400-600℃；

5、当气相温度升高至设定温度时加快硅棒升温速率，将还原炉温度升高至950-1200℃，并维持硅棒表面所述气相温度为950-1200℃；

6、通入含有痕量bcl3杂质的s ihcl3时间为100-105h，总生产时间为110-120h，全程通入h2。

7、优选的，所述降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法在还原炉中进行。

8、优选的，所述还原炉为外环与内环的两环排布设计的还原炉；

9、所述硅棒加热方式为内环和外环的硅棒同时加热；

10、其中，内环硅棒持续加热；外环硅棒温度达到1100℃后暂停20min，然后再加热1h，实施循环间歇加热。

11、优选的，所述还原炉的加热方式为硅棒底端直流-交流混合电加热。

12、优选的，所述还原炉的加热方式为：

13、当硅棒半径达到7cm时由直流电加热转换为交流电加热，且内外环同时加热；

14、当硅棒半径增长至10cm时停止通电。

15、优选的，在加热硅棒的同时通入气相时，包括：

16、通入h2同时加热硅棒至1000-1200℃，维持2-3h后通入含有痕量bcl 3杂质的sihcl 3；

17、其中，所述s ihcl3中bcl3含量为0.01ppb-0.3ppb；操作压力为4-7atm；进气温度为80-100℃。

18、优选的，h2通入量为800-5000m3/h，含有痕量bcl3杂质的s ihcl3进气量为800-1500m3/h，进气速度为8-60m/s。

19、优选的，初始进气温度为80-100℃，h2的初始通入量为1800-2000m3/h，s ihcl 3的初始进气量为400-500m3/h，初始进气速度为8-10m/s。

20、优选的，当气相温度增长至400-600℃后，h2流量为4000-5000m3/h，sihcl3进气量为600-1000m3/h，进气速度为30-60m/s；

21、当硅棒表面气相温度快速升高至950-1200℃时，h2流量为4000-5000m3/h，s ihcl3进气量为800-1500m3/h，进气速度为50-60m/s。

22、本发明还提出了一种电子级多晶硅，所述电子级多晶硅通过任一所述的降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法制备获得。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

24、该方法通过控制还原炉中的升温速率调节气相温度，以及硅棒的加热方式和加热温度，实现了在降低电子级多晶硅中杂质硼的同时，提高了多晶硅的生产效率和产品质量。具体来说，该方法通过三个阶段的温度控制和气体流量控制，实现了对多晶硅生产过程的精确控制，避免了硼杂质的过度引入，同时优化了还原炉的能耗和生产效率。因此，该方法具有很好的实用性和推广价值，能够为电子级多晶硅的生产提供一种有效的技术手段。

技术特征：

1.一种降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法，其特征在于，所述降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法在还原炉中进行。

3.根据权利要求2所述的降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法，其特征在于，所述还原炉为外环与内环的两环排布设计的还原炉；

4.根据权利要求3所述的降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法，其特征在于，所述还原炉的加热方式为硅棒底端直流-交流混合电加热。

5.根据权利要求3所述的降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法，其特征在于，所述还原炉的加热方式为：

6.根据权利要求1所述的降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法，其特征在于，在加热硅棒的同时通入气相时，包括：

7.根据权利要求1所述的降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法，其特征在于，h2通入量为800-5000m3/h，含有痕量bcl3杂质的sihcl3进气量为800-1500m3/h，进气速度为8-60m/s。

8.根据权利要求7所述的降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法，其特征在于，初始进气温度为80-100℃，h2的初始通入量为1800-2000m3/h，sihcl3的初始进气量为400-500m3/h，初始进气速度不为8-10m/s。

9.根据权利要求8所述的降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法，其特征在于，当气相温度增长至400-600℃后，h2流量为4000-5000m3/h，sihcl3进气量为600-1000m3/h，进气速度为30-60m/s；

10.一种电子级多晶硅，其特征在于，所述电子级多晶硅通过权利要求1-9任一项所述的降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法制备获得。

技术总结本发明涉及电子级多晶硅生产制备技术领域，公开一种降低电子级多晶硅中杂质硼含量的方法，该方法包括：加热硅棒的同时通入气相，所述气相包括H2和含有痕量BC l3杂质的Si HCl3；当通入含有痕量BC l3杂质的SiHC l3时，控制所述气相升温至400‑600℃；当气相温度升高至设定温度时加快硅棒升温速率，将还原炉温度升高至950‑1200℃，并维持硅棒表面所述气相温度为950‑1200℃；通入含有痕量BC l3杂质的SiHC l3时间为100‑105h，总生产时间为110‑120h，全程通入H2。该方法通过三个阶段的温度控制和气体流量控制，实现了对多晶硅生产过程的精确控制，避免了硼杂质的过度引入，同时优化了还原炉的能耗和生产效率。技术研发人员：侯彦青,袁兴平,廖华,赵丹,陈凤阳,郭李杰,吕庆辉,张旗受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/19