本发明涉及一种用于沉积多晶硅的反应器。
背景技术：
多晶硅(polycrystallinesilicon)(简称多晶硅“polysilicon”)在通过坩埚提拉(czochralski或cz法)或者通过区域熔化(浮区或fz法)制备单晶硅的过程中充当起始材料。将该单晶硅切割成晶片，并在大量机械、化学和机械化学处理操作之后，在半导体工业中用于制造电子元件(芯片)。
然而，尤其是对于通过提拉法或铸造法来制备单晶硅或多晶体硅(multicrystallinesilicon)而言，在很大程度上需要多晶硅，这种单晶硅或多晶体硅用于制造用于光伏应用的太阳能电池。
多晶硅通常通过西门子法(siemensprocess)来制备。这种方法包括在钟形反应器(“西门子反应器”)中通过直接通电将硅“细棒”的细丝棒加热，并引入包含含硅组分和氢气的反应气体。反应气体的含硅组分通常是甲硅烷或者具有以下一般组成的卤代硅烷：sihnx4-n(n＝0、1、2、3；x＝cl、br、i)。所述组分优选为氯硅烷或氯硅烷混合物，特别优选三氯甲硅烷。在含氢气的混合物中，主要使用sih4或sihcl3(三氯甲硅烷，tcs)。
典型的西门子反应器基本上由以下组成：金属底板，放置在金属底板上并与其形成气密密封的可冷却的钟形罩，用于供应气体的喷嘴和用于除去反应气体的开口，以及用于丝棒的固定器和电流所需要的输入引线和输出引线。
反应器中的沉积反应通常需要反应器中的丝棒的表面具有高于约1000℃的高温。丝棒的加热通过直接通电来实现。供电通过固定丝棒的电极产生。
大部分供应的电能以热的形式辐射并被反应气体和冷却的反应器内壁吸收并消散。
为了降低电力消耗，提议对反应器内壁进行处理(例如电解抛光)或者涂布具有高反射率的材料。已知用于涂布反应器内部的材料是银或金，因为这些材料理论上具有最高反射率。
dd156273a1公开了一种制备多晶硅的反应器，它的独特特征是，反应器的内部是由电化学抛光的不锈钢制成。
ep0090321a2描述了一种制备多晶硅的方法，其中所使用的反应器壁由耐腐蚀合金制成，并将反应器内表面抛光至镜面光洁度。
kr10-1145014b1公开了一种沉积反应器，其包括用于降低多晶硅沉积期间的比能耗的涂布ni-mn-合金的内壁。涂层厚度为0.1至250μm。
us2013/115374a1公开了一种沉积反应器，其内表面至少部分地配置有所谓的热控制层。所述热控制层的特征是，辐射系数小于0.1并且层的硬度为至少3.5moh。层的厚度不大于100μm。材料钨、钽、镍、铂、铬和钼认为是特别优选的。
关于反射特征，包含银和金的涂层相对于电解抛光的表面更有优势。此外，使用电解抛光的不锈钢存在铁污染多晶硅的风险。
us2011/159214a1描述了一种用于多晶硅沉积的反应器，反应器内部涂布至少0.1μm厚的金层。这可降低比能耗，因为金的反射特征非常高。
wo2013/053495a1公开了一种从气相沉积硅的反应器，其包括：
反应容器，其具有内表面，所述内表面至少部分地界定处理空间；及
涂层，其在反应容器的至少一部分内表面上，
所述涂层包含以下组成：
第一层，其施用在反应容器的内表面的至少上部区域，且具有比反应容器的未涂布内表面更高的热辐射反射率；以及
第二层，其施用在反应容器的内表面的下部区域，且具有比反应容器的未涂布内表面更高的热辐射反射率；
其中，第二层明显比第一层厚。
可通过例如电镀来施用第一层。除了银之外，还可使用金作为涂布材料。不同厚度可节省成本。
当考虑原料成本时，银比金更优选。此外，就高纯度多晶硅的污染而言，银的问题比金明显更少。当使用金时，存在金扩散入多晶硅并导致下游处理(例如制备多晶硅晶片)的质量问题的风险。
dd64047a公开了一种制备低磷多晶硅的方法。该方法尤其是通过对反应器内壁使用低磷材料(不锈钢、银等)来完成。
us4173944a要求保护一种沉积装置，其中包含反应空间的钟形罩的表面由银或镀银钢制成。
de956369c公开了一种制备模制件的方法，所述模制件由钢制成并镀银或者由具有高银含量的合金制成，其特征在于，在原子氢的存在下，将银/银合金以熔融态施用到基材上。凝固后，将银层通过刨削、研磨或其他机械处理弄平滑。
de1033378b公开了一种类似方法，其中用熔化银增强由银制成的底漆层，以实现所需厚度。
de102010017238a1示出如何将银施用到钢表面。热处理(例如焊接)使银与钢在接触表面结合，并且将银和钢牢固连接在一起。然后可将银层进行研磨或抛光。
已经发现，沉积过程中的故障可能导致硅棒落到反应器壁上。当反应器内壁涂布材料时，并且当涂层的硬度可能比硅的硬度低时，坠落的硅棒会损害涂层。除了其他影响因素之外，损害程度随着涂层的厚度的降低而增加。当反应器壁涂布银时，由于硅的高硬度，可能导致对银层产生损害。
这可能导致涂层的反射特征发生劣化。这与沉积过程中增加的电力消耗有关，以避免这样的问题，即反应器昂贵且不便修复。
反应器壁损害的另一个问题是，还可导致在制备过程中产生较差质量的多晶硅。
这是因为在一些情况下，涂层的载体壁(通常是钢或不锈钢)还可能受到损害。载体壁的腐蚀可能导致将不希望的外来原子(例如铁)引入多晶硅。
使用涂层材料例如镍、金、银或其他材料的根本问题是，在制备过程中提高了反射性质，例如在高温下，氧可较大程度上溶解在涂层材料中，因为在涂层材料(例如银、金或镍)的制备过程中需要使该材料达到熔点(例如银961.9℃，金1064℃，镍1455℃)。
因此，例如银对氧显示出相对高的溶解度。溶解度随着温度的升高而升高。因而银涂层可能具有高氧含量。
其缺点是，由于在反应器的沉积操作期间，溶解在涂层材料中的氧可能产生不希望的副反应。例如，可形成褐色/黑色银氧化物、黑色镍氧化物或其他黑色金属氧化物，可能对反应器内壁的反射性质和所产生的多晶硅的质量产生负面影响。
此外，在沉积过程中用作氯硅烷的载气的氢气可能扩散通过涂层并与溶解氧或吸附氧(trappedoxygen)反应以形成水。这可能导致金属载体板(钢或不锈钢)的腐蚀或涂层中的气泡形成，最终涂层从金属底板脱落。
此外，在涂布金属板的制备过程中，钢板和涂层之间可能形成小的鼓泡(airpocket)，这在沉积过程中可能同样产生不希望的副反应或者会损害涂层。
所有上述问题与高修理成本和反应器的停机时间有关。
技术实现要素：
由上述问题引出本发明待要实现的目的。
本发明的目的通过一种沉积多晶硅的反应器来实现，所述反应器包括金属底板，放置在该金属底板上并与其形成气密密封的可冷却的钟形罩，用于供应气体的喷嘴和用于除去反应气体的开口，以及用于丝棒的固定器和用于电流的输入引线和输出引线，其中所述钟形罩的内壁涂布金属或金属合金，其特征在于，通过热成形和/或冷成形对涂层进行机械后处理，使得所述涂层在机械处理期间经历塑性变形。
本发明提供一种通过机械成形对涂层加工的方法，使得该涂层具有光滑、平坦的结构或者不规则、不光滑的结构，所述不规则、不光滑的结构包括压痕、凹痕或其他凹陷。
涂层的最小厚度优选为0.5mm。
机械成形可以是热成形工艺和/或冷成形工艺，优选冷成形工艺。热成形包括将表面在高于再结晶的温度下进行塑性加工，例如锻造或者焊接。冷成形包括将表面在低于再结晶的温度下进行塑性加工，例如敲击和锤打。
优选用作涂层材料的材料是提高反应器内壁对载体材料的反射性质的那些。它们尤其是金属和金属合金，其辐射系数小于0.3，优选小于0.15。优选不锈钢、镍、镍合金例如hastelloy或inconel、银或金。
特别优选使用银。
本发明提供一种通过机械成形对涂层进行针对性后处理的方法。
在一个实施方案中，底板还在其反应器侧表面(即面对反应器空间的表面)上具有这样的涂层。
与现有技术已知的涂布方法(参看上文)中的典型的处理步骤相比较，涂层的成形力求通过涂层的塑性变形来机械驱除涂层中溶解的氧和氧夹杂物。
这降低涂层从载体壁脱落的敏感性。机械后处理涂层显示提高了涂层对金属载体板的粘附性。降低了可能对内壁的反射性质产生负面影响的不希望的金属氧化物化合物的形成。
例如冷轧和热轧之后，表面可能具有光滑的外观，或可能显示有凹痕、压痕或其他凹陷，下文通常称作术语“凹痕”(例如锤打后)，其中涂层的表面处理不会对涂层的反射性质有负面影响。
可能的压痕的直径优选为1至100mm，特别优选5至30mm，并且甚至更优选为0.1至2mm，特别优选0.1至1mm。
压痕可以是不连续的。在一个实施方案中，至少一些压痕是连续的。
涂层的成形可以是热成形或者冷成形，即通过涂层的塑性变形对涂层进行机械加工。热成形在高于再结晶的温度下进行，冷成形在低于再结晶的温度下进行。优选冷成形，这是因为氧的溶解度较低。
冷成形导致微结构朝向较小微晶和较高位错密度变化。这导致提高涂层的硬度。
由于较高的硬度，涂层表面几乎不会受到坠落的硅棒的损害或至少不那么严重。因此，冷成形驱除涂层中溶解的氧和/或吸附的氧气泡并提高涂层的硬度。
涂层或镀层的制备，尤其是银涂层/银镀层的制备是根据例如de956369c和de1033378b所描述的方法来进行。
“电镀”理解为是指将层施加并牢固连接到载体金属上，层的厚度不小于0.5mm并且包含金属或金属合金。可通过爆炸电镀、堆焊、轧制应用(rollapplication)、冷气动力喷涂或其他已知方法将涂层材料涂布到载体金属上。这些方法通常在高温和/或高压下进行。
冷气动力喷涂包括使用气流以非常高的速度将涂布材料的非常小的颗粒加速到待涂布的表面上。冲击引起喷涂材料和金属载体板的近表面层的塑性变形。这建立牢固粘附的层。
然而，不考虑涂布技术和金属载体板或涂层的材料，所有经涂布的金属载体板原则上是可成形的。
涂层的冷成形可能受到冷轧、深拉、弯曲、敲击、锤打、喷丸硬化(shotpeening)或其他冷成形方法的影响，导致微结构位错并提高了涂层的硬度。
在这些冷成形操作中，使用合适的工具对金属载体板(具有涂层或其上沉积镀层的钢或不锈钢)的涂层侧进行加工。冷成形操作可以作为将涂布的金属载体板放在一起以形成沉积反应器之后的最后加工步骤来进行，或者在中间制备步骤中的单个涂布的金属载体板之前进行。
已经证明，敲击、锤打和冷轧是特别合适的冷成形操作。锤打是特别优选的。
冷锤打在凹痕区域中形成表面。
冷成形或热成形之后，优选涂层的厚度为0.5至5mm，特别优选0.5至3.5mm。
优选选择银作为涂布材料。
作为银，不仅可以使用最高纯度的银(称作纯银feinsilber)，还可以使用包含合金成分(例如包含镍等)的银。
纯银(ag4n)包含至少99.99重量％的银。
包含低比例合金成分的银，尤其是细晶粒银(feinkornsilber，agni0.15，镍比例为0.15重量％)是特别优选的，因为细晶粒银比银和纯银具有更高的硬度。
优选反应器钟形罩的内壁是镀银钢板，其中锤打银镀层。
底板/底板的反应器侧表面还优选由镀银钢或者镀银不锈钢制成。在这种情况下，将反应器内由底板和钟形罩界定的所有表面进行镀银。
本发明还涉及一种在这种反应器中制备多晶硅的方法，其包括将包含含硅组分和氢气的反应气体引入cvd反应器中，所述cvd反应器含有至少一个丝棒，所述丝棒通过电极供电并因此通过直接通电被加热至使多晶硅沉积到该丝棒上的温度。
优选地，通过桥将丝棒对的一端连接以形成具有倒转u型的支撑体。每个丝棒的另一端连接布置在反应器底板上的各自的电极。两个电极具有相反的极性。
首先需要将倒转u型支撑体(当包含硅时)预加热至约至少250℃以变得导电，并能够通过直接通电而加热。
最后，供应包含含硅组分的反应气体。反应气体的含硅组分优选为甲硅烷或具有通式sihnx4-n(n＝0、1、2、3、4；x＝cl、br、i)的卤代硅烷。
所述组分特别优选氯硅烷或氯硅烷的混合物。
使用三氯硅烷是非常特别优选的。
甲硅烷和三氯甲硅烷优选用于含氢气的混合物中。
将高纯度的多晶硅沉积到经加热的丝棒上，并且水平桥的直径随时间增大。当达到理想的直径时终止该过程。
将通过沉积获得的多晶硅棒优选粉碎成块，任选清洗，并在后续处理步骤中包装。
根据本发明方法的上述实施方案所引用的特征可应用于根据本发明所对应的产品。相反，根据本发明产品的上述实施方案所引用的特征可应用于根据本发明所对应的方法。在附图和权利要求的描述中阐述了根据本发明的实施方案的这些特征和其他特征。各个特征可作为本发明的实施方案单独或以组合方式实施。所述特征可进一步描述能够保护其自身权利的有利的实施方案。
附图说明
图1示出反应器的示意图。
附图标记
1底板
2钟形罩
3反应器壁
具体实施方式
反应器包括布置在底板1上的钟形罩2。
将钟形罩的反应器壁3的反应器内饰面(reactor-interior-facingsurface)进行镀银和锤打。
在一个实施方案中，还将面对反应器内部的底板1的表面进行镀银和锤击。
以上描述的示例性实施方案应当理解为是举例性的。由此形成的公开内容使本领域技术人员能够理解本发明以及与其相关的优势，并且还涵盖了对本领域技术人员而言显而易见的所述结构和方法的改变和修改。因此，所有这些改变和修改以及等同物均包括在权利要求的保护范围内。