多晶硅中氧化夹层的消除

孔营

摘 要：控制多晶硅生产各个环节的洁净度，确保还原炉内氧含量和露点的合格，通过观察电压曲线的变化，判断生长初期夹层的消除情况。

关键词：洁净度;夹层;电压曲线

1、前言

在多晶硅生产中，氧化夹层是衡量多晶硅质量的一个重要指标。从实际生产情况来看， 目前由于氧化夹层所引起的质量问题占的比例较大，给企业带来了一定损失，经济成本大幅下降，由于硅棒氧化夹层在拉制单晶的过程中易引起“硅跳”，轻则放火花，重则毁坏加热器是拉晶无法进行，因此氧化夹层成为衡量多晶硅质量的一个重要指标，深层次、全方位地探讨多晶硅在生长期间形成氧化夹层的机理，提出从根本上消除氧化夹层的解决措施就显得尤为重，经过实验可达到夹层率为零。

2、夹层的产生

2.1 由于硅芯表面污染而造成的夹层。a）硅芯表面的氧化层未腐蚀干净。b）装炉时没按照洁净要求安装，硅芯受到污染：手指印痕、颗粒粉尘、汗渍等。

2.2 还原炉内存有水分，通料时产生夹层。a）还原炉内的气体（氢气或是氮气）或多晶硅正常生长时所需的氢气露点与含氧量超标，在正常反应的温度（1080°C）时，硅易氧化或是三氯氢硅水解形成夹层;b）石墨卡座在空气中暴露时间过长，尤其是夏季，空气湿度较大，碳有较强的吸附性，石墨卡座受潮后重复利用，还原炉启动后形成夹层。c）由于夹套水法兰、视孔水的活接头与还原炉底盘在同一水平线上，拆炉时，存留的水容易溅到底盘上，渗到炉筒垫圈下面，垫圈下的水将垫圈整体浮起，很难被发现。罩炉筒时，水被挤压出来，炉内会产生一圈水跡，启炉后与三氯氢硅反应，生成水解物，产生夹层。d）硅芯安装完毕吊炉筒时，视孔冷却水有滴在底盘上的现象，进料后生成水解物，产生夹层。e）炉筒清洗和干燥不彻底，通炉筒水时水份极易从炉壁挥发，致使硅芯上附着水分。通料时形成氧化夹层。

2.3 阀门内漏引起夹层。a） 离还原炉最近的三氯氢硅物料手阀内漏，停炉时调节阀和手阀之间有余压，内漏出的料液囤积在管道里，拆炉后与空气接触，受到污染，进料时硅芯上沉积黑色污物。b） 调节阀卡涩，DCS阀位与现场阀位不符。进料时，手阀刚打开，大量的物料进入还原炉。

2.4 停炉时间过长，管道积液多。一台汽化器对应4-5台还原炉，其中一台停炉时，汽化器继续运转，存留在进料管线的料液会越来越多，三氯氢硅的沸点38度，实际进料的液体温度（冬季）只有3度，导致硅芯表面温度骤降形成夹层。

2.5 进料炉温控制过低。还原炉启动后，硅棒电流过小，硅棒表面温度过低，硅芯表面未达到熔融状态，进料后形成温度夹层。

2.6 进料时电压波动大。 电压在进料时出现明显的升高，说明硅棒表面温度出现了变化，下降过快，反应温度的骤降导致了硅芯夹层的出现。

2.7 还原炉置换的方法、流程存在缺陷。目前的还原炉安装完毕，开始扣钟罩，连接上下进出水管，通入30度的脱盐水进行排气环节，在此过程中，钟罩内的热空气没有及时排出，导致热空气被冷凝，凝水附着在硅芯上，无法去除，氧化夹层由此产生。

3、消除多晶硅夹层的实验方法

3.1确定安装硅芯的要点。a）每炉次装炉前要求清理电极、瓷环以及绝缘套周圈的缝隙;还原炉底盘垫圈下用无水乙醇脱水。安装硅芯时，要注意避免与污物接触：硅芯车的洁净、小车扶手的洁净、一次性手套的及时更换以及防护呼吸器的正确佩戴。b）每炉使用过的石墨件要求密封，与空气隔绝。吊炉筒时，用丝扣将视孔水活接头扣住，避免有水滴在底盘上。c）炉筒清洗时，始终保持氮气吹扫视孔氢管线。d）炉筒吊开后立即给进气管线通入氮气，避免物料与空气接触。

3.2操作过程控制的要求。a）检查伴热管线的投用情况及温度是否正常。b）对于内漏严重的尾气管线，不进行抽真空。c）炉筒罩好后，先通入135度的炉筒夹套水循环5分钟，再进行置换工作，增加抽真空的次数，目的是带走炉壁上的少量水分。在置换气密合格后，将炉内压力降至0.15MPA，在炉筒水循环下静致1.5小时，再用纯氢置换。对于尾气阀门内漏严重的要提高炉内压到0.3MPA.d）确认DCS的阀位状态与现场的保持一致;e）硅芯击穿后，打开电解氢气40—50m3/h，在1180-1220度以上空烧20-30分钟后转换回收氢气，此时要保证炉内温度不波动，注意观察电压曲线，要求电压波动小于20v;f）回收氢空烧时间到后，再打开FV0403-1前手阀（FV0403-2手阀保持关闭），缓慢打开后手阀，如炉内发现明显有料或电压波动超过15v应立即关闭手阀补加电流，5分钟后再缓慢打开手阀保证电压波动小于20v（如电压仍然较快上涨要立刻关闭手阀，待稳定后再重复以上步骤）.待FV0403-1手阀全开后，再缓慢打开FV0403-1，每次0.1%的速度开至5%，每开1%停顿2—3分钟;在整个过程中，要及时补加电流，保证温度变化平稳，注意观察电压变化，保证电压波动小于20v;随着物料的逐渐提升，电流要适当补给，维持电压曲线呈逐渐下降的趋势。g）进料后观察硅芯表面若有附着物，立即停炉后，在拆炉前进行冷洗。

3.3还原炉置换的方法、流程的改进。为了避免热空气被冷凝，在钟罩扣上后，及时通入氮气打开放开管线，将空气置换成干燥的氮气，15分钟后在通入冷却水，这样就可以避免氧化夹层的生成。

4、小结

（1）本次实验和技术改造通过对三氯氢硅的物理和化学性质的特性，在装拆还原炉环节以及进料环节来控制夹层的产生;

（2）通过还原反应中硅棒温度的变化判断PLC的电压曲线是否正常，就是说，还原炉处于空烧阶段，温度的控制反应出正确的电压曲线，来确定夹层是否在看不到的范围产生;

（3）通过改变常规的置换流程，减少还原炉内的凝水的生成，确保炉内干燥，产生夹层的几率会有所降低。