減輕多晶硅的金屬接觸污染的容器和方法
【專利摘要】本公開涉及減少或減輕多晶硅在保存或存放置在至少部分由金屬構造和/或具有至少部分為金屬的多晶硅接觸面的容器中時的金屬污染。特別地，本公開涉及一種通過向表面提供包含微孔狀彈性體聚氨酯的保護層而減輕多晶硅與容器的金屬表面接觸所致的金屬污染的方法。
【專利說明】減輕多晶硅的金屬接觸污染的容器和方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本發(fā)明要求2012年11月9日提交的美國臨時申請61/724，844號的優(yōu)先權，所述美國臨時申請通過參考全文并入本文中。
【技術領域】
[0003]本公開內(nèi)容涉及一種改良的多晶硅用容器以及一種減輕其內(nèi)所含的多晶硅的金屬污染的方法。
【背景技術】
[0004]將超高純度硅廣泛應用于電子工業(yè)和光電工業(yè)中。對于這些應用，工業(yè)需要的純度是極高的，并且經(jīng)常地，僅具有以PPb (十億分之一)水平測量到的痕量污染的材料才被認為可接受。通過嚴格控制用于制造多晶硅的反應物的純度，可能制得這種高純度的多晶硅，但另一方面在任何處理、包裝或運輸操作中都必須極其小心以避免后污染。在任何時刻多晶硅都與表面接觸，故存在多晶硅被那個表面材料污染的風險。如果污染程度超過某些行業(yè)規(guī)定，那么將所述材料銷售到這些最終應用的能力會受到限制或甚至被拒收。在這點上，如果要達到半導體行業(yè)中的硅性能準則，那么最小化接觸金屬污染是主要問題。
[0005]在解決避免金屬接觸污染這件事的同時，需要提供使用壽命增加并且可避免需要經(jīng)常脫換容器和/或置換樹脂構件的容器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)一個方面，本公開涉及一種減少或消除粒狀多晶硅在存放或運輸期間與容器的內(nèi)部金屬表面接觸所致的污染的方法，所述方法包括將多晶硅放置在具備保護襯里的容器中，所述保護襯里包含在容器的內(nèi)部金屬表面的至少一部分上的微孔狀彈性體聚氨酯，將所述襯里布置成保護多晶硅以免與內(nèi)部金屬表面接觸。
[0007]根據(jù)另一方面，本公開涉及一種適用于保持粒狀多晶硅的容器。所述容器是至少部分由金屬構造并且具有界定含有多晶硅的區(qū)域的內(nèi)部金屬表面的容器，并且與多晶硅接觸的內(nèi)表面的部分具備包含微孔狀彈性體聚氨酯的保護襯里，從而減少或消除多晶硅的金屬污染。
[0008]根據(jù)又一個方面，本公開涉及一件制品，其包含:
[0009]a)適用于保持粒狀多晶硅的容器，其中所述容器具有界定用于保持多晶硅的區(qū)域的內(nèi)部金屬表面，并且內(nèi)部金屬表面的部分具備包含微孔狀彈性體聚氨酯的保護襯里；以及
[0010]b)位于容器內(nèi)的粒狀多晶硅，其中所述多晶硅與保護襯里接觸，從而減少或消除多晶硅的金屬污染。
[0011]根據(jù)以下詳細描述，前述和其它目的、特征和優(yōu)勢將變得更明顯?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0012]圖1是適用于保持多晶硅的有襯里的容器的示意性截面圖。[0013]圖2是適用于保持和排放多晶硅的有襯里的加料斗和卸料斜槽的示意性透視圖?！揪唧w實施方式】
[0014]除非另有說明，否則本申請中呈現(xiàn)的所有數(shù)字和范圍都是近似的，即在測定這些數(shù)值和范圍所需的試驗的科學不確定值內(nèi)，如本領域普通技術人員已知。
[0015]在本公開的上下文中，表述“存放容器”可以包括箱、筒、斜槽、加料斗或粉碎床，其至少部分具有金屬構造和/或具有至少部分為金屬的多晶硅接觸面。所述容器可以與多晶硅的處理和制造操作和/或多晶硅的包裝和運輸聯(lián)合。當將多晶硅保存在容器內(nèi)時，容器可以是商品。
[0016]被保持在容器內(nèi)的多晶硅不限于任何具體來源并且可以包括顆粒狀或粒狀硅，所述顆粒狀或粒狀硅是用作制造多晶硅的流化床反應器方法中的晶種，或是從這個工藝收集的產(chǎn)品。容器內(nèi)所含的多晶硅還可以是獲自西門子工藝的多晶硅并且可以呈根據(jù)美國專利公布US2003/0150378中公開的方法獲得的硅樹枝狀晶體的形式。
[0017]在一個實施方式中，多晶硅存放容器是意圖用于與結晶多晶硅的流化床制造工藝相關的多晶硅(典型地稱為成粒硅或粒狀硅)的容器。成粒硅涵蓋其最大維度的平均尺寸為約0.01微米至多達15毫米的材料。更典型地，大部分成粒硅將具有約0.1至約5毫米的平均粒度并且為實質(zhì)上球狀體形式并且不存在任何鋒利或尖銳的邊緣結構。
[0018]保存在容器內(nèi)的硅金屬污染是由硅與金屬表面直接接觸所致，或由硅物質(zhì)(例如顆粒狀多晶硅)本體內(nèi)夾帶作為不連續(xù)金屬顆粒的腐蝕或磨損產(chǎn)品所致。在公開的實施方式中，通過存在至少部分覆蓋容器的一個或多個內(nèi)部金屬表面的保護襯里以減少或避免污染并且其中所述保護襯里包含微孔狀彈性體聚氨酯。在本申請的上下文中，術語“聚氨酯”還可以包括其中聚合物骨架包含聚脲聚氨酯(polyureaurethane)或聚氨酯-異氰脲酸酯鍵的材料。在一些實施方式中，如本文所公開的保護襯里覆蓋至少50%或至少75%的表面。在某些實施方式中，保護襯里完全覆蓋表面。從實際的觀點來看，應將“完全”視為實質(zhì)上無缺陷。當將多晶硅添加至容器中時，多晶硅接觸保護襯里而非裸金屬表面。
[0019]圖1是例示性多晶硅存放容器10的截面示意圖，所述多晶硅存放容器包含至少部分具有金屬構造的容器20以及至少部分覆蓋容器20的一個或多個內(nèi)表面22的保護襯里30。位于容器20內(nèi)的顆粒狀或粒狀多晶硅40與保護襯里30接觸。
[0020]圖2是例示性多晶硅容器系統(tǒng)100的示意性透視圖，所述多晶硅容器系統(tǒng)包含儲料斗110和卸料斜槽120。儲料斗110和斜槽120中的一者或兩者至少部分由金屬構造。保護襯里130至少部分覆蓋加料斗110的一個或多個內(nèi)部金屬表面112，和/或至少部分覆蓋斜槽120的一個或多個內(nèi)部金屬表面122。位于加料斗110和斜槽120內(nèi)的顆粒狀或粒狀多晶硅140與保護襯里130接觸。
[0021]術語“彈性體”是指具有彈性性質(zhì)，例如類似于硫化天然橡膠的聚合物。因此，彈性體聚合物可伸展，而當釋放時縮回至約其初始長度和幾何形狀。
[0022]術語“微孔狀”泛指孔徑在范圍1-100 μ m內(nèi)的泡沫結構。除非在高能顯微鏡下觀察，否則微孔狀材料典型地起看是固體，外觀不規(guī)則，沒有可辨別的網(wǎng)狀結構。關于彈性體聚氨酯，術語“微孔狀”典型地是由密度定義的，如松密度大于600kg/m3的彈性體聚氨酯。松密度較低的聚氨酯典型地開始獲得網(wǎng)狀形式并且通常不太適用作本文所述的保護涂層。[0023]適用于所公開的申請的微孔狀彈性體聚氨酯具有1150kg/m3或更低的松密度，以及至少65A的邵爾硬度。在一個實施方式中，彈性體聚氨酯的邵爾硬度為至少70A至90A如至85A。因此，邵爾硬度可以在65A至90A，如70A至85A的范圍內(nèi)。另外，合適的彈性體聚氨酯的松密度將為至少600kg/m3,如至少700kg/m3且更優(yōu)選至少800kg/m3至1150kg/m3,如至 1100kg/m3 或至 1050kg/m3。因此，松密度可以在 600-1150kg/m3 如 800_1150kg/m3 或800-1100kg/m3的范圍內(nèi)。將固體聚氨酯的松密度理解成在1200-1250kg/m3的范圍內(nèi)。在一個實施方式中，彈性體聚氨酯的邵爾硬度為65A至90A并且松密度為800至1100kg/m3。
[0024]彈性體聚氨酯可為熱固性或熱塑性聚合物；目前公開的本申請較好地適于使用熱固性聚氨酯。觀察到具有上述物理屬性的微孔狀彈性體聚氨酯特別穩(wěn)固，并且比許多其它材料顯著更好地耐受磨擦環(huán)境以及對顆粒狀粒狀硅的暴露。
[0025]容器的內(nèi)部金屬表面上的保護襯里或涂層典型地將以至少0.1毫米如至少0.5毫米、至少1.0毫米或至少3.0毫米的總厚度至約10毫米如至約7毫米或至約6毫米的厚度存在。因此，所公開的保護襯里的實施方式的厚度可以為0.1-1Omm,如0.5_7mm或3_6mm。保護襯里可為包含與硅接觸的外部聚氨酯料片的塑料層壓體結構。然而，在一個實施方式中，預期大多數(shù)或全部保護襯里都是彈性體微孔狀聚氨酯。
[0026]將保護襯里放置在容器中可以如下實現(xiàn):獲取料片形式的彈性體微孔狀聚氨酯；切割所述料片以形成一個或多個被成形為符合容器空腔的內(nèi)部尺寸和幾何形狀的部分；用膠粘劑涂布容器內(nèi)部金屬表面的至少一部分；并然后使聚氨酯料片與膠粘劑接觸，從而形成金屬/膠粘劑/聚氨酯的層壓體結構。在另一實施例中，將膠粘劑涂布于聚氨酯材料的外表面(即，面對容器內(nèi)部金屬表面的表面)并且使聚氨酯/膠粘劑與容器內(nèi)部金屬表面接觸。在又一個實施方式中，將膠粘劑涂布于內(nèi)部金屬表面和聚氨酯材料的表面兩者。合意地，選擇與金屬和聚氨酯相容的膠粘劑，從而提供足夠的膠粘并且避免后續(xù)的分層和/或故障。合適的膠粘劑包括但不限于聚氨酯、異氰酸酯或環(huán)氧基類膠粘劑。任選地，將與膠粘劑接觸的金屬表面和/或聚氨酯料片的背面可以粗糙化和/或用底涂物質(zhì)處理以增強膠粘劑的完整性和強度。
[0027]在另一實施方式中，如在容器的內(nèi)部幾何形狀和形狀復雜的情況下，可通過噴涂技術實現(xiàn)微孔狀聚氨酯保護襯里的放置。在這種技術中，將聚氨酯的前體材料放置在一起并且作為反應性物質(zhì)直接噴灑到暴露的金屬表面上，其在反應和固化后會提供期望的保護襯里。以這個方式制備保護襯里提供以下優(yōu)勢:聚氨酯會良好地膠粘于金屬表面，同時避免了涉及切割料片的上述放置程序所固有的接縫。噴涂的替代性涂布程序是原地流延聚氨酯，其具有向制品提供基本上光滑連續(xù)的聚氨酯表面的附加優(yōu)勢。
[0028]制造微孔狀聚氨酯彈性體的程序為本領域技術人員所熟知并且一般來說包括使聚異氰酸酯與聚醚多元醇反應得到聚醚多元醇類聚氨酯(“Pe-PU”)，或者使聚異氰酸酯與聚酯多元醇反應得到聚酯多元醇類聚氨酯(“Pst-PU”)。與聚醚多元醇類聚氨酯彈性體相比，典型地觀察到聚酯多元醇類聚氨酯彈性體具有較好地適于目前公開的申請的物理性質(zhì)，并因此是用于本文的優(yōu)選彈性體聚氨酯。教導微孔狀聚氨酯彈性體的制備的例示性公布包括:US4, 647，596 ；US5, 968，993 ；US5, 231，159 ；US6, 579，952 ；US2002/111, 453 和US2011/003103。制造以聚氨酯作襯里的金屬制品的程序也為本領域技術人員所知并且由包括 US2005/189, 028 ；GB2, 030，669 ；US5, 330，238 ;或 JP52-20452 的公布所例示。制造聚氨酯或聚氨酯-脲的程序以及通過噴霧技術用此制得的制品也為本領域技術人員所知并且由包括 US2008/305, 266 ；W02012/005351 ；US6, 399，736 ；US6, 747，117 ；US7, 736，745 ;和US6, 730, 353的公布例示。
[0029]觀察到這些聚氨酯內(nèi)襯的容器能夠令人滿意地減輕粒狀多晶硅在其存放和/或運輸期間的金屬污染。在運輸成粒多晶硅期間，聚氨酯襯里的磨擦性故障或破裂是驚人地低的以及不存在的。還觀察到多晶硅的有機或碳污染是最小的并且不改變多晶硅的綜合質(zhì)量。
[0030]本文包括的具體實施例僅用于說明目的而不將其視為限于本公開。
[0031]實施例1:
[0032]通過對潛在襯里材料的耐磨性質(zhì)的研究說明了作為容器用保護襯里的微孔狀彈性體聚氨酯相對于其它潛在襯里材料的有利選擇。將磨擦視為引起保護襯里故障的最可能手段。因此，已經(jīng)布署了加速磨耗試驗以鑒別所選材料。
[0033]已經(jīng)對視作在目前公開的申請中布署為保護涂層的潛在候選物的多種塑料樹脂進行了加速磨耗試驗。已經(jīng)設計了試驗程序以模擬在與成粒多晶硅的制造、轉移和存放相關的典型操作中可能出現(xiàn)的苛刻條件。一般程序由以下組成:由顆粒狀多晶硅對塑料樹脂試片(3〃 X 3〃 X 0.5〃 (7.6X7.6 X 1.3cm))進行磨擦性沖擊腐蝕并觀察所述試片在給定時間之后的表面變化。所用的顆粒狀或粒狀多晶硅由平均(95% )粒度為0.9-1.2mm的實質(zhì)上光滑的球狀體顆粒組成。通過在約15psi(103，420Pa)壓力下操作的噴射空氣流中運送，并且估計這會賦予45至55英尺/秒(13.7-16.8m/s)的顆粒速度,使多晶娃顆粒沖擊塑料試片的大表面上的聚焦中心點。設置噴射空氣流的定向以提供相對于試片表面固定的給定的沖擊角。這種配置將試片表面暴露于24千克/小時的粒狀多晶硅材料的通過。通過形成表面凹坑觀察試片的磨損和磨擦損失，在對多晶硅設定的連續(xù)曝露時間之后測量所述凹坑的深度。
[0034]下表I呈現(xiàn)觀察結果；明顯地看到，如由凹坑形成的減少所證明，彈性體聚氨酯具有優(yōu)越的性能。
【權利要求】
1.一種減少或消除粒狀多晶硅在存放或運輸期間與容器的內(nèi)部金屬表面接觸所致的污染的方法，所述方法包括將粒狀多晶硅放置在具備保護襯里的容器中，所述保護襯里包含在所述容器的內(nèi)部金屬表面的至少一部分上的微孔狀彈性體聚氨酯，將所述襯里布置成保護所述粒狀多晶硅以免與所述內(nèi)部金屬表面接觸。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述聚氨酯具有65A至90A的邵爾硬度以及800kg/m3至1150kg/m3的松密度。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中所述保護襯里的總厚度為0.1毫米至10毫米。
4.如權利要求1或2所述的方法，其中所述粒狀多晶硅具有實質(zhì)上球狀體形式，其最大維度的平均尺寸為0.01微米至15毫米并且沒有鋒利或尖銳的邊緣結構。
5.一種適用于保持粒狀多晶硅的容器，所述容器包含: 容器，其包含界定含有粒狀多晶硅的區(qū)域的內(nèi)部金屬表面；以及 保護襯里，其包含在面對所述區(qū)域的所述內(nèi)部金屬表面的至少一部分上的微孔狀彈性體聚氨酯，其中當粒狀多晶硅存在于所述區(qū)域中時所述粒狀多晶硅與所述保護襯里接觸，并且其中所述聚氨酯具有65A至90A的邵爾硬度以及800kg/m3至1150kg/m3的松密度。
6.如權利要求5所述的容器，其中所述保護襯里的總厚度為0.1毫米至10毫米。
7.如權利要求5或6所述的容器，其中所述粒狀多晶硅具有實質(zhì)上球狀體形式，其最大維度的平均尺寸為0.01微米至多達15毫米并且實質(zhì)上沒有鋒利或尖銳的邊緣結構。
8.—種制造如權利要求5或6所述的容器的方法，所述方法包括將包含微孔狀彈性體聚氨酯的保護襯里放置在包含內(nèi)部金屬表面的容器內(nèi)，從而用所述保護襯里覆蓋所述內(nèi)部金屬表面的至少一部分。
9.如權利要求8所述的方法，其中將所述保護襯里放置在所述容器內(nèi)包括(a)將聚氨酯噴涂到所述內(nèi)表面的所述部分上，或(b)通過原地流延形成所述保護襯里。
10.如權利要求8所述的方法，其中將所述保護襯里放置在所述容器內(nèi)進一步包括: 獲取彈性體微孔狀聚氨酯料片； 切割所述料片以形成一個或多個彈性體微孔狀聚氨酯部分，所述部分被成形為符合由所述容器的所述內(nèi)部金屬表面界定的所述區(qū)域的內(nèi)部尺寸和幾何形狀； 用膠粘劑涂布所述容器的所述內(nèi)部金屬表面；以及 使所述一個或多個彈性體微孔狀聚氨酯部分與所述膠粘劑接觸，從而形成金屬/膠粘劑/聚氨酯的層壓體結構。
11.如權利要求8所述的方法，其中將所述保護襯里放置在所述容器內(nèi)進一步包括: 獲取彈性體微孔狀聚氨酯料片； 切割所述料片以形成一個或多個彈性體微孔狀聚氨酯部分，所述部分被成形為符合由所述容器的所述內(nèi)部金屬表面界定的所述區(qū)域的所述內(nèi)部尺寸和幾何形狀； 用膠粘劑涂布所述一個或多個聚氨酯部分的外表面以形成一個或多個被膠粘劑涂布的聚氨酯部分；以及 使所述一個或多個被膠粘劑涂布的聚氨酯部分與所述容器的所述內(nèi)部金屬表面接觸，從而形成金屬/膠粘劑/聚氨酯的層壓體結構。
12.—種制品,包含: a)適用于保持多晶硅的容器，其中所述容器具有界定含有多晶硅的區(qū)域的內(nèi)部金屬表面，并且所述內(nèi)表面的至少一部分具備包含微孔狀彈性體聚氨酯的保護襯里；以及 b)位于所述容器內(nèi)的粒狀多晶硅，其中通過所述保護襯里保護所述多晶硅以免與所述內(nèi)部金屬表面接觸。
13.如權利要求12所述的制品，其中所述粒狀多晶硅具有實質(zhì)上球狀體形式，其最大維度的平均尺寸為0.01微米至多達15毫米并且實質(zhì)上沒有鋒利或尖銳的邊緣結構。
【文檔編號】B65D85/84GK103946130SQ201380003726
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權日:2012年11月9日
【發(fā)明者】羅伯特·J·格爾特森, 羅伯特·M·戴維森 申請人:瑞科硅公司