УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ Российский патент 2009 года по МПК C30B28/14 C30B29/06 C01B33/35 

Изобретение относится к производству полупроводниковых материалов, в частности к получению стержней поликристаллического кремния осаждением на нагретые основы в процессе водородного восстановления хлорсиланов.

Известен реактор для получения широких пластин исходного поликристаллического кремния, содержащий вертикальный водоохлаждаемый корпус из нержавеющей стали, расположенный на водоохлаждаемой стальной плите, сквозь которую проходят изолированные токоподводы с держателями для крепления подложек для осаждения кремния, сопла для подачи потока пара моносилана или парогазовой смеси хлорсиланов с водородом в пространство между рядами подложек и штуцеры для подачи азота, создания вакуума и выхода пара или парогазовой смеси, токоподводы выполнены Г-образными и разной высоты, а в качестве подложек используют широкие плоские тканые подложки из композиционного материала с удельным сопротивлением в интервале от 0,01 до 10 Ом · см, нейтральные к потоку пара моносилана или парогазовой смеси хлорсиланов с водородом, которые закрепляют в держателях токоподводов вертикально в направлении нитей основы параллельными рядами, при этом держатели выполнены в форме полуцилиндров с горизонтальной плоскостью, в которой крепят по две плоские широкие подложки, расстояние между которыми составляет не менее двух толщин осаждаемого слоя кремния (см. патент РФ №2222648, МПК⁷ С30В 28/14, 29/06, 25/12, 25/14, 25/18, С01В 33/02).

Недостатком известного реактора является то, что при многорядном расположении подложек температура внешних периферийных подложек, обращенных к водоохлаждаемым стенкам реактора, будет меньше температуры внутренних подложек, в результате чего скорость осаждения поликристаллического кремния на внутренние и внешние подложки будет различной и получаемые пластины поликристаллического кремния будут иметь различную толщину.

Известна установка для получения стержней поликристаллического кремния, содержащая разъемный реактор, верхняя неподвижная часть которого с размещенными на ее верхней стенке токовводами с узлами крепления основ установлена на вертикальной стойке с образованием под реактором погрузо-разгрузочной зоны и отделенная от нижней подвижной части горизонтальным разъемом, нижнюю подвижную часть реактора, разделенную дополнительным горизонтальным разъемом на донную часть и обечайку, контейнер с гнездами, выполненными в соответствии с размещением токовводов, и средством ориентации его в погрузо-разгрузочной зоне, подъемник со средствами для сцепления с нижней частью реактора и с контейнером, системы электропитания и подачи компонентов, контейнер снабжен защитной обечайкой, охватывающей гнезда, выполненной с возможностью вхождения в обечайку реактора (см. патент РФ №2205905, МПК⁷ С30В 28/12, 29/06, С01В 33/035).

При эксплуатации известной установки определено, что в ее реакторе температура в центральной части превышает температуру на периферии реактора, в результате рост периферийных стержней поликристаллического кремния на основах со стороны водоохлаждаемых стенок обечайки и донной части реактора происходит медленнее, а основы на выращиваемых периферийных стержнях оказываются не в центре стержня. Основным механизмом, определяющим разность температур в центральной и периферийной частях реактора и тепловые потери в нем, является лучистый теплообмен стержней с водоохлаждаемыми стенками реактора.

Также установлено, что при эксплуатации реактора известной установки отражательная способность его стенок снижается в результате коррозионного воздействия хлорсиланов и хлористого водорода на материал стенок.

Целью изобретения является повышение качества стержней поликристаллического кремния и повышение производительности установки.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в снижении лучистого теплопереноса от периферийных стержней к стенкам реактора и уменьшении градиента температур на периферийных выращиваемых стержнях.

Указанный технический результат достигается тем, что в установке для получения стержней поликристаллического кремния, содержащей разъемный реактор, верхняя неподвижная часть которого с размещенными на ее верхней стенке токовводами с узлами крепления основ установлена на вертикальной стойке с образованием под реактором погрузо-разгрузочной зоны и отделенная от нижней подвижной части горизонтальным разъемом, нижнюю подвижную часть реактора, разделенную дополнительным горизонтальным разъемом на донную часть и обечайку, контейнер с гнездами, выполненными в соответствии с размещением токовводов, и средством ориентации его в погрузо-разгрузочной зоне, подъемник со средствами для сцепления с нижней частью реактора и с контейнером, системы электропитания и подачи компонентов, особенностью является то, что в донную часть и обечайку разъемного корпуса реактора известной установки установлены цилиндрические рамы со съемными отражательными экранами, расположенными соосно с периферийными основами по всей их длине, а съемные отражательные экраны выполнены с вогнутостью, направленной к периферийным основам.

Кроме того, центр вогнутости съемных отражательных экранов располагается по осям соответствующих периферийных основ, а цилиндрические рамы снабжены ребрами, центрирующими цилиндрические рамы в обечайке и донной части с зазором.

Установка в донную часть и обечайку разъемного корпуса реактора известной установки цилиндрических рам со съемными отражательными экранами, расположенными соосно с периферийными основами по всей их длине, выполнение съемных отражательных экранов с вогнутостью, направленной к периферийным основам и расположение центров вогнутости съемных отражательных экранов по осям соответствующих периферийных основ позволяют не только снизить лучистый теплоперенос от периферийных стержней к стенкам реактора, но и сфокусировать отраженный от съемных отражательных экранов лучистый поток на сторонах периферийных выращиваемых стержней, обращенных к водоохлаждаемым стенкам обечайки и донной части реактора и, тем самым, уменьшить градиент температур на периферийных выращиваемых стержнях, устраняя причины образования микротрещин, повысить прочность выращиваемых стержней, что, в свою очередь, позволяет повысить качество и увеличить диаметр выращиваемых стержней поликристаллического кремния, и, тем самым, повысить качество стержней поликристаллического кремния и производительность установки.

Установка в донную часть и обечайку разъемного корпуса реактора известной установки цилиндрических рам, снабженных ребрами, центрирующими цилиндрические рамы в обечайке и донной части с зазором, позволяют уменьшить контакт цилиндрических рам и установленных на них съемных отражательных экранов с водоохлаждаемыми стенками обечайки и донной части и, тем самым, сократить тепловые потери от съемных отражательных экранов, а также восстанавливать качество поверхностей съемных отражательных экранов, сохраняя их отражательную способность при эксплуатации известной установки с меньшими трудозатратами.

На фиг.1 показан общий вид установки, на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1, на фиг.3 - цилиндрическая рама со съемными отражательными экранами.

Предлагаемая установка содержит разъемный реактор 1, состоящий из верхней части 2, закрепленной на вертикальной стойке 3, обечайки 4 и донной части 5. На верхней стенке неподвижной верхней части 2 размещены токовводы 6 с узлами крепления 7 центральных 8 и периферийных 9 основ. В обечайке 4 и донной части 5 установлены соответственно цилиндрические рамы 10 и 11. Каждая из цилиндрических рам 10 и 11 состоит из двух трубчатых колец, верхнего 13 и нижнего 14, к которым на центральных 15 и боковых 16 ребрах присоединены съемные отражательные экраны 17. Высота цилиндрических съемных рам 10 и 11 и съемных отражательных экранов 17 соответствует высотам обечайки 4 и донной части 5. К верхнему кольцу 13 присоединены заплечики 18, которыми цилиндрические съемные рамы 10 и 11 опираются на фланцы обечайки 4 и донной части 5. Центральные ребра 15 центрируют цилиндрические рамы в обечайке 4 и донной части 5 и создают необходимый зазор 19 между водоохлаждаемыми стенками реактора 1 и цилиндрическими рамами для уменьшения тепловых потерь.

Предлагаемая установка работает следующим образом.

Перед началом процесса в обечайку 4 и донную часть 5 устанавливаются, опираясь заплечиками 18 на верхние фланцы обечайки 4 и донной части 5, цилиндрические рамы 10 и 11 с установленными на них съемными отражательными экранами 17. Съемные отражательные экраны 17 при этом располагаются соосно с периферийными основами 9. Осуществляются установка центральных 8 и периферийных 9 основ в узлы крепления 7 токовводов 6 и соединение верхней части 2, обечайки 4 и донной части 5 разъемного реактора 1.

При пуске установки центральные 8 и периферийные 9 основы разогреваются пропусканием тока. Затем в реактор 1 подаются водород и пары хлорсиланов, и на основах 8 и 9 осуществляется осаждение кремния. При проведении процесса осаждения кремния из хлорсиланов по мере роста стержней поликристаллического кремния на центральных 8 и периферийных основах 9 исходящий от них лучистый поток частично попадает на съемные отражательные экраны 17, отражается от них и фокусируется на сторонах периферийных стержней 9, обращенных к стенкам реактора 1. Так как цилиндрические рамы 10 и 11 со съемными отражательными экранами 17 имеют незначительный контакт с водоохлаждаемыми стенками обечайки 4 и донной части 5, температура съемных отражательных экранов 17 значительно превышает температуру водоохлаждаемых стенок обечайки 4 и донной части 5, что способствует их большей отражательной способности лучистого потока, направляемого на периферийные стержни 9. По завершении процесса роста верхняя часть 2, обечайка 4 и донная часть 5 расстыковываются, а выращенные стержни увозятся при помощи контейнера из погрузоразгрузочной зоны.

Изобретение относится к производству полупроводниковых материалов, в частности к получению исходного поликристаллического кремния осаждением на нагретые основы в процессе водородного восстановления хлорсиланов. Установка содержит разъемный реактор 1, верхняя неподвижная часть 2 которого с размещенными на ее верхней стенке токовводами 6 с узлами крепления 7 основ 8, 9 установлена на вертикальной стойке 3 с образованием под реактором погрузо-разгрузочной зоны и отделена от нижней подвижной части горизонтальным разъемом, нижнюю подвижную часть реактора, разделенную дополнительным горизонтальным разъемом на донную часть 5 и обечайку 4, контейнер с гнездами, выполненными в соответствии с размещением токовводов, и средством ориентации его в погрузо-разгрузочной зоне, подъемник со средствами для сцепления с нижней частью реактора и с контейнером, систему электропитания и подачи компонентов. В донную часть 5 и обечайку 4 разъемного корпуса реактора 1 установлены цилиндрические рамы 10, 11 со съемными отражательными экранами, расположенными соосно с периферийными основами по всей их длине, а съемные отражательные экраны выполнены с вогнутостью, направленной к периферийным основам. За счет снижения лучистого теплопереноса от периферийных выращиваемых стержней к стенкам реактора и уменьшения на них градиента температур повышаются качество стержней поликристаллического кремния и производительность установки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Установка для получения стержней поликристаллического кремния, содержащая разъемный реактор, верхняя неподвижная часть которого с размещенными на ее верхней стенке токовводами с узлами крепления основ установлена на вертикальной стойке с образованием под реактором погрузо-разгрузочной зоны и отделена от нижней подвижной части горизонтальным разъемом, нижняя подвижная часть разделена дополнительным горизонтальным разъемом на донную часть и обечайку, контейнер с гнездами, выполненными в соответствии с размещением токовводов, и средством ориентации его в погрузо-разгрузочной зоне, подъемник со средствами для сцепления с нижней частью реактора и с контейнером, системы электропитания и подачи компонентов, отличающаяся тем, что в донную часть и обечайку разъемного корпуса реактора установлены цилиндрические рамы со съемными отражательными экранами, расположенными соосно с периферийными основами, расположенными во внешнем ряду по всей их длине, а съемные отражательные экраны выполнены с вогнутостью, направленной к периферийным основам.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что центр вогнутости съемных отражательных экранов располагается по осям соответствующих периферийных основ.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что цилиндрические рамы снабжены ребрами, центрирующими цилиндрические рамы в обечайке и донной части реактора с зазором.