Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ

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.