[發明專利]用于穩定化學氣相沉積反應器中的纖絲的方法及系統

在審

• 申請號: 201380072800.8
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN104981560A
• 公開（公告）日: 2015-10-14
• 發明（設計）人: 秦文軍;C·費羅;A·D·羅茲;J·C·古姆
• 申請（專利權）人: GTAT公司
• 主分類號: C23C16/24
• 分類號: C23C16/24;C23C16/44;C01B33/035
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉

相關申請案的交叉引用

本申請案主張2012年12月19日所提出的美國第13/720,133號專利申請案的優先權，其完整內容引用合并于本文中。

技術領域

在各種實施例中，本發明涉及化學氣相沉積(CVD)，且更特定言之，涉及用于穩定供制造多晶硅的CVD反應器中的纖絲的方法及系統。

背景技術

CVD為用于制造高純度、高效能固體材料的化學工藝。該工藝通常用于半導體及光伏打工業以制造高品質硅材料。在習知CVD工藝中，將纖絲或桿結構暴露于一或多種揮發性前驅物，該一或多種揮發性前驅物在纖絲表面上反應及/或分解產生所要沉積物。亦經常產生揮發性副產物，其可由穿過CVD反應器的反應室的氣流移除。

一種用于在CVD反應器中制造諸如多晶硅的固體材料的方法為西門子法(Siemens?method)，其中，多晶硅沉積在細硅纖絲上。因為纖絲由高純度硅制造，故在反應器啟動階段纖絲的電阻極高。除非纖絲摻雜有電活性元素，否則高電阻將導致在啟動階段難以使用電流加熱纖絲。

為加速啟動期間的加熱過程，可向纖絲施加約數千伏高電壓。此操作使得少量電流流過纖絲，從而在纖絲中產生熱。當纖絲經加熱時，纖絲的電阻降低，從而使得該等纖絲產生更高電流及額外熱。當纖絲達到所要的溫度(通常大于800℃)時，可降低電壓以使溫度不再升高。

在一些情況下，由于振動、松動連接、與反應器內流體流動有關的力及/或其他原因(例如沉積材料的重量)，CVD反應器中的纖絲可傾斜或翻倒且與反應器壁或反應器中的其他纖絲接觸。此接觸通常在反應器中造成接地故障，從而導致CVD工藝終止且產生昂貴停工時間。盡管使用長且細的纖絲具有成本及制造優勢，但通常由于纖絲斷裂，該等纖絲更易翻倒(例如底板附近、夾盤與纖絲連接處)。此外，當多晶硅沉積在纖絲上時，增加的多晶硅重量對纖絲產生應力，且使纖絲可斷裂及/或翻倒的可能性增加。

需要用于穩定CVD反應器中的纖絲的方法、系統及裝置以防止CVD工藝的接地故障及不必要停工狀況。

發明內容

本發明的實施例提供具有與穩定件連接的纖絲對的CVD反應器。該穩定件較佳為或包括電絕緣材料以防止在CVD工藝期間電流過穩定件，此現象通常在高溫(例如1000℃)下出現。藉由使用穩定件，極大降低纖絲翻倒及造成接地故障的趨勢。本發明的實施例可用于任何使用纖絲的CVD工藝，包括用于制造多晶硅的CVD工藝。

在一個方面中，本發明涉及一種化學氣相沉積反應器系統。該系統包括具有多個電連接的底板、自底板延伸的纖絲對及連接該纖絲對的穩定件。各纖絲與該等電連接中的兩者電接觸，且在該兩個電連接間界定導電路徑。

在某些實施例中，穩定件包括電絕緣材料(例如石英及/或氮化硅)。舉例而言，穩定件可包括至少一個電絕緣連接件。穩定件亦可包括至少一個支撐桿，其可包括例如硅或由例如硅組成。在一些實施例中，電絕緣連接件包括用于承接至少一個支撐桿的至少一個插口。穩定件可包括例如由中心電絕緣連接件接合的兩個外部支撐桿。外部支撐桿中的至少一者可包括硅或由硅組成。中心電絕緣連接件可包括石英及/或氮化硅。在一個實施例中，穩定件的長度可調節。

在某些實施例中，各纖絲包括：(i)兩個垂直纖絲片段，各垂直片段具有與電連接中的一者電接觸的近端，及遠端，及(ii)在遠端連接兩個垂直纖絲片段的橋。穩定件可在垂直纖絲片段中的一者的遠端附近連接于纖絲中的至少一者。在一些實施例中，穩定件在橋處連接于纖絲中的至少一者。穩定件與橋間的穩定件角度可例如為約20度至約160度，例如約80度至約100度。在一個實施例中，各纖絲實質上為U形。穩定件及該纖絲對可在環及/或部分環中配置，該環及/或部分環可包括例如超過兩個纖絲及超過一個穩定件。在一些實施例中，系統包括第二纖絲對及連接該第二纖絲對的第二穩定件，纖絲對經配置以在第一電相位起作用，且第二纖絲對經配置以在第二電相位起作用。

在另一方面中，本發明涉及穩定化學氣相沉積反應器中的纖絲的方法。該方法包括以下步驟：提供自化學氣相沉積反應器中的底板延伸的纖絲對，及將該纖絲對與至少一個穩定件連接。底板包括多個電連接。各纖絲與該等電連接中的兩者電接觸，且在該兩個電連接間界定導電路徑。以上實施例的元件的描述亦可適用于本發明的此方面。