реактор для получения широких пластин исходного поликристаллического кремния
Классы МПК: | C30B28/14 химической реакцией реакционноспособных газов C30B29/06 кремний C30B25/12 держатели или приемники подложек C30B25/14 средства для подачи или выпуска газов; изменение потока реакционноспособных газов C30B25/18 характеризуемое подложкой C01B33/02 кремний |
Автор(ы): | Добровенский В.В. |
Патентообладатель(и): | Добровенский Владимир Вениаминович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-11-02 публикация патента:
27.01.2004 |
Изобретение относится к получению полупроводниковых материалов и может быть использовано для производства исходного поликристаллического кремния осаждением на нагретые подложки (основы) в процессе водородного восстановления хлорсиланов или из газовой фазы моносилана. Сущность изобретения: реактор для получения исходного поликристаллического кремния в процессе водородного восстановления хлорсиланов или разложения моносиланов содержит 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. Держатели выполнены в форме полуцилиндров с горизонтальной плоскостью, в которых крепят по две плоские широкие подложки, расстояние между которыми составляет не менее двух толщин осаждаемого слоя кремния. Изобретение позволяет увеличить прочность аппаратуры и подложек и повысить производительность процесса. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
![реактор для получения широких пластин исходного поликристаллического кремния, патент № 2222648](/images/patents/246/2222002/8226.gif)
Формула изобретения
Реактор для получения исходного поликристаллического кремния в процессе водородного восстановления хлорсиланов или разложения моносиланов, 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 штуцера для подачи азота, создания вакуума и выхода пара или парогазовой смеси, отличающийся тем, что 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![реактор для получения широких пластин исходного поликристаллического кремния, патент № 2222648](/images/patents/246/2222032/183.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области получения полупроводниковых материалов и может быть использовано для производства исходного поликристаллического кремния осаждением на нагретые подложки (основы) в процессе водородного восстановления хлорсиланов или из газовой фазы моносилана. Предшествующий уровеньИзвестны различные реакторы для получения исходного поликристаллического кремния [1] , например содержащий корпус, расположенный на водоохлаждаемой стальной плите. Сквозь плиту проходят изолированные токоподводы с держателями для крепления подложек для осаждения кремния. Подложки установлены в корпусе реактора параллельно горизонтальными рядами для взаимного подогрева. Реактор снабжен также соплами для подачи потока пара моносилана или парогазовой смеси хлорсиланов с водородом в пространство между рядами подложек и штуцерами для подачи азота, создания вакуума и выхода пара или парогазовой смеси. Такой реактор предназначен для получения широких пластин или плит исходного поликристаллического кремния с большой производительностью. В связи с этим он снабжен широкими подложками из химически нейтральных композитных материалов по отношению к парогазовой смеси хлорсиланов с водородом и к продуктам их реакций. К другим преимуществам реактора относится более короткий цикл осаждения (до 2,5 суток), более низкая стоимость подложек и возможность регулирования только температуры нагрева подложек. Наряду с этим реакторы горизонтального типа имеют существенные недостатки, к которым следует отнести сравнительно высокую стоимость их изготовления из-за больших затрат труда и материалов. Это связано с необходимостью упрочнения реактора, с целью создания вакуума, для чего используют толстую листовую нержавеющую сталь и дополнительную арматуру. Кроме того, равномерная подача парогазовой смеси требует применения в три раза большего количества сопел и труб, в два раза больше выпускных штуцеров, трубопроводов и смотровых окон. При этом усложняется очистка и обслуживание аппарата, а сам реактор имеет повышенные габариты и вес. При горизонтальном расположении армированных тканями подложек нагружению в процессе осаждения подвергаются, главным образом, нити утка, имеющие в три раза меньшую прочность, чем нити основы. Чтобы предотвратить разрушение подложек, снижают предельный вес осажденного кремния и расчетную производительность аппарата. Наиболее близким к заявленному является устройство, которое содержит вертикальный, водоохлаждаемый корпус из нержавеющей стали со смотровыми окнами, герметично установленный на водоохлаждаемой стальной плите, электроподводы для нагрева подложек (основ) протекающим током и держатели для их крепления, сопла для подачи потока пара моносилана или парогазовой смеси хлорсилана с водородом, штуцеры для подачи азота, создания вакуума, отвода непрореагировавших хлорсиланов, водорода и продуктов реакции [2]. Техническая задача, которая может быть получена при осуществлении заявленного устройства:
- Повышение прочности аппарата и подложек. - Упрощение аппаратуры и процесса водородного восстановления кремния. - Дальнейшее повышение производительности реактора при меньших затратах электроэнергии и исходных материалов. - Снижение себестоимости получаемого материала. - Возможность модернизации существующей аппаратуры с целью повышения рентабельности производства при небольших капитальных вложениях. Технический результат изобретения достигается тем, что в реакторе для получения исходного поликристаллического кремния в процессе водородного восстановления хлорсиланов или разложения моносиланов, содержащем 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
![реактор для получения широких пластин исходного поликристаллического кремния, патент № 2222648](/images/patents/246/2222002/8226.gif)
фиг.1 изображает конструкцию камеры (схематично), продольное сечение;
фиг.2 - то же, что фиг.1, вид сбоку на фиг.1, продольное сечение. В рабочее пространство реактора 1, сквозь плиту 2 вводят Г-образные токоподводы 3 и 4 разной высоты с держателями 9, 10 для крепления верхних и нижних частей широких плоских тканых подложек (основ) 5, работающих в условиях вертикального нагружения (фиг.1). Держатели 9, 10 выполнены в форме полуцилиндров с горизонтальной плоскостью, в которых с помощью шпилек крепят по две плоские широкие подложки вертикально в направлении нитей основы параллельными рядами (фиг. 2). Расстояние между подложками зависит от ширины полуцилиндров и составляет не менее двух толщин осаждаемого слоя кремния. По мере осаждения кремния возрастает вертикальная нагрузка и увеличиваются растягивающие напряжения подложек, которые воспринимаются прочными волокнами основы. Это позволяет увеличить цикл проведения процесса и количество осаждаемого материала. Реактор содержит также сопла 7 для подачи парогазовой смеси и штуцер 6 для отвода продуктов реакции, а также штуцер 8 для создания форвакуума и подачи азота. Охлаждение водой корпуса, основания реактора и токоподводов производят подачей воды к штуцерам 11, 12. Закрепление пластин-основ и чистку реактора осуществляют после удаления съемного корпуса. Устройство работает следующим образом. Вначале включают подачу воды для охлаждения корпуса 1, плиты 2 и токоподводов 3,4. Затем вакуумируют рабочий объем камеры аппарата водородного восстановления с помощью штуцера 8. После этого заполняют камеру азотом, продувают в течение 10 мин, после чего заполняют камеру парогазовой смесью. Подложки 5 закрепляют на токоподводах 9, 10, смонтированных в полуцилиндрах. Подвод и отвод охлаждающей воды к корпусу реактора и токоподводам осуществляют с помощью штуцеров 11, 12. Через сопла 7, обращенные со стороны основания в направлении длинной стороны плоской основы, устанавливают расходы трихлорсилана (SiHCl3) и водорода (Н2). Процесс восстановления начинают включением подачи тока через токоподводы 3,4 и нагрева плоских основ 5 до температур 1050 -1100oС. Осаждение кремния из парогазовой смеси на плоские основы 5 происходит по реакции: SiHCl3 + H2 = Si+3HCl. Отвод продуктов реакции производят через штуцер 6. Для окончания процесса вначале выключают нагрев основ, а затем закрывают подачу парогазовой смеси. После охлаждения основ с осажденным кремнием реактор вакуумируют, заполняют воздухом, извлекают основы и освобождают их от полученного поликремния. Перед последующей загрузкой реактор очищают от осадков хлорсиланов, а с основ срезают полученный материал, шлифуют, травят плоскости среза, после чего отмывают деионизованной водой. Пример 1
В реакторе водородного восстановления вертикального типа получают исходный поликристаллический кремний в количестве около 300 кг. Осаждение проводят в процессе водородного восстановления кремния на шести нагретых плоских основах 5, изготовленных из композиционного материала. Размеры плоских основ: 106 х 50 х 0,3 см. Удельное сопротивление основ около 0,5 Ом
![реактор для получения широких пластин исходного поликристаллического кремния, патент № 2222648](/images/patents/246/2222002/8226.gif)
![реактор для получения широких пластин исходного поликристаллического кремния, патент № 2222648](/images/patents/246/2222002/8226.gif)
![реактор для получения широких пластин исходного поликристаллического кремния, патент № 2222648](/images/patents/246/2222002/8226.gif)
![реактор для получения широких пластин исходного поликристаллического кремния, патент № 2222648](/images/patents/246/2222002/8226.gif)
В устройстве аналогичной конструкции получают 600,00 кг исходного поликристаллического кремния. Используют двенадцать тканых подложек 5 из композиционных материалов шириной около 30 см с удельным сопротивлением, аналогичным примеру 1. Длина подложек, расположенных попарно в шести парах держателей (верхних и нижних), составляет 140 см. Подготовка основ и проведение процессов также аналогично. На каждую основу необходимо осадить около 50 кг кремния. При ширине 33 см площадь подложки составит 33 х 2 х 140 = 9240 см2. На подложку осядет 924 г/ч кремния. За сутки - 22,2 кг. Тогда 50/22,2 = 2,25 суток. При этом 600 кг кремния можно получить за двое суток и 6 ч. Это очень высокая производительность. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличить в 4-6 раз производительность оборудования для производства исходного поликристаллического кремния. Источники информации
1. А. Я.Нашельский. Технология полупроводниковых материалов. М., Металлургия, 1987, с.64-66. 2. Патент России 2158324, С 30 В 29/06; С 30 В 25/02, 25/18, БИ 30, 2000 г.
Класс C30B28/14 химической реакцией реакционноспособных газов
Класс C30B25/12 держатели или приемники подложек
Класс C30B25/14 средства для подачи или выпуска газов; изменение потока реакционноспособных газов
Класс C30B25/18 характеризуемое подложкой