具有加强偏移容差的反应器细丝组件制造技术

本发明专利技术公开了一种用于CVD硅沉积反应器的管状细丝组件，其通过在管状细丝的顶部和/或底部与匹配于桥和/或支撑卡盘的成型部件之间形成的可滑动的连接，提供了竖直管状细丝连贯和低电阻的连接，使得该连接至少对竖直细丝和/或水平连桥的倾斜角度的小变化不敏感。所述成型部件可以并入桥和/或卡盘中或独立的且与桥和/或卡盘匹配。本发明专利技术描述了许多不同的实施方式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术人Aaron D.RhodeKeith H.Balleng相关申请交叉引用本申请要求2014年1月29日提交的美国申请号14/166879的优先权，并将该申请的全部内容通过引用并入本文中。
本专利技术涉及硅沉积CVD反应器，具体地，涉及一种使用竖直硅管丝的CVD反应器。
技术介绍
化学气相沉积(CVD)是用于生产高纯度、高性能固体材料的化学工艺。该工艺通常用于半导体和光伏行业以生产高质量的硅材料。在常规的CVD工艺中，将棒结构暴露于一种或多种挥发性前驱体中，该前驱体在棒表面反应和/或分解以制得想要的沉积物。经常地，也产生了挥发性副产品，其可以通过气流流经CVD反应器中的反应室去除。西门子法是一种用于在化学气相沉积反应器中通过沉积制备固体材料(例如多晶硅)的方法。当使用西门子法生产多晶硅时，多晶硅沉积在反应器中一根或多根高纯度细硅棒上，也称为“细棒(slim rods)”。通常地，所述细棒必须加热至高温以便能够沉积。根据西门子法，将电流经过细棒以提升其温度至约1000℃，且一些情况下温度至1200℃。因为这些细棒由高纯度的硅制造，在室温下细棒相应的电阻极高。因此，
在CVD过程的起始阶段需要很高的起始电压来启动电流。通常地，最初需要向该棒施加大约数千伏的高电压。由于该高电压，小电流可以开始流经细棒。该电流在细棒中产生热量，降低该棒的电阻，且促使更高的电流以产生更多的热量。随着该棒加热至想要的温度，施加的电压相应地降低。通常的“西门子”型多晶硅CVD反应器如图1所示，这是从美国专利号6,284,312(该专利的全部都将通过引用并入本文中)的图1复制得到。一般地，多晶硅棒是在西门子CVD反应器100中通过气态硅化合物(如单硅烷或氯硅烷(例如三氯甲硅烷))在硅细棒(也称为起始物“细丝(filament)”)上热裂解产生。所述CVD反应器100包括反应室24，该反应室由基板23和外壳界定或具有基板23和外壳(外壳通常称为“钟罩”17以保护基板23)。该钟罩17可以由石英和/或金属(如任意各种级别的不锈钢合金)构成。在图1所示的例子中，该室包括发夹结构的细棒丝组件，是水平连桥12连接的两个竖直细丝11的形式。当暴露于含硅的气体中，该细丝通过流经的电流进行加热，从而使得硅13沉积在细丝上。此外，引电器19(electrical feedthroughs)和气体进口20与出口21分别可以并入基板23中。观察口22可以提供内部的目视检查。CVD反应器中传统的细棒丝之间的连接，以及所述竖直细丝11与相应的支撑卡盘之间的连接对保持反应器100中的电连接是很重要的。关于卡盘和细丝的连接，公知的连接机制是利用螺丝(screws)、螺钉(bolts)和夹子(clamps)等。竖直细丝11和水平连桥12之间公知的连接由每个竖棒顶部的凹槽(groove)或键槽(key slot)形成。可以在水平连桥12的末端形成小型沉孔(counter bore)或整合构件(conforming figment)，使得可以正好压入凹槽以连接两个竖直细棒11。如美国专利号6,284,312中所描述的，如图2A和2B所示，已经利用大直径的竖直的硅管状细丝代替细棒。在图2A和2B中，图1中的竖直细丝
11被竖直的柱形管状细丝200代替，其通过放在竖直的管状细丝200顶部的平面硅桥202连接。为了图的清晰，图2A表示了从管200升起的桥202的管状细丝组件，而图2B表示了图2A的装置中桥202放在竖管200的顶部。管状细丝相比传统的细棒丝提供了很多优势。由于管状细丝200具有更高的表面积，硅将以更快速度进行沉积。此外，在理想的条件下，管状细丝之间增加的整体连接表面积使得连接中电阻减少，从而初始必须克服的总电阻更低。因此，相比于图1所示的传统细棒发夹结构，引发电流经过图2B所示的管状细丝发夹结构所需的电压更低。然而，条件并不总理想。例如，细丝顶部可能切的不完全平坦或不垂直于它们的中心线。此外，所述细丝可能不完全等高。CVD反应器中由通过顶部的平面硅桥连接的两个竖直圆柱硅组成的发夹细丝组件的实验室试验表明，发夹组件的部件之间维持充足的电连接有时是很困难的，通常得到有缺陷的结果。当管的顶部精确地形成相同水平面时该连接方法将表现最好。该情况下任意变化可以导致桥失去平面的面对面连接，使得桥只能以点接触放在一个或两个管上。结果是电流将倾向于只流过管顶部和桥接触的点，导致更高电阻和可能的局部发热的问题。图2C为在理想情况下图2A的发夹细丝组件的侧视图。图2D表示了相同的细丝组件，而右边竖直圆柱倾斜2°。注意图2D中平面桥202如何仅连接小部分的右边圆柱顶部。相似地，图2E为当图2A中细丝组件其中一个圆柱比另一个长约1.5％时的侧视图。再一次，所述平面桥202连接仅部分的更长的圆柱顶部。此外，平面桥202连接仅部分的更短的圆柱顶部。在这些不理想的情况下，由很小的缺陷，将引起桥和圆柱的连接电阻大幅增加。如果电源配置为仅提供在理想情况下足够加热细丝的电压，然后当出现如图2D或图2E的不理想情况时，电源不能提供足够的电压以启动细丝加热过程。进一步地，在该不理想情况下，桥和圆柱连接附近的电流分布非常不均匀，其导致不均匀的加热和热应力，以及硅在连接区域中不均匀的沉积，因此减少连接的强度和寿命。额外的热应力甚至可以导致桥的故障和硅沉积过程的提前终止。因此，需要的是用于CVD硅沉积反应器的管状细丝组件以在细丝组件的部件之间提供连贯和低电阻连接。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于CVD硅沉积反应器的管状细丝组件(tubular filament assembly)，该组件通过在任一连接中包括成型部件(shaped element)，使得连接至少对竖直圆柱和/或水平连桥(horizontal bridge)的倾斜角的小变化不敏感以在细丝组件的部件之间提供连贯和低电阻连接。结果圆柱和桥的连接电阻减少，且电流在圆柱和桥的连接区域更均匀分布，其使得加热和热应力更均匀，以及硅在连接区域更均匀的沉积，因此增加连接的强度和寿命。所述成型部件可以并入硅桥或卡盘。所述成型部件可以成形为球体的部分，或可以切成斜角(beveled)或倒角(chamfered)形成近似球体部分的形式。本专利技术的一方面提供了一种用于多晶硅的批量生产的CVD反应器，其包括配置有第一细丝支持卡盘(first filament support chuck)和第二细丝支持卡盘的基板；连接所述基板的外壳，以形成沉积室；和细丝组件。所述细丝组件包括第一管状硅丝(first tubular silicon filament)，所述第一管状硅丝为竖直定向的，且具有与所述第一细丝支撑卡盘电连接的底端；第二管状硅丝，所述第二管状硅丝为竖直定向的，且具有与所述第二细丝支撑卡盘电连接的底端；配置于与所述第一管状硅丝和第二管状硅丝的顶端电连接的水平连
桥；和具有围绕成型部件中心轴的周面(peripheral surface)的成型部件。所述成型部件的周面为倾斜的或弯曲的，以致当将所述周面设置于临近所述第一管状硅丝的顶端或底端时，在所述第一管状硅丝的顶端或底端周边形成可滑动的接触区域，当所述成型部件的中心轴和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多晶硅的批量生产的CVD反应器，其包括：配置有第一细丝支撑卡盘和第二细丝支撑卡盘的基板；连着所述基板的外壳，以形成沉积室；和细丝组件，其包括：第一管状硅丝，所述第一管状硅丝为竖直定向的，且具有与所述第一细丝支撑卡盘电连接的底端；第二管状硅丝，所述第二管状硅丝为竖直定向的，且具有与所述第二细丝支撑卡盘电连接的底端；配置为与所述第一管状硅丝和第二管状硅丝的顶端电连接的水平连桥；和具有围绕成型部件中心轴的周面的成型部件，所述周面为倾斜的或弯曲的，以致当将所述周面设置于临近所述第一管状硅丝的顶端或底端时，在所述第一管状硅丝的顶端或底端周边形成可滑动的接触区域；当所述成型部件的中心轴和所述第一管状硅丝的中心轴之间的角度变化至最大倾斜角时，所述周面配置为维持至少50％所述接触区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.29 US 14/166,8791.一种用于多晶硅的批量生产的CVD反应器，其包括：配置有第一细丝支撑卡盘和第二细丝支撑卡盘的基板；连着所述基板的外壳，以形成沉积室；和细丝组件，其包括：第一管状硅丝，所述第一管状硅丝为竖直定向的，且具有与所述第一细丝支撑卡盘电连接的底端；第二管状硅丝，所述第二管状硅丝为竖直定向的，且具有与所述第二细丝支撑卡盘电连接的底端；配置为与所述第一管状硅丝和第二管状硅丝的顶端电连接的水平连桥；和具有围绕成型部件中心轴的周面的成型部件，所述周面为倾斜的或弯曲的，以致当将所述周面设置于临近所述第一管状硅丝的顶端或底端时，在所述第一管状硅丝的顶端或底端周边形成可滑动的接触区域；当所述成型部件的中心轴和所述第一管状硅丝的中心轴之间的角度变化至最大倾斜角时，所述周面配置为维持至少50％所述接触区域。2.根据权利要求1所述的CVD反应器，其中，所述第一管状硅丝具有圆环形的横截面。3.根据权利要求1所述的细丝组件，其中，所述成型部件在与所述水平连桥的第一末端的电交换中为雄性部件，所述周面向外倾斜或弯曲至靠着所述第一管状硅丝顶端的内周。4.根据权利要求1所述的细丝组件，其中，所述成型部件在与所述水平连桥的第一末端的电交换中为雌性部件，所述周面向内倾斜或弯曲至靠着
\t所述第一管状硅丝顶端的外周。5.根据权利要求1所述的CVD反应器，其中，所述成型部件在与所述第一细丝支撑卡盘的电交换中为雄性部件，所述周面向外倾斜或弯曲至靠着第一管状硅丝底端的内周。6.根据权利要求1所述的CVD反应器，其中，所述成型部件在与所述第一细丝支撑卡盘的电交换中为雌性部件，所述周面向内倾斜或弯曲至靠着第一管状硅丝底端的外周。7.根据权利要求1所述的细丝组件，其中，所述第一管状硅丝的顶端或底端包括倒角，该倒角为倾斜的或弯曲的以与所述成型部件的周面相匹配从而形成所述可滑动的接触区域。8.根据权利要求1所述的CVD反应器，其中，所述成型部件并入所述水平连桥或所述第一细丝支撑卡盘中。9.根据权利要求1所述的CVD反应器，其中，所述成型部件嵌入所述水平连桥的第一末端的下表面或所述第一支撑卡盘的上表面中。10.根据权利要求1所述的CVD反应器，其中，所述成型部件的周面为在所述水平连桥的第一末端的下表面或所述第一支撑卡盘的上表面中形成的凹槽的壁。11.根据权利要求1所述的CVD反应器，其中，所述成型部件延伸至低于所述水平连桥的第一末端的下表面或高于第一支撑卡盘的上表面。12.根据权利要求1所述的CVD反应器，其中，所述周面为倾斜的、基本平坦的面。13.根据权利要求1所述的CVD反应器，其中，所述周面成型为球体的部分并垂直于该球体的直径。14.根据权利要求1所述的CVD反应器，其中，所述周面和成型部件的中心轴之间的角度为约45度。15.根据权利要求1所述的CVD反应器，其中，所述第一管状硅丝具有空心矩形的横截面。16.根据权利要求1所述的CVD反应器，其中，所述成型部件包括不同于细丝支撑卡盘和管状硅丝的独立组件。17.根据权利要求16所述的CVD反应器，其中，所述独立组件直接与所述水平连桥、所述第一管状硅丝或所述第一细丝支撑卡盘物理接触。18.根据权利要求1所述的CVD反应器，其中，当所述成型部件的中心轴和第一管状硅丝的中心轴之间的角度变化至最大倾斜角时，所述周面配置为维持至少75％所述接触区域。19.根据权利要求1所述的CVD反应器，其中，当所述成型部件的中心轴和所述第一管状硅丝的中心轴之间的角度变化至最大倾斜角时，所述周面配置为维持至少90％所述接触区域。20.一种配置为在C...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·D·罗兹，K·H·巴伦杰，
申请(专利权)人：GTAT公司，
类型：发明
国别省市：美国;US