[发明专利]在沉积工艺期间在硅棒中产生均匀温度分布的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在根据Siemens(西门子)方法的硅沉积 (Abscheiden)期间向至少一个硅棒(Siliziumstab)供电的装置。 本发明还涉及一种利用这种装置在根据Siemens方法的硅沉积期间向 至少一个硅棒供电的方法。

背景技术

在根据Siemens方法的硅沉积期间向硅棒供电的装置是现有技术 公知的。这种装置具有输入端，其中该装置可以利用该输入端连接到 用于提供电能的供电网。这些装置还具有至少一个输出端，其中一个 或多个硅棒可以连接到这些输出端。一个或多个交流电调节器 (Wechselstromsteller)向连接到该至少一个输出端的硅棒提供来自 该供电网的电流。借助该交流电调节器，可以调节电流强度和电压， 并由此还可以调节在硅棒中热转换的电功率。

在根据Siemens方法制造硅棒时，借助这些装置向反应器 (Reaktor)中的硅棒提供电流。反应器被填充以三氯硅烷 (Trichlorsilan)并且处于压力之下。在硅棒中通过电流所转换的热 消耗功率导致硅棒发热。硅棒的表面温度达到大约1100℃。在该温 度下，三氯硅烷分解并且在引入氢(Wasserstoffzugang)的情况下 离解(dissoziieren)为硅和氯化氢(Chlorwasserstoff)。硅在位于 反应器中的硅棒上沉积。沉积过程使得硅棒的直径在该过程的运行过 程中增长大约1mm/h。硅棒的横截面积由此增大。在硅棒的电阻率 (spezifischen Widerstand)保持不变的情况下，更大的横截面积会 导致硅棒电阻的下降。此外，电流密度从关于半径恒定的大小改变为 强烈依赖于半径的大小。在硅棒的直径为7-10mm的情况下，电阻与 半径无关。在直径更大时，硅棒内部的电流密度比外部更大。

由于硅的导电性随着温度而增加，并且硅的导热性随着温度而下 降，因此电流在硅棒中心的聚集(Einschnuerung)导致温度从内部 向外部下降。这种温度下降可以表现到极致，使得硅棒达到大于 1460℃的内部温度，而硅棒外侧面的温度为1100℃。但是，硅棒核 心中1460℃的温度会导致硅棒核心中的硅熔化。结果，硅可能从硅 棒流出，并且硅棒遭到损坏。因此，沉积温度 (Abscheidetemperatur)必须被调节为使得核心温度不超过硅的熔 化温度(Schmelztemperatur)。

但是，人们又希望沉积温度尽可能高，以便实现大的硅棒生长或 高的沉积速度。

在WO97/36822的国际专利申请公开文献中公开了一种根据 Siemens方法在硅棒上沉积硅的装置。该文献还涉及在硅棒的核心和 外表面之间温度下降的问题。在该文献中建议进行另一次加热，该加 热在硅棒中产生涡流(Wirbelstrom)。该涡流产生具有预定频率的 磁交变场。由此实现电流密度的改变。电流密度从硅棒的外表面到硅 棒的核心变得更均匀，从而产生分布更为均匀的温度。

在该文献中所提出的装置很费事，因为除了常规的用于加热硅棒 的电阻加热之外还需要进行第二加热，也就是涡流加热。

德国专利商标局的公开文献DE19882883T1公开了一种装置，该 装置利用在高频或中频电流时出现在导体中的集肤效应，以便在硅棒 内部实现均匀的温度分布。在该公开的装置中，只进行一次加热，即 电阻加热。但是，该电阻加热是由不同频率的电流形成的。根据该公 开文献的技术教导，首先在硅棒上施加低频电压。当硅棒的温度超过 预定值时，断开该低频电压并施加具有更高频率的电压。向硅棒提供 电能的装置在文献DE19882883T1中未详细描述。

在文献DE19882883T1所公开的方法向硅棒只提供低频电流或只 提供高频或低频电流，其缺点是在向硅棒只提供高频或中频电压时会 出现比较高的感生损耗(induktive Verluste)。

发明内容

本发明基于上述现有技术的背景要解决的技术问题是，提供一种 用于向至少一个硅棒供电的装置，其中利用该装置，在连接的硅棒中 达到均匀的温度分布和电流密度分布。其中，优选地，感生损耗应当 被保持得尽可能的低。