[发明专利]用于CVD反应器中的电极固定器的保护性装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于CVD反应器中保护电极固定器的装置。

背景技术

高纯多晶体硅(多晶硅)通常通过西门子方法生产。其中，含有一种或多种含硅组分及任选存在的氢气的反应气体被引入到具有支持体的反应器中，支持体经电流直接通过而被加热，硅以固态形式沉积在其上。

作为含硅化合物，优先选择使用硅烷(SiH₄)、一氯硅烷(SiH₃Cl)、二氯硅烷(SiH₂Cl₂)、三氯硅烷(SiHCl₃)、四氯硅烷(SiCl₄)或其混合物。

每个支持体通常包括两个细丝棒(filament rod)，和通常在所述棒的自由端连接相邻棒的桥。丝棒最常见是由单晶或多晶硅制成；金属或合金或碳不大常用。丝棒垂直塞入位于反应器底部上的电极中，与电极固定器和电源的连接就是通过这些电极来实现的。高纯多晶硅沉积在加热的丝棒和水平的桥上，其结果是其直径随时间增加。达到所要求的直径后，停止所述过程。

硅棒通过通常包括石墨的特殊电极固定在CVD反应器中。在每种情况下，电极固定器上有不同电极性的两个薄棒在薄棒的另一端通过桥连接到闭合电路。通过电极及其电极固定器供给电能，用于加热薄棒。结果是，薄棒的直径增加。同时，电极从其末端开始生长成硅棒的棒基部(rod base)。达到要求的硅棒标称直径后，停止沉积过程，冷却硅棒并从反应器中将其取出。

在此，保护穿过底板和周围密封体而运转的电极固定器特别重要。因为趋势是在更短的沉积周期得到越来越长和越来越厚的棒，所以电极密封保护体的布置和形状以及待保护的密封体材料较为重要。这是因为通过优化布置，可以在多晶硅的沉积过程中避免影响收率和/或质量的可能的故障。沉积过程中影响收率或质量的可能的故障包括例如沉积中由于接地引起的电力故障。因为该故障会过早停止所述方法，所以会降低产量。

取决于这种方法生产的硅棒的后续应用，硅棒及沉积方法以及由此所述的电极固定器及其保护必须满足非常不同的要求。如果多晶硅随后用于例如太阳能和电子应用的硅碎片，则硅棒不能在沉积反应器中翻倒(fall over)或者被外来物污染，所述外来物例如来自沉积方法过程中或之后与产品发生接触的密封材料。又长又厚的多晶硅棒提高了沉积方法的经济性，但也增加了反应器中翻倒的危险。

WO专利2010/083899A1公开了一种根据现有技术的电极保护装置。该专利中描述了石墨转接器(adapter)中的薄棒，所述石墨转接器与石墨压环齿合，石墨压环反过来则通过熔融的硅石环与CVD反应器的底板相互作用，并通过单硅烷方法制备多晶硅。

在现有技术中，已经尝试通过对穿过底板的电极进行密封和绝缘来解决电力故障问题。

由WO2010/083899A1知道，可通过由熔融硅石制造的保护环，保护电极的密封体不受热应力的侵害。

DE2328303A1描述了在加热的伸长的支持体、尤其是由硅或石墨构成的支持体外表面上由气相来沉积所涉及的半导体材料，以制备由硅构成的棒和管的装置，所述装置包括反应容器，该反应容器包括由金属制成的底板和至少一个电极，所述电极用于固定伸长的支持体的一端，并用来加热所述支持体，并且，其以电绝缘和密封方式穿过底板地被导引，其特征在于，由金属构成的第一电极部分(part)固定在底板上，中间插入惰性绝缘材料的密封层，尤其是四氟乙烯，并且其具有突出到反应空间中的凸出部分，在其上可替换地安置有由金属或碳所构成的其它电极部件，该部件具有用于在其自由表面上容纳(accommodating)并固定支持体的安装面。

电极固定器的由金属构成的第一部分因此固定在底板上，并且插入有由惰性绝缘材料的密封层。

JP2009-221058A2公开了使用特种锆陶瓷及柔性石墨、以及涂敷的O型圈作为密封体的密封体和绝缘件。这类材料是耐高温的，并且可以形成电极与底板之间的间隙密封。

WO2010/068849A1描述了使用配备有绝缘表面涂层的金属体，以改善电极穿过底板区域中的绝热。

然而，迄今所知的众多装置都没有公开对电极固定器密封体的充分保护。结果是，由于腐蚀作用和接地所导致的故障概率增加。此外，迄今为止还未能找到能够使密封体耐腐蚀、并因此能抵御影响产品质量的物质(尤其是掺杂物)释放的足够保护。

发明内容

本发明的一个目的是提供能够明显降低这些影响的装置。