[发明专利]化学气相沉积方法和装置

说明书

一种形成一化学气相沉积(CVD)反应器的一细丝组件的方法，包括由一桥连接的至少一细丝结构。该细丝结构包括与一硅种子合成一体的一中空硅细丝。本发明描述了各种实施例，包括具有此细丝组件的一CVD系统以及沉积硅于此细丝组件上的一方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年11月16日提交的美国临时专利申请序列号62/255,678的权益。此申请的全部内容通用引用并入本文。

技术领域

本发明涉及在一中空丝上化学气相沉积硅的方法和装置。

背景技术

化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)是一种用于生产高纯度、高性能固体材料的一工艺，通常用于生产应用于半导体和光伏行业的高质量硅。在一般的常规CVD工艺中，一基板材料暴露于在该基板表面上反应和/或分解以产生所需的材料沉积的一种或多种挥发性前体。通常，也产生挥发性副产物，其可以通过气体流动通过该CVD反应器中的一反应室来去除。

产生诸如多晶硅的固定材料的方法被称为西门子(Siemens)法。在一典型西门子型多晶硅CVD反应器中，一钟罩，例如一石英钟罩，固定于一基板(base plate)上，形成一反应室。该反应室包括多个细丝，通常为具有由一水平桥连接的两个垂直细丝的一发卡结构或倒U型结构。电馈通以及一气体入口和出口也被结合到该基板中。该细丝组件通过电流通过他们而被加热，并暴露于一含硅气体中，该含硅气体包括例如单硅烷或氯硅烷，从而导致硅被沉积在细丝上。为了生产高质量的多晶硅，气态硅化合物被引入西门子反应器中，并在一个或多个高纯度薄硅棒(有时称为细棒)的存在下热解分解，该高硅棒被加热至一高温以实现硅沉积。通常，电流通过细棒以使其温度升高到大约1000℃，并且在某些情况下，温度升高到1200℃。

由于这些细棒由该纯度硅所制成，所以该细棒在室温下的相应电阻非常高。因此，在多晶硅CVD工艺的启动阶段期间，需要一非常高的初始电压来启动该电流。由于此高电压，一小电流可以开始流过该细棒。该电流在该细棒中产生热量，减少了该细棒的电阻，并允许更高的电流流动，从而产生额外的热量。当细棒加热到所需的温度时，所施加的电压相应地降低以避免细丝过热及失效。

细丝组件内部的连接是非常重要的，以保持适当的电流并使电阻率高的点最小化，从而产生热点。垂直细丝和一水平桥之间的各种类型的连接是已知的，包括，但不限于，在各垂直细棒的顶部的一凹槽以及一键槽被配置为接收桥。一小的埋孔或相符合的段可形成在水平桥的端部，以便将其压入凹槽中从而桥接两个垂直细棒。

诸如管状细丝的中空丝也被用于多晶硅的生产，并提供了优于传统细棒细丝的一些优点。例如，由于管状细丝的表面积较高，硅以较快的速率被沉积。此外，在理想的条件下，一增加的总表面积可用于连接该管状细丝以及该桥，各种类型的连接是已知的。例如，一扁平的水平桥可以与一中空管状细丝一起使用，以增加连接面积，从而使得必须克服的总阻力较低。美国专利申请公告第2011/0203101号以及第2015/0211111显示了管状细丝与扁平水平桥之间的连接的各种实施例。然而，这样的设计在实践中有时会由于该细丝顶部相对于该桥的设置位置不理想而导致不一致的电阻率。例如，中空丝可能不会被精确地平坦切割或垂直于其中心线切割，和/或该桥的接触区域可能没有理想的表面。另一方面，还示出了位于该中空丝的顶部的一帽体(cap)，该帽体具有被配置为与该桥连接的一相对端。通常该帽体为一石墨帽体。然而，这种设计增加了接触表面的总量，增加了限制电子电流通过细丝-桥连接的可能性。另外，作为一实际问题，由于制造工艺中的实际问题，获得该帽体与中空丝的一致且紧密的配合通常是非常困难的，而松散配合是非常常见的。此外，对于任何类型的设计而言，机械强度也可能是一个问题，其可导致细丝失效。

因此，虽然与一细棒细丝相比，中空丝与相应的桥之间的连接得到了改善，但仍然需要通过最小化该细丝与桥之间的总接触点，来提供具有改进的电气和机械连通性的细丝。

发明内容