(57)【要約】  化学的気相成長法によって物質を製造するために使用する電気加熱式析出カートリッジであって、（ｉ）種結晶ロッド対より高い表面積対体積の比と、（ｉｉ）種結晶ロッドより高い、最終有効析出表面積に対する開始時有効析出表面積の比と、（ｉｉｉ）基本的析出プレートより高い、全体表面積に対する有効析出表面積の比とを有する析出カートリッジであって、それら諸比が、析出カートリッジの全ての所望の面上で所望の温度に到達し、それを維持することによって達成され、このことは、析出カートリッジの所望の断面積全てに亘って所望の量の電流を分布させることによって達成されることを特徴とする析出カートリッジを提供する。
2014522799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的気相成長法によって物質を製造するために使用する電気加熱式析出カートリッジにおいて、
（ｉ）種結晶ロッド対より高い表面積対体積の比と、
（ｉｉ）種結晶ロッドより高い、最終有効析出表面積に対する開始時有効析出表面積の比と、
（ｉｉｉ）基本的析出プレートより高い、全体表面積に対する有効析出表面積の比と
を有する析出カートリッジであって、
前記諸比は、前記析出カートリッジの全ての所望の面上で所望の温度に到達し、それを維持することによって達成され、それは、前記析出カートリッジの所望の断面積全てに亘って所望の量の電流を分布させることによって達成される、
ことを特徴とする析出カートリッジ。
【請求項２】
前記析出カートリッジの前記所望の断面積全体に亘って前記所望の量の電流を分布させることは、適切な材質および寸法の配電ロッドを適切な材質および寸法の一枚板型配電プレートに接続し、それによって、前記配電ロッドが前記一枚板型配電プレートの断面積全体に亘って電流を均等に分布させることによって、達成されることを特徴とする請求項１記載の析出カートリッジ。
【請求項３】
前記析出カートリッジの前記所望の断面積全体に亘って前記所望の量の電流を分布させることは、前記析出カートリッジ上に導電性物質が析出したときでも、電流が前記析出カートリッジから前記析出カートリッジ上に析出した前記物質に流れないように前記配電ロッドおよび前記一枚板型析出プレートを絶縁層で覆うことによって、維持されることを特徴とする請求項２記載の析出カートリッジ。
【請求項４】
前記絶縁層は、前記配電ロッドおよび前記一枚板型析出プレートの外側縁部を越えてある距離だけ延出し、それによって、析出中、前記析出カートリッジのその他の部分より低温である、前記析出カートリッジの外側縁部を形成し、その結果、それら外側縁部上に析出物質のクラストを成長させないことを特徴とする請求項３記載の析出カートリッジ。
【請求項５】
前記析出カートリッジの前記所望の断面積全体に亘って前記所望の量の電流を分布することは、配電ロッドおよび一枚板型析出プレートの機能を適切な材質および寸法の蛇行析出プレートに組み込み、その結果、前記プレートに互い違いのスロットを機械加工することによって生成された経路を通って均等に電流が流れるようにすることによって達成され、他方でそれら経路によって形成される総表面積が大きくなることを特徴とする請求項１記載の析出カートリッジ。
【請求項６】
最も外側の前記蛇行経路は、内側の前記蛇行経路より幅が広く、それによって、析出中、前記析出カートリッジのその他の部分より低温である、前記析出カートリッジの外側縁部を形成し、その結果、それら外側縁部上に析出物質のクラストを成長させないことを特徴とする請求項５記載の析出カートリッジ。
【請求項７】
析出中、前記析出カートリッジのその他の部分より低温である、前記析出カートリッジの外側縁部を形成し、それによって、それら外側縁部上に析出物質のクラストを成長させないように、析出中に電気を切ることができ、他方、前記析出カートリッジの両面に析出された前記クラストの縁部を効果的に剥がすべく加熱するために、前記析出プレートから前記クラストを分離するに際して電気を入れることができる、個別通電式の外側蛇行経路が存在することを特徴とする請求項５記載の析出カートリッジ。
【請求項８】
前記析出カートリッジの前記所望の断面積全体に亘って前記所望の量の電流を分布させることは、前記析出カートリッジ上に導電性物質が析出したときでも、電流が前記析出カートリッジから前記析出カートリッジ上に析出した前記物質に流れないように前記析出カートリッジを絶縁層で覆うことによって維持され、前記絶縁層が、その後の前記クラストの分離がさもなければ阻害され得るが、前記蛇行スロット内への物質の析出を防止することを特徴とする請求項５〜７のいずれか記載の析出カートリッジ。
【請求項９】
前記絶縁層は、前記蛇行析出プレートの前記外側縁部を越えてある距離だけ延出し、それによって、析出中、前記析出カートリッジのその他の部分より低温である、前記析出カートリッジの外側縁部を形成し、その結果、それら外側縁部上に析出物質のクラストを成長させないことを特徴とする請求項８記載の析出カートリッジ。
【請求項１０】
前記析出カートリッジの前記所望の断面積全体に亘って前記所望の量の電流を分布させることは、そのＵ字形の内側の領域を充填する絶縁スペーサを持つＵ字形析出プレートを有し、それによって、電流が前記Ｕ字形析出プレートを通って流れて、前記Ｕ字形プレートを加熱し、前記Ｕ字形プレート上に物質のクラストを形成させることによって達成され、同時に、前記絶縁スペーサが、前記析出カートリッジからの前記クラストの分離がさもなければ阻害され得るが、前記Ｕ字形析出プレートの内側縁部上にクラストが形成されるのを阻止することを特徴とする請求項１記載の析出カートリッジ。
【請求項１１】
前記析出カートリッジの１またはそれ以上の縁部上へのクラストの形成は、それらに限定されないが炭化シリコン、窒化シリコン、および様々なセラミックを含めて、適切な絶縁性、非汚染性、および耐熱性材料から製作され、析出ガスがそれら縁部に接触するのを阻止するシールドによって防止されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか記載の析出カートリッジ。
【請求項１２】
前記配電バー、一枚板型析出プレート、および蛇行析出プレートは、それらに限定されないがタングステン、窒化シリコン、炭化シリコン、グラファイト、ならびにそれらの合金、複合材、および混合物を含めて、適切な電気的、熱的、および構造上の特性を有する材料から製作されることを特徴とする請求項２，５，６，９，および１０のいずれか記載の析出カートリッジ。
【請求項１３】
前記絶縁層またはスペーサは、それらに限定されないが炭化シリコンおよび窒化シリコンを含めて、適切な電気的、熱的、および構造上の特性を有する材料であって、それらに限定されないが化学的気相成長法、プレセラミック・ポリマー・ペースト、およびセラミック・マトリックス複合材を含めて、多数の形態で付着することができる材料から製作されていることを特徴とする請求項３，４，１８，９，および１０のいずれか記載の析出カートリッジ。
【請求項１４】
種結晶ロッド対または基本的析出プレートを通常使用している析出リアクタの生産率を向上させ、かつ／または生産単位当たりのエネルギー消費量を削減する方法および析出カートリッジにおいて、
ａ．前記析出リアクタ内の前記種結晶ロッド対または前記基本的析出プレートを析出カートリッジと交換する段階であって、前記析出カートリッジの総平均有効析出表面積が、内部容積および最大析出ガス流量などの前記リアクタの物理的制約内で、生産率に所望の増加をもたらし、かつ／または生産単位当たりのエネルギー消費量に所望の削減をもたらすのに必要な程度にまで、前記種結晶ロッド対または基本的析出プレートの総平均有効析出表面積よりも増加されている段階と、
ｂ．種結晶ロッドまたは基本的一枚板型析出プレートが使用されているときよりも平均析出ガス流量を高めることができ、サイクル持続時間を短くすることができることを除いて、前記析出リアクタの標準的析出サイクルを稼働する段階と、
ｃ．析出物質のクラストを伴う前記析出カートリッジを、前記析出リアクタから取り外し、別の回収場所へ運ぶ段階と、
ｄ．前記析出カートリッジを前記析出物質の融解温度まで、またはそれ以上に加熱する段階であって、それにより、前記析出カートリッジとの境界面で前記物質の薄い層が液化し、前記クラストが前記析出カートリッジから剥離する段階と、
ｅ．重力または機械的力などの適切な力を加えることによって、前記剥離したクラストを前記析出カートリッジから分離する段階と、
ｆ．前記析出カートリッジを前記シーメンス・リアクタに戻し、上記段階ｂ〜ｅを繰り返す段階と
を含むことを特徴とする方法および析出カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学的気相成長法によって物質を製造するために使用する電気加熱式析出カートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
本特許出願は、２００９年１０月２２日出願の米国特許出願第１２／５９７，１５１号（「’１５１特許出願」、「Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈｉｇｈ−ｐｕｒｉｔｙ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｖｉａ  ｈｉｇｈ−ｓｕｒｆａｃｅ−ａｒｅａ  ｇａｓ−ｓｏｌｉｄ  ｏｒ  ｇａｓ−ｌｉｑｕｉｄ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ  ａｎｄ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｖｉａ  ｌｉｑｕｉｄ  ｐｈａｓｅ」をその全体として、参照により組み込むものとする。本願は、本願と同時に出願された共願の標題「ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ  ＲＥＡＣＴＯＲ  ＦＯＲ  ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ  ＯＦ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  ＶＩＡ  ＴＨＥ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＶＡＰＯＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＰＲＯＣＥＳＳ」（その出願番号 は通知されれば付け加えられる）もやはりその全体を参照により組み込むものとする。本願はさらに、２０１１年７月１日出願の米国特許仮出願第６１５０４１４８号（「’１４８特許仮出願」）、「Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｃａｒｔｒｉｄｇｅ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈｉｇｈ−ｐｕｒｉｔｙ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ａｎｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ａｎｄ  ｏｔｈｅｒ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、および２０１１年７月１日出願の米国特許仮出願第６１５０４１４５号（「’１４５特許仮出願」）、「Ｃａｒｔｒｉｄｇｅ  ｒｅａｃｔｏｒ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈｉｇｈ−ｐｕｒｉｔｙ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ａｎｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ａｎｄ  ｏｔｈｅｒ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ」の特典を主張し、これらは共に、これによって、それらの全体が本明細書に組み込まれるものとする。’１５１特許出願では、用語「析出プレート」は、シリコンがその上に析出する表面として定義されるが、本特許出願において実際の物理的構成要素を記述するとき、より明確にするために、「析出面」が、物質がその上に析出する面として定義され、「析出プレート」は、その上に、好ましくは両面上および１またはそれ以上の縁部上に、素材が析出する実際の物理的平板（その縁部に比較して、かなり大きな表面積をその両面に有する物体）として定義される。したがって、析出プレートの両面および縁部は析出面である。用語「析出カートリッジ」は、配電ロッドと一枚板型析出プレートとの組合せ、または、単一の蛇行パターンの析出プレートとして定義され、そのどちらにも、絶縁層またはスペーサを組み込むことができる。用語「シーメンス・リアクタ」は、種結晶ロッドを使用するように本来設計されている析出リアクタとして定義される。
【０００３】
’１５１特許出願は、シーメンス・リアクタの限界を記載し、それには以下が含まれる。すなわち、
１．多結晶シリコン・ロッドの低い平均表面積、それは、結果として低い体積析出速度、すなわち低いシーメンス・リアクタの生産性（所与の期間中に製造される多結晶シリコンの量、通常、１年当たりのメートル・トンによって測定される）に結び付く、
２．多結晶シリコン・ロッドの低い表面積対体積比、それは、有意義な析出量を達成するのに要する長い時間に亘って析出を達成するのに必要な表面温度を維持するためにエネルギーを多大に消費する結果になる、
３．ロッド採収プロセスでの大労力を要し、不純物が混入しやすい特性
である。
【０００４】
’１５１特許出願に記載の発明は、大表面積の電気加熱式析出プレートを提供することによって上記の最初の２つの限界を克服する。シリコンが、ＣＶＤプロセスによってこれらプレート上に高い体積速度で析出され、次いで、プレートをさらに加熱することによって回収される。そのさらに加熱することによって、プレートの境界面において析出された多結晶シリコンの極めて薄い層が融解され、析出多結晶シリコンの固体クラストを、機械的に、または重力によってプレートから引き剥がすことができる。シーメンス・リアクタにおいて大型のプレートを使用すると、従来の種結晶ロッドの使用と比較してリアクタの生産性が向上し、他方、小型のプレートを使用すると、種結晶ロッドの使用と比較して同じ生産性を維持しながらリアクタのエネルギー消費量が低減する。
【０００５】
しかし、析出プレートのみを使用するだけでは、採収プロセスの大労力および不純物が混入しやすい特性に関する上記の第３の限界は対処されない。この限界を克服するために、’１５１特許出願に記載の発明は、析出および回収の両方をリアクタの内部で行うことができる、プレートと共に使用する新しい析出リアクタをさらに提供する。
【０００６】
従来の種結晶ロッドに勝るそれらの著しい長所にも拘らず、’１５１特許出願に記載の析出プレートは、それ自体によるいくつかの限界がある。’１５１特許出願は、タングステン、窒化シリコン、炭化シリコン、グラファイト、ならびにそれらの合金、複合材、および混合物など、それら析出プレートを構成する多数の適切な材料を挙げるが、同出願は、それら析出プレートは、厚さが数ミリメートル、長さおよび高さが数メートルにまで及ぶと述べている。同出願は、それらプレートが、一方の端部を負極に、他方の端部を正極に接続することによって通電されるとさらに述べている。
【０００７】
そのような構成を前提とすると、短絡のために、析出プレートの断面積全体に亘って均等に電流を分布させることは難しく、したがって、プレート表面全体を所望の温度へ均等に加熱することを達成するのは困難である。この短絡は、析出プレートの非絶縁面上に析出される物質が、高温で導電性になる多結晶シリコンなどの半導体である場合に限って助長される。したがって、プレートの有効析出表面積が、プレートの全体表面積より小さくなる（それでも、多結晶シリコン・ロッドの平均析出表面積よりかなり大きいが）。析出速度、すなわち生産速度は平均析出表面積に比例するので、これら析出プレートの大寸法を受け入れることができるリアクタの生産速度が、全体表面積に対する析出表面積の比が最大化されていないので、最大にならない。したがって、そのような生産速度で作動するリアクタは、最小限になっていない生産コストに甘んじることになる。
【０００８】
析出プレートが、それらの表面積全体に亘って最適な析出温度に達することができないことは、クラストの回収に際しても影響する。最適な析出温度には満たないが、それでもある程度のクラスト形成を行うのに十分に高い温度に達している析出プレートの領域が存在し得る。クラストの回収に際し、析出プレートのこれら領域を材料の融解温度まで、またはそれ以上に迅速に加熱することが可能でないことがあり、それにより、きちんと加熱された領域ではクラストが過剰に融解される結果となり、あるいはクラストが一部だけ剥離し回収される結果となる。最後に、これら析出プレートは、クラストの分離を阻害し得る面上への析出を防止する組込み機構を持たない。
【０００９】
本発明は、配電ロッドおよび一枚板型析出プレートから構成され、または蛇行析出プレートのみから構成され、電気絶縁層またはスペーサを組み込むことができる、大析出表面積を有する電気加熱式析出カートリッジを提供することによって、上記の析出プレートの限界を克服する。所望の量の電流を、析出カートリッジの所望の断面積全体に亘って分布させることができ、それによって、析出カートリッジの全ての所望の面上で所望の温度を達成し、維持することができる。
【００１０】
所望の断面積全体に亘って所望の量の電流を分布させることにより、また適切な絶縁によって、全ての所望の面上で所望の温度を達成することができることが、析出カートリッジの全体表面積に対して最大化された有効表面積を析出カートリッジが実現することを可能にする。これが、それら析出カートリッジの全体寸法を収容することができるリアクタの生産性を最大化させ、したがってその生産コストを最小化させる。析出カートリッジの同時加熱特性によって、また、外部冷却に加えて選択的加熱により、障害になる面上への析出を析出カートリッジが制限できることによって、物質のクラストの回収が簡単になる。
【００１１】
これら析出カートリッジは、種結晶ロッドの代替として、シーメンス・リアクタを含めて任意のリアクタに任意の数量で使用することができ、垂直方向および／または水平方向を含めて任意の方向に配向することができる。析出カートリッジとの境界面でクラストの薄い層が液化するように析出カートリッジを追加加熱することによる析出カートリッジからのクラストの剥離は、リアクタの内部、またはクラストで覆われた析出カートリッジを先ず採収することによりリアクタの外部のいずれでも達成することができる。クラストは、次いで、重力または機械的力を含めて任意の力を加えることによって、析出カートリッジから完全に分離することができる。析出カートリッジの利用およびその恩恵は、それに限定されないが多結晶シリコンを含めて、ＣＶＤ法によって製造することができる全ての物質に及ぼすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一枚板型析出プレートおよび配電ロッドを有する析出カートリッジの好ましい一実施形態の立断面図および平断面図である。
【図２】蛇行析出プレートを有する析出カートリッジの好ましい一実施形態の立断面図および平断面図である。
【図３】蛇行析出プレートおよび相対的に低温の外側縁部を有する析出カートリッジの好ましい一実施形態の立断面図および平断面図である。
【図４】蛇行析出プレートおよび個別の外側経路を有する析出カートリッジの好ましい一実施形態の立断面図および平断面図である。
【図５】坩堝リアクタ用の析出カートリッジの好ましい一実施形態の透視図である。
【図６】シーメンス・リアクタ用の析出カートリッジの好ましい一実施形態の透視図である。
【図７】析出工程の開始時および終了時の多結晶シリコン・ロッドを伴う、１８対シーメンス・リアクタの平断面図である。
【図８】析出カートリッジを有する１８対シーメンス・リアクタの好ましい一実施形態の平断面図である。
【図９】シーメンス・リアクタ内に取り付けられた析出カートリッジの好ましい一実施形態の立断面図である。
【図１０】シーメンス・リアクタ内に取り付けられた析出カートリッジの好ましい一実施形態の平断面図である。
【図１１】シーメンス・リアクタ内に取り付けられた析出カートリッジの好ましい一実施形態の前視立断面図である。
【図１２】シーメンス・リアクタ内に取り付けられたＵ字形析出カートリッジの好ましい一実施形態の立断面図である。
【図１３】シーメンス・リアクタ内に取り付けられたＵ字形析出カートリッジの好ましい一実施形態の平断面図である。
【図１４】シーメンス・リアクタ内に取り付けられたＵ字形析出カートリッジの好ましい一実施形態の前視立断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
物質の抵抗加熱を達成するには、物質に電流を流す必要がある。ただし、電流は、常に最小抵抗の経路を通って流れる。抵抗に関する式が以下のように与えられる。すなわち、
Ｒ＝ρ＊Ｌ／Ｓ
ただし、Ｒ＝特定の物質の中の特定の経路の抵抗、オーム
ρ＝その物質のバルク低効率、オーム＊メートル
Ｌ＝経路の長さ、メートル
Ｓ＝電流が流れる経路の断面積
である。
【００１４】
電極が、導電性物質の四角い板の上部２つの角部に接続され、通電された場合、電流の大部分は、一方の電極と他方の電極との間を板の上部を横切る真直ぐな狭い経路で流れようとし、板の下方部分には殆ど電流が届かない。同様に、２つの別々の物質片が並列に接続されている場合、電流の大部分が、抵抗が低い方の物質を通って流れようとする。２つの別々の部片が同じ物質から作られている場合、電流の大部分は、その部片の方が抵抗が低いので、長さ対断面積の比が最小の部片を通って流れようとする。２つの別々の部片が、同じ長さ対断面積比を有するが、異なる物質から作られている場合、電流の大部分は、バルク抵抗率が低い方の物質を通って流れようとする。
【００１５】
上記の原理を用いると、電流の流れを所望の経路に沿って導くように、特定のバルク抵抗率の物質を選択し、それらを寸法設定することが可能になる。析出プレートの場合、目標は、表面全体を所望の温度へ均等に加熱できるようにすることであり、それには、電流が、一方の側から他方の側へプレートの断面積全体に亘って均等に流れることが必要になる。その場合課題は、析出プレートの一方の縁部全体に沿って電流を分布させ、反対側の縁部全体に沿ってそれを集電することになる。これは、両方の縁部に配電ロッドを取り付け、その場合それらロッドの抵抗が析出プレートの抵抗より低くなるようにすることによって達成することができる。このようにして、電流は、先ず、一方の配電ロッドの全長に流れ下った後、析出プレートの断面全体を通って均等に流れて、反対側のロッドによって均等に取り出される。配電ロッドと析出プレートとが同じ材料から製作されている場合、ロッドの長さ対断面積の比が、プレートの長さ対断面積の比より小さい必要がある。析出プレートがかなり薄い場合でも、その析出プレートが十分に高ければ、この比がかなり低くなり得る。したがって、配電ロッドは、その全長に電流が最初に確実に流れ下るように十分に大きな断面積を有する必要がある。配電ロッドと析出プレートが同じ材料から製作される場合にこの構成に適切な材料には、それらに限定されないが、タングステン、窒化シリコン、炭化シリコン、グラファイト、ならびにそれらの合金および複合材が含まれる。
【００１６】
代替構成として、配電ロッドを、析出プレートの材料よりバルク抵抗率の低い材料から製作することができ、それによって、ロッドの断面を減少させることができる。この構成に適した材料の組合せとしては、それらに限定されないが、配電ロッド用にグラファイト、析出プレート用に炭化シリコン、あるいは、ロッド用にタングステン、プレート用に窒化シリコンがある。
【００１７】
さらに別の代替構成として、電流が、プレートの一方の側から他方の側へ通じる細い経路の中を行ったり来たりして流れるように、析出プレートに蛇行パターンを機械加工することによって、配電ロッドの機能を析出プレートに直接組み入れてしまうことが可能である。そのような構成は、電流が、比較的細い経路全体に亘って均等に分布された状態にある限り、大きな表面積を抵抗加熱することを可能にする。
【００１８】
上記のいずれの構成においても、配電ロッドおよび析出プレートの析出面全体を覆う電気絶縁材の層を付着することが望まれ得る。この絶縁材は、配電ロッドおよび析出プレートの材質よりはるかに高いバルク抵抗率を有することが好ましく、それによって、電流の殆どをロッドおよびプレート内に確実に留め、多結晶シリコンなど、絶縁層の表面に析出している物質には決して流入させない。多結晶シリコンは、温度が上がると共に抵抗率が低下する半導体であり、平均析出温度の１１５０℃では、完全に導電性である。さらに、析出が進行し、多結晶シリコンのクラストの厚さが増すにつれて、多結晶シリコンの長さ対断面積の比が減少し、その抵抗がさらに減少する。絶縁層が無いと、クラストが厚くなるにつれて、どんどん多くの電流がクラストを通して流れ始め、析出プレートを事実上短絡させる。析出プレートがきちんと加熱されなくなり、多結晶シリコンのそれ以上の析出が、自己抑制されることになる。これを防止するのに適切な材料の組合せとしては、それらに限定されないが、配電ロッドおよび析出プレート用にグラファイト、絶縁層用に炭化シリコンまたは窒化シリコンがある。この絶縁層は、それらに限定されないが、化学的気相成長法、プレセラミック・ポリマー・ペースト、およびセラミック・マトリックス複合材を含めて、多数の形態で配電ロッドおよび析出プレートを覆って付着することができる。
【００１９】
図１は、上記の配電および絶縁機構を組み込んだ析出カートリッジ２の好ましい一実施形態を示す。この好ましい実施形態では、析出カートリッジ２は、２つの配電ロッド３３に両端で取り付けられた一枚板型析出プレート３４からなる。配電ロッド３３の抵抗は一枚板型析出プレート３４の抵抗より低く、それによって、電流が、先ず、一方の配電ロッド３３の全長に流れ下った後、一枚板型析出プレート３４の断面積全体に亘って均等に流れ、他方の配電ロッド３３によって取り出される。これによって、析出面全体に均等な抵抗加熱が生じる。他の電気的構成要素と良好な電気的接触を達成するために覆われずに残らなければならない配電ロッド３３の端部を除いて、アセンブリ全体が、配電ロッド３３および一枚板型析出プレート３４から、析出カートリッジ２上に析出する物質（図示せず）への電流の通路を遮蔽する絶縁層５２の中に覆われている。
【００２０】
図２は、配電バー３３および一枚板型析出プレート３４の機能が単一の蛇行析出プレート５１に統合されている析出カートリッジ２の好ましい一実施形態を示す。蛇行析出プレート５１に機械加工された蛇行パターンのスロットが、全体では大きな表面積をもたらす一方で、電流がその断面積の中を均等に流れるのに十分な細さに留まる曲がりくねった経路を生成する。最初と最後の蛇行行程は、他の電気的構成要素に接続するための電極タブ５３を形成するように延出する。電極タブ５３を除いて析出カートリッジ２全体が絶縁層５２内に覆われ、絶縁層５２はまた、蛇行スロットを覆い閉じることによって、連続する析出面を作り出す。絶縁層５２の熱伝導性が、蛇行経路の真上の領域と蛇行スロットの真上の領域との間の絶縁層の表面に有意な温度勾配を発生させないようになっている。この均等な加熱が、析出カートリッジ２の表面全体に亘ってシリコンの均等な析出を可能にする。
【００２１】
図１および２は共に、水冷式反応器壁などの外部冷却源に近接させることによって、物質が、析出カートリッジ２の上方縁部に沿って析出しないようにされた析出カートリッジ２の好ましい実施形態を示す。それによって、析出される物質は、析出カートリッジ２の残りの３つの縁部および両面を覆うクラストを形成し、引き続きさらに加熱されることによって、クラストで覆われていない縁部とは反対の方向に回収される。
【００２２】
図３は、より広い外側経路５４を有する蛇行析出プレートおよびより広い外側縁部５５を有する絶縁層を組み込んだ析出カートリッジ２の好ましい一実施形態を示す。より広い外側経路５４を有する析出プレートを通って電流が流れるとき、これら外側経路は、断面積がより大きく、したがって抵抗がより低いので、内側の蛇行経路より加熱される程度が小さい。絶縁層は、より広い外側縁部５５によって、このより少ない熱をさらにいっそう伝導および対流損失によって消散し、その結果、析出カートリッジ２の縁部は、有意な析出に必要な温度以下になる。析出カートリッジ２の全ての縁部を廻ってクラストの形成を妨げ、すなわち、クラストの形成を析出カートリッジ２の２つの面だけに限定することによって、引き続きさらに加熱すると、このクラストを障害なしに多方向へ回収することが可能になる。
【００２３】
図４は、別々の外側経路５６を有する蛇行析出プレートを組み込んだ析出カートリッジ２の好ましい一実施形態を示す。これら外側の経路は、析出段階中は通電せずに置かれ、その結果、析出カートリッジ２の縁部は、両面より低温に留まり、このため、クラストが形成されない。それら外側経路は、回収段階に際し、析出カートリッジ２の両面に形成されているクラストの縁部および中央部を同時に剥がすのに必要になり得る任意の追加の加熱を行うために、内側経路と共に通電される。クラストの全ての領域を同時に迅速に剥離することによって、境界面での融解、したがってクラスト中への不純物の拡散の可能性を最小限に抑え、同時に、エネルギー消費を最小限に抑える。
【００２４】
析出カートリッジ２は、専用カートリッジ・リアクタおよびシーメンス・リアクタを含めて、いかなる析出リアクタにでも使用することができる。図５は、専用カートリッジ・リアクタに使用する析出カートリッジ２のアレイの好ましい一実施形態を示す。１６個の析出カートリッジ２が存在し、それら析出カートリッジは、それらの電極タブ５３に取り付けられた電極ブラケット５７によって２つの配電バー３２に接続されている。配電バー３２は、析出カートリッジ２を、並列または直列のいずれかでＡＣまたはＤＣ電源に接続する。図示の通り、配電バー３２は、カートリッジ・リアクタ内部に配置され、他の電気的構成要素との接続はリアクタの壁の接続ポイントを通して行われる。ただし、外部に配置された配電バーに接続する電極タブ５３、またはリアクタの壁を貫通するそれら自体の個々の接続ポイントを介する他の電気的構成要素を排除するものではない。
【００２５】
好ましい一実施形態では、各析出カートリッジ２は、高さ４２ｃｍ、長さ７５ｃｍであり、析出カートリッジ２の間隔は５ｃｍである。この間隔は、析出カートリッジ２の両面のそれぞれに妥当な厚さ２ｃｍのクラストが成長することを可能にし、同時に、析出サイクルの終了までクラスト間に析出ガスが流れるのに十分な１ｃｍの空隙をさらに実現する。このクラストの厚さおよび空隙の幅を調節して、析出サイクル時間および析出ガス流れ特性を望みどおりに最適化することができる。図示のように、全１６個の析出カートリッジ２のアレイによって占められる総容積は、ほぼ７５ｃｍ×７５ｃｍ×４２ｃｍであり、それは、クラストの厚さを考慮すれば、多結晶インゴットの製造に使用される８５ｃｍ×８５ｃｍの坩堝の内部に適合するように図られている。
【００２６】
ただし、析出カートリッジ２の寸法、大きさ、および間隔は、坩堝の内側の大概の寸法に適合することができるように、容易に変更することができる。晶化技術が向上し続け、ますます大きな坩堝が使用されるようになるので、この寸法の柔軟性が役に立つ。別の好ましい実施形態では、析出カートリッジ２の平断面がそれ自体円形になるように、アレイの側方に向かう析出カートリッジ２を中央の析出カートリッジ２より次第に短くすることによって、析出カートリッジ２を、円形の平断面を有する坩堝の内部に適合するように寸法設定することもできる。この好ましい実施形態は、円形坩堝内の溶融物に回転する引抜きロッドを差し込み、円筒状の単結晶を引き出すことに関するチョクラルスキー晶化プロセスと共に、単結晶インゴットを製造するのに析出カートリッジ２を使用することを可能にする。
【００２７】
析出カートリッジ２は、電極タブ５３を上向きにして、垂直に配向されている。この配向が、析出カートリッジ２の上方縁部を、リアクタ上部アセンブリの水冷却された壁に接近させ、その結果、物質がこれら上方縁部に析出するのを防止する。物質の析出が、各析出カートリッジ２の、上方縁部から下にある程度離れた２つの面および残りの３つの縁部に限定され、その結果、析出が生じる全ての面が、同じ方向、すなわち垂直の向きになる。これによって、析出カートリッジ２を物質の溶融温度まで、またはそれ以上に加熱し、重力などの一方向の力を加えることによって析出カートリッジ２からクラストを分離する後続の段階が容易になる。ただし、この場合、析出カートリッジ２を任意の方向に配向し、析出カートリッジ２からクラストを分離するために重力に加えて任意の力を用いることを排除するものではない。
【００２８】
図６は、シーメンス・リアクタに使用する析出カートリッジ２の好ましい一実施形態を示す。析出カートリッジ２は、行程終了時の多結晶ロッド対の寸法と同じ寸法を有するように製作され、それは、約２００〜２４０ｃｍの高さ、および約４０〜５０ｃｍの長さである。電極タブ５３は、下を向き、シーメンス・リアクタの電極４４上に位置が合うように形状設定され、電極ブラケット５７を用いて電極４４に取り付けられる。その結果、それら析出カートリッジ２は、同じユニット・エネルギー消費量で生産能力を増進し、または同じ生産能力でユニット・エネルギー消費量を減らすために、機械的または電気的変更を殆ど行わずにシーメンス・リアクタに適合させることができる。この点を例示するために、図７は、シーメンス・リアクタ電極４４、行程開始時の多結晶シリコン・ロッド５９、および行程終了時の多結晶シリコン・ロッド４３の概略図と共に１８対シーメンス・リアクタを示し、図８は、析出カートリッジ２を取り付けた同じ１８対シーメンス・リアクタの好ましい一実施形態を示す。析出カートリッジ２は、多結晶シリコン・ロッドと同じ空間を占め、同じ電極に嵌め込まれ、その上、はるかにより大きな平均析出面積を実現する。
【００２９】
図９〜１１は、析出カートリッジ２をシーメンス・リアクタにどのように取り付けることができるかの好ましい一実施形態を示す。電極タブ５３は、２つのＬ字形電極ブラケット５７にそれぞれねじ留めされ、そのブラケット５７は、シーメンス・リアクタの電極４４のグラファイト・ホルダにねじ留めされている。析出プレート５４と一体である電極タブ５３、および電極ブラケット５７は、それに限定されないが炭素−炭素複合材を含めて、導電性でその上構造的に適切な材料から製作されることが好ましい。析出カートリッジ２の下方縁部に沿った多結晶シリコン・クラストの形成は、（ｉ）析出カートリッジ２の設計、その好ましい実施形態が図３〜４に示されている、（ｉｉ）この下方縁部が水冷却されたシーメンス・リアクタの底板４７に近接していること、（ｉｉｉ）それらに限定されないが炭化シリコン、窒化シリコン、および様々なセラミックを含めて、適切な絶縁性、比汚染性、および耐熱性材料から製作され、析出ガスが下方縁部に接触するのを阻止するシールド（図示せず）、および（ｉｖ）（ｉ）、（ｉｉ）、および（ｉｉｉ）の任意の組合せによって防止される。
【００３０】
図１２〜１４は、シーメンス・リアクタに使用するのに特に適する析出カートリッジ２の好ましい一実施形態を示す。この析出カートリッジ２はＵ字形析出プレート６０を有し、そのＵ字形析出プレート６０は絶縁層を持たずに、その代わり、その２つの側部の間に取り付けられた絶縁スペーサ５８を有する。電流が、一方のシーメンス・リアクタ電極４４から他方の電極までの間を、本質的に２経路蛇行析出プレートであるＵ字形析出プレート６０に沿って流れ、それによって、Ｕ字形析出プレート６０を加熱し、その上に物質を析出させる。しかし、絶縁スペーサ５８は加熱されないので、その上には物質が析出しない。したがって、Ｕ字形析出プレート６０の２つの側部、およびその上に形成されたクラストは短絡されない。絶縁スペーサ５８はまた、Ｕ字形析出プレート６０の内側縁部全体をクラストの形成から遮り、クラストが、Ｕ字形析出プレート６０から丸い端部の方向へ障害なしに分離することを可能にする。
【図１】
2014522799.tif 000003
【図２】
2014522799.tif 000004
【図３】
2014522799.tif 000005
【図４】
2014522799.tif 000006
【図５】
2014522799.tif 000007
【図６】
2014522799.tif 000008
【図７】
2014522799.tif 000009
【図８】
2014522799.tif 000010
【図９】
2014522799.tif 000011
【図１０】
2014522799.tif 000012
【図１１】
2014522799.tif 000013
【図１２】
2014522799.tif 000014
【図１３】
2014522799.tif 000015
【図１４】
2014522799.tif 000016
【国際調査報告】
2014522799.tif 000017
2014522799.tif 000018
2014522799.tif 000019