УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ-ПОДЛОЖЕК В РЕАКТОРЕ ВЫРАЩИВАНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ
DEVICE FOR FIXTURE OF CORE-SUBSTRATE IN REACTOR FOR POLY-CRYSTAL SILICON GROWTH

Изобретение относится к производству полупроводниковых материалов, в частности к получению поликристаллического кремния осаждением на нагретые стержни-подложки в процессе водородного восстановления кремния из хлорсиланов.
Процесс водородного восстановления кремния из хлорсиланов осуществляется в реакторах различной конструкции, в частности с верхним и нижним расположением токовводов и присоединяемых к ним устройств для крепления стержней-подложек.
Нижнее расположение токовводов и устройств для крепления стержней-подложек не требует значительных усилий для крепления стержней-подложек в устройствах, но требует их строго вертикальной установки, так как при установке стержней-подложек с начальными отклонениями от вертикали эти отклонения во время роста стержней возрастают и могут привести к их падению на соседние стержни и к замыканию фаз и остановке реактора.
Верхнее расположение токовводов и устройств для крепления стержней-подложек позволяет устанавливать кремниевые стержни-подложки в подвешенном состоянии, облегчающем их вертикальную установку, но требует более надежного закрепления стержней-подложек в устройствах, вследствие увеличения массы при выращивании стержней длиной 2 м и более.
Известно устройство для крепления стержней-подложек в реакторе выращивания поликристаллического кремния (см. патент DD №214155 А, 03.10.1984) в специальных реакторах, в которых осаждение кремния на тонких стержнях-подложках осуществляется с помощью термического разложения хлорсиланов. При этом стержни-подложки в реакторе размещены парами и соединены друг с другом кремниевым или углеродным мостиком (U-образные кремниевые стержни-подложки). Графитовые стержни (токовводы) проходят через опорную плиту реактора. После окончания процесса осаждения форма, диаметр и расстояние между стержнями изменяются таким образом, что они приближаются друг к другу, находясь в специальных креплениях, предотвращающих опрокидывание выращенных стержней. Данное устройство выбрано заявителем в качестве наиболее близкого аналога заявленного изобретения.
Недостатком известного устройства для крепления стержней-подложек в реакторе выращивания поликристаллического кремния является то, что устройство не может быть применено при двухрядном размещении стержней-подложек, так как стержни-подложки, размещенные по внутреннему ряду, перекрывают стержни-подложки, размещенные во внешнем ряду, и специальные крепления не могут подводиться к внешнему ряду стержней-подложек.
Известное устройство предотвращает опрокидывание и соударение стержней только при их извлечении после окончания процесса осаждения, а не в процессе их выращивания, а излом и падение стержней также возможны в процессе их выращивания.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении надежности закрепления стержней-подложек в устройстве, сокращении промежуточных электрических контактов между токовводами и стержнями-подложками, в расширении технологических возможностей устройства и исключении необходимости выставки стержней-подложек в вертикальном положении при нижнем расположении токовводов.
Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство снабжено металлическими охлаждаемыми токовводами, на конце которых выполнена резьба, по которой на токовводы установлены металлические переходники с осевым коническим отверстием, сужающимся к нижней части, в осевое коническое отверстие установлены два графитовых конусных клина с конусностью по наружному диаметру, равной конусности конического отверстия переходника, на внутренней плоской поверхности графитовых конусных клиньев по центральной оси выполнены продольные пазы, соответствующие поперечному сечению стержня-подложки, в которые по противолежащим граням установлены Г-образные металлические пластины, а высота графитовых конусных клиньев превышает высоту конусного отверстия в переходнике.
Кроме того, Г-образные металлические пластины выполнены из молибдена, а установка стержней-подложек осуществляется с помощью монтажной накладки, фиксирующей их в продольных пазах графитовых конусных клиньев от проворачивания при навинчивании переходников на токовводы.
Выполнение на охлаждаемом токовводе резьбы, по которой на него установлен металлический переходник с осевым коническим отверстием, сужающимся к нижней части, и установка в осевое коническое отверстие двух графитовых конусных клиньев с конусностью по наружному диаметру, равной конусности конического отверстия переходника, позволяют при навертывании металлического переходника на токоввод поднимать графитовые конусные клинья, а затем и перемещать их друг к другу, зажимая стержни-подложки между ними и обеспечивая надежное закрепление стержней-подложек в предлагаемом устройстве, а также их самоустановку в вертикальном положении, как при нижнем, так и при верхнем расположении токовводов, расширяя тем самым технологические возможности устройства и исключая необходимость ручной выставки стержней-подложек в вертикальном положении перед их фиксацией в устройстве. Надежное закрепление стержней-подложек в предлагаемом устройстве позволяет увеличить массу выращиваемых на них стержней поликристаллического кремния.
Выполнение на внутренней плоской поверхности графитовых конусных клиньев по центральной оси продольных пазов, соответствующих поперечному сечению стержней-подложек, и установка в продольные пазы по противолежащим граням Г-образных металлических пластин позволяют устанавливать в продольные пазы стержни-подложки различного сечения, в том числе и квадратные, располагая их между Г-образными металлическими пластинами, и, при навертывании металлического переходника на токоввод, поднимать вверх графитовые конусные клинья до упора горизонтальной части Г-образных металлических пластин в торец токоввода, а затем и сдвигать графитовые конусные клинья друг к другу, зажимая стержень-подложку между вертикальными частями Г-образных металлических пластин.
Получившийся в результате плотный протяженный контакт стержней-подложек и токовводов непосредственно через Г-образные металлические пластины позволяет получить два электрических контакта, первый между токовводами и Г-образными металлическими пластинами и второй между Г-образными металлическими пластинами и стержнями-подложками, и повысить проводимость электрического тока и надежность в работе, по сравнению с контактом «графит - металл», особенно при пуске реактора.
Кроме того, наличие Г-образных металлических пластин также способствует надежному закреплению стержней-подложек в предлагаемом устройстве и их самоустановке в вертикальном положении, как при нижнем, так и при верхнем расположении токовводов, расширяя тем самым технологические возможности устройства и исключая необходимость ручной выставки стержней-подложек в вертикальном положении перед их фиксацией в устройстве.
Превышение высотой графитовых конусных клиньев высоты конусного отверстия в переходнике обеспечивает выступание графитовых конусных клиньев из переходника, в результате чего приводит при работе реактора к осаждению кремния на выступающую из переходника часть графитовых конусных клиньев и стержень-подложку, связывая их между собой, что дополнительно повышает надежность закрепления стержней-подложек в предлагаемом устройстве и позволяет при верхнем расположении токовводов в реакторе увеличить диаметр выращиваемых стержней длиной 2 м и более.
Выполнение Г-образных металлических пластин из молибдена позволяет использовать их в качестве токопроводящего материала при высокой температуре.
Установка стержней-подложек в предлагаемое устройство с помощью монтажной накладки, фиксирующей их в продольных пазах графитовых конусных клиньев от проворачивания вместе с навинчиваемым переходником на токоввод, позволяет избежать излома хрупких стержней-подложек при получении плотного контакта между ними и Г-образными металлическими пластинами.
Предлагаемое устройство для крепления стержней-подложек в реакторе выращивания поликристаллического кремния иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-2. На фиг.1 показано устройство для крепления стержней-подложек в разрезе; на фиг.2 - U-образный стержень-подложка, устанавливаемый в предлагаемое устройство при верхнем расположении токовводов.
Устройство содержит (см. фиг.1) медный охлаждаемый токоввод 1, в нижней части которого выполнена резьба, по которой на него установлен металлический переходник 2 с осевым коническим отверстием 3, сужающимся к нижней части. В осевое коническое отверстие 3 переходника 2 установлены два графитовых конусных клина 4 с конусностью по наружному диаметру, равной конусности конического отверстия 3 переходника 2. Для повышения надежности электрического контакта сопрягаемые поверхности конического отверстия 3 и конусных клиньев 4 притираются.
В графитовых конусных клиньях 4 на их внутренней плоской поверхности выполнены по центральной оси продольные пазы 5 с противолежащими гранями 6. Размеры продольных пазов 5 несколько превышают соответствующие квадратные сечения стержней-подложек 7, которые устанавливаются в продольные пазы 5. Применение стержней-подложек 7 квадратного сечения способствует более интенсивному росту стержней в начале процесса вследствие их большей поверхности по сравнению со стержнями-подложками круглого сечения. На противолежащие грани 6 установлены две Г-образные молибденовые пластины 8, между которыми размещается стержень-подложка 7. Установка U-образных кремниевых стержней-подложек 7 длиной 2 м и более в продольные пазы 5 между Г-образными молибденовыми пластинами 8 осуществляется (см. фиг.2) с помощью монтажной накладки 9, в которой прямолинейные участки стержней-подложек 7 фиксируются на расстоянии, соответствующем межосевому расстоянию между токовводами 1.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В осевое коническое отверстие 3 переходника 2 устанавливаются графитовые конусные клинья 4, в продольные пазы 5 которых на противолежащие грани 6 вставляются две молибденовые Г-образные пластины 8, после чего переходник 2 предварительно навинчивается на медный охлаждаемый токоввод 1 таким образом, чтобы зазор в продольных пазах 5 между молибденовыми Г-образными пластинами 8 превышал поперечное сечение стержней-подложек 7. Зафиксированные монтажной накладкой 9 U-образные кремниевые стержни-подложки 7 устанавливаются в продольные пазы 5 между молибденовыми Г-образными пластинами 8 до упора торцов стержней-подложек 7 в торцы токовводов 1, при этом графитовые конусные клинья 4 за счет зазора в продольных пазах 5 самоустанавливаются таким образом, что противолежащие грани 6 продольных пазов 5 становятся параллельными соответствующим граням стержней-подложек 7. Затем переходники 2 навинчиваются на токовводы 1, перемещая в осевом коническом отверстии 3 графитовые конусные клинья 4 вверх до упора горизонтальных частей Г-образных пластин 8 в торец токоввода 1.
При дальнейшем навинчивании переходников 2 на токовводы 1 графитовые конусные клинья 4 перемещаются друг к другу, в результате чего противолежащие грани 6 продольных пазов 5 через молибденовые Г-образные пластины 8 сжимают стержни-подложки 7, центрируя их по вертикальной оси и обеспечивая их надежную фиксацию в предлагаемом устройстве и плотный протяженный электрический контакт между стержнями-подложками 7 и торцом токоввода 1 через молибденовые Г-образные пластины 8. После фиксирования стержней-подложек 7 в предлагаемом устройстве монтажная накладка 9 снимается. После установки в реактор всех стержней-подложек 7 реактор герметизируется и стержни-подложки 7 разогреваются пропусканием тока, а в реактор подается парогазовая смесь хлорсиланов. В результате осуществляется осаждение кремния на стержни-подложки 7, а также на выступающую из переходника 2 часть графитовых конусных клиньев 4, тем самым еще более скрепляя стержни-подложки 7 с предлагаемым устройством. При этом основная часть электрического тока проходит непосредственно от торца токоввода 1 через молибденовые Г-образные пластины 8 на стержни-затравки 7, исключив тем самым перегрев переходника 2 и выход из строя резьбы, соединяющей токоввод 1 с переходником 2.
Размеры осевого конического отверстия переходника 2 и графитовых конусных клиньев 4, зависящие от диаметра и длины выращиваемых стержней, определяются экспериментально.
На предприятии изготовлены и испытаны опытные образцы предлагаемых устройств, позволившие при верхнем расположении токовводов в реакторе выращивать стержни диаметром до 140 мм и длиной до 2200 мм.