РАЗЪЕМНЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ
DETACHABLE REACTOR FOR RECEIVING OF RODS OF MULTICRYSTALLINE SILICON

Изобретение относится к производству полупроводниковых материалов, в частности к получению поликристаллического кремния осаждением на нагретые пропусканием электрического тока кремниевые стержни (основы) в процессе водородного восстановления хлорсиланов.
Известна конструкция промышленного реактора «Поликристалл - 18» для получения поликристаллического кремния, содержащая два ряда U-образных стержней, расположенных по окружностям внутреннего и наружного рядов, причем во внутреннем ряду располагается шесть стержней, а во внешнем - двенадцать стержней (см. журнал «Материалы электронной техники, №3, 2006 г., УДК 621.315.592, стр.25).
Расположение стержней по окружностям внутреннего и внешнего рядов приводит к существенному различию тепловых условий по стержням, находящимся в разных рядах. Так как температура стержней внешнего ряда меньше температуры стержней внутреннего ряда, то скорость осаждения кремния на стержнях внутреннего ряда выше, чем на стержнях внешнего ряда, что приводит к получению стержней различных диаметров.
Известна установка для получения стержней поликристаллического кремния, содержащая разъемный реактор, верхняя неподвижная часть которого с размещенными на ее верхней стенке токовводами с узлами крепления основ установлена на вертикальной стойке с образованием под реактором погрузо-разгрузочной зоны и отделенная от нижней подвижной части горизонтальным разъемом, нижнюю подвижную часть реактора, разделенную дополнительным горизонтальным разъемом на донную часть и обечайку, контейнер с гнездами, выполненными в соответствии с размещением токовводов, и средством ориентации его в погрузо-разгрузочной зоне, подъемник со средствами для сцепления с нижней частью реактора и с контейнером, системы электропитания и подачи компонентов, контейнер снабжен защитной обечайкой, охватывающей гнезда, выполненной с возможностью вхождения в обечайку реактора.
7
Верхняя неподвижная часть разъемного реактора известной установки снабжена токовводами с узлами крепления U-образных кремниевых основ, расположенными по окружностям внутреннего и наружного рядов, причем во внутреннем ряду располагается восемь, а во внешнем шестнадцать токовводов с узлами крепления четырех и восьми U-образных кремниевых основ соответственно. Донная часть разъемного реактора снабжена патрубками ввода парогазовой смеси хлорсиланов и водорода, один из которых размещен на центральной оси реактора, и восемь патрубков, размещенных равномерно по окружности, находящейся посредине между проекциями на донную часть окружностей внутреннего и наружного рядов токовводов в верхней неподвижной частью разъемного реактора (см. патент РФ №2205905, МПК С30В 28/12, 29/06, С01В 33/035 и чертеж реактора 221УП200.10.30.000-03(04) промышленной установки 221УП200.00.00.000 Красноярского машиностроительного завода), который заявитель выявил как наиболее близкое устройство того же назначения по совокупности признаков и выбрал за прототип.
Двухрядное расположение U - образных кремниевых основ в разъемном реакторе известной установки приводит к тому, что вследствие лучистого теплообмена между выращиваемыми стержнями как между собой, так и с водоохлаждаемой стенкой разъемного реактора, температура стержней внешнего ряда меньше температуры стержней внутреннего ряда, в котором достигается максимум скорости осаждения кремния. В результате рост стержней во внутреннем ряду происходит быстрее, чем во внешнем, и выращенные стержни внешнего ряда имеют меньший диаметр по сравнению со стержнями, выращенными во внутреннем ряду, а их основы оказываются смещенными от центра выращенных стержней. Кроме того, наблюдается и продольная неоднородность температуры стержней с ее снижением к донной части.
Наличие в известном разъемном реакторе восьми патрубков ввода парогазовой смеси хлорсиланов с водородом, размещенных равномерно по окружности, находящейся посредине между проекциями на донную часть окружностей внутреннего и наружного рядов токовводов, приводит к дополнительному охлаждению нижней части стержней внешнего ряда поступающей по восьми патрубкам свежей парогазовой смесью трихлорсиланов с водородом.
В результате этого происходит дополнительное снижение скорости осаждения кремния на стержнях внешнего ряда, приводящее к снижению коэффициента извлечения кремния из хлорсиланов и к тому, что в выводимой из разъемного реактора на дальнейшую переработку отработанной парогазовой смеси содержится значительное количество не прореагировавшего кремния.
Целью изобретения является повышение производительности разъемного реактора. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении коэффициента прямого извлечения кремния из хлорсиланов в водородной среде за счет повышения количества и плотности размещения в центральной зоне разъемного реактора U-образных кремниевых основ с их узлами крепления к соответствующим токовводам и обеспечения поступления свежей парогазовой смеси к выращиваемым стержням, размещенным с повышенной плотностью в центральной зоне разъемного реактора и к выращиваемым стержням во внешнем ряду.
Для достижения указанного технического результата в разъемном реакторе известной установки для получения стержней поликристаллического кремния, содержащем верхнюю неподвижную часть с токовводами и узлами крепления U-образных кремниевых основ, размещенными на ее верхней стенке по окружностям внутреннего и наружного рядов, отделенную от нижней подвижной части горизонтальным разъемом, нижнюю подвижную часть разъемного реактора, разделенную дополнительным горизонтальным разъемом на обечайку и донную часть, снабженную патрубками ввода парогазовой смеси хлорсиланов, верхняя неподвижная часть реактора снабжена тридцатью токовводами с узлами крепления пятнадцати U-образных основ, причем два центральных токоввода расположены на горизонтальной оси реактора симметрично относительно его центра, десять токовводов расположены по окружности внутреннего ряда и восемнадцать токовводов расположены по двум окружностям разных диаметров во внешнем ряду, причем один из токовводов каждой U-образной основы внешнего ряда расположен по окружности меньшего диаметра, смещенной к центральной зоне реактора, при этом в донной части реактора установлены семь патрубков ввода парогазовой смеси хлорсиланов и водорода, два из которых расположены на его вертикальной оси, каждый на расстоянии от центра, равном половине радиуса окружности внутреннего ряда, а пять патрубков расположены в точках пересечения радиусов, проходящих симметрично между проекциями на донную часть смежных пар токовводов внутреннего ряда, с окружностью, расположенной между проекциями на донную часть окружностей внутреннего и внешнего рядов, смещенной к центральной зоне реактора.
Снабжение верхней неподвижной части разъемного реактора тридцатью токовводами с узлами крепления пятнадцати U-образных кремниевых основ, из которых два центральных токоввода расположены на горизонтальной оси реактора симметрично относительно его центра, десять токовводов расположены по окружности внутреннего ряда, и восемнадцать токовводов расположены во внешнем ряду, позволяет дополнительно установить в реактор три U-образные кремниевые основы, увеличив количество и плотность размещения U-образных кремниевых основ в центральной зоне разъемного реактора и тем самым повысить коэффициент прямого извлечения кремния из хлорсиланов в водородной среде.
Расположение восемнадцати токовводов по двум окружностям разных диаметров во внешнем ряду, причем один из токовводов каждой U-образной основы внешнего ряда расположен по окружности меньшего диаметра, смещенной к центральной зоне реактора, позволили не только осуществить экранирование стержней внутреннего ряда стержнями внешнего ряда, но и приблизить по одному из стержней каждой U-образной кремниевой основы внешнего ряда к стержням внутреннего ряда, сместив их к центральной зоне разъемного реактора, и тем самым повысить плотность размещения U-образных кремниевых основ в центральной зоне разъемного реактора.
Установка в донной части двух патрубков ввода парогазовой смеси хлорсиланов и водорода, расположенных на его вертикальной оси, каждый на расстоянии от центра, равном половине радиуса окружности внутреннего ряда, позволила осуществить подачу парогазовой смеси трихлорсиланов с водородом в пространство между центральной U-образной кремниевой основой и внутренним рядом U-образных кремниевых основ и обеспечить дополнительное поступление свежей парогазовой смеси к выращиваемым стержням, размещенным с повышенной плотностью в центральной зоне разъемного реактора и тем самым, повысить коэффициент прямого извлечения кремния из хлорсиланов в водородной среде на U-образных кремниевых основах.
Установка в донной части разъемного реактора пяти патрубков, расположенных в точках пересечения радиусов, проходящих симметрично между проекциями на донную часть смежных пар токовводов внутреннего ряда, с окружностью, расположенной между проекциями на донную часть окружностей внутреннего и внешнего рядов, смещенной к центральной зоне реактора, позволила осуществить подачу парогазовой смеси трихлорсиланов с водородом в пространство между внутренним и внешним рядами U-образных кремниевых основ и обеспечить поступление свежей парогазовой смеси как к выращиваемым стержням, размещенным с повышенной плотностью в центральной зоне разъемного реактора, так и к выращиваемым стержням во внешнем ряду.
Предлагаемый разъемный реактор для получения стержней поликристаллического кремния иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3. На фиг.1 показан общий вид разъемного реактора, на фиг.2 - вид А на фиг.1 с размещением на верхней неподвижной части реактора токовводов, на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1 с размещением вводов парогазовой смеси в донной части разъемного реактора и выращенных на U-образных основах стержней.
Предлагаемый разъемный реактор 1 (фиг.1) состоит из неподвижной верхней части 2, закрепленной на вертикальной стойке 3, обечайки 4 и донной части 5. На верхней стенке неподвижной верхней части 2 установлены два центральных токоввода 6 с узлами крепления 7 центральной U-образной кремниевой основы 8, расположенные (см. фиг.2) на горизонтальной оси реактора 1 симметрично относительно его центра, десять токовводов 9 с узлами крепления 10 пяти U-образных кремниевых основ 11, расположенные по окружности 12 внутреннего ряда, и восемнадцать токовводов 13 с узлами крепления 14 девяти U-образных кремниевых основ 15, расположенных по двум окружностям 16 и 17 разных диаметров во внешнем ряду, причем один из двух токовводов 13 каждой U-образной кремниевой основы 15 внешнего ряда 16 расположен по окружности 17 меньшего диаметра, смещенной к центральной зоне реактора 1.
В донной части 5 (фиг.3) установлены два патрубка 18 ввода парогазовой смеси хлорсиланов и водорода, расположенных на вертикальной оси реактора 1, каждый на расстоянии от центра, равном половине радиуса окружности 12 внутреннего ряда и пять патрубков 19, оси которых расположены в точках пересечения радиусов 20, проходящих симметрично между проекциями на донную часть смежных пар токовводов 9 внутреннего ряда 12, с окружностью 21, расположенной между проекциями на донную часть окружностей 12 и 17 внутреннего и внешнего рядов токовводов 9 и 16 соответственно, смещенной к центральной зоне реактора 1.
Предлагаемый разъемный реактор 1 работает следующим образом.
Перед пуском разъемного реактора 1 в работу в узлы крепления 7 устанавливаются центральная U-образная основа 8, затем поочередно в узлы крепления 10 по окружности 12 внутреннего ряда устанавливаются U -образные основы 11 и в узлы крепления 14 по окружностям 16 и 17 внешнего ряда устанавливаются U-образные основы 15. Обечайка 4 и донная часть 5 соединяются с неподвижной верхней частью 2.
При пуске предлагаемого разъемного реактора в работу через токовводы 6, 9 и 13 U-образные кремниевые основы 8, 11 и 15 разогреваются пропусканием тока. Затем в разъемный реактор 1 через патрубки 18 и 19 подаются парогазовая смесь водорода и хлорсиланов, и на U-образных кремниевых основах 8, 11 и 15 осуществляется осаждение кремния, причем на U-образных кремниевых основах 8 и 11, расположенных в центральной зоне разъемного реактора 1, скорость осаждения кремния имеет оптимальное значение.
По завершении процесса роста верхняя часть 2, обечайка 4 и донная часть 5 расстыковываются, а выращенные на U-образных кремниевых основах 8, 11 и 15 стержни увозятся при помощи контейнера (на чертежах не показан) из погрузоразгрузочной зоны разъемного реактора 1.