ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ МАТЕРИАЛА И ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В НЕЙ
PRODUCTION PLANT FOR MATERIAL DEPOSITION AND ELECTRODE FOR USE

Родственные заявки
[0001] Данная заявка испрашивает приоритет и все преимущества по предварительной заявке на патент США №61/044703, которая была подана 14 апреля 2008 года.
Область изобретения
[0002] Данное изобретение относится к производственной установке. В частности, данное изобретение относится к электроду, используемому внутри производственной установки.
Предпосылки изобретения
[0003] Производственные установки для осаждения материала на несущую подложку известны в данной области техники. Такие производственные установки включают в себя корпус, который образует камеру. Обычно несущая подложка выполнена практически U-образной и имеет расположенные на расстоянии друг от друга первый конец и второй конец. Обычно на каждом конце несущей подложки расположено контактное гнездо. Обычно внутри камеры расположены два или более электрода для приема соответствующего контактного гнезда, расположенного на первом конце и втором конце несущей подложки. Электрод также включает в себя область контакта, которая поддерживает контактное гнездо и, в итоге, несущую подложку, чтобы предотвратить перемещение несущей подложки относительно корпуса. Область контакта является частью электрода, приспособленной находиться в непосредственном контакте с контактным гнездом и обеспечивающей основной путь тока от электрода к контактному гнезду и в несущую подложку.
[0004] С электродом соединен источник питания для питания электрическим током несущей подложки. Электрический ток нагревает как электрод, так и несущую подложку. Электрод и несущая подложка каждый имеет некую температуру, причем температура несущей подложки разогревается до температуры осаждения. Обработанная несущая подложка формируется путем осаждения материала на несущую подложку.
[0005] Как известно в данной области техники, существуют вариации по форме электрода и контактного гнезда, чтобы учитывать тепловое расширение осажденного на несущую подложку материала при нагревании несущей подложки до температуры осаждения. Один такой способ предполагает использование электрода с плоской головкой и контактного гнезда в виде графитового блока скольжения. Графитовый блок скольжения действует в качестве мостика между несущей подложкой и электродом с плоской головкой. Вес несущей подложки и графитового блока скольжения, действующий на область контакта, уменьшает контактное сопротивление между графитовым блоком скольжения и электродом с плоской головкой. Другой такой способ предполагает использование электрода из двух частей. Электрод из двух частей включает в себя первую половину и вторую половину для сжатия контактного гнезда. С первой половиной и второй половиной электрода из двух частей соединен пружинный элемент для обеспечения силы для сжатия контактного гнезда. Другой такой способ предполагает использование образующего стакан электрода с областью контакта, расположенной внутри этого стакана электрода. Контактное гнездо приспособлено садиться в стакан электрода и контактировать с областью контакта, расположенной внутри стакана электрода. Альтернативно, электрод может образовывать область контакта на своей наружной поверхности без образовывания стакана, а контактное гнездо может быть выполнено в виде колпака, который садится поверх электрода для контактирования с областью контакта, расположенной на наружной поверхности электрода.
[0006] На области контакта происходит «зарастание» электрода в связи с накоплением отложений. Отложения со временем приводят к ненадлежащей посадке между контактным гнездом и электродом. Ненадлежащая посадка вызывает маленькие электрические дуги между областью контакта и контактным гнездом, что приводит к загрязнению металлом материала, осажденного на несущую подложку. Загрязнение металлом уменьшает ценность несущей подложки, так как осажденный материал является менее чистым. Кроме того, зарастание уменьшает теплопередачу между электродом и контактным гнездом, в результате которой электрод достигает более высоких температур для эффективного нагревания контактного гнезда и, в итоге, несущей подложки. Более высокие температуры электрода приводят к ускоренному осаждению материала на электрод. Это особенно справедливо в случае электродов, которые содержат серебро или медь в качестве единственного или основного присутствующего в них металла.
[0007] Электрод должен быть заменен, когда имеет место одно или более из следующих условий: во-первых, когда загрязнение металлом материала, осаждаемого на несущую подложку, превысит пороговый уровень; во-вторых, когда зарастание области контакта электрода вызывает ухудшение соединения между электродом и контактным гнездом; и, в-третьих, когда требуются слишком большие рабочие температуры для электрода в связи с зарастанием области контакта электрода. Электрод имеет срок службы, определяемый числом несущих подложек, которые электрод может обработать до того, как случится что-то одно из вышеперечисленного.
[0008] В связи с вышеуказанными проблемами, относящимися к зарастанию электрода, остается потребность в по меньшей мере замедлении зарастания электрода для сохранения соединения между электродом и контактным гнездом, чтобы улучшить производительность и увеличить срок службы электрода.
Сущность изобретения и преимущества
[0009] Данное изобретение относится к производственной установке для осаждения материала на несущую подложку и к электроду для использования с такой производственной установкой. Несущая подложка имеет находящиеся на расстоянии друг от друга первый конец и второй конец. На каждом из концов несущей подложки расположено контактное гнездо.
6
[0010] Производственная установка включает в себя корпус, который образует камеру. Корпус также образует впуск для введения газа в камеру и выпуск для отведения газа из камеры. По меньшей мере один электрод расположен проходящим через корпус, причем этот электрод по меньшей мере частично расположен внутри камеры для соединения с контактным гнездом. Электрод имеет внешнюю поверхность, имеющую область контакта, которая приспособлена контактировать с контактным гнездом. На области контакта внешней поверхности электрода расположено покрытие области контакта. Покрытие области контакта имеет электропроводность по меньшей мере 9×10 Сименс/метр и сопротивление коррозии, которое является большим, чем у серебра в ряду электродных потенциалов, который основан на использовании морской воды комнатной температуры в качестве электролита. С электродом соединен источник питания для снабжения электрическим током электрода.
[0011] Существует много преимуществ регулирования типа и местоположения покрытия области контакта на внешней поверхности электрода. Одним преимуществом является то, что возможно замедлить зарастание электрода путем подбора покрытия области контакта на внешней поверхности электрода с различными материалами в зависимости от источника зарастания. Путем замедления зарастания продлевается срок службы электрода, что приводит к меньшей себестоимости производства и уменьшению длительности производства обработанных несущих подложек. Кроме того, соображения относительно электропроводности представляют бόльшую важность внутри области контакта на внешней поверхности по сравнению с зоной вне области контакта, тем самым обеспечивая преимущества использования материалов, которые удовлетворяют требованиям по сопротивлению коррозии и электропроводности в покрытии области контакта.
Краткое описание чертежей
[0012] Другие преимущества данного изобретения будут без труда оценены, а также станут более понятными при обращении к нижеследующему подробному описанию при рассмотрении вместе с приложенными чертежами, на которых:
[0013] Фигура 1 является видом в сечении производственной установки для осаждения материала на несущую подложку, включающей электрод;
[0014] Фигура 2А является первым видом в перспективе электрода, используемого с производственной установкой по Фигуре 1, показывающим внутреннюю поверхность;
[0015] Фигура 2В является вторым видом в перспективе электрода по Фигуре 2А, образующего стакан, с поверхностью контакта, расположенной внутри части стакана;
[0016] Фигура 3 является видом в сечении электрода по Фигуре 2, выполненном вдоль линии 3-3;
[0017] Фигура 4 является увеличенным видом в сечении части электрода по Фигуре 3, показывающим контактное гнездо, расположенное внутри стакана;
[0018] Фигура 5 является видом в сечении электрода по Фигуре 3 с частью подключенной к нему циркуляционной системы;
[0019] Фигура 6 является видом в сечении другого варианта реализации электрода по Фигурам со 2 по 5 с расположенными на электроде покрытием области контакта, внешним покрытием и покрытием канала; и
[0020] Фигура 7 является видом в сечении производственной установки по Фигуре 1 во время осаждения материала на несущую подложку.
Подробное описание изобретения
[0021] Обращаясь к Фигурам, на которых похожие номера обозначают похожие или соответствующие части на нескольких видах, производственная установка 20 для осаждения материала 22 на несущую подложку 24 изображена на Фигурах 1 и 7. В одном варианте реализации подлежащий осаждению материал 22 является кремнием; тем не менее, следует понимать, что производственная установка 20 может быть использована для осаждения других материалов на несущую подложку 24 без выхода за рамки объема предложенного изобретения.
[0022] Обычно при способах химического парофазного осаждения, известных в данной области техники, таких как способ Сименса, несущая подложка 24 выполнена практически U-образной и имеет первый конец 54 и второй конец 56, находящиеся на расстоянии и параллельные друг другу. На каждом из первого конца 54 и второго конца 56 несущей подложки 24 расположено контактное гнездо 57.
[0023] Производственная установка 20 включает в себя корпус 28, который образует камеру 30. Обычно, корпус 28 содержит внутренний цилиндр 32, наружный цилиндр 34 и пластину-основание 36. Внутренний цилиндр 32 включает открытый конец 38 и закрытый конец 40, находящиеся на расстоянии друг от друга. Наружный цилиндр 34 расположен вокруг внутреннего цилиндра 32, образуя полость 42 между внутренним цилиндром 32 и наружным цилиндром 34, обычно служащую в качестве рубашки, вмещающей циркулирующую охлаждающую жидкость (не показана). Специалисты в данной области техники должны понимать, что полость 42 может быть традиционной рубашкой сосуда, рубашкой с отражателями или рубашкой из полутрубок, но не ограничивается ими.
[0024] Пластина-основание 36 расположена на открытом конце 38 внутреннего цилиндра 32, образуя камеру 30. Пластина-основание 36 включает уплотнитель (не показан), расположенный в совмещении с внутренним цилиндром 32 для уплотнения камеры 30, когда внутренний цилиндр 32 располагается на пластине-основании 36. В одном варианте реализации производственная установка 20 представляет собой реактор химического парофазного осаждения типа Сименса.
[0025] Корпус 28 образует впуск 44 для введения газа 45 в камеру 30 и выпуск 46 для отведения газа 45 из камеры 30. Обычно, впускной патрубок 48 соединен с впуском 44 для подачи газа 45 в корпус 28, а выпускной патрубок 50 соединен с выпуском 46 для удаления газа 45 из корпуса 28. Выпускной патрубок 50 может быть заключен в рубашку с охлаждающей жидкостью, такой как вода или коммерчески доступная теплопередающая текучая среда.
[0026] По меньшей мере один электрод 52 расположен проходящим через корпус 28 для соединения с контактным гнездом 57. В одном варианте реализации, как показано на Фигурах 1 и 7, этот по меньшей мере один электрод 52 включает первый электрод 52, расположенный проходящим через корпус 28, чтобы принимать контактное гнездо 57 первого конца 54 несущей подложки 24, и второй электрод 52, расположенный проходящим через корпус 28, чтобы принимать контактное гнездо 57 второго конца 56 несущей подложки 24. Следует понимать, что электрод 52 может быть электродом любого типа, известного в данной области техники, таким как, например, электрод с плоской головкой, электрод из двух частей или электрод со стаканом. Кроме того, этот по меньшей мере один электрод 52 по меньшей мере частично расположен внутри камеры 30. В одном варианте реализации электрод 52 расположен проходящим через пластину-основание 36.
6
6
[0027] Электрод 52 содержит электропроводный материал, имеющий минимальную электропроводность при комнатной температуре в по меньшей мере 14×10 Сименс/метр или См/м. Например, электрод 52 может содержать по меньшей мере один материал из меди, серебра, никеля, инконели и золота, каждый из которых удовлетворяет изложенным выше параметрам проводимости. Кроме того, электрод 52 может содержать сплав, который удовлетворяет изложенным выше параметрам проводимости. Обычно, электрод 52 содержит электропроводный материал, имеющий минимальную электропроводность при комнатной температуре примерно 58×10 См/м. Обычно, электрод 52 содержит медь, и медь обычно присутствует в количестве примерно 100% по весу в расчете на вес электрода 52. Медь может быть бескислородной электролитической медью марки UNS 10100.
[0028] Обращаясь также к Фигурам 2А, 2В и 3, электрод 52 имеет внешнюю поверхность 60. Внешняя поверхность 60 электрода 52 имеет область 66 контакта. В частности, область 66 контакта, как она определена здесь, является частью внешней поверхности 60 электрода 52, которая приспособлена находиться в непосредственном контакте с контактным гнездом 57 и которая обеспечивает основной путь тока от электрода 52 через контактное гнездо 57 и в несущую подложку 24. Как таковая, в нормальном режиме работы производственной установки 20 область 66 контакта экранирована от воздействия материала 22, который осаждают на несущую подложку 24. Так как область 66 контакта приспособлена находиться в непосредственном контакте с контактным гнездом 57 и обычно не подвержена воздействию материала 22 в процессе осаждения на несущую подложку 24, к области 66 контакта применяются иные конструктивные соображения, чем к другим частям электрода 52, причем эти соображения описаны более подробно ниже.
1
[0029] В одном варианте реализации электрод 52 включает в себя ствол 58, имеющий первый конец 61 и второй конец 62. Когда он есть, ствол 58 также образует внешнюю поверхность 60 электрода 52. В общем, первый конец 61 является открытым концом электрода 52. В одном варианте реализации ствол 58 имеет круглую форму поперечного сечения, что приводит к стволу в форме цилиндра, который образует диаметр D. Тем не менее, следует понимать, что ствол 58 может иметь прямоугольную, треугольную или эллиптическую форму поперечного сечения без выхода за рамки предложенного изобретения.
2
1
[0030] Электрод 52 может также включать в себя головку 64, расположенную на одном из концов 61, 62 ствола 58. Следует понимать, что головка 64 может быть цельной со стволом 58. Обычно, когда имеется головка 64, область 66 контакта распложена на головке 64. Специалисты в данной области техники должны понимать, что способ соединения контактного гнезда 57 с электродом 52 может меняться в зависимости от применения без выхода за рамки предложенного изобретения. Например, в одном варианте реализации, таком как в случае электродов с плоской головкой (не показано), область контакта может быть лишь верхней, плоской поверхностью на головке 64 электрода 52, а контактное гнездо 57 может образовывать колпак контактного гнезда (не показан), который садится на головку 64 электрода 52 для контактирования с областью контакта. Альтернативно, хотя это и не показано, головка 64 может отсутствовать на концах 61, 62 ствола 58. В этом варианте реализации электрод 52 может образовывать область контакта на внешней поверхности 60 ствола 58, а контактное гнездо 57 может быть выполнено в виде колпака, который садится на ствол 58 электрода 52 для контактирования с областью контакта, расположенной на внешней поверхности 60 ствола 58. В другом варианте реализации, как показано на Фигурах 2А, 2В, 3 и 4, электрод 52 образует стакан 68 для приема контактного гнезда 57. Когда электрод 52 образует стакан 68, область 66 контакта расположена внутри части стакана 68. Контактное гнездо 57 и стакан 68 могут быть сконструированы так, чтобы контактное гнездо 57 могло быть удалено из электрода 52, когда несущую подложку 24 вытаскивают из производственной установки 20. Обычно, головка 64 образует диаметр D, который больше диаметра D ствола 58. Пластина-основание 36 образует отверстие (не пронумеровано) для приема ствола 58 электрода 52, так что головка 64 электрода 52 остается внутри камеры 30 для уплотнения камеры 30.
[0031] На внешней поверхности 60 электрода 52 может быть расположена первая резьба 70. Снова обращаясь к Фигуре 1, вокруг электрода 52 обычно расположена диэлектрическая втулка 72 для изолирования электрода 52. Диэлектрическая втулка 72 может содержать керамику. На первой резьбе 70 расположена гайка 74 для зажатия диэлектрической втулки 72 между пластиной-основанием 36 и гайкой 74, чтобы прикрепить электрод 52 к корпусу 28. Следует понимать, что электрод 52 может быть прикреплен к корпусу 28 другими способами, такими как, например, с помощью фланца, без выхода за рамки объема предложенного изобретения.
[0032] Обычно по меньшей мере одно из ствола 58 и головки 64 включает внутреннюю поверхность 76, образующую канал 78. Внутренняя поверхность 76 включает контактный конец 80, находящийся на расстоянии от первого конца 61 ствола 58. Контактный конец 80 является в целом плоским и параллельным первому концу 61 электрода 52. Следует понимать, что могут быть использованы и другие конфигурации контактного конца 80, такие как конфигурация в форме конуса, конфигурация в форме эллипса или конфигурация в форме перевернутого конуса (ни одна из которых не показана). Канал 78 имеет длину L, которая простирается от первого конца 61 электрода 52 до контактного конца 80. Следует понимать, что контактный конец 80 может быть расположен внутри ствола 58 электрода 52, или же контактный конец 80 может быть расположен внутри головки 64 электрода 52, если она есть, без выхода за рамки предложенного изобретения.
[0033] Производственная установка 20 дополнительно включает в себя источник 82 питания, соединенный с электродом 52 для снабжения электрическим током. Обычно, электрический провод или кабель 84 соединяет источник 82 питания с электродом 52. В одном варианте реализации электрический провод 84 соединен с электродом 52 путем пропускания электрического провода 84 между первой резьбой 70 и гайкой 74. Следует понимать, что соединение электрического провода 84 с электродом 52 может быть осуществлено различными способами.
[0034] Электрод 52 имеет температуру, которая изменяется при прохождении через него электрического тока, что приводит к нагреванию электрода 52 и тем самым установлению рабочей температуры электрода 52. Такое нагревание известно специалистам в данной области техники как джоулев нагрев. В частности, электрический ток проходит через электрод 52, через контактное гнездо 57 и в несущую подложку 24, что приводит к джоулеву нагреву несущей подложки 24. Кроме того, джоулев нагрев несущей подложки 24 приводит к радиационному/конвекционному нагреву камеры 30. Прохождение электрического тока через несущую подложку 24 устанавливает рабочую температуру несущей подложки 24.
[0035] Обращаясь к Фигуре 5 и снова к Фигурам 1 и 7, производственная установка 20 может также включать в себя циркуляционную систему 86, по меньшей мере частично расположенную внутри канала 78 электрода 52. Когда она имеется, циркуляционная система 86 может быть по меньшей мере частично расположена внутри канала 78. Следует понимать, что часть циркуляционной системы 86 может быть расположена вне канала 78. На внутренней поверхности 76 электрода 52 может быть расположена вторая резьба 88 для соединения циркуляционной системы 86 с электродом 52. Тем не менее, специалисты в данной области техники должны понимать, что для соединения циркуляционной системы 86 с электродом 52 могут быть использованы и другие способы крепления, такие как использование фланцев или муфт.
[0036] Циркуляционная система 86 включает в себя охладитель в проточном сообщении с каналом 78 электрода 52 для уменьшения температуры электрода 52. В одном варианте реализации охладитель является водой; тем не менее, следует понимать, что охладитель может быть любой жидкостью, предназначенной для уменьшения тепла за счет циркуляции без выхода за рамки предложенного изобретения. Более того, циркуляционная система 86 также включает в себя шланг 90, подключенный между электродом 52 и резервуаром (не показан). Обращаясь только к Фигуре 5, шланг 90 включает в себя внутреннюю трубку 92 и внешнюю трубку 94. Следует понимать, что внутренняя трубка 92 и внешняя трубка 94 могут быть цельными со шлангом 90, или, альтернативно, внутренняя трубка 92 и внешняя трубка 94 могут быть прикреплены к шлангу 90 с использованием муфт (не показано). Внутренняя трубка 92 расположена внутри канала 78 и простирается на большую часть длины L канала 78 для циркуляции охладителя внутри электрода 52.
[0037] Охладитель внутри циркуляционной системы 86 находится под давлением, чтобы принудительно направить охладитель через внутреннюю трубку 92 и внешние трубки 94. Обычно, охладитель покидает внутреннюю трубку 92 и принудительно сталкивается с контактным концом 80 внутренней поверхности 76 электрода 52, а затем покидает канал 78 через внешнюю трубку 94 шланга 90. Следует понимать, что также возможно изменение конфигурации потоков на обратную, так что охладитель входит в канал 78 через внешнюю трубку 94, а покидает канал 78 через внутреннюю трубку 92. Специалисты в области теплопередачи должны понимать, что конфигурация контактного конца 80 влияет на скорость теплопередачи в связи с площадью поверхности и близостью к головке 64 электрода 52. Как указано выше, различные геометрические контуры контактного конца 80 приводят к различным коэффициентам конвективной теплопередачи при одинаковой скорости циркуляции.
6
[0038] Обращаясь к Фигурам 3, 4 и 6, электрод 52 включает в себя покрытие 96 области контакта, расположенное на области 66 контакта электрода 52. Покрытие 96 области контакта имеет электропроводность по меньшей мере 9×10 Сименс/метр, более часто по меньшей мере 20, наиболее часто по меньшей мере 40, и сопротивление коррозии большее, чем у серебра в ряду электрических потенциалов, основанном на использовании морской воды комнатной температуры в качестве электролита. Такие опыты по определению ряда электродных потенциалов хорошо известны в данной области техники. В связи с большей важностью электропроводности для покрытия 96 области контакта, чем для других частей электрода 52, которые не вовлечены в основной путь тока между электродом 52 и несущей подложкой 24, а также поскольку покрытие 96 области контакта находится в контакте с контактным гнездом 57 в процессе осаждения и в некоторой степени экранировано от материала 22, осажденного на несущую подложку, для использования в покрытии 96 области контакта выбирают специальные материалы, которые удовлетворяют изложенным выше свойствам электропроводности. Кроме того, выгодно выбрать материал, который имеет предельное сопротивление коррозии и, таким образом, зарастает более медленно, чем материалы, использующиеся для самого электрода 52. Замедленное зарастание обеспечивает преимущества относительно увеличения срока службы электрода 52.
[0039] Выбор специального типа материалов, подбираемых для покрытия 96 области контакта, может зависеть от условий окружающей электрод среды и, в частности, от тепловых условий вблизи электрода 52 в связи с сочетанием температуры несущей подложки 24, протекающего через электрод 52 электрического тока, расхода охлаждающей жидкости и температуры охлаждающей жидкости.
[0040] В варианте реализации электрода 52, показанном на Фигурах 2А, 2В, 3, 4 и 5, который включает в себя стакан 68, коррозия уменьшает допуск стакана 68 и приводит к плохой посадке между контактным гнездом 57, расположенным на несущей подложке 24, и областью 66 контакта, расположенной внутри части стакана 68 электрода 52. Плохая посадка приводит к образованию маленьких электрических дуг между областью 66 контакта и контактным гнездом 57 по мере того, как электрический ток проводится от электрода 52 к несущей подложке 24. Маленькие электрические дуги приводят к тому, что металл электрода 52 осаждается на несущую подложку 24, тем самым приводя к загрязнению металлом материала 22, осажденного на несущую подложку 24. В качестве примера, при производстве кремния высокой частоты желательно поддерживать на минимуме металлические загрязнители обработанной несущей подложки после осаждения, так как металлические загрязнители привносят примеси в кремниевые слитки и пластины, сделанные из обработанной несущей подложки. Эти металлические загрязнители на пластинах могут диффундировать из объемных пластин в активные области изготовленных из этих пластин микроэлектронных устройств в процессе последующей обработки микроэлектронных устройств. Медь, например, исключительно склонна к диффузии внутри пластин, если концентрация меди в обработанной несущей подложке слишком велика. В общем, электрод 52 должен быть заменен, как только загрязнение металлом превышает предельный уровень в поликристаллическом кремнии, или как только материал 22 осаждается на электрод 52 и мешает удалению контактного гнезда 57 из стакана 68 электрода 52 после обработки. Чтобы проиллюстрировать эту ситуацию, загрязнение медью поликристаллического кремния из-за электродов на основе меди обычно ниже предела в 0,01 атомных миллиардных долей (ppba). Тем не менее, специалистами в области производства полупроводниковых материалов высокой чистоты признано, что предъявляемые требования по загрязнению переходными металлами различаются в зависимости от конкретного применения. Например, известно, что кремний, используемый в производстве слитков и пластин для фотоэлектрических элементов, может допускать значительно более высокие уровни загрязнения медью относительно полупроводникового кремния, например, 100-10000 кратные, без значительных потерь в сроке службы и рабочих характеристиках элементов. Как таковое, каждое предъявляемое к чистоте поликристаллического кремния требование может быть оценено отдельно, при рассмотрении относительно необходимости замены электрода.
[0041] Кроме того, коррозия уменьшает эффективность электрической проводимости между электродом 52 и несущей подложкой 24, в частности, между областью 66 контакта электрода 52 и контактным гнездом 57. Уменьшение эффективности электрической проводимости требует увеличения электрического тока, необходимого для повышения рабочей температуры несущей подложки 24 до температуры осаждения. Уменьшение эффективности электрической проводимости также увеличивает рабочую температуру электрода 52. Когда рабочая температура электрода 52 приближается к температуре осаждения, материал 22 осаждается на электрод 52.
[0042] Покрытие 96 области контакта продлевает срок службы электрода путем обеспечения более высокого сопротивления коррозии, чем те материалы, которые обычно используются для формирования электрода 52. Кроме того, так как коррозия электрода 52 в области 66 контакта является одним фактором, который регулирует, нужно или нет заменять электрод 52, выбор материалов для покрытия 96 области контакта, основанный на сопротивлении коррозии, может быть более эффективным для продления срока службы электрода 52, чем выбор материалов для других частей электрода, где коррозия может быть менее важной проблемой. Таким образом, специальный тип материала, используемого для покрытия 96 области контакта, должен противостоять коррозии, при этом сохраняя электрическую проводимость электрода 52.
[0043] Подходящие материалы, которые могут быть использованы для покрытия 96 области контакта, включают золото, платину и палладий. Обычно, покрытие 96 области контакта содержит золото в связи с отличным сочетанием электрической проводимости и сопротивления коррозии, вызванной различными источниками. Покрытие 96 области контакта может включать в себя другие металлы, при том условии, что по меньшей мере один элемент из золота, платины и палладия включен в покрытие 96 области контакта. Например, в одном варианте реализации покрытие 96 области контакта может дополнительно включать в себя по меньшей мере один элемент из серебра, никеля и хрома, такой как сплав никель/серебро. Обычно, покрытие 96 области контакта включает в себя практически только золото, платину и/или палладий. Тем не менее, когда присутствуют один или более из других металлов, общее количество золота, платины и палладия обычно составляет по меньшей мере 50% по весу в расчете на общий вес покрытия 96 области контакта.
[0044] Покрытие 96 области контакта имеет толщину от 0,00254 до 0,254 мм, более часто от 0,00508 мм до 0,127 мм, а наиболее часто от 0,00508 мм до 0,0254 мм.
[0045] Не углубляясь в теорию, замедление зарастания, приписываемое присутствию покрытия 96 области контакта, продлевает срок службы электрода 52. Более конкретно, покрытие 96 области контакта сохраняет электрическую проводимость между электродом 52 и контактным гнездом 57, что позволяет уменьшить рабочую температуру электрода 52 и предотвращает осаждение материала 22 на электрод 52. Кроме того, покрытие 96 области контакта обеспечивает сопротивление коррозии для сохранения соединения между контактным гнездом 57 и областью 66 контакта, чтобы предотвратить загрязнение осажденного материала 22 металлом из электрода 52. Увеличение срока службы электрода 52 уменьшает себестоимость производства, так как электрод 52 нужно заменять реже по сравнению с электродами 52 без покрытия 96 области контакта. Кроме того, длительность производства по осаждению материала 22 на несущую подложку 24 также уменьшается, так как замена электродов 52 производится реже по сравнению с ситуацией, когда используются электроды 52 без покрытия 96 области контакта. Поэтому покрытие 96 области контакта приводит к уменьшению времени простоя производственной установки 20.
[0046] Электрод 52 может быть покрыт в других местах, отличных от области 66 контакта, для продления срока службы электрода 52. Обращаясь к Фигуре 6, в одном варианте реализации электрод 52 включает в себя внешнее покрытие 98, расположенное на его внешней поверхности 60 вне области 66 контакта. В частности, внешнее покрытие 98 может быть расположено на по меньшей мере одном из головки 64 вне области 66 контакта и ствола 58 электрода 52. Иными словами, внешнее покрытие 98 может быть расположено на головке 64 вне области 66 контакта, на стволе 58 или как на головке 64 вне области 66 контакта, так и на стволе 58.
6
[0047] При размещении на стволе 58 внешнее покрытие 98 может простираться от головки 64 до первой резьбы 70 на стволе 58. Внешнее покрытие 98 имеет электропроводность по меньшей мере 9×10 См/м, более часто по меньшей мере 20, наиболее часто по меньшей мере 40, и сопротивление коррозии большее, чем у серебра в ряду электродных потенциалов, основанном на использовании морской воды комнатной температуры в качестве электролита. В связи с меньшей значимостью электропроводности для внешнего покрытия 98, чем для самого электрода 52, и поскольку внешнее покрытие 98 не предназначено находиться в контакте с контактным гнездом 57 в процессе осаждения, более широкий диапазон материалов может быть использован для внешнего покрытия 98, чем тот, что может быть использован для тех частей электрода 52, которые предназначены находиться в контакте с несущей подложкой 24. Кроме того, так как требованиям по электропроводности к внешнему покрытию 98 удовлетворяет более широкий диапазон материалов, чем для частей электрода 52, которые предназначены находиться в контакте с несущей подложкой 24, могут быть выбраны материалы, которые являются более стойкими к коррозии и, таким образом, зарастают медленнее, чем материалы, используемые для самого электрода 52. Замедленное зарастание обеспечивает преимущества, относящиеся к продлению срока службы электрода 52.
[0048] Специальный тип материала, используемого для внешнего покрытия 98, может зависеть от специфического местоположения внешнего покрытия 98. Например, источник коррозии и, следовательно, зарастания может быть различным в зависимости от специфического местоположения внешнего покрытия 98. Когда внешнее покрытие 98 расположено на внешней поверхности 60 головки 64 вне области 66 контакта, внешнее покрытие 98 по меньшей мере частично расположено внутри камеры 30 и, таким образом, подвергается воздействию материала 22, который используется для осаждения на несущую подложку 24. При таких обстоятельствах, для внешнего покрытия 98 может быть желательным обеспечение сопротивления коррозии в хлоридной среде в процессе получения поликристаллического кремния и дополнительное обеспечение сопротивления химическому воздействию при хлорировании и/или силицидировании в результате воздействия материала 22, который используется в ходе процесса осаждения. Подходящие металлы, которые могут быть использованы для внешнего покрытия 98 на головке 64 электрода 52 вне области 66 контакта, включают золото, платину и палладий. Другие подходящие металлы, которые могут быть использованы для внешнего покрытия 98, включают серебро, никель и хром. Когда внешнее покрытие 98 расположено на внешней поверхности 60 ствола 58, внешнее покрытие 98 может включать в себя те же или другие металлы из тех, что включены во внешнее покрытие 98 на головке 64 вне области 66 контакта. В другом варианте реализации ствол 58 может не иметь покрытия, расположенного на его внешней поверхности 60. В еще одном другом варианте реализации внешняя поверхность 60 головки может не иметь покрытия, с внешним покрытием 98, расположенным только на внешней поверхности 60 ствола 58.
[0049] Внешнее покрытие 98 обычно имеет толщину от 0,0254 мм до 0,254 мм, более часто от 0,0508 мм до 0,254 мм, а наиболее часто от 0,127 мм до 0,254 мм.
[0050] Кроме того, на внутренней поверхности 76 электрода 52 может быть расположено покрытие 100 канала для сохранения теплопроводности между электродом 52 и охладителем. В общем, покрытие 100 канала имеет более высокое сопротивление коррозии, которая вызвана взаимодействием охладителя с внутренней поверхностью 76, по сравнению с сопротивлением коррозии электрода 52. Покрытие 100 канала обычно включает в себя металл, который противодействует коррозии и который препятствует накоплению отложений. Например, покрытие 100 канала может содержать по меньшей мере один элемент из серебра, золота, никеля и хрома. Обычно, покрытие 100 канала является никелем. Покрытие 100 канала имеет теплопроводность от 70,3 до 427 Вт/м∙К, более часто от 70,3 до 405 Вт/м∙К, а наиболее часто от 70,3 до 90,5 Вт/м∙К. Покрытие 100 канала также имеет толщину от 0,0025 мм до 0,026 мм, более часто от 0,0025 мм до 0,0127 мм, а наиболее часто от 0,0051 мм до 0,0127 мм.
[0051] Следует понимать, что электрод 52 может включать в себя препятствующий потускнению слой (не показан), расположенный на покрытии 100 канала. Препятствующий потускнению слой является защитным тонкопленочным органическим слоем, который нанесен поверх покрытия 100 канала. Защитные системы, такие как Tarniban™ фирмы Technic Inc., могут быть использованы после формирования покрытия 100 канала электрода 52 для того, чтобы уменьшить окисление металла в электроде 52 и в покрытии 100 канала, не создавая чрезмерного теплового сопротивления. Например, в одном варианте реализации электрод 52 может содержать серебро, а покрытие 100 канала может содержать серебро с препятствующим потускнению слоем, присутствующим для обеспечения улучшенного сопротивления образованию отложений по сравнению с чистым серебром. Обычно, электрод 52 содержит медь, а покрытие 100 канала содержит никель для максимизации теплопроводности и сопротивления образованию отложений, с препятствующим потускнению слоем, расположенным на покрытии 100 канала.
[0052] Следует понимать, что в дополнение к покрытию 96 области контакта электрод 52 может иметь по меньшей мере одно из внешнего покрытия 98 и покрытия 100 канала в любом сочетании. Покрытие 100 канала, внешнее покрытие 98 и покрытие 96 области контакта могут быть сформированы путем электроосаждения (гальваностегии). Тем не менее, следует понимать, что каждое из этих покрытий может быть сформировано различными способами без выхода за рамки предложенного изобретения. Также, специалисты в области производства полупроводниковых материалов высокой чистоты, таких как поликристаллический кремний, должны понимать, что некоторые процессы нанесения используют материалы, которые являются легирующими примесями, например, элементы III группы и V группы (за исключением азота для случая производства поликристаллического кремния), и выбор подходящего способа нанесения покрытия может минимизировать потенциальное загрязнение несущей подложки 24. Например, желательно, чтобы зоны электрода, обычно расположенные внутри камеры 30, такие как покрытие 108 головки и покрытие 96 области контакта, имели минимальные включения бора и фосфора в их соответствующие электродные покрытия.
[0053] Типичный способ осаждения материала 22 на несущую подложку 24 обсуждается ниже со ссылкой на Фигуру 7. Несущую подложку 24 помещают внутрь камеры 30 так, чтобы контактные гнезда 57, расположенные на первом конце 54 и втором конце 56 несущей подложки 24, были расположены внутри стакана 68 электрода 52, и камеру 30 герметизируют. Пропускают электрический ток от источника 82 питания к электроду 52. Температуру осаждения рассчитывают, исходя из подлежащего осаждению материала 22. Рабочая температура несущей подложки 24 увеличивается при непосредственном прохождении электрического тока в несущей подложке 24, так что рабочая температура несущей подложки 24 превышает температуру осаждения. Газ 45 вводят в камеру 30, как только несущая подложка 24 достигает температуры осаждения. В одном варианте реализации газ 45, вводимый в камеру 30, содержит галоидсилан, такой как хлорсилан или бромсилан. Газ может дополнительно содержать водород. Тем не менее, следует понимать, что данное изобретение не ограничено присутствующими в газе компонентами и что газ может содержать другие предшественники осаждения, в частности, содержащие кремний молекулы, такие как силан, тетрахлорид кремния и трибромсилан. В одном варианте реализации несущая подложка 24 является тонким стержнем кремния, а производственная установка 20 может быть использована для осаждения кремния на него. В частности, в этом варианте реализации в состав газа обычно входит трихлорсилан, а кремний осаждают на несущую подложку 24 в результате термического разложения трихлорсилана. Охладитель используют для предотвращения достижения рабочей температурой электрода 52 температуры осаждения, чтобы гарантировать отсутствие осаждения кремния на электрод 52. Материал 22 осаждают равномерно на несущую подложку 24 до тех пор, пока не будет достигнут желаемый диаметр материала 22 на несущей подложке 24.
[0054] Как только несущая подложка 24 обработана, электрический ток прерывают, так что электрод 52 и несущая подложка 24 перестают получать электрический ток. Газ 45 отводят через выпуск 46 корпуса 28, а несущей подложке 24 дают охладиться. Как только рабочая температура обработанной несущей подложки 24 понизилась, обработанная несущая подложка 24 может быть вынута из камеры 30. Обработанную несущую подложку 24 затем вынимают, а в производственную установку 20 помещают новую несущую подложку 24.
[0055] Очевидно, в свете вышеприведенных указаний возможны многочисленные модификации и вариации данного изобретения. Вышеуказанное изобретение было описано согласно соответствующим требованиям законодательства; таким образом, описание является по сути скорее примерным, чем ограничивающим. Вариации и модификации раскрытого варианта реализации могут стать ясны специалистам в данной области техники и входят в рамки объема изобретения. Соответственно, объем правовой охраны, предусмотренный этим изобретением, может быть определен только при изучении приведенной далее формулы изобретения.