ДЕРЖАТЕЛЬ ПРУТКОВ-ПОДЛОЖЕК УСТАНОВКИ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ

Полезная модель относится к области производства полупроводниковых материалов, а именно к области получения поликристаллического кремния для потребностей микроэлектроники, солнечной энергетики, электротехники и т.п., в частности к устройствам для удерживания прутков-подложек для осаждения на них поликристаллического кремния в процессе водородного восстановления кремния.
Процесс водородного восстановления кремния из хлорсиланов осуществляется в реакторах различной конструкции, например, с верхним и нижним расположением токовводов и присоединяемых к ним устройств для крепления стержней-подложек. Одним из основных требований к указанным устройствам является обеспечение теплоизоляции прутка-подложки ввиду возникновения градиента температур, обусловленного разницей температуры нагретого прутка и токоввода/электрода, а также обеспечение надежной фиксации прутка-подложки, от чего в свою очередь зависит качество получаемого конечного продукта, целостность как самого прутка-подложки, так и реактора, в котором осуществляется процесс осаждения поликристаллического кремния. Существуют различные конструкции указанных устройств, которые в той или иной степени соответствуют вышеуказанным требованиям. Однако актуальной задачей остается разработка наиболее оптимальной конструкции, соответсвующей всем предъявляемым к такого рода устройствам в данной области техники требованиям, и при этом внедрение которой будет экономически целесообразным.
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели и выбранным качестве прототипа является держатель прутков-подложек установки для осаждения поликристаллического кремния, описанный в международной заявке WO 2010133386, включающий корпус, цанговый фиксатор с каналом для размещения прутка, имеющий установочную часть, при этом в корпусе выполнено приемное гнездо для приема установочной части фиксатора. Корпус выполнен ротационно-симметричным и имеет установочные элементы для его установки в токовводе установки для осаждения поликристаллического кремния, при этом в собранном состоянии между корпусом и токовводом обеспечивается технологический зазор.
К недостаткам описанной конструкции держателя можно отнести недостаточную теплоизоляцию прутка-подложки в ходе процесса осаждения поликристаллического кремния, что приводит к возникновению термических напряжений в прутке, что в свою очередь приводит к возникновению трещин прутка-подложки у основания. Описанные недостатки приводят к повышению затрат на реализацию процесса осаждения поликристаллического кремния, что обуславливает экономическую нецелесообразность эксплуатации описанного держателя.
В основу полезной модели поставлена задача разработать держатель прутков-подложек установки для осаждения поликристаллического кремния, который за счет наиболее оптимального конструктивного исполнения позволит обеспечить хорошую теплоизоляцию прутка-подложки, что позволит уменьшить механические напряжения в прутке, надежную фиксацию прутка-подложки, чем будет достигнуто увеличение безопасности и эффективности протекания процесса осаждения в целом, обеспечить высокую электро- и теплопроводность между держателем и токовводом, возможность выращивания стержней поликристаллического кремния большого диаметра, а также обеспечить экономическую целесообразность эксплуатации держателя.
Поставленная задача решается тем, что разработан держатель прутков-подложек установки для осаждения поликристаллического кремния, включающий корпус, цанговый фиксатор с каналом для размещения прутка, имеющий установочную часть, при этом в корпусе выполнено приемное гнездо для приема установочной части фиксатора, а на торцевой поверхности установочной части цангового фиксатора выполнена выборка, образующая воздушный теплоизоляционный зазор между корпусом и указанной торцевой поверхностью.
Описанная конструктивная реализация держателя позволяет обеспечить снижение продольного градиента температуры в прутке, что позволяет уменьшить механические напряжения в прутке, за счет чего обеспечивается значительное снижение вероятности возникновения трещин прутка у его основании в момент продувки внутреннего объема реактора водородом либо подачи парогазовой смеси. Также заявляемая конструкция позволяет обеспечить надежную фиксацию прутка-подложки в установке для осаждения поликристаллического кремния за счет наличия цангового наконечника-фиксатора, который обеспечивает равномерное распределение прижимающего усилия по всей поверхности контакта фиксируемого прутка и цангового наконечника-фиксатора, а также позволяет увеличить его грузоподъемность. Кроме того, обеспечиваемое заявляемой конструкцией жесткое крепление прутка-подложки позволяет обеспечить его устойчивость, что в свою очередь позволяет обеспечить возможность получения стержней поликристаллического кремния с диаметром свыше 100 мм без риска обрушения стержня во внутреннем объеме реактора.
Целесообразной является такая реализация заявляемой полезной модели, при которой установочная часть цангового фиксатора размещена в гнезде корпуса с образованием технологического зазора между корпусом и торцевой поверхностью установочной части цангового фиксатора, что позволяет обеспечить дополнительную теплоизоляцию прутка-подложки.
Также целесообразной является такая реализация полезной модели, при которой она включает средство закрепления корпуса держателя в установке для осаждения поликристаллического кремния. Средство закрепления корпуса держателя выполнено в виде гайки. Это позволяет обеспечить надежное закрепление держателя на токовводе реактора. Конструктивное исполнение гайки, в частности ее габаритные размеры, позволяет увеличить площадь контакта держателя с токовводом реактора, что в свою очередь обеспечивает равномерную высокую электро- и теплопроводность между токовводом и держателем.
Предпочтительно корпус имеет в целом цилиндрическую форму, и в нижней его части выполнено гнездо для закрепления его на токовводе установки для осаждения поликристаллического кремния.
Предпочтительно цанговый фиксатор имеет фиксирующую часть конусообразной формы, что также способствует надежному закреплению прутка-подложки.
Предпочтительно в качестве материала держателя выбран графит. Использование графита основано на ряде его уникальных свойств, в частности использование его для изготовления электродов, нагревательных элементов обусловлено высокой электропроводностью и химической стойкостью графита к практически любым агрессивным средам.
Целесообразной является такая реализация полезной модели, при которой канал для размещения прутка имеет сечение переменного диаметра, а именно выполнен в виде сужающегося книзу канала. Такое конструктивное исполнение канала позволяет повысить устойчивость прутка-подложки, обеспечить равномерное распределение прижимного усилия по контактной поверхности. Равномерное поджатие по всей длине контактных поверхностей обеспечивает надежный электрический контакт. Кроме того, возрастающее под действием увеличивающегося веса наращиваемого стержня поджатие контактных поверхностей позволяет снизить переходные сопротивления, что, учитывая возрастание тока подогрева по мере увеличения поперечного сечения наращиваемого стержня, существенно снижает потери, а это в свою очередь позволяет повысить экономическую эффективность установки и эксплуатации заявляемого держателя.
Описанный выше канал образован посредством выполнения проточки на поверхности элементов цангового наконечника-фиксатора. Заявляемая полезная модель поясняется следующими графическими материалами.
Фиг.1 - общий вид держателя прутков-подложек установки для осаждения поликристаллического кремния.
Фиг.2 - продольный разрез держателя прутков-подложек установки для осаждения поликристаллического кремния.
На фиг.1 представлен общий вид держателя прутков-подложек установки для осаждения поликристаллического кремния, который содержит корпус 1, цанговый фиксатор 2 и средство закрепления корпуса 1 держателя в установке для осаждения поликристаллического кремния, выполненное в виде гайки 3.
На фиг.2 представлен продольный разрез держателя прутков-подложек установки для осаждения поликристаллического кремния, где кроме позиций, указанных на фиг.1 также показаны установочная часть 4 фиксатора 2, гнездо 5 корпуса 1, торцевая поверхность 6 установочной части 4 фиксатора 2, выборка 7 на торцевой поверхности 6, воздушный теплоизоляционный зазор 8, технологический зазор 9, фиксирующая часть 10 фиксатора, канал 11. Также на фиг.2 показаны металлический токоввод 12, металлический электрод 13, поддон установки 14.
Заявляемая полезная модель осуществляется следующим образом.
Предварительно корпус 1 устанавливают на токоввод 11 и фиксируют гайкой 3. В удлиненный канал 11 цангового фиксатора 2 до упора вводят пруток-подложку, предназначенный для осаждения на него поликристаллического кремния. Цанговый фиксатор 2 устанавливают в корпус 1 посредством размещения установочной части 4 в ответном гнезде 5 корпуса 1, при этом осуществляют сжатие прутка-подложки, центрируя его по вертикальной оси, обеспечивая его надежную фиксацию в устройстве и плотный протяженный электрический контакт. При установке фиксатора 2 в корпус 1 между торцевой поверхностью 6 установочной части 4 фиксатора 2 и гнездом 5 корпуса 1 обеспечивают технологический зазор 9 и воздушный теплоизоляционный зазор 8 за счет наличия выборки 7. После установки в реактор установки для осаждения поликристаллических требуемого количества прутков-подложек, реактор герметизируют и прутки-подложки разогревают пропусканием тока, а в реактор подают исходную парогазовую смесь. В результате осуществляется осаждение кремния и на пруток, и на сам держатель в зависимости от диаметра растущего стержня поликристаллического кремния. Таким образом, цанговый фиксатор полностью обрастает поликристаллическим кремнием, а если диаметр стержня более 150 мм, то кремний осаждается и на корпусе. По окончании процесса выращенные стержни поликристаллического кремния отделяют и извлекают. Гайку 3 и корпус 1 могут использовать повторно, но корпус 1 используют только в случае, если на него не осаждается поликристаллический кремний.
Таким образом, заявляемая полезная модель представляет собой держатель прутков-подложек установки для осаждения поликристаллического кремния, который за счет наиболее оптимального конструктивного исполнения позволяет обеспечить хорошую теплоизоляцию прутка-подложки, что позволяет уменьшить механические напряжения в прутке, обеспечить надежную фиксацию прутка-подложки, чем будет достигнуто увеличение безопасности и эффективности протекания процесса осаждения в целом, обеспечить высокую электро- и теплопроводность между держателем и токовводом, возможность выращивания стержней поликристаллического кремния большого диаметра, а также обеспечить экономическую целесообразность эксплуатации держателя.