[发明专利]多晶硅化学气相沉积方法和装置

说明书

对涉及申请的交叉引用

本申请涉及于2000年2月18日申请的待决美国专利申请序列号No.09/507,711，以及于2000年2月25日申请的No.60/184,970，并要求它们的优先权。

本申请获国家科学基金会小型商业改革研究项目许可，许可号No.DMI-9901717。发明背景

发明技术领域

本发明涉及CVD反应器，并涉及大块多晶硅直接化学气相沉积到反应室壁和室内管壁上的方法。更具体地说是涉及由化学气相沉积工艺获得的大块多晶硅的产生，其中，一可移动的薄壁管壳被用来在一个CVD反应器内构建反应室，并且也可使用另外的可移动中间管和中心管；管壁提供多晶硅沉积的另外的表面积，外部和中心热源提供了一个平面热梯度以及改进的热效率。

背景技术

一个广泛应用的传统多晶硅生产方法是通过在一个化学气相沉积(CVD)反应器内沉积多晶硅，它也被称为“西门子(Siemens)”法。在此法中，多晶硅在一CVD反应器内被沉积到称为“细杆”的高纯度细硅杆上。由于这些细杆在其上构造了高纯硅的原因，相应细杆的电阻极高。因而在工艺起动阶段用电流加热该硅“丝”极其困难。

有时细杆由金属杆代替，它更易导电并且更易用电流加热。该法称为“罗杰斯黑兹”(Royers Heitz)法。然而，金属引入化学气相沉积工艺引入了金属污染，此多晶硅产品的污染在半导体/微电子工业上是无法接受的。

在“西门子”法中，为了减少电阻率，外加热器被用来提升这些高纯杆的温度到约400℃(摄氏度)。有时外加热器应用卤素加热或等离子体放电加热的方式。然而，在一个典型的方法中，为了加速加热过程，一个非常高的电压以数千伏的数量级作用于杆上。在这样高的电压下，一小电流开始在细杆中流动。该初始电流在细杆中产生热量，减少了杆的电阻并允许更高的电流和更多的热量。

这一以高压发送低电流的过程持续直到细杆的温度达到约800℃。在这一温度下，高纯硅杆的电阻急剧下降并且高压电源被切换到一个能供给高电流的低压电源。

参考现有技术的图1，一CVD反应器由一底座23，石英钟罩17，室盖24，钟罩支撑16以及介于钟罩和室盖之间的加热器18所组成。一气体入口20和一气体出口21以及电流通19整合于底座23上，一观察口22提供了对内部的视察。

在现有的多晶硅CVD制造过程中，硅细杆的结构通过使一交叉杆2水平置于两个长的间隔的直立杆1和3之间以发针的形式安装，该结构被安装并连接从而在电流通19之间提供了一个电流路径，产生发生沉积所需的热量。在CVD工艺过程中，多晶硅沉积物均匀地累积在细杆上；此处所示沉积物被部分移去以展示细杆的结构。当硅沉积物变得足够热时会发生硅在反应器壁上的沉积，因此冷却反应器壁有时被用来阻止这种情况的发生。

不同的用户采用不同的方法连接水平杆和直立杆。一种方法是在每个直立杆的顶部需要一个凹槽或一个键槽。一小沉孔或适配件形成于水平杆的端部，因此它可被合适地压入凹槽从而架桥于两直立杆之间。

典型的现有反应器由一系列复杂的子系统组成。它需要两个电源，一个可提供极高压和低电流，第二个在一相对低压下可支持一非常高的电流。同时还需要的是细杆加热器和相应预加热细杆的电源。另外一个部件是高压开关装置。此外，整个起动过程即繁重又耗时。由于在800℃左右由细杆产生的电流具有易失控的特性，因此高压到低压的切换需极度小心谨慎地操作。

同时，通过此电流方法加热细杆，该杆成为一个内部热源通过辐射到周围环境失去大量的热量。现有实际本身存在显著的能量损失。