[发明专利]用于薄硅棒的夹持和接触装置

说明书

本发明涉及一种用于将薄硅棒安装在硅沉积反应器中并且与薄硅棒进行电接触的夹持和接触装置，该夹持和接触装置包括通常由石墨构成的棒保持件，用以接纳薄硅棒的相应端部。

已知在半导体和光伏技术中，例如根据西门子(Siemens)法在气相沉积反应器、尤其在化学气相沉积反应器中生产高纯度的硅棒。为此，首先将薄硅棒接纳在反应器中，此后在沉积工艺中，硅沉积在薄硅棒上。通常，薄硅棒借助夹持和接触装置而被接纳，一方面以所希望的朝向来接纳该薄硅棒，另一方面提供电接触。由于在沉积工艺中，使用具有预定电压的电流来借助电阻加热将薄硅棒加热至一定温度，在该温度下发生汽相或气相的硅在薄硅棒上的沉积，因此要求进行电接触。沉积温度是900℃到1340℃，通常是1100℃到1200℃。温度不应超过上限值，这是由于这会造成薄硅棒破裂或熔化的风险。

如果发生温度超过上限值的情况，通常须终止沉积，且硅沉积反应器须在充分冷却之后打开，以利用新的薄硅棒来替换受损的薄硅棒。由于硅沉积反应器首先需要进行冷却，且须在可打开之前进行气体交换，因而这会消耗大量时间，由此导致显著的产量损失。此外，这会导致材料损耗。

DE1 187 098 A描述了用于生产上述类型的硅棒的设备和方法。用于执行该方法的设备主要包括由玻璃或石英制成的反应容器，其中两个薄硅棒自由站立地接纳在由纯碳或石墨制成的棒保持件中。薄硅棒在它们的相应自由上端处经由硅或纯碳制导电电桥而彼此连接，以经由相应的棒保持件、薄硅棒以及电桥形成电路，并且便于上述电阻加热。

反应容器由反应器缸体且替代地由附加加热电阻所封闭。当薄硅棒接纳在反应器中时，它们通过上述电阻加热并且通过可选地附加加热元件而加热至沉积温度。在到达沉积温度之后，将诸如四氯化硅或三氯硅烷之类的含硅气体和诸如氢之类其它气体的混合物引到反应容器中。替代地，甲硅烷或碘化硅可用作含硅气体。

在更新的用于涂敷薄硅棒的设备中，通常远远超过两个的薄硅棒彼此相邻地设置并且同时涂敷。在此种情形中，总是有两个相邻的薄硅棒通过导电电桥彼此连接，并且在基端通过棒保持件连接于电源。

当使用电阻加热对薄硅棒进行电加热时，须注意不要超过预定温度，尤其是在将薄硅棒加热至沉积温度时、以及在沉积工艺的第一时段过程中时。然而，在此棒保持件会产生问题。

主要由石墨构成的棒保持件通常包括具有盲孔形式的圆锥形锥状接纳空间，而薄硅棒从上方插到该接纳空间中。这致使棒保持件和薄硅棒之间产生锥状连接部分。所插入的薄硅棒通常具有直径在6到10mm之间的圆形或方形横截面。须高精度地实现接纳空间的锥度，以在杆保持件和薄硅棒之间提供充分的机械和电接触，从而产生高的制造成本。

棒保持件在盲孔的区域中具有槽，从而在加热时，允许一定的公差补偿并且在一定限度内减小机械应力。

具体地说，硅棒由棒保持件而产生的电接触是关键性的。当薄硅棒包括方形横截面，则沿边缘进行电气和机械接触。因此，接触面相当小，且边缘上的机械应变会易于导致损坏。此外，沿着边缘会产生高的电接触电阻。然而，采用具有圆形横截面的薄硅棒，则沿薄硅棒的整个周缘、沿着周向线来进行电气和机械接触。

尤其是在加热工艺开始时，接触加热区域在石墨和硅的接触点处产生，从而可能会由于机械应力而致使薄硅棒熔化或破裂。这会引起上述不希望的后果，即中断该沉积工艺，并且以复杂的程序重新匹配硅沉积反应器。

具体地说，当接触加热区域变得非常大、即超过棒直径的约1/4，或者当接触加热沿圆形薄硅棒的整个圆周定位时，薄硅棒会破裂。

本发明所要解决的问题是提供一种用于薄硅棒的夹持和接触装置，该夹持和接触装置避免上述问题中的一个或若干个。

本发明所解决的问题通过如权利要求1所述的夹持和接触装置而解决。本发明的又一些实施例可从各从属权利要求中得到。

具体地说，提供一种用于将薄硅棒安装在硅沉积反应器中并且与薄硅棒进行电接触的夹持和接触装置，该夹持和接触装置具有用于接纳薄硅棒的一端的棒保持件，其中，该棒保持件包括围绕用于薄硅棒的接纳空间设置的至少三个接触元件，且每个接触元件形成面朝接纳空间的接触面，用以电气地且机械地与薄硅棒接触，其中相邻接触元件的接触面互相隔开。

这在薄硅棒的棒保持件处产生可与薄硅棒的形状相匹配的限定数量的电气和机械接触面。接触面之间的距离防止可能存在的接触热区域的“移动”，由此减小薄硅棒熔化或破裂的风险。