[发明专利]用于沉积多晶硅的反应器

说明书

本发明涉及一种用于沉积多晶硅的反应器，所述反应器的侧面和顶部由反应器壁划界，底部由基板划界，其包括多个丝棒、进料气体系统和废气系统，所述多个丝棒可通过直接通入电流而加热，并附着于所述基板上，所述进料气体系统由所述基板中的一个或多个开口中通过用于向反应器中通入含硅反应气体混合物，所述废气系统由所述基板中的一个或多个开口中通过用于从反应器中排出废气。本发明的特征在于，所述进料气体系统和/或废气系统包括至少一个由金属、陶瓷或CFC制成的保护元件，所述保护元件具有多个开口或网状孔。所述保护元件的开口和网状孔的构造使得只有可通过冲洗从所述进料气体系统或废气系统中去除的硅碎片能进入到保护元件下方的进料气体系统或废气系统中。

本发明涉及用于沉积多晶硅的反应器。

高纯度多晶硅用作根据直拉法(CZ)或区熔法(FZ)生产半导体用单晶硅的原料，用作根据生产光电领域的太阳能电池的各种提拉和浇注方法生产单晶硅或多晶硅的原料。

多晶硅通常通过西门子法生产。这包括在反应器中通入包含一种或多种含硅组分和任选存在的氢气的反应气体，所述反应器包括通过直接通入电流加热的载体，从而在所述载体上沉积固体硅。所用的含硅组分优选是硅烷(SiH₄)、单氯硅烷(SiH₃Cl)、二氯硅烷(SiH₂Cl₂)、三氯硅烷(SiHCl₃)、四氯硅烷(SiCl₄)或所述物质的混合物。

西门子法通常是在沉积反应器(也称为“西门子反应器”)中进行的。在最常使用的实施方案中，所述反应器包括金属基板和置于所述基板上的可冷却钟罩以在所述钟罩内形成反应空间。所述基板具有一个或多个进气口和一个或多个用于排出的反应气体的废气口，还具有固定器，通过所述固定器固定所述反应空间中的载体以及为载体供应电流。

每个载体通常由两个细丝棒和一般连接相邻棒的自由端的桥组成。丝棒最常用单晶硅或多晶硅制造，不太常用金属/合金或碳。丝棒被推入安装到位于反应器底板上的电极中，所述电极提供与电源的连接。高纯度多晶硅沉积在加热的丝棒和水平桥上，以使其直径随时间增加。一旦达到期望的直径，过程结束。

通过下部分即所谓的基板中的喷嘴通入反应气体的沉积反应器被用作生产多晶硅的标准。然而，通过喷嘴将反应气体通入到反应器的上部分中也同样是可能的。

同样，通常通过反应器底板中的一个或多个开口以及通过反应器排气罩排出形成的废气。

因为进料气体的均匀分布对于在棒上的均匀沉积是很重要的，因此通常通过多个喷嘴供入气体。

进料气体的这种分布可通过多个单独的进料气体管道或通过气体分布器来实现，所述多个单独的进料气体管道每个都与单独的进料气体喷嘴直接连接，所述气体分布器例如是环形或其它类型的气体分布器，与反应器临近，通常位于反应器基板下方，具有多个与单独的进料气体喷嘴的连接。

在沉积过程中生长的硅棒中可能形成裂缝。因此，各种尺寸的硅碎片可能落入到进料气体口和废气口中，堵塞气体管道/气体分布器。最坏的情况下，所有的棒可能断裂，导致非常大的硅碎片落到进气口和出气口中。

对于进料气体，这种堵塞导致进料气体的不均匀分布/不准确计量，对于废气，堵塞可导致反应器中发生不想要的压力增加。

为此，必须在不晚于下个批次之前将硅碎片清除。通常要费较大力(例如手工或用夹具、真空吸尘器)才能将硅碎片清除。这个过程是麻烦且耗时的(即更长的设备时间)，并且不是总是成功的，因为有时非常大的碎片对于夹具来说太大，并且不能用真空吸尘器吸除。

WO 2014/166711A1公开了一种气体分布器和废气收集器，它们由两个或更多个部分组成，并且通过可拆卸装置(例如凸缘)气密连接。这使得可以通过简单地卸除气体分布器/废气收集器并清洗来去除落入的Si碎片。