[发明专利]用于沉积多晶硅的电极

说明书

本发明涉及一种电极，其包括保持器区段、具有容纳所述保持器区段的切口的基部区段和任选地至少一个布置在所述基部区段和所述保持器区段之间的中间区段，其中相邻的区段具有相对界面，所述界面至少部分地彼此机械接触并形成共用接触区域，其特征在于，为了减小接触区域，所述界面中的至少一个具有至少一个凹陷和/或凸起。

技术领域

本发明涉及一种电极，其具有保持器区段、具有容纳保持器区段的切口的基部区段、以及布置在基部区段和保持器区段之间的任选存在的至少一个中间区段，其中相邻区段具有相对界面，所述界面至少部分地彼此机械接触，从而形成至少一个共用接触区域。

背景技术

电极，特别是石墨电极，是工业过程中的重要组成部分，所述工业过程例如是铝和钢的生产、盐熔体的电解、化学化合物的电解分解、热沉积反应和弧焊)。

热沉积反应领域的一个重要应用是通过西门子工艺(Siemens process)生产多晶硅(多晶体硅)。这包括通过直接通电在由硅制成的钟形反应器长丝棒(细棒)中加热和引入含有含硅组分和氢的反应气体。含硅组分通常是甲硅烷或一般组成为SiH_nX_4-n(n＝0、1、2、3；X＝Cl、Br、I)的卤代硅烷。它典型地是氯硅烷或氯硅烷混合物，通常是三氯硅烷。典型的西门子反应器的构造描述于例如US 2009/0136408 A1中。

反应器底部(floor)通常设置有多个电极保持器，其中电极保持器以电绝缘的方式穿过反应器底部，并且以增厚的端部(电极保持器的顶部)突出至反应器中。用于电极保持器的穿通件(feedthrough)通常用密封元件密封。电极保持器的顶部通常具有切口，电极可正向装配至该切口中。电极保持器通常由导电的材料制成，例如由金属制成。

电极通常可容纳长丝棒并将其保持在适当位置。电极通常由高纯度石墨制成。高纯度石墨具有50ppm的冷灰化残余物。两个长丝棒通常通过桥(由与长丝棒相同的材料制成)连接以形成对(长丝棒对)，所述对通过电极保持器和电极形成电路。用于加热长丝棒的电能通过布置在反应器底部下方的电极保持器的端部供应。长丝棒的表面温度通常超过1000℃。在这些温度下，含硅组分分解并且元素硅作为多晶硅从气相沉积至棒表面上。这导致细长棒的直径增加。电极通常至少部分封闭。在实现规定直径后，终止沉积并卸下所获得的棒对。在去除桥之后，获得大致圆柱形的多晶硅棒。

因此，电极用作长丝棒的固定构件，用于将电流流动和由此产生的热量转移至长丝/多晶硅棒中，且特别是用作用于生长的、越来越重的多晶硅棒的保持器。取决于待沉积的多晶硅棒的目标直径和长度，可实现50至400kg/棒的棒重量。此外，电极将热能从多晶硅棒的下端耗散至大体冷却的电极保持器。因此，电极的形状和材料的选择至关重要。

通常使用石墨作为电极材料，因为石墨能以非常高的纯度生产，并且在高于1200℃的温度下也是化学惰性的。此外，石墨具有5至50μΩ*m范围内的非常低的比电阻。

具有常规形状的石墨电极描述于例如US 6,639,192 B2中。它由具有圆锥形尖端的圆柱形主体组成。尖端含有用于容纳和接触长丝棒的孔。电极由石墨形成为一件，并且所用的石墨类型通常具有145W/m*K的高比热导率。缺点是这种电极由于其圆柱形状和高比热导率而在低棒直径下展现出高热耗散。

为了不利于在沉积开始时细多晶硅棒的翻倾(falling over)，电极应当具有非常低的热耗散。这需要具有低比热导率的电极材料和/或具有小直径的电极。相比之下，为了不利于在沉积即将结束时粗多晶硅棒的翻倾，电极原则上应当具有非常高的热导率(即由具有非常高的比热导率的材料制成)和/或大直径。这使得更容易耗散产生大棒直径所需的能量。电极进一步要求机械稳定性，即要求取决于棒重量的最小直径，以适应高棒重量。

通常，细棒可理解为意指小于石墨电极的直径1.5倍的棒直径，并且粗棒可理解为意指超过石墨电极的直径1.5倍的棒直径。