[发明专利]用于稳定化学气相沉积反应器中的纤丝的方法及系统

说明书

相关申请案的交叉引用

本申请案主张2012年12月19日所提出的美国第13/720,133号专利申请案的优先权，其完整内容引用合并于本文中。

技术领域

在各种实施例中，本发明涉及化学气相沉积(CVD)，且更特定言之，涉及用于稳定供制造多晶硅的CVD反应器中的纤丝的方法及系统。

背景技术

CVD为用于制造高纯度、高效能固体材料的化学工艺。该工艺通常用于半导体及光伏打工业以制造高品质硅材料。在习知CVD工艺中，将纤丝或杆结构暴露于一或多种挥发性前驱物，该一或多种挥发性前驱物在纤丝表面上反应及/或分解产生所要沉积物。亦经常产生挥发性副产物，其可由穿过CVD反应器的反应室的气流移除。

一种用于在CVD反应器中制造诸如多晶硅的固体材料的方法为西门子法(Siemens method)，其中，多晶硅沉积在细硅纤丝上。因为纤丝由高纯度硅制造，故在反应器启动阶段纤丝的电阻极高。除非纤丝掺杂有电活性元素，否则高电阻将导致在启动阶段难以使用电流加热纤丝。

为加速启动期间的加热过程，可向纤丝施加约数千伏高电压。此操作使得少量电流流过纤丝，从而在纤丝中产生热。当纤丝经加热时，纤丝的电阻降低，从而使得该等纤丝产生更高电流及额外热。当纤丝达到所要的温度(通常大于800℃)时，可降低电压以使温度不再升高。

在一些情况下，由于振动、松动连接、与反应器内流体流动有关的力及/或其他原因(例如沉积材料的重量)，CVD反应器中的纤丝可倾斜或翻倒且与反应器壁或反应器中的其他纤丝接触。此接触通常在反应器中造成接地故障，从而导致CVD工艺终止且产生昂贵停工时间。尽管使用长且细的纤丝具有成本及制造优势，但通常由于纤丝断裂，该等纤丝更易翻倒(例如底板附近、夹盘与纤丝连接处)。此外，当多晶硅沉积在纤丝上时，增加的多晶硅重量对纤丝产生应力，且使纤丝可断裂及/或翻倒的可能性增加。

需要用于稳定CVD反应器中的纤丝的方法、系统及装置以防止CVD工艺的接地故障及不必要停工状况。

发明内容

本发明的实施例提供具有与稳定件连接的纤丝对的CVD反应器。该稳定件较佳为或包括电绝缘材料以防止在CVD工艺期间电流过稳定件，此现象通常在高温(例如1000℃)下出现。藉由使用稳定件，极大降低纤丝翻倒及造成接地故障的趋势。本发明的实施例可用于任何使用纤丝的CVD工艺，包括用于制造多晶硅的CVD工艺。

在一个方面中，本发明涉及一种化学气相沉积反应器系统。该系统包括具有多个电连接的底板、自底板延伸的纤丝对及连接该纤丝对的稳定件。各纤丝与该等电连接中的两者电接触，且在该两个电连接间界定导电路径。

在某些实施例中，稳定件包括电绝缘材料(例如石英及/或氮化硅)。举例而言，稳定件可包括至少一个电绝缘连接件。稳定件亦可包括至少一个支撑杆，其可包括例如硅或由例如硅组成。在一些实施例中，电绝缘连接件包括用于承接至少一个支撑杆的至少一个插口。稳定件可包括例如由中心电绝缘连接件接合的两个外部支撑杆。外部支撑杆中的至少一者可包括硅或由硅组成。中心电绝缘连接件可包括石英及/或氮化硅。在一个实施例中，稳定件的长度可调节。

在某些实施例中，各纤丝包括：(i)两个垂直纤丝片段，各垂直片段具有与电连接中的一者电接触的近端，及远端，及(ii)在远端连接两个垂直纤丝片段的桥。稳定件可在垂直纤丝片段中的一者的远端附近连接于纤丝中的至少一者。在一些实施例中，稳定件在桥处连接于纤丝中的至少一者。稳定件与桥间的稳定件角度可例如为约20度至约160度，例如约80度至约100度。在一个实施例中，各纤丝实质上为U形。稳定件及该纤丝对可在环及/或部分环中配置，该环及/或部分环可包括例如超过两个纤丝及超过一个稳定件。在一些实施例中，系统包括第二纤丝对及连接该第二纤丝对的第二稳定件，纤丝对经配置以在第一电相位起作用，且第二纤丝对经配置以在第二电相位起作用。

在另一方面中，本发明涉及稳定化学气相沉积反应器中的纤丝的方法。该方法包括以下步骤：提供自化学气相沉积反应器中的底板延伸的纤丝对，及将该纤丝对与至少一个稳定件连接。底板包括多个电连接。各纤丝与该等电连接中的两者电接触，且在该两个电连接间界定导电路径。以上实施例的元件的描述亦可适用于本发明的此方面。