DE102010032103B4

DE102010032103B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Zünden von Siliziumstäben außerhalb eines CVD-Reaktors

Info

Publication number: DE102010032103B4
Application number: DE201010032103
Authority: DE
Inventors: Wilfried Vollmar
Original assignee: Centrotherm Sitec GmbH
Current assignee: Sitec De GmbH
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2030-07-24
Also published as: WO2012010329A1; TWI530581B; CN103140444B; DE102010032103A1; CN103140444A; US9255325B2; KR101539566B1; EP2595918A1; US20130209684A1; TW201219594A; KR20130097163A

Abstract

Verfahren zum Zünden von Siliziumstäben außerhalb eines CVD-Reaktors zur Vorbereitung des Siliziumstabes für eine nachfolgende Behandlung in einem CVD-Reaktor, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Anordnen eines Siliziumstabes in einer Zündvorrichtung; Anlegen einer ersten Spannung über den Siliziumstab mittels einer ersten Stromversorgungseinheit, wobei die Spannung ausreicht den Siliziumstab zu zünden; Leiten von Strom durch den Siliziumstab über die erste Stromversorgung um diesen auf eine Temperatur innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs zu erwärmen; und entnehmen des Siliziumstabes aus der Zündvorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zünden von Siliziumstäben außerhalb eines CVD-Reaktors, sowie ein Verfahren zum Abscheiden von Silizium auf einem Siliziumstab.
Es ist in der Halbleitertechnik und der Photovoltaik bekannt, Siliziumstäbe mit einer hohen Reinheit, z. B. nach dem Siemens-Verfahren in Abscheidereaktoren, die auch als CVD-Reaktoren bezeichnet werden, zu erzeugen. Hierzu werden zunächst dünnere Siliziumstäbe in den Reaktoren aufgenommen, auf denen dann während eines Abscheideprozesses Silizium abgeschieden wird, um dickere Stäbe zu erzeugen. Die Siliziumstäbe werden dabei zunächst in Spann- und Kontaktierungsvorrichtungen aufgenommen, welche sie einerseits in einer gewünschten Ausrichtung halten, und welche andererseits eine elektrische Kontaktierung vorsehen. An ihren jeweils freien Enden sind in der Regel jeweils zwei der Siliziumstäbe über elektrisch leitende Brücken oder Brücken aus Siliziummaterial miteinander verbunden, um einen Stromkreis über auf derselben Seite des Reaktors liegende Kontakte bilden zu können. Es ist aber auch möglich die Siliziumstäbe an ihren entgegen gesetzten Enden, das heißt von oben und von unten elektrisch zu kontaktieren.
Die Siliziumstäbe werden während des Abscheideprozesses durch einen Stromfluss bei im wesentlichen vorgegebener Spannung mittels Widerstandsheizung und gegebenenfalls einer externen Heizeinheit auf eine vorgegebene Prozesstemperatur aufgeheizt, bei der eine Abscheidung von Silizium aus einer Dampf- oder Gasphase auf den Siliziumstäben stattfindet. Die Abscheidetemperatur liegt hier üblicherweise bei 900–1200°C und insbesondere um 1100°C, kann aber auch bei anderen Temperaturen liegen.
Die Siliziumstäbe besitzen zunächst einen hohen Widerstand. Um im Siliziumstab einen anfänglichen Stromfluss zu initiieren muss daher zunächst eine hohe Spannung angelegt werden. Hierbei geht der Siliziumstab von einem nichtleitenden Zustand in einen leitenden Zustand über, was nachfolgend als Zünden bezeichnet wird. Der Widerstand nimmt nach der Zündung und insbesondere bei steigender Temperatur deutlich ab. Für das Zünden der Siliziumstäbe und eine nachfolgende Erwärmung der Siliziumstäbe auf die vorbestimmte Prozesstemperatur ist daher eine mehrstufige zum Teil aufwändige Stromversorgung mit unterschiedlichen Stromversorgungseinheiten erforderlich, wie es beispielsweise aus der DE 10 2009 021 403 A1 oder der auf die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung zurückgehenden, nicht vorveröffentlichten DE 10 2010 020 740 A1 bekannt ist. Insbesondere ist jeweils für das Zünden eine designierte Stromversorgungseinheit erforderlich. Ferner wird auf die US 6 365 225 B1 und die DE 20 2004 014 812 U1 hingewiesen, die jeweils eine Zündung von Siliziumstäben für eine direkt anschließende Siliziumabscheidung in der oben genannten Art und Weise zeigen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die die Erfordernisse an einen Zündvorgang bzw. eine Zündeinheit in einem CVD-Reaktor verringert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 8 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Insbesondere ist ein Verfahren zum Zünden von Siliziumstäben außerhalb eines CVD-Reaktors zur Vorbereitung des Siliziumstabes für eine nachfolgende Behandlung in einem CVD-Reaktor vorgesehen. Bei dem Verfahren wird ein Siliziumstab in einer Zündvorrichtung angeordnet und eine erste Spannung mittels einer ersten Stromversorgungseinheit über den Siliziumstab angelegt, wobei die Spannung ausreicht den Siliziumstab zu zünden. Anschließend wird über die erste Stromversorgungseinheit Strom durch den Siliziumstab geleitet, und dieser wenigstens teilweise durch den Stromfluss auf eine Temperatur innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs erwärmt. Anschließend wird der Siliziumstab aus der Zündvorrichtung entnommen. Die Erfinder haben herausgefunden, dass ein einmal gezündeter Siliziumstab sich bei nachfolgenden Zündprozessen mit einer niedrigeren Spannung zünden lässt als beim ersten Mal. So konnten Siliziumstäbe beispielsweise bei einer zweiten Zündung mit Spannungen gezündet werden, die zwischen 30% und 40% niedriger waren als bei der ersten Zündung. Das obige Verfahren sieht daher eine Vorbereitung der Siliziumstäbe für eine nachfolgende CVD-Behandlung vor, welche die CVD-Behandlung und die hierfür erforderliche Vorrichtung vereinfacht. Insbesondere kann der Zündvorgang für eine nachfolgende CVD-Behandlung durch das obige Verfahren wesentlich erleichtert werden.
Vorzugsweise wird bei dem Verfahren nach dem Anordnen des Siliziumstabes in der Zündvorrichtung eine Gasatmosphäre um den Siliziumstab herum erzeugt, die so zusammengesetzt ist, dass während des Zündens und der Erwärmung keine Reaktion zwischen dem Gas und dem Siliziumstab auftritt. Hierfür besteht die Gasatmosphäre beispielsweise im Wesentlichen aus N₂, H₂, einem inerten Gas oder Mischungen aus zwei oder mehr der Gase.
Um die nachfolgende Zündvorgänge zu erleichtern, wird der Siliziumstab auf eine Temperatur im Bereich zwischen 400°C und 700°C, und vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich zwischen 450°C und 600°C erwärmt. Die Erfinder haben festgestellt, dass zwar schon eine einmalige Zündung alleinstehend nachfolgende Zündvorgänge erleichtert, aber der Effekt noch besser wird, wenn der Siliziumstab auf eine erhöhte Temperatur erwärmt wird. Dabei wurde ein Temperaturbereich zwischen 400°C und 700°C und insbesondere zwischen 450°C und 600°C als vorteilhaft erkannt, da der Effekt hier einen besonders starken Anstieg zeigte. Bei niedrigeren und höheren Temperaturen waren die Änderungen hingegen geringer. Die optimale Temperatur kann von dem Siliziumstab und dessen Dotierung abhängen.
Um die Temperatur innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs zu erreichen kann der Siliziumstab wenigstens teilweise durch eine vom Siliziumstab beabstandete Heizvorrichtung, insbesondere mit IR-Strahlung, erwärmt werden. Hierdurch können die Anforderungen an die Stromversorgungseinheit zum Leiten von Strom durch den Siliziumstab verringert werden. Darüber hinaus kann die Verweildauer eines Siliziumstabes in der Zündvorrichtung verkürzt werden, da die Erwärmung beschleunigt werden kann. Auch kann die Heizvorrichtung den Siliziumstab schon vor dem Zünden erwärmen, was wiederum den ersten Zündvorgang erleichtert. Für eine gute Zündung liegt die erste Spannung vorzugsweise in einem Bereich zwischen 8 kV und 15 kV.
Bei einer Ausführungsform werden mehrere Siliziumstäbe in der Zündvorrichtung angeordnet und gleichzeitig oder sequentiell mit der ersten Spannung beaufschlagt, um sie zu zünden und anschließend zu erwärmen.
Es ist auch ein Verfahren zum Abscheiden von Silizium auf einem Siliziumstab, vorgesehen, bei dem zunächst ein Verfahren wie oben beschrieben durchgeführt wird. Anschließend wird eine Vielzahl von zuvor gezündeten und erwärmten Siliziumstäben in einem CVD-Reaktor angeordnet und jeweils eine zweiten Spannung mittels einer zweiten Stromversorgungseinheit über die Siliziumstäbe angelegt, um diese erneut zünden. Dann wird mit einer dritten Stromversorgungseinheit jeweils eine dritte Spannung über die Siliziumstäbe angelegt, um die Siliziumstäbe auf eine Temperatur in einem vorbestimmten weiteren Temperaturbereich zu erwärmen, wobei die dritte Spannung niedriger ist, als die zweite Spannung. Ferner wird eine Gasatmosphäre in dem CVD-Reaktor erzeugt, die eine Abscheidung von Si auf dem Siliziumstab, wenigstens innerhalb des vorbestimmten weiteren Temperaturbereichs, bewirkt. Durch die Vorzündung der Siliziumstäbe außerhalb des CVD-Reaktors wird die erneute Zündung im CVD-Reaktor erleichtert und die Verweilzeit von Siliziumstäben im CVD-Reaktor kann verkürzt werden. Außerdem kann der Aufbau des CVD-Reaktors bei dem obigen Verfahren vereinfacht werden, da für die zweite Zündung im CVD-Reaktor niedrigere Spannungen erforderlich sind als bei der ersten Zündung. In diesem Sinne ist auch vorzugsweise die zweite Spannung niedriger ist als die erste Spannung.
Eine Vorrichtung zum Zünden von Siliziumstäben außerhalb eines CVD-Reaktors zur Vorbereitung des Siliziumstabes für eine nachfolgende Behandlung in einem CVD-Reaktor weist ein Gehäuse mit einer Kammer zur Aufnahme wenigstens eines Siliziumstabes, wenigstens ein Paar von Kontaktelektroden in der Kammer zum Aufnehmen eines Siliziumstabes dazwischen, und eine erste Stromversorgungseinheit auf. Die erste Stromversorgungseinheit weist wenigstens einen Transformator auf, dessen Ausgänge mit jeweils einer Kontaktelektrode eines Paars verbunden sind, und der eine Leerlaufspannung aufweist, die ausreichend hoch ist um einen Stromfluss im Siliziumstab zu initiieren. Mit einer solchen Vorrichtung lassen sich die schon oben unter Bezugnahme auf das Verfahren genannten Vorteile erreichen. Der Transformator kann eine Leerlaufspannung im Bereich zwischen 8 kV und 15 kV aufweisen, um eine sichere und rasche Zündung des Siliziumstabes zu ermöglichen.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung Mittel zum Einstellen einer vorbestimmten Gasatmosphäre in der Kammer auf, um zum Beispiel eine Oxidation der Siliziumstäbe während eines Zündvorgangs und einer nachfolgenden Erwärmung zu unterbinden.
Ferner kann wenigstens eine Heizeinrichtung vorgesehen sein, die so angeordnet ist, dass sie einen Siliziumstab in der Kammer mittels Strahlungsenergie erwärmen kann. Insbesondere kann die Heizeinrichtung einen IR-Strahler aufweisen, der eine gute, kontaktlose Energiekopplung in den Siliziumstab vorsieht.
Um mehrere Siliziumstäbe gleichzeitig oder sequentiell ohne dazwischen liegende Be-/Entladevorgänge zünden zu können, ist in der Kammer eine Vielzahl von Paaren von Kontaktelektroden vorgesehen.
Es ist auch eine Vorrichtung zum Abscheiden von Silizium auf einem Siliziumstab vorgesehen, die eine Vorrichtung wie oben beschrieben in Kombination mit einem CVD-Reaktor vorsieht. Dabei weist der CVD-Reaktor eine Vielzahl von Kontaktelektroden zur Aufnahme einer Vielzahl von Siliziumstäben auf, wenigstens eine zweite und eine dritte Stromversorgungseinheit, sowie Mittel zum Erzeugen einer Gasatmosphäre im CVD-Reaktor, die eine Abscheidung von Si auf den Siliziumstäben bei einer Temperatur in einem vorbestimmten Temperaturbereich bewirkt. Die zweite Stromversorgungseinheit besitzt einen Transformator, der eine Leerlaufspannung aufweist, die zum Zünden eines Siliziumstabes ausreicht. Die dritte Stromversorgung ist geeignet zum Leiten eines Stroms durch die Siliziumstäbe, der größer ist, als ein Kurzschlussstrom des Transformators der zweiten Stromversorgungseinheit.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Zünden eines Siliziumstabes außerhalb eines CVD-Reaktors;
2 eine schematische Ansicht einer Anordnung zum Durchführen eines CVD Verfahrens gemäß der Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung verwendete Orts- bzw. Richtungsangaben beziehen sich primär auf die Darstellungen in den Zeichnungen und sollten daher nicht einschränkend gesehen werden. Sie können sich aber auch auf eine bevorzugte Endanordnung beziehen.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum Zünden eines Siliziumstabs 2 außerhalb eines CVD-Reaktors. Das heißt, die Vorrichtung 1 ist nicht als CVD-Reaktor ausgelegt.
Die Vorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Hauptgehäuse 4, das im Inneren eine Prozesskammer 6 definiert. Benachbart zum Hauptgehäuse 4 ist ein Schaltkasten 7 dargestellt, der alternativ auch in dem Hauptgehäuse 4 integriert sein kann. Das Hauptgehäuse 4 besteht aus einem geeigneten Material, das eine thermische Isolierung der Prozesskammer zur Umgebung hin vorsieht.
Innerhalb der Prozesskammer 6 ist eine untere Siliziumstabaufnahme 10 sowie eine obere Siliziumstabaufnahme 12 vorgesehen. Die obere Siliziumaufnahme 12 ist über Halteeinheiten 14 höhenverstellbar innerhalb der Prozesskammer 6 gehalten, wie durch die Doppelpfeile in 1 dargestellt ist.
Die untere Siliziumstabaufnahme 10 ist stationär am Boden der Prozesskammer 6 vorgesehen und besteht aus einem elektrisch leitenden, den Siliziumstab nicht verunreinigenden Material, wie beispielsweise Graphit. Die untere Siliziumstabaufnahme 10 kann beispielsweise einen Aufbau besitzen wie er in der DE 20 2010 002 486 U1 beschrieben ist, die um Wiederholungen zu vermeiden zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
Die obere Siliziumstabaufnahme 12 kann im Wesentlichen denselben Aufbau besitzen. Die obere Siliziumstabaufnahme 12 ist seitlich über Halteeinheiten 14 gehalten, die höhenverstellbar an Seitenwänden der Prozesskammer 6 befestigt sind. Hierdurch kann der Abstand zwischen den Siliziumstabaufnahmen 10 und 12 in Abhängigkeit von einer Länge des Siliziumstabes 2 eingestellt werden. Hierdurch kann jeweils eine gute Kontaktierung des Siliziumstabes 2 sichergestellt werden. Insbesondere ist es möglich, dass die obere Siliziumstabaufnahme 12 über einen gewissen Hubbereich frei beweglich gehalten wird, und jeweils durch Schwerkraft von oben auf einen zwischen den Siliziumstabaufnahmen 10 und 12 aufgenommenen Siliziumstab 2 aufliegt. Im Bereich der Prozesskammer 6 sind ferner wenigstens eine Gaszuleitung 16 sowie eine Gasausleitung 17 vorgesehen. Die Gaszuleitung 16 befindet sich in einem unteren Bereich der Prozesskammer 6, während die Gasausleitung 17 in einem oberen Bereich derselben vorgesehen ist. Natürlich ist es auch möglich die Gasausleitung 17 unten und die Gaszuleitung 16 oben anzuordnen.
In der Prozesskammer 6 ist ferner eine Heizeinheit 19 vorgesehen. Die Dargestellte Heizeinheit 19 ist des Typs, der geeignet ist den Siliziumstab mittels Strahlung, d. h. kontaktlos zu erwärmen. Insbesondere kann die Heizeinheit 19 wenigstens einen IR-Strahler aufweisen. Natürlich wäre es auch möglich die Heizeinheit 19 außerhalb der Prozesskammer 6 anzuordnen, sofern die Prozesskammer 6 ein für die Strahlung der Heizeinheit 19 transparentes Fenster aufweist. Die Heizeinheit 19 könnte auch eine Kammerwand der Prozesskammer 6 erwärmen, um hierbei indirekt den Siliziumstab 2 zu erwärmen. Es wird jedoch eine direkte Strahlungserwärmung durch die Heizeinheit 19 bevorzugt, da diese am schnellsten wirkt und geregelt werden kann.
Im Schaltkasten 7 ist eine Stromversorgung vorgesehen, die einen Transformator 20 aufweist. Der Transformator 20 ist primärseitig beispielsweise mit einer einphasigen Wechselspannung von beispielsweise 400 Volt verbindbar. Sekundärseitig ist der Transformator so ausgelegt, dass er eine Leerlaufspannung im Bereich von 8 kV bis 15 kV erzeugt.
Dabei ist der Transformator als sogenannter weicher Transformator ausgebildet, der beispielsweise einen Luftspalt aufweist, und der bei steigendem Stromfluss eine steil abfallende Strom-Spannungs-Kennlinie aufweist. Der Transformator 20 ist sekundärseitig mit der unteren und oberen Siliziumstabaufnahme 10 bzw. 12 elektrisch leitend verbunden. Dabei ist die untere Siliziumstabaufnahme 10 geerdet, während an der oberen Siliziumstabaufnahme 12 die hohe Spannung anliegt. Dies kann natürlich auch umgekehrt sein.
Obwohl in 1 nur eine untere und eine obere Siliziumstabaufnahme 12 bzw. 14 dargestellt ist, sei bemerkt, dass in der Prozesskammer 6 paarweise eine Vielzahl unterer und oberer Siliziumstabaufnahme 12, 14 vorgesehen sein kann, um gleichzeitig eine Vielzahl von Siliziumstäben in der Prozesskammer 6 aufnehmen zu können. Für jedes Paar aus unterer und oberer Siliziumstabaufnahme 12, 14 kann ein eigener Transformator vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, dass die Paare aus unterer und oberer Siliziumstabaufnahme 12, 14 mit dem selben Transformator verbindbar sind, wobei eine Steuereinheit vorgesehen sein kann, die den Transformator sequentiell mit den jeweiligen Paaren verbindet, um die aufgenommenen Siliziumstäbe sequentiell zu zünden.
Nachfolgend wird der Betrieb der Vorrichtung 1 anhand der 1 näher erläutert.
Zunächst wird ein Siliziumstab 2 zwischen die Siliziumstabaufnahmen 10, 12 eingesetzt, und anschließend die Prozesskammer 6 geschlossen. Über die untere Gaszuführung 16 wird die Prozesskammer 6 mit einem Gas gespült, das den nachfolgenden Prozess nicht beeinträchtigt. Hierfür eignet sich beispielsweise N₂, H₂ oder ein anderes, inertes Gas, wie zum Beispiel Argon.
Dies wird solange fortgesetzt bis die gesamte Prozesskammer 6 mit diesem Gas gefüllt ist. Um sicherzustellen, dass dies der Fall ist, kann beispielsweise über die obere Gasausleitung 17 Gas ausgeleitet werden und ein Sensor innerhalb der Gasausleitung 17 feststellen, dass keine sonstigen Gase mehr aus der Prozesskammer 6 austreten. Zu diesem Zeitpunkt wird über die Stromversorgung, insbesondere den Transformator 20, eine Spannung im Bereich zwischen 8 kV und 15 kV zwischen der unteren Siliziumstabaufnahme 10 und der oberen Siliziumstabaufnahme 12, und somit über den Siliziumstab 2, angelegt. Dieser wird nach einer gewissen Zeit von beispielsweise 4 bis 5 Minuten anfangen Strom zu leiten. Zu diesem Zeitpunkt spricht man davon, dass der Siliziumstab gezündet hat, d. h. von einem nicht leitenden Zustand in einen leitenden Zustand übergeht.
Wenn der Siliziumstab 2 anfängt Strom zu leiten, fällt die Spannung rasch ab, und der Stromfluss steigt an. Durch den Stromfluss ergibt sich ein Widerstandsheizeffekt innerhalb des Siliziumstabes 2. Der Siliziumstab 2 wird unter Verwendung dieses Heizeffektes und gegebenenfalls der Heizeinheit 19 auf eine Temperatur im Bereich von 450°C bis 600°C erwärmt. Die Heizeinheit 19 kann den Siliziumstab 2 auch schon vor dessen Zündung erwärmen, um die Zündung zu erleichtern und den Prozess insgesamt zu beschleunigen.
Anschließend wird der Stromfluss durch den Siliziumstab 2 beendet und der Siliziumstab 2 wird innerhalb der Prozesskammer 6 auf eine Handhabungstemperatur abgekühlt. Dies kann beispielsweise durch einen erhöhten Gasfluss durch die Prozesskammer 6 beschleunigt werden. Anschließend wird der Siliziumstab 2 aus der Prozesskammer 6 entnommen und kann für eine weitere Verarbeitung in einem CVD-Reaktor zunächst zwischengelagert oder direkt in den CVD-Reaktor eingesetzt werden.
2 zeigt eine Anordnung 100 zum Durchführen eines CVD-Verfahrens. Die Anordnung 100 besteht aus einer Vorrichtung 1 wie sie zuvor beschrieben wurde, einem Siliziumstab-Zwischenlager 102 sowie einem CVD-Reaktor 105.
Das Siliziumstab-Zwischenlager 102 ist irgendeines geeigneten Typs, in dem eine Vielzahl von Siliziumstäben 2 sicher aufgenommen werden kann. Vorzugsweise sollte das Siliziumstab-Zwischenlager 102 eine Kammer aufweisen, in der eine vorbestimmte Gasatmosphäre, insbesondere eine sauerstofffreie Gasatmosphäre eingestellt werden kann. Sollten die Siliziumstäbe 2 vor ihrem Einsatz in dem CVD-Reaktor 105 nochmals behandelt, insbesondere geätzt werden, wäre dies nicht erforderlich.
Der CVD-Reaktor 105 kann irgendein CVD-Reaktor eines bekannten Typs sein, wobei die elektrische Schaltung zum Beaufschlagen von Siliziumstäben 2 innerhalb des CVD-Reaktors gegenüber einer sonst üblichen vereinfacht sein kann. Insbesondere kann eine erste Zündstufe gegebenenfalls vollständig entfallen, da einmal vorgezündete Siliziumstäbe 2 einerseits schneller und bei niedrigeren Spannungen gezündet werden können.
Wie in 2 dargestellt ist, besitzt der CVD-Reaktor 105 eine Prozesskammer 106, an deren Boden eine Vielzahl von Siliziumstabaufnahmen 108 vorgesehen ist. Diese sind jeweils geeignet einen Siliziumstab 2 freistehend aufzunehmen. Die freistehenden Siliziumstäbe 2 sind an ihren oberen Enden jeweils über Brücken 110 elektrisch miteinander verbunden, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Die Siliziumstabaufnahmen 108 können wiederum beispielsweise des oben genannten Typs sein.
Die Siliziumstabaufnahmen 108 sind paarweise, entsprechend den paarweise verbundenen Siliziumstäben, mit wenigstens zwei nicht näher dargestellten Stromversorgungseinheiten verbunden. Insbesondere ist eine Stromversorgungseinheit mit einem Transformator vorgesehen, der eine Leerlaufspannung aufweist, die ausreicht, um einen einmal gezündeten Siliziumstab erneut zu zünden. Dabei kann der Transformator eine kleinere Leerlaufspannung aufweisen als sonst üblich. Insbesondere wird ein Transformator mit einer Leerlaufspannung in einem Bereich von 6 kV bis 4 kV in Betracht gezogen. Ferner ist eine weitere Stromversorgungseinheit vorgesehen, die in der Lage ist, einen Strom durch die Siliziumstäbe 2 zu leiten, der höher ist als eine Kurzschlussspannung des Transformators.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Durchführen einer CVD-Abscheidung anhand der 2 näher erläutert.
Zunächst werden die Siliziumstäbe 2 in der oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Art und Weise vorgezündet und auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt. Anschließend werden die Siliziumstäbe 2 aus der Vorrichtung 1 entnommen und optional in dem Siliziumstab-Zwischenlager 102 aufgenommen. Dabei kann die Vorrichtung 1 hintereinander eine Vielzahl von Siliziumstäben 2 in der oben genannten Art und Weise vorzünden.
Wenn eine ausreichende Anzahl von Siliziumstäben 2 zur Bestückung eines CVD-Reaktors 105 vorgezündet ist, werden diese in den CVD-Reaktor 105 in der in 2 dargestellten Weise eingesetzt. Anschließend werden die Siliziumstäbe 2 in bekannter Art und Weise in dem CVD-Reaktor 105 behandelt.
Dadurch, dass die Siliziumstäbe 2 schon in der Vorrichtung 1 vorgezündet wurden, werden in dem CVD-Reaktor 105 kleinere Spannungen, die beispielsweise um 30% bis 40% niedriger sein können als sonst üblich, benötigt, um diese erneut zu zünden. Hierdurch ergibt sich eine wesentliche Zeitersparnis. Insbesondere werden die Siliziumstäbe über die eine Stromversorgung mit dem Transformator mit Spannung beaufschlagt, um sie zu zünden. Nach der Zündung wird dann über die andere Stromversorgung Strom durch die Siliziumstäbe geleitet, um diese auf eine Temperatur innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs, beispielsweise zwischen 900°C und 1200°C, zu erwärmen. Dann werden entsprechende Prozessgase in die Prozesskammer 106 eingeleitet, um eine Siliziumabscheidung aus einer Dampfphase auf den Siliziumstäben 2 zu bewirken. Abschließend werden die Siliziumstäbe 2 wieder abgekühlt und aus dem CVD-Reaktor entnommen.
Während die Dauer eines Vorzündungsprozess innerhalb der Vorrichtung 1 im Minutenbereich liegt (beispielsweise bei ungefähr 10 bis 15 Minuten inklusive Handhabungszeiten), ist der CVD-Prozess innerhalb des CVD-Reaktors sehr zeitaufwendig und benötigt beispielsweise 80 bis 100 Stunden. Dadurch ist es möglich, dass die Vorrichtung 1 ausreichend Siliziumstäbe 2 für einen oder mehrere CVD-Reaktoren vorzünden kann, insbesondere wenn mehrere Siliziumsstäbe 2 gleichzeitig in der Vorrichtung 1 aufgenommen werden können.
Die Erfindung wurde zuvor anhand bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert, ohne auf die konkret dargestellten Ausführungsformen begrenzt zu sein. Insbesondere kann sich der Aufbau der Vorrichtung 1 aber auch des CVD-Reaktors 105 von der dargestellten Form unterscheiden.

Claims

Verfahren zum Zünden von Siliziumstäben außerhalb eines CVD-Reaktors zur Vorbereitung des Siliziumstabes für eine nachfolgende Behandlung in einem CVD-Reaktor, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Anordnen eines Siliziumstabes in einer Zündvorrichtung; Anlegen einer ersten Spannung über den Siliziumstab mittels einer ersten Stromversorgungseinheit, wobei die Spannung ausreicht den Siliziumstab zu zünden; Leiten von Strom durch den Siliziumstab über die erste Stromversorgung um diesen auf eine Temperatur innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs zu erwärmen; und entnehmen des Siliziumstabes aus der Zündvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in der Zündvorrichtung eine Gasatmosphäre um den Siliziumstab herum erzeugt wird, die so zusammengesetzt ist, dass während des Zündens und der Erwärmung keine Reaktion zwischen dem Gas und dem Siliziumstab auftritt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Gasatmosphäre im Wesentlichen aus N₂, H₂, einem inerten Gas oder Mischungen aus zwei oder mehr der Gase besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Siliziumstab auf eine Temperatur im Bereich zwischen 400°C und 700°C, und vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich zwischen 450°C und 600°C erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Siliziumstab wenigstens teilweise durch eine vom Siliziumstab beabstandete Heizvorrichtung erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Spannung in einem Bereich zwischen 8 kV und 15 kV liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Siliziumstäbe in der Zündvorrichtung angeordnet werden und gleichzeitig oder sequentiell mit der ersten Spannung beaufschlagt werden, um sie zu zünden und sie optional zu erwärmen.
Verfahren zum Abscheiden von Silizium auf einem Siliziumstab, wobei das Verfahren zunächst ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist, gefolgt durch die folgenden Schritte: Anordnen einer Vielzahl von zuvor gezündeten und optional erwärmten Siliziumstäben in einem CVD-Reaktor; jeweiliges Anlegen einer zweiten Spannung über die Siliziumstäbe mittels einer zweiten Stromversorgungseinheit, um diese im CVD-Reaktor zu zünden; jeweiliges Anlegen einer dritten Spannung über die Siliziumstäbe, um die Siliziumstäbe auf eine Temperatur in einem vorbestimmten weiteren Temperaturbereich zu erwärmen, wobei die zweite Spannung niedriger ist als die erste Spannung; Erzeugen einer Gasatmosphäre in dem CVD-Reaktor, die eine Abscheidung von Si auf dem Siliziumstab innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die dritte Spannung niedriger ist als die zweite Spannung.