DE102010045041A1

DE102010045041A1 - CVD-Reaktor/Gaskonverter und Elektrodeneinheit hierfür

Info

Publication number: DE102010045041A1
Application number: DE201010045041
Authority: DE
Inventors: Frank Grundmann
Original assignee: Centrotherm Sitec GmbH
Current assignee: Centrotherm Sitec GmbH
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2012-03-15
Also published as: TW201217573A; WO2012031722A1

Abstract

Es ist ein CVD-Reaktor/Gaskonverter, ein Verfahren zur Dampfabscheidung oder Gasumwandlung, sowie eine Elektrodeneinheit beschrieben. Der CVD-Reaktor/Gaskonverter weist ein Gehäuse auf, das im Inneren eine Prozesskammer bildet und das eine Gehäusewand mit wenigstens zwei Durchführungen aufweist. Wenigstens ein Paar aus voneinander beabstandeten ersten Elektrodeneinheiten, die jeweils einen in der Prozesskammer angeordneten Kontaktteil und einen sich durch eine jeweilige Durchführung in der Gehäusewand hindurch erstreckenden Verbindungsteil aufweisen, sowie wenigstens ein Paar aus voneinander beabstandeten zweiten Elektrodeneinheiten, die sich jeweils vollständig innerhalb des Gehäuses befinden, sind vorgesehen. Ein elektrisch leitendes Brückenelement, verbindet das Paar aus zweiten Elektrodeneinheiten innerhalb des Gehäuses. Bei dem Verfahren zur Dampfabscheidung oder Gasumwandlung wird eine Vielzahl von Stäben und Verbindungselementen oder von miteinander verbundenen Stabpaaren in einer Prozesskammer derart angeordnet, dass zwei erste Elektrodeneinheiten über die Stäbe und Verbindungselemente oder die Stabpaare und wenigstens ein Paar der zweiten Elektrodeneinheiten elektrisch in Reihe verbunden werden. Es wird eine gewünschte Gasatmosphäre innerhalb der Prozesskammer eingestellt und eine Spannung zwischen den zwei ersten Elektrodeneinheiten angelegt, um einen Stromfluss durch die Stäbe und Verbindungselemente oder die Stabpaare zu erreichen. Die Elektrodeneinheit ist zum Einsatz in einem CVD-Reaktor/Gaskonverter mit einem Gehäuse vorgesehen, das im Inneren eine Prozesskammer bildet und eine Gehäusewand mit wenigstens einer Durchführung besitzt. Die Elektrodeneinheit weist einen elektrisch leitenden Kontaktteil, einen mit dem Kontaktteil verbundenen, elektrisch leitenden Verbindungsteil, und ein elektrisch leitendes Plattenelement mit einem Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser der Durchführungen. Das Plattenelement ist von außen derart an der die Durchführungen aufweisenden Gehäusewand befestigbar ist, dass es eine jeweilige Durchführung abdichtet, und den Verbindungsteil der Elektrodeneinheit in elektrisch leitender Beziehung direkt oder indirekt trägt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen CVD-Reaktor/Gaskonverter, ein Verfahren zur Dampfabscheidung oder Gasumwandlung in einem solchen Reaktor, sowie eine Elektrodeneinheit zum Einsatz in einem CVD-Reaktor/Gaskonverter, insbesondere einem Silizium-Abscheidereaktor, oder einem Hochtemperatur-Gaskonverter.
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 Siliziumdünnstäbe in den Reaktoren aufgenommen, auf denen dann während eines Abscheideprozesses Silizium abgeschieden wird. Die Siliziumdünnstäbe werden dabei 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 Siliziumdünnstäbe über elektrisch leitende Brücken miteinander verbunden, um einen Stromkreis bilden zu können. Die Siliziumdünnstäbe werden während des Abscheideprozesses durch einen Stromfluss bei vorgegebener Spannung mittels Widerstandsheizung auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt, bei der eine Abscheidung von Silizium aus einer Dampf- oder Gasphase auf den Siliziumdünnstäben stattfindet. Die Abscheidetemperatur liegt hier üblicherweise bei 900–1350°C und insbesondere bei 1100–1200°C, kann aber auch bei anderen Temperaturen liegen.
Die Spann- und Kontaktierungsvorrichtungen können, wie beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten, auf die Anmelderin zurückgehenden DE 20 2010 002 486.2 beschrieben, aus einem mehrfach einsetzbaren Grundelement und einer Spanneinheit bestehen, bei der die Spanneinheit ein festes Klemmen und eine feste elektrische Kontaktierung des Siliziumdünnstabes vorsieht. Das Grundelement und die Spanneinheit können beispielsweise aus reinem Kohlenstoff oder Graphit bestehen. Das Grundelement kann beispielsweise im Schnitt eine H-Konfiguration besitzen, und einerseits mit einer Elektrodeneinheit und andererseits mit der Spanneinheit in elektrisch leitendem Kontakt stehen. Es ist aber auch möglich, dass die Spanneinheit direkt einen in der Prozesskammer angeordneten Teil der Elektrodeneinheit kontaktiert. Solche Elektrodeneinheiten weisen jeweils einen in der Prozesskammer angeordneten Kontaktteil sowie einen durch eine Wand der Prozesskammer nach außen geführten Verbindungsteil auf.
Ferner sind in der Halbleitertechnik auch Hochtemperatur-Gasumwandler, nachfolgend als Konverter bezeichnet, bekannt, welche Gase zum Beispiel für CVD-Abscheideprozesse, wie beispielsweise das oben beschriebene Siemens-Verfahren aufbereiten. Bei einem Typ eines Konverters sind Graphitstäbe (oder auch Stäbe aus reinem Kohlenstoff) als Widerstandsheizelemente innerhalb einer Prozesskammer angeordnet, die an ihrer Unterseite über eine Elektrodeneinheit kontaktiert werden. Die hierfür verwendeten Elektrodeneinheiten weisen wiederum jeweils einen in der Prozesskammer angeordneten Kontaktteil sowie einen durch eine Wand der Prozesskammer nach außen geführten Verbindungsteil auf. Für eine Hochtemperatur Gasumwandlung werden die Graphitstäbe auf den erforderlichen Temperaturbereich, beispielsweise auf 1400°C erhitzt. In die Prozesskammer eingeleitete Gase werden dann bei den hohen Temperaturen umgewandelt. Als ein Beispiel sei hier die Umwandlung von SiCL₄ (Silizium-Tetrachlorid) und H₂ (Wasserstoff) in SiHCL₃ (Trichlorsilan) und HCL (Chlorwasserstoff) genannt. Das Trichlorsilan wird in der Regel als Prozessgas für die Siliziumabscheidung verwendet.
In beiden Reaktortypen ist es erforderlich hohe Ströme durch die in der Prozesskammer befindlichen Stäbe (Silizium-Dünnstab/Graphitstab) zu leiten. Die Elektrodeneinheiten müssen daher jeweils für entsprechend hohe Ströme und auch für die in den Prozesskammern herrschenden Temperaturen ausgelegt sein.
Aufgrund der verwendeten Prozessatmosphären ist es ferner jeweils erforderlich im Bereich der Elektrodendurchführungen entsprechende Dichtungen, die ein Austreten von Gasen auch bei den hohen Temperaturen sicher verhindern, zu verwenden. Bei bekannten Elektrodeneinheiten, wie sie beispielsweise in der auf die Anmelderin zurückgehenden, nicht vorveröffentlichten DE 10 2010 013 043.5 beschrieben sind, werden kammerseitig Dichtungen, beispielsweise aus PTFE zwischen einem Kragen des Verbindungsteils der Elektrodeneinheit und der Bodenwand der Prozesskammer eingelegt. Anschließend werden die Elektrodeneinheiten von außen verspannt und gegen die Dichtungen gezogen. Hierdurch ist einerseits der Aufbau der Verbindungsteile und der Durchführungen in der Bodenwand der Prozesskammer aufwändig und andererseits auch der Montageaufwand relativ hoch. Ferner ergibt sich das Problem, dass das Dichtmaterial wie beispielsweise PTFE, sich über die Lebenszeit der Dichtung insbesondere in Anbetracht der Temperaturen in den Prozesskammern hinweg verändert, insbesondere durch eine Fließbewegung dünner wird. Daher kann es erforderlich sein, die Elektrodeneinheiten in regelmäßigen Intervallen nachzuziehen. Dies ist jedoch sehr zeitaufwendig, da CVD-Reaktoren/Konverter in der Regel sehr viele Elektrodeneinheiten des obigen Typs besitzen. Darüber hinaus ist der Zugriff auf entsprechende Spannschrauben unterhalb des Bodens des CVD-Reaktors/Konverters in der Regel schwer zugänglich. Darüber hinaus müssen die PTFE Dichtungen aufwändig gekühlt werden, da sie den hohen Temperaturen nicht widerstehen könnten, was bei der oben genannten Elektrodeneinheit über eine interne Wasserkühlung der Verbindungsteile der Elektrodeneinheiten erfolgt.
Ferner finden in den Reaktoren jeweils Prozesse statt, die durch Metalle in der. Elektrode, insbesondere Kupfer, beeinträchtigt werden können. Insbesondere kann es zu unerwünschten Metallkontaminationen durch das Elektrodenmaterial kommen. Um den jeweiligen Prozess (Silizium-Abscheideprozess/Gasumwandlung) nicht zu beeinträchtigen, muss daher wenigstens der Teil der Elektrodeneinheit, der dem Prozessgas in der Prozesskammer ausgesetzt ist, aus einem Material bestehen, das die Prozesse nicht beeinträchtigt. Obwohl üblicherweise Kupfer als Leiter für Elektroden eingesetzt wird, würde Kupfer innerhalb der Prozesskammer zu unerwünschten Verunreinigungen führen. Daher ist es beispielsweise bekannt, Kupferelektroden mit einer Silberbeschichtung zu versehen, um Verunreinigungen innerhalb der Prozesskammer zu vermeiden. Dabei ergibt sich jedoch das Problem, dass sich diese Beschichtungen abnutzen können, und nach einer Zeit ggf. wiederum Kupfer innerhalb der Prozesskammer freiliegt, und zu unerwünschten Verunreinigungen führt.
Bei einer alternativen Lösung wurde eine Elektrodeneinheit vorgeschlagen, bei der die Elektrode vollständig aus Silber besteht. Eine solche Elektrode löst zwar die Problematik von elektrodenverursachten Verunreinigungen innerhalb der Prozesskammer, führt allerdings zu sehr hohen Kosten, da die Elektrode eine gewisse Länge aufweisen muss, um sich durch die Bodenwand des CVD-Reaktors/Konverters hindurch zu erstrecken, und auch eine gewisse Größe benötigt, um die erforderlichen Ströme bereitstellen zu können.
Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen alternativen CVD-Reaktor/Gaskonverter, ein alternatives Verfahren zur Dampfabscheidung oder Gasumwandlung in einem solchen CVD-Reaktor/Gaskonverter und eine alternative Elektrodeneinheit zum Einsatz in einem solchen CVD-Reaktor/Gaskonverter vorzusehen, die wenigstens eines der zuvor genannten Probleme überwindet.
Erfindungsgemäß ist ein CVD-Reaktor/Gaskonverter nach Anspruch 1, ein Verfahren zur Dampfabscheidung oder Gasumwandlung in einem solchen CVD-Reaktor/Gaskonverter nach Anspruch 8 und eine Elektrodeneinheit nach Anspruch 11 vorgesehen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Insbesondere ist ein CVD-Reaktor/Gaskonverter vorgesehen, der ein Gehäuse aufweist, das im Inneren eine Prozesskammer bildet und das eine Gehäusewand mit wenigstens zwei Durchführungen aufweist. Es ist wenigstens ein Paar aus ersten Elektrodeneinheiten vorgesehen, die voneinander beabstandet sind und jeweils einen in der Prozesskammer angeordneten Kontaktteil und einen sich durch eine jeweilige Durchführung in der Gehäusewand hindurch erstreckenden Verbindungsteil aufweisen. Ferner ist ein Paar aus zweiten Elektrodeneinheiten vorgesehen, die voneinander beabstandet sind und jeweils vollständig innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, sowie ein elektrisch leitendes Brückenelement, das das Paar aus zweiten Elektrodeneinheiten innerhalb des Gehäuses elektrisch verbindet. Somit sind wenigstens zwei erste Elektrodeneinheiten vorgesehen, über die von außen her ein Strom in die Prozesskammer eingeleitet werden kann. Ferner sind wenigstens zwei Elektrodeneinheiten vorgesehen, die vollständig innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, und somit keine eigenständige elektrische Verbindung aus dem Gehäuse heraus vorsehen. Bei einer solchen Anordnung ist es möglich, die zwei ersten Elektrodeneinheiten über die zweiten Elektrodeneinheiten über in der Prozesskammer angeordnete Stäbe, wie beispielsweise Siliziumstäbe, in Reihe zu verbinden. So ist es z. B. möglich, eine erste Elektrodeneinheit über ein Siliziumstabpaar oder ein Graphitstabpaar mit entsprechender Brücke aus Silizium oder Grafit mit einer zweiten Elektrodeneinheit zu verbinden, während die andere der zweiten Elektrodeneinheiten dann über ein entsprechendes Siliziumstabpaar oder ein entsprechendes Graphitstabpaar mit Brücke aus Silizium oder Graphit mit der anderen ersten Elektrodeneinheit verbunden wird. Die beiden zweiten Elektrodeneinheiten können beispielsweise über ein Brückenelement aus Grafit oder aus einem siliziumnitridbeschichteten geeigneten elektrischen Leiter miteinander verbunden werden, so dass sie etwa auf gleichem elektrischen Potential liegen. Somit ergibt sich eine Reihenschaltung zwischen den beiden ersten Elektrodeneinheiten über die Siliziumstabpaare, die zweiten Elektrodeneinheiten sowie das Brückenelement.
Dadurch, dass die zweiten Elektrodeneinheiten vollständig innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und über das Brückenelement elektrisch leitend verbunden sind, können Durchführungen im Bereich dieser Elektrodeneinheiten entfallen, was den Aufbau des CVD-Reaktors/Gaskonverters wesentlich vereinfacht. Insbesondere wird natürlich auch die Wartung vereinfacht, da sich die Anzahl der gegebenenfalls nachzuziehenden Elektrodeneinheiten verringert, während der Platz durch das Fehlen einiger Durchführungen insgesamt großzügiger wird.
Je nach Aufbau der Stromquelle ist es möglich, mehrere Paare aus zweiten Elektrodeneinheiten vorzusehen, die in Serie aus einem Paar aus ersten Elektrodeneinheiten in der obigen Art und Weise in Reihe geschaltet werden können.
Vorzugsweise ist wenigstens eine thermische und/oder eine elektrische Isolierung zwischen den ersten und zweiten Elektrodeneinheiten und dem Gehäuse vorgesehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens die gegenüber dem Prozessraum freiliegenden Teile der ersten Elektrodeneinheiten, der zweiten Elektrodeneinheiten und/oder des Brückenelements aus einem Material, insbesondere Graphit, das keine Verunreinigungen für einen Prozess im CVD-Reaktor/Gaskonverter bildet. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Prozess nicht beeinträchtigt wird. Graphit eignet sich insbesondere deshalb, weil es auch bei hohen Temperaturen eine entsprechende Formbeständigkeit aufweist. Insbesondere wenn zwischen den Elektrodeneinheiten und der in der Regel gekühlten Gehäusewand eine thermische Isolierung vorgesehen ist, werden die entsprechenden Bauteile nicht gekühlt und sind den Prozesstemperaturen ausgesetzt.
Um eine unnötige Wärmeabfuhr über das Gehäuse zu vermindern, ist wenigstens die die Durchführungen aufweisende Gehäusewand wenigstens teilweise mit einem thermisch isolierenden Medium, wie beispielsweise mit Graphitfilz abgedeckt ist, wobei das thermisch isolierende Medium in dem Bereich zwischen den ersten Elektrodeneinheiten und den zweiten Elektrodeneinheiten nicht durchgängig ist und in diesem Bereich wenigstens ein elektrisch isolierendes Material, wie beispielsweise Quarzglas, vorgesehen ist. Durch den Graphitfilz selbst wird eine thermische Isolierung und somit eine unnötige Wärmesenke im Bereich der Gehäusewand vermieden oder zumindest verringert. Darüber hinaus kann eine entsprechende Kühlung der Gehäusewand entweder ganz entfallen oder der Kühlungsaufwand gegenüber einem System ohne Graphitfilz wesentlich verringert werden. Das elektrisch isolierende Material zwischen ersten und zweiten Elektrodeneinheiten soll einen Kurzschluss zwischen den beiden Elektrodeneinheiten vermeiden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die ersten Elektrodeneinheiten jeweils ein Plattenelement mit einem Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser der Durchführungen, wobei das Plattenelement jeweils von außen derart an der die Durchführungen aufweisenden Gehäusewand befestigt ist, dass es eine jeweilige Durchführung abdichtet und wobei das Plattenelement vorzugsweise den Verbindungsteil der Elektrodeneinheit in elektrisch leitender Beziehung direkt oder indirekt trägt. Durch das Vorsehen eines außen liegenden Plattenelements, das die Durchführungen von außen her abdichtet, ist der Dichtungsbereich weiter vom Prozessraum entfernt, und daher nicht den hohen Temperaturen ausgesetzt, was eine verbesserte Abdichtung vorsehen kann.
Darüber hinaus ist ein solches Plattenelement einfach an der Gehäusewand befestigbar. Vorzugsweise ist wenigstens ein elektrisch isolierendes Dichtungselement zwischen dem Plattenelement und einer Außenseite der Gehäusewand vorgesehen. Hierdurch ist das Plattenelement elektrisch gegen über der Gehäusewand isoliert, da das Plattenelement selbst ja in elektrisch leitender Beziehung zu dem Verbindungsteil der Elektrodeneinheit liegt und somit auf einer elektrischen Vorspannung liegen kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ferner eine mit dem Plattenelement in Verbindung stehende Kühleinheit vorgesehen, um eine zu starke Erwärmung des Plattenelements und somit des Dichtungsbereichs zwischen Plattenelement und Gehäusewand zu vermeiden. Eine solche könnte über einen Wärmeabfluss aus dem Prozessraum durch den in der Prozesskammer angeordneten Kontaktteil und den sich durch die Durchführung in der Gehäusewand hindurch sich erstreckenden Verbindungsteil entstehen. Eine solche Kühlung des Plattenelements ist insbesondere von Vorteil, wenn die Bauteile der ersten Elektrodeneinheit thermisch gegenüber der normalerweise gekühlten Gehäusewand mit Durchführungen isoliert sind.
Bei dem Verfahren zur Dampfabscheidung oder Gasumwandlung in einem CVD-Reaktor/Gaskonverter des obigen Typs wird eine Vielzahl von Stäben und Verbindungselementen oder von miteinander verbundenen Stabpaaren in der Prozesskammer derart angeordnet, dass zwei erste Elektrodeneinheiten über die Stäbe und Verbindungselemente, oder die Stabpaare und wenigstens ein Paar der zweiten Elektrodeneinheiten elektrisch in Reihe verbunden werden.
Anschließend wird eine gewünschte Gasatmosphäre innerhalb der Prozesskammer eingestellt und eine Spannung zwischen den zwei ersten Elektrodeneinheiten angelegt, um einen Stromfluss durch die Stäbe und Verbindungselemente oder die Stabpaare zu erreichen und diese hierdurch zu erwärmen. In dieser Art und Weise kann auf einfache und kostengünstige Weise eine entsprechende Behandlung innerhalb der Prozesskammer stattfinden. Vorzugsweise sind die Stäbe und Verbindungselemente oder die Stabpaare aus Silizium und die Gasatmosphäre enthält Silizium, insbesondere Trichlorsilan, um eine Abscheidung von Silizium auf den Stäben und Verbindungselementen oder den Stabpaaren zu bewirken.
Die Elektrodeneinheit zum Einsatz in einem CVD-Reaktor/Gaskonverter mit einem Gehäuse, das im Inneren eine Prozesskammer bildet und das eine Gehäusewand mit wenigstens einer Durchführung aufweist, besitzt, insbesondere einen elektrisch leitenden Kontaktteil, einen mit dem Kontaktteil verbundenen, elektrisch leitenden Verbindungsteil, wobei der Verbindungsteil eine Länge aufweist, die größer ist als die Durchführung in der Gehäusewand, und ein elektrisch leitendes Plattenelement mit einem Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Durchführungen, wobei das Plattenelement jeweils von außen derart an der die Durchführungen aufweisenden Gehäusewand befestigbar ist, dass es eine jeweilige Durchführung abdichtet, und das Plattenelement vorzugsweise den Verbindungsteil der Elektrodeneinheit in elektrisch leitender Beziehung direkt oder indirekt trägt. Eine solche Elektrodeneinheit ermöglicht die schon oben genannten Vorteile. Vorzugsweise ist wenigstens ein elektrisch isolierendes Dichtungselement zur Anordnung zwischen dem Plattenelement und der Gehäusewand vorgesehen. Um den Prozess innerhalb des CVD-Reaktors/Gaskonverters nicht zu beeinträchtigen, bestehen wenigstens die freiliegenden Teile des Kontaktteils und/oder des Verbindungsteils der Elektrodeneinheit aus einem Material, wie insbesondere Graphit, welches keine Verunreinigungen für einen Prozess im CVD-Reaktor/Gaskonverter bildet. Vorzugsweise weist das Plattenelement Durchführungen zum Durchleiten eines Kühlfluids auf, um eine entsprechende Kühlung des Plattenelements vorsehen zu können, um zu verhindern, dass dieses zu warm wird und insbesondere eine Abdichtung zwischen dem Plattenelement und der Gehäusewand beeinträchtigt.
Vorzugweise weist ein CVD-Reaktor/Gaskonverter mit einem Gehäuse, das im Inneren eine Prozesskammer bildet und das eine Gehäusewand mit wenigstens einer Durchführung aufweist, wenigstens eine Elektrodeneinheit des obigen Typs auf, wobei das Plattenelement eine jeweilige Durchführung abdichtet.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht durch einen Zentralbereich eines CVD-Reaktors/Gaskonverters
2 eine vergrößerte Ansicht eines Teilbereichs der 1;
3 eine vergrößerte Detailansicht eines Teilbereichs der 1, die den Bereich einer ersten Elektrodeneinheit zeigt;
4 eine vergrößerte Teilansicht einer Elektrodeneinheit, ähnlich 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform;
5 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Paars zweiter Elektrodeneinheiten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6 eine vergrößerte Detailansicht einer zweiten Elektrodeneinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
7 eine schematische Schnittansicht eines Paares von zweiten Elektrodeneinheiten gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung verwendete Begriffe, wie oben, unten, rechts, links etc. beziehen sich auf die Darstellung in den Figuren und sind nicht einschränkend zu sehen, obwohl sie eine bevorzugte Ausrichtung darstellen können.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht durch einen CVD-Reaktor, der in der dargestellten Form als Silizium-Abscheidereaktor ausgebildet ist.
In der Ansicht gemäß 1 ist eine Bodenwand 3 eines ansonsten nicht weiter dargestellten Gehäuses des CVD-Reaktors 1 dargestellt. Oberhalb der Bodenwand 3 wird somit eine Prozesskammer des CVD-Reaktors gebildet, die in geeigneter Weise durch die nicht weiter dargestellten Gehäusewände zur Umgebung hin abgedichtet ist.
Ferner sind in 1 erste und zweite Elektrodeneinheiten 5 und 6 zu erkennen, die in größerer Einzelheit auch noch in den 2 und 3 zu erkennen sind.
Benachbart zu der Bodenwand 3 ist darüber hinaus eine Isoliereinheit 8, sowie eine Anordnung von Siliziumstäben 10 zu erkennen. Die Bodenwand 3 kann eines im Wesentlichen bekannten Typs sein, der interne Kühldurchlässe zur aktiven Kühlung der Bodenwand 3 aufweist. Ferner sind in der Bodenwand 3 Durchführungen 14 zur Durchführung der ersten Elektrodeneinheiten ausgebildet, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Im Bereich der zweiten Elektrodeneinheiten 6 weist die Bodenwand 3 jeweils Vertiefungen 16 auf.
Die ersten Elektrodeneinheiten 5, von denen eine vergrößert in 3 dargestellt ist, weisen jeweils einen in der Prozesskammer des CVD-Reaktors liegenden Kontaktteil 18, einen Verbindungsteil 19, sowie ein Plattenelement 20 auf.
Der Kontaktteil 18 der ersten Elektrodeneinheit 5 besteht aus einem elektrisch leitenden Material und steht in elektrisch leitender Kontaktbeziehung zu dem Verbindungsteil 19, das ebenfalls aus einem elektrisch leitenden Material besteht. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform bestehen sowohl das Kontaktteil 18 als auch das Verbindungsteil 19 aus Graphit, da dieses einen Silizium-Abscheideprozess innerhalb des Prozessraums nicht beeinträchtigt. Alternativ könnten diese Teile jedoch aus einem anderen geeigneten elektrisch leitendem Material aufgebaut sein. Graphit eignet sich jedoch besonders, da es den üblicherweise im Prozessraum auftretenden Temperaturen widerstehen kann.
Das Kontaktteil 18 kann lösbar an dem Verbindungsteil 19 gehalten sein und bildet eine Aufnahme für einen Siliziumstab 11 der Siliziumstabanordnung 10. Diese Aufnahme ist irgendeines geeigneten Typs, die eine elektrische Kontaktierung des Siliziumstabes 11 vorsieht und darüber hinaus einen ausreichenden Formschluss vorsieht, um den Siliziumstab 11 während eines Silizium-Abscheideprozesses in der in 1 dargestellten Position zu halten.
Der Verbindungsteil 19 besitzt in der dargestellten Ausführungsform eine T-Form mit einem Querabschnitt 22 und einem Schaftabschnitt 23. Der Querabschnitt 22 besitzt auf seiner Oberseite eine nicht näher dargestellte Vertiefung zur Aufnahme des Kontaktteils 18. Auf seiner Unterseite bildet der Querabschnitt 22 eine Auflagefläche, mit der der Verbindungsteil 19 sich wenigstens teilweise auf der Isoliereinheit 8 abstützen kann, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, um den Verbindungsteil 19 in seiner dargestellten Ausrichtung zu halten. Alternativ ist es jedoch auch möglich, auf den Querabschnitt 22 zu verzichten.
Der Schaftabschnitt 23 des Verbindungsteils 19 besitzt eine Länge, die größer ist als die Durchführöffnung 14 in der Bodenwand 3. Ferner besitzt der Schaftteil einen Durchmesser der kleiner ist als die Durchführöffnung 14 in der Bodenwand 3. An seinem unteren Ende besitzt der Schaftabschnitt 23 eine Ausnehmung 25 zur Aufnahme eines Kontaktzapfens 27 des Plattenelements 20, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
Das Plattenelement 20 besteht aus einem Plattenkörper 26, dem zuvor genannten Kontaktzapfen 27, sowie einem Kontaktzapfen 28. Der Plattenkörper 26 sowie die Kontaktzapfen 27, 28 sind jeweils aus einem elektrisch leitenden Material aufgebaut. Während der Plattenkörper 26 bevorzugt aus Stahl besteht, können die Kontaktzapfen beispielsweise aus Kupfer bestehen. Es ist aber auch möglich für diese Elemente unterschiedliche Materialien zu verwenden.
Der Plattenkörper 26 besitzt einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Durchführung 14 in der Bodenwand 3. Der Plattenkörper 26 weist wenigstens eine interne Leitung auf, durch die ein Kühlfluid hindurchgeleitet werden kann, wie durch Kühlfluidzu- bzw. ableitungen 30 dargestellt ist. Der Plattenkörper 26 weist ferner Durchführungen 32 zur Durchführung von Befestigungselementen 33 auf. Die Durchführungen 32 sind in einem Bereich des Plattenkörpers 26 ausgebildet, die außerhalb eines Projektionsbereichs der Durchführungen 14 der Bodenwand 3 liegen, um eine Befestigung des Plattenkörpers 26 an der Bodenwand 3 durch die Befestigungselemente 33 zu erlauben, wie am besten in 3 zu erkennen ist. Im Bereich der Durchführungen 32 sind elektrisch isolierende Hülsen, wie beispielsweise PTFE-Hülsen vorgesehen, um das Befestigungselement 33 gegenüber dem Plattenkörper 26 elektrisch zu isolieren. Ferner ist an der Unterseite des Plattenkörpers 26 ebenfalls ein elektrisch isolierendes Element vorgesehen, um auch in diesem Bereich eine elektrische Isolierung zu dem Befestigungselement 33 vorsehen zu können.
Ferner ist zwischen Plattenkörper 26 und einer Unterseite der Bodenwand 3 eine elektrisch isolierende Dichtung 35 vorgesehen. Diese Dichtung 35 besteht beispielsweise aus PTFE und sieht neben einer elektrischen Isolierung zwischen Plattenkörper 26 und Bodenwand 3 auch eine Dichtungsfunktion vor, um den Prozessraum des CVD-Reaktors gegenüber der Umgebung abzudichten.
Der Kontaktzapfen 27 ist in geeigneter Weise in einer festen räumlichen Beziehung an einem Plattenkörper 26 angebracht oder auch integral hiermit ausgebildet. Der Kontaktzapfen 27 ist an die Abmessung der Ausnehmung 25 im Schaftabschnitt 23 des Verbindungsteils 19 angepasst, um eine eng passende Aufnahme vorzusehen. Hierdurch soll einerseits eine gute elektrische Kontaktierung und andererseits eine mechanische Stabilität zum Halten des Verbindungsteils 19 in einer vorbestimmten Ausrichtung vorgesehen werden. Insbesondere können der Kontaktzapfen und die Ausnehmung 25 so ausgebildet sein, dass zwischen ihnen eine Schraubverbindung oder auch eine Bajonettverbindung möglich ist. Der Kontaktzapfen 28 ist in gegenüberliegender Beziehung zu dem Kontaktzapfen 27 an einem Plattenkörper 26 in elektrisch leitender Art und Weise angebracht. Der Kontaktzapfen 28 dient zur externen elektrischen Kontaktierung der ersten Elektrodeneinheit 5. Alternativ wird der Fachmann erkennen, dass eine entsprechende elektrische Kontaktierung auch in anderer Weise über einen Plattenkörper 26 erfolgen kann.
Die zweite Elektrodeneinheit 6 dient ebenfalls zur Aufnahme eines entsprechenden Siliziumstabes 11 der Siliziumstabanordnung 10. Hierzu weist die zweite Elektrodeneinheit 6, die in größerer Einzelheit in 2 zu erkennen ist, ein Kontaktteil 38 sowie ein Stabilisierungsteil 39 auf. Der Kontaktteil 38 kann in der selben Art und Weise aufgebaut sein, wie der Kontaktteil 18 der ersten Elektrodeneinheit 5. Insbesondere besitzt das Kontaktteil 38 eine entsprechende Aufnahme für einen Siliziumstab 11, die so bemessen ist, dass eine gute elektrische Kontaktierung des Siliziumstabes 11 sowie ein entsprechender mechanischer Halt hierfür vorgesehen wird.
Auch der Stabilisierungsteil 39 kann im Wesentlichen ähnlich dem Verbindungsteil 19 der ersten Elektrodeneinheit 5 aufgebaut sein. Jedoch muss das Stabilisierungsteil 39 kürzer ausgebildet sein, da es sich nicht durch die Bodenwand 3 hindurch erstrecken soll, und benötigt an seinem unteren Ende auch keine Ausnehmung zur Aufnahme eines Kontaktzapfens. Das Stabilisierungsteil 39 kann eine entsprechende Aufnahme für das Kontaktteil 38 aufweisen, um in dieser eine elektrische Kontaktierung zwischen den beiden Elementen vorzusehen und das Kontaktteil 39 mechanisch zu halten.
Darüber hinaus weist das Stabilisierungsteil 39 eine nicht näher dargestellte Aufnahme für eine elektrisch leitende Verbindungsbrücke 40 auf. Diese Verbindungsbrücke 40 ist am besten in 1 zu erkennen. Sie erstreckt sich zwischen einem Paar der zweiten Elektrodeneinheiten 6 und verbindet diese elektrisch, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
Die Isoliereinheit 8 besteht aus thermischen Isolierelementen 41, 42 und 43, sowie elektrischen Isolierelementen 45, 46 und 47.
Die thermischen Isolierelemente 41–43 können beispielsweise jeweils aus Graphitfilz oder einem anderen geeigneten Material bestehen, das einerseits den hohen Temperaturen innerhalb des CVD-Reaktors widerstehen kann, und andererseits keine Verunreinigungen in den CVD-Prozess einführt.
Das thermische Isolierelement 41 besitzt eine Hülsenform mit einem Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Durchführungen 14 in der Bodenwand 3, sowie eine Länge, die etwas größer ist als die Länge der Durchführungen 14. Ferner besitzen die thermischen Isolierelemente 41 jeweils einen Innendurchmesser, der zur Aufnahme des Schaftteils 23 eines Verbindungsteils 19 der ersten Elektrodeneinheiten 5 bemessen ist.
Die thermischen Isolierelemente 42 besitzen jeweils eine geeignete Form zur Aufnahme in den Vertiefungen 16 der Bodenwand 3, wobei der Umfang der thermischen Isolierelemente 42 kleiner ist als ein Innenumfang der Ausnehmungen 16, wie in den 1 und 2 zu erkennen ist. Ferner besitzen die thermischen Isolierelemente 42 jeweils eine Aufnahme zur wenigstens teilweisen Aufnahme des Stabilisierungsteils 39. Die Aufnahme ist an einen entsprechenden Teil des Stabilisierungsteils 39 angepasst, um diesen möglichst eng passend aufzunehmen, und hierüber eine mechanische Stützung vorzusehen.
Die thermischen Isolierelemente 43 sind jeweils als Matten oder Platten ausgebildet und werden benachbart zur Bodenplatte 3 angeordnet. Platten sind bevorzugt, da sie eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen als Matten und formstabiler sind. Die thermischen Isolierelemente sind jeweils so zugeschnitten, dass sie zwischen den Elektrodeneinheiten 5 und 6 aufgenommen werden können. Zwischen ersten und zweiten Elektrodeneinheiten sind die Isolierelemente nicht durchgängig, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Zwischen zwei zweiten Elektrodeneinheiten kann ein entsprechendes Isolierelement hingegen durchgängig sein, wie in 1 zu erkennen ist.
Die elektrischen Isolierelemente 45 besitzen jeweils einen Hülsenteil zur Anordnung zwischen einem Innenumfang einer entsprechenden Durchführung 14 und einem Außenumfang eines darin aufgenommenen thermischen Isolierelementes 41. Ferner kann das thermische Isolierelement einen sich senkrecht zur Durchführung erstreckenden Teil aufweisen, der sich parallel zur Bodenwand 3 erstreckt, und zwar zwischen den thermischen Isolierelementen 43 und der Bodenwand 3.
Die elektrischen Isolierelemente 46 sind jeweils zur Anordnung im Bereich der Vertiefungen 16 der Bodenwand 3 ausgebildet und sind so bemessen, dass sie zwischen thermischen Isolierelementen 42 und den Wänden der Vertiefungen 16 aufnehmbar sind. Die elektrischen Isolierelemente 46 können auch jeweils einen sich im Wesentlichen zwischen den thermischen Isolierelementen 43 und der Bodenwand 3 erstreckenden Teil aufweisen. Alternativ können für diesen Bereich auch separate Isolierelemente vorgesehen werden. Die elektrischen Isolierelemente 45 und 46 bestehen beispielsweise aus entsprechenden PTFE-Elementen, können aber auch aus einem anderen geeigneten elektrisch isolierenden Material ausgebildet sein. Da die elektrischen Isolierelemente 45, 46 über die thermischen Isolierelemente 41 bis 43 jeweils gegenüber dem Prozessraum des CVD-Reaktors thermisch isoliert sind, sehen sie im Wesentlichen nur die Temperatur der Bodenwand 3 und nicht die hohen Temperaturen innerhalb des Prozessraums des CVD-Reaktors.
Die elektrischen Isolierelemente 47 erstrecken sich jeweils zwischen benachbarten thermischen Isolierelementen 43 in einem Bereich zwischen ersten und zweiten Elektrodeneinheiten 5, 6, wie in den 1 und 2 zu erkennen ist. Hierdurch soll ein elektrischer Kurzschluss zwischen ersten und zweiten Elektrodeneinheiten über das thermische Isolierelement 43 hinweg vermieden werden. Die elektrischen Isolierelemente 47 können beispielsweise aus Quarzglas bestehen. Quarzglas sieht einerseits eine gute elektrische Isolierung vor, ist ausreichend thermisch stabil und führt andererseits in den Prozess im CVD-Reaktor keine Verunreinigungen ein.
Die Siliziumstabanordnung 10 besteht jeweils aus zwei Siliziumstäben 11 und einer elektrischen Verbindungsbrücke 12. Somit werden in elektrischer Verbindung stehende Siliziumstabpaare gebildet. Dabei ist ein Siliziumstab 11 eines solchen Paares jeweils in einer ersten Elektrodeneinheit 5 aufgenommen, während der andere Siliziumstab 11 des Paares in einer zweiten Elektrodeneinheit 6 aufgenommen ist. Über die Siliziumstäbe 11 und die Brücke 12 wird somit eine Verbindung zwischen ersten und zweiten Elektrodeneinheiten 5, 6 hergestellt. Über die Verbindungsbrücke 40 zwischen zwei benachbarten zweiten Elektrodeneinheiten 6 ergibt sich somit über die Siliziumstäbe 11, die Brücken 12, die zweiten Elektrodeneinheiten 6 und die Verbindungsbrücke 40 eine Reihenschaltung zwischen zwei ersten Elektrodeneinheiten. Dabei sei bemerkt, dass die Reihenschaltung noch durch zusätzliche Paare von zweiten Elektrodeneinheiten 6 und entsprechende Siliziumstabanordnungen 10 verlängert werden kann. Dabei sind jeweils zwei der zweiten Elektrodeneinheiten paarweise elektrisch über eine entsprechende Verbindungsbrücke 40 verbunden, und gegenüber anderen ersten oder auch zweiten Elektrodeneinheiten in entsprechender Weise elektrisch isoliert. Die Verbindungsbrücke 40 kann dabei aus einem elektrisch leitenden Material wie Graphit, oder einem geeigneten siliziumnitridbeschichteten elektrisch leitenden Material bestehen. Graphit bringt keine unzulässigen Verunreinigungen in den Reaktor ein. Auf diese Art und Weise lassen sich beispielsweise acht Siliziumstabanordnungen 10 zwischen einem Paar erster Elektrodeneinheiten 5 in Reihe schalten.
Im Betrieb des CVD-Reaktors werden die Siliziumstabanordnungen 10 wie in 1 dargestellt ist, in dem Prozessraum des CVD-Reaktors angeordnet, wobei eine Vielzahl von Anordnungen, die in 1 dargestellt sind, innerhalb eines Prozessraums aufgenommen sein können. Beispielsweise können 12, 18, 24, 30 oder 36 Stabpaare 10 innerhalb eines Prozessraums aufgenommen sein. Natürlich können auch mehr oder weniger Siliziumstabanordnungen 10 vorgesehen werden, die jeweils, wie oben beschrieben, über die zweiten Elektrodeneinheiten eine Reihenschaltung zwischen zwei ersten Elektrodeneinheiten 5 bilden. Anschließend wird in dem Prozessraum eine gewünschte Gasatmosphäre eingestellt und eine Spannung zwischen den ersten Elektrodeneinheiten angelegt, um einen Stromfluss durch die Siliziumstäbe 11, die Brücken 12, die zweiten Elektrodeneinheiten und die Verbindungsbrücke 40 zu initiieren. Über die Verbindungsbrücke 40 können die Stäbe 11 und Brücken 12 mittels Widerstandsheizung erwärmt werden, um eine Abscheidung von Silizium hierauf zu ermöglichen, wie es in der Technik bekannt ist.
5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung im Bereich einer ersten Elektrodeneinheit 5. Bei dieser Ausführungsform werden dieselben Bezugszeichen verwendet wie bisher, sofern gleiche oder ähnliche Elemente beschrieben werden.
Die erste Elektrodeneinheit 5 gemäß 4 besitzt keinen separaten Kontaktteil 18, wie bei der ersten Ausführungsform, sondern nur einen Verbindungsteil 19 sowie ein Plattenelement 20. Das Plattenelement 20 ist in derselben Art und Weise aufgebaut wie zuvor beschrieben. Das Verbindungsteil 19 ist als ein gerades Schaftteil 50 ausgebildet, das in seinem unteren Ende eine Ausnehmung 52 entsprechend der Ausnehmung 25 aufweist. In seinem oberen Ende weist das Schaftteil 50 eine entsprechende Aufnahme für einen Siliziumstab 11 auf, die nicht näher dargestellt ist. Alternativ ist es jedoch auch möglich, einen separaten Kontaktteil für die Aufnahme eines Siliziumstabs 11 vorzusehen, der beispielsweise auf das Schaftteil 50 aufgesetzt werden kann.
Bei der Ausführungsform gemäß 4 ist ferner eine Isoliereinheit 8 vorgesehen, die bei dieser Ausführungsform jedoch punktuell im Bereich der ersten Elektrodeneinheit 5 vorgesehen ist, und die sich nicht über den gesamten Bereich der Bodenwand 3 erstreckt. Insbesondere weist die Isoliereinheit 8 ein thermisches Isolierelement 54 und ein elektrisches Isolierelement 55 auf. Das thermische Isolierelement besitzt einen Hülsenabschnitt, der zur Aufnahme in einer Durchführung 14 in einer Bodenwand 3 des CVD-Reaktors 1 geeignet ist. Eine innere Öffnung des Hülsenteils ist zur Aufnahme des Schaftteils 50 des Verbindungsteils 19 ausgebildet. Ferner besitzt das thermische Isolierelement 54 einen erweiterten Teil, der einen größeren Durchmesser besitzt als die Durchführung 14 in der Bodenwand 3. Insbesondere ist dieser Bereich so bemessen, dass er das elektrische Isolierelement 55 im Wesentlichen zum Prozessraum hin abdeckt, wie in 4 dargestellt ist. Das elektrische Isolierteil 55 besitzt einen Hülsenabschnitt zur Anordnung zwischen dem thermischen Isolierelement 54 und der Durchführung 14 sowie einen sich senkrecht hierzu erstreckenden Abschnitt, der sich parallel zu einer Oberfläche der Bodenwand 3 erstreckt.
5 zeigt eine alternative Ausführungsform eines CVD-Reaktors im Bereich eines Paars zweiter Elektrodeneinheiten 6. Auch bei dieser Ausführungsform werden dieselben Bezugszeichen verwendet wie zuvor, sofern die gleichen oder ähnliche Elemente beschrieben werden. Die zweiten Elektrodeneinheiten 6 gemäß 5 bestehen im Wesentlichen nur aus einem Schaftteil 58, das seitliche Aufnahmen für eine Verbindungsbrücke 40 aufweist. Die Schaftteile 58 können an ihrem oberen Ende jeweils Aufnahmen zur Aufnahme eines entsprechenden Siliziumstabes 11 aufweisen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, ein separates Kontaktteil vorzusehen, das beispielsweise auf das Schaftteil 58 aufsetzbar ist.
Auch die Isoliereinheit 8 unterscheidet sich in diesem Bereich von der zuvor dargestellten. Insbesondere ist in 5 ein thermisches Isolierelement 60, ein thermisches Isolierelement 61, sowie elektrische Isolierelemente 62 und 63 dargestellt. Das thermische Isolierelement 60 besitzt einen unteren Abschnitt, der zur Aufnahme in einer Vertiefung 16 der Bodenwand 3 bemessen ist, sowie einen oberen Abschnitt, der so bemessen ist, dass er die entsprechende Vertiefung 16 abdeckt. Der obere Abschnitt des thermischen Isolierelements besitzt eine sich konisch zur Mitte hin verjüngende Oberfläche. Das thermische Isolierelement 60 besitzt ferner eine Aufnahme, die zur Aufnahme des Schaftteils 58 der zweiten Elektrodeneinheit 6 bemessen ist, um diese zu stabilisieren. Das thermische Isolierelement ist entweder als Matte, vorzugsweise jedoch als Platte ausgebildet, die sich zwischen den zweiten Elektrodeneinheiten 6 erstreckt, und zwar insbesondere im Bereich der Verbindungsbrücke 40. Der Grund hierfür ist, dass die Verbindungsbrücke 40 durch den dort hindurch fließenden Strom erheblich erwärmen wird, so dass in diesem Bereich eine besondere thermische Abschirmung gegenüber der Bodenwand 3 vorgesehen sein sollte.
Das elektrische Isolierelement 62 ist so bemessen, dass es zwischen dem thermischen Isolierelement 60 und der Bodenwand 3 im Bereich der Vertiefung 16 aufgenommen werden kann. Ferner ist das elektrische Isolierelement 63 in Form einer Matte oder einer Platte ausgebildet, die zwischen thermischem Isolierelement 61 und Bodenwand 3 platziert werden kann.
Obwohl die thermischen Isolierelemente 60 und 61 und die elektrischen Isolierelemente 62 und 63 als separate Elemente dargestellt sind, könnten sie auch einteilig ausgebildet sein.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung im Bereich einer alternativen zweiten Elektrodeneinheit 6. Bei dieser Ausführungsform besteht die Elektrodeneinheit 6 im Wesentlichen aus einem Tragelement 67 und eifern darin aufgenommenen elektrisch leitenden Kontaktelement 68. Das Tragelement 67 muss aus einem Material sein, welches eine hinreichende mechanische und thermische Stabilität aufweist und keine Verunreinigungen in den Prozeßraum einbringt. Beispielsweise könnte das Tragelement 67 aus Graphit oder Siliziumcarbid sein, oder beispielsweise einen Quarzglaskörper oder einen Keramikkörper aufweisen, bzw. daraus bestehen. Das Tragelement 67 besitzt einen Aufnahmeraum für das Kontaktelement 68, um dieses mechanisch stabil halten zu können. Ferner weist das Tragelement 67 eine seitliche Durchführung auf, um einen Endbereich einer Verbindungsbrücke 40 aufnehmen zu können, um eine elektrische Verbindung zwischen Kontaktelement 68 und Verbindungsbrücke 40 zu erlauben. Natürlich wäre es auch möglich die Verbindungsbrücke 40 in einem Bereich außerhalb des Tragelements 67 vorzusehen. Auch kann die Verbindungsbrücke 40 von einer thermischen Isolierung 70 umgeben sein. Die thermische Isolierung 70 kann auch derart sein, dass sie die Verbindungsbrücke 40 von der Prozessgasatmosphäre abschirmt. Sie kann dabei die Aufgabe erfüllen, Kontaminationen, die durch die Verbindungsbrücke in den Prozessraum eingebracht werden könnten, zu vermeiden, oder die Verbindungsbrücke 40 vor Korrosion durch die Prozessgase schützen. Beispielsweise kann die Isolierung aus Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid bestehen.
Das Kontaktelement 68 besitzt eine nicht näher dargestellte Aufnahme zum Aufnehmen und Halten eines Siliziumstabes 11. Alternativ wäre es auch möglich, ein zusätzliches, lösbares Halteelement für einen Siliziumstab 11 vorzusehen, das beispielsweise auf das Kontaktelement 68 aufgesetzt werden kann.
Bei der Darstellung gemäß 6 ist die Verbindungsbrücke 40 von einem thermischen Isolierelement 70 umgeben. Ferner ist wiederum ein elektrisches Isolierelement 71 dargestellt, sowie ein weiteres thermisches Isolierelement 72. Das elektrische Isolierelement 71 ist zur Anordnung zwischen dem Tragelement 67 und der Bodenwand 3 insbesondere im Bereich der Vertiefung 16 bemessen. Das thermische Isolierelement 72 ist zum Abdecken des elektrischen Isolierelements bemessen.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung im Bereich eines Paars zweiter Elektrodeneinheiten 6.
Die zweiten Elektrodeneinheiten 6 bestehen wiederum im Wesentlichen nur aus einem Schaftteil 73, das an seiner Oberseite eine entsprechende Ausnehmung zur Aufnahme eines Siliziumstabes 11 aufweisen kann. Alternativ ist es auch möglich ein zusätzliches Kontaktelement vorzusehen, das auf das Schaftteil 73 aufgesetzt werden kann.
Bei der in 7 dargestellten Ausführungsform ist die Verbindungsbrücke 40 als Plattenelement ausgebildet, das Öffnungen zur Aufnahme der Schaftteile 73 aufweist. Hierdurch kann eine mechanische Stabilisierung der Schaftteile 73 über die Verbindungsbrücke 40 erreicht werden.
Ferner zeigt 7 ein thermisches Isolierelement 75 in Form eines Plattenelements, das ebenfalls Durchführungen für Schaftteile 73 der zweiten Elektrodeneinheiten aufweist. Ferner sind auch noch thermische Isolierelemente 76 vorgesehen zur wenigstens teilweisen Anordnung innerhalb der Vertiefungen 16 in der Bodenwand 3 des CVD-Reaktors 1. Ferner sind elektrische Isolierelemente 77 und 78 gezeigt, die zur Anordnung zwischen thermischem Isolierelement 76 und Bodenwand 3 bzw. thermischem Isolierelement 75 und Bodenwand 3 bemessen sind.
Obwohl auch bei dieser Ausführungsform Vertiefungen 16 im Bereich der zweiten Elektrodeneinheiten 6 dargestellt sind, sei bemerkt, dass insbesondere bei dieser Ausführungsform entsprechende Vertiefungen entfallen können, wenn die Verbindungsbrücke 40 eine ausreichende mechanische Stabilität für die Schaftteile 73 vorsieht. Dies gilt natürlich auch für die anderen Ausführungsformen, bei denen die Vertiefung 16 jeweils vorgesehen ist, um eine verbesserte mechanische Stabilität für die zweiten Elektrodeneinheiten 6 vorzusehen.
Natürlich könnte auch die Elektrodeneinheit gemäß 1 bestehend aus ersten Elektrodeneinheiten 5 und zweiten Elektrodeneinheiten 6 entsprechend in einem Konverter eingesetzt werden. Die Elektrodeneinheit gemäß 1 kann sowohl für CVD-Reaktoren als auch für Konverter mit großem Vorteil eingesetzt werden.
Dem Fachmann werden sich im Detail viele alternative Ausführungsformen ergeben, die durch die nachfolgenden Ansprüche abgedeckt sein sollen. Das Kopfteil wurde als ein homogenes Vollmaterial aus Silber beschrieben, kann aber auch aus einem anderen gut leitenden Material bestehen, das die Prozesse innerhalb des CVD-Reaktors/Konverters nicht beeinträchtigt. Auch muss das Kopfteil nicht notwendigerweise voll homogen aus dem anderen Material bestehen, da auch Materialkombinationen für das Kopfteil denkbar sind. Wichtig ist, dass der Bereich des Kopfteils, der gegenüber der Prozesskammer des CVD-Reaktors/Konverters frei liegt, dauerhaft keine Prozesse in der Prozesskammer beeinträchtigt. Insbesondere sind Kombinationen aus einem elektrischen Leiter und einem Isolator, wie zum Beispiel ein mit PTFE beschichtetes Kopfteil aus Silber denkbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202010002486 [0003]
DE 102010013043 [0006]

Claims

CVD-Reaktor/Gaskonverter der folgendes aufweist: ein Gehäuse, das im Inneren eine Prozesskammer bildet und das eine Gehäusewand mit wenigstens zwei Durchführungen aufweist; wenigstens ein Paar aus ersten Elektrodeneinheiten, die voneinander beabstandet sind und jeweils einen in der Prozesskammer angeordneten Kontaktteil und einen sich durch eine jeweilige Durchführung in der Gehäusewand hindurch erstreckenden Verbindungsteil aufweisen; wenigstens ein Paar aus zweiten Elektrodeneinheiten, die voneinander beabstandet sind und jeweils vollständig innerhalb des Gehäuses angeordnet sind; und ein elektrisch leitendes Brückenelement, das das Paar aus zweiten Elektrodeneinheiten innerhalb des Gehäuses elektrisch verbindet.
CVD-Reaktor/Gaskonverter nach Anspruch 1, der wenigstens eine thermische und/oder eine elektrische Isolierung zwischen den ersten und zweiten Elektrodeneinheiten und dem Gehäuse aufweist.
CVD-Reaktor/Gaskonverter nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens die gegenüber dem Prozessraum freiliegenden Teile der ersten Elektrodeneinheiten, der zweiten Elektrodeneinheiten und/oder des Brückenelements aus einem Material, insbesondere Graphit, bestehen das keine Verunreinigungen für einen Prozess im CVD-Reaktor/Gaskonverter bildet.
CVD-Reaktor/Gaskonverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens die die Durchführungen aufweisende Gehäusewand wenigstens teilweise mit einem thermisch isolierenden Medium, wie beispielsweise mit Graphitfilz abgedeckt ist, wobei das thermisch isolierende Medium in Bereichen zwischen den ersten Elektrodeneinheiten und den zweiten Elektrodeneinheiten nicht durchgängig ist und in diesen Bereichen wenigstens ein elektrisch isolierendes Material, wie beispielsweise Quarzglas vorgesehen ist.
CVD-Reaktor/Gaskonverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Elektrodeneinheiten jeweils ein Plattenelement mit einem Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Durchführungen, aufweisen, wobei das Plattenelement jeweils von außen derart an der die Durchführungen aufweisenden Gehäusewand befestigt ist, dass es eine jeweilige Durchführung abdichtet, und wobei das Plattenelement den Verbindungsteil der Elektrodeneinheit in elektrisch leitender Beziehung direkt oder indirekt trägt.
CVD-Reaktor/Gaskonverter nach Anspruch 3, wobei wenigstens ein elektrisch isolierendes Dichtungselement zwischen dem Plattenelement und einer Außenseite der Gehäusewand vorgesehen ist.
CVD-Reaktor/Gaskonverter nach Anspruch 3 oder 4, der ferner eine mit dem Plattenelement in Verbindung stehende Kühleinheit aufweist.
Verfahren zur Dampfabscheidung oder Gasumwandlung in einem CVD-Reaktor/Gaskonverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das die folgenden Schritte aufweist: Anordnen einer Vielzahl von Stäben und Verbindungselementen oder von miteinander verbundenen Stabpaaren in der Prozesskammer derart, dass zwei erste Elektrodeneinheiten über die Stäbe- und Verbindungselemente oder die Stabpaare und wenigstens ein Paar der zweiten Elektrodeneinheiten elektrisch in Reihe verbunden werden; Einstellen einer gewünschten Gasatmosphäre innerhalb der Prozesskammer; und Anlegen einer Spannung zwischen den zwei ersten Elektrodeneinheiten, um einen Stromfluss durch die Stäbe und Verbindungselemente oder die Stabpaare zu erreichen, um diese hierdurch zu erwärmen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Stäbe und Verbindungselemente oder die Stabpaare aus Silizium bestehen und wobei die Gasatmosphäre Silizium, insbesondere Trichlorsilan enthält, um eine Abscheidung von Silizium auf den Stäben und Verbindungselementen oder den Stabpaaren zu bewirken.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Stäbe und Verbindungselemente oder die Stabpaare aus Graphit bestehen und wobei die Gasatmosphäre Silizium, insbesondere Siliziumtetrachlorid enthält, um eine Umwandlung von Siliziumtetrachlorid in Trichlorsilan zu bewirken.
Elektrodeneinheit zum Einsatz in einem CVD-Reaktor/Gaskonverter mit einem Gehäuse, das im Inneren eine Prozesskammer bildet und das eine Gehäusewand mit wenigstens einer Durchführung aufweist, wobei die Elektrodeneinheit folgendes aufweist: einen elektrisch leitenden Kontaktteil; einen mit dem Kontaktteil verbundenen, elektrisch leitenden Verbindungsteil, wobei der Verbindungsteil eine Länge aufweist, die größer ist als die Durchführung in der Gehäusewand; und ein elektrisch leitendes Plattenelement mit einem Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Durchführungen, wobei das Plattenelement jeweils von außen derart an der die Durchführungen aufweisenden Gehäusewand befestigbar ist, dass es eine jeweilige Durchführung abdichtet, und wobei das Plattenelement den Verbindungsteil der Elektrodeneinheit in elektrisch leitender Beziehung direkt oder indirekt trägt.
Elektrodeneinheit nach Anspruch 11, die wenigstens ein elektrisch isolierendes Dichtungselement zur Anordnung zwischen dem Plattenelement und der Gehäusewand aufweist.
Elektrodeneinheit nach Anspruch 11 oder 12, wobei wenigstens die freiliegenden Teile des Kontaktteils und/oder des Verbindungsteils der Elektrodeneinheit aus einem Material, insbesondere Graphit bestehen, das keine Verunreinigungen für einen Prozess im CVD-Reaktor/Gaskonverter bildet.
Elektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Plattenelement Durchführungen zum Durchleiten eines Kühlfluids aufweist.
CVD-Reaktor/Gaskonverter mit einem Gehäuse, das im Inneren eine Prozesskammer bildet und das eine Gehäusewand mit wenigstens einer Durchführung aufweist, und wenigstens einer Elektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 14, die derart an der Gehäusewand angebracht ist, dass das Plattenelement eine jeweilige Durchführung abdichtet.