DE212009000165U1

DE212009000165U1 - Vorrichtung zur Stromversorgung eines CVD-Prozesses bei der Siliziumabscheidung

Info

Publication number: DE212009000165U1
Application number: DE212009000165U
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: AEG Power Solutions GmbH
Current assignee: AEG Power Solutions GmbH
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2012-02-10
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: WO2010066479A1

Abstract

Vorrichtung zur Stromversorgung eines thermischen CVD-Prozesses bei der Siliziumabscheidung, bei welchem auf Stabpaaren aus Siliziumdünnstäben in einem Reaktor Silizium abgeschieden wird, wobei die Heizung der Stabpaare durch Anlegen einer elektrischen Spannung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Stabpaare (2) in einer elektrischen Reihenschaltung geschaltet ist und dass jedes der Stabpaare (2) durch ein Mittel zum elektrischen überbrücken des Stabpaares (2) zumindest teilweise überbrückbar ist und dass an mindestens einem Stabpaar (2) die angelegte elektrische Spannung anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stromversorgung eines thermischen CVD-Prozesses bei der Siliziumabscheidung, bei welchem auf Stabpaaren aus Siliziumdünnstäben in einem Reaktor Silizium abgeschieden wird, wobei die Heizung der Stabpaare durch Anlegen einer elektrischen Spannung erfolgt.
In einem Reaktor zur Siliziumabscheidung, in dem ein CVD-Prozess, beispielsweise nach dem Siemens-Verfahren, stattfinden soll, stehen üblicherweise mehrere Stabpaare aus Silizium nebeneinander. Unter Stabpaaren sollen aufrecht stehende Siliziumdünnstäbe verstanden werden, die am oberen freien Ende ein Paar bildend elektrisch miteinander verbunden sind. Die unteren Enden der Stabpaare sind über Steckverbindungen mit einer Spannungsquelle verbunden. Diese Stabpaare müssen auf eine Temperatur gebracht werden, bei der der (Silizium-)Abscheidungsprozess aus der Gasphase erst möglich wird. Bei diesem Prozess wird auf den Stabpaaren Polysilizium abgelagert, wodurch ein fortschreitendes Dickenwachstum der Stabpaare stattfindet.
Das Ausgangsmaterial, Siliziumdünnstäbe, wie sie im Prozess verwendet werden, sind sehr hochohmig. Das Heizen der Siliziumdünnstäbe erfolgt elektrisch im Sinne einer Widerstandsheizung. Um mit technisch sinnvollen Spannungen zu arbeiten, wird zunächst mit einer hohen Spannung in einer Parallelschaltung der Siliziumdünnstabpaare gearbeitet. Dabei erhält jedes Stabpaar die gleiche volle Spannung. Da die Ströme in diesem Fall nur wenige Ampere betragen, ist das technisch leicht beherrschbar.
Die Ströme steigen aber mit steigendem Durchmesser der Siliziumstäbe infolge der Siliziumabscheidung und des damit sinkenden Widerstandes stark an und gleichzeitig nimmt die Spannung ab. Daraus resultiert, dass es ab einem bestimmten, durch die elektrischen Parameter vorgegebenen, Punkt auf eine Reihenschaltung der Stabpaare geschaltet wird.
Der technische Aufwand für eine derartige Umschaltung ist allerdings erheblich, weil zusätzliche Thyristorsätze, Umschalter für Parallel- und Seriellbetrieb, sowie Stromteilerdrosseln zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Stromverteilung im Parallelbetrieb vorgesehen werden müssen.
Ein wesentlicher Nachteil dieses Standes der Technik besteht darin, dass sowohl eine Schaltungsanordnung für die Betriebsart Parallelbetrieb der Stabpaare als auch eine Schaltungsanordnung für die Betriebsart Seriellbetrieb der Stabpaare, welche nur alternativ, also nicht gleichzeitig betrieben werden können, bereitgehalten werden muss.
Darüber hinaus sind entsprechende Umschaltelemente vorzusehen um von einer Betriebsart in eine andere umschalten zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei deutlich verringertem Aufwand unter Vermeidung der aufwändigen Parallel-/Seriell-Umschaltung eine schnelle und effektive Aufheizung der Stabpaare zu gewährleisten und eine gleichmäßige Belastung des Drehstromnetzes zu realisieren.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Stromversorgung eines CVD-Prozesses bei der Siliziumherstellung dadurch gelöst, dass die Stabpaare in einer elektrischen Reihenschaltung geschaltet sind und dass jedes Stabpaar durch ein Mittel zum elektrischen Überbrücken des Stabpaares zumindest teilweise überbrückbar ist und dass an mindestens einem Stabpaar die angelegte elektrische Spannung anliegt.
Die aus je zwei Siliziumdünnstäben bestehenden Stabpaare werden in einer elektrischen Reihenschaltung angeordnet, wobei die Anzahl der Stabpaare beliebig aber gleich oder größer zwei ist. Je Stabpaar ist ein Mittel zum elektrischen Überbrücken des Stabpaares parallel zum Stabpaar derart angeordnet, dass das Mittel zum elektrischen Überbrücken des Stabpaares das Stabpaar mittels einer elektrisch leitfähigen Verbindung überbrückt oder kurzschließt. Dabei kann das Überbrücken eines Stabpaares vollständig, also mit einem elektrischen Widerstand von ca. null Ohm oder nur teilweise mit einem Restwiderstand größer null Ohm erfolgen. An die in der Reihenschaltung angeordneten Stabpaare wird eine elektrische Spannung angelegt. Diese Spannung wird von der den CVD-Prozess steuernden Steuer- und Regelanordnung gesteuert.
Die Überbrückung der Stabpaare kann so gesteuert werden, dass nur ein Stabpaar nicht gebrückt ist, wobei dann die anliegende Spannung voll an dem nicht gebrückten Stabpaar anliegt. Eine andere Variante besteht darin, zwei von beispielsweise drei oder mehr Stabpaaren nicht zu überbrücken. In diesem Fall teilt sich die anliegende Spannung auf die beiden oder mehreren Stabpaare auf.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Mittel zum elektrischen Überbrücken des Stabpaares als ein mechanisches Mittel ausgeführt ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Mittel zum elektrischen überbrücken des Stabpaares als ein elektrisches Mittel ausgeführt ist.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass das elektrische Mittel als zwei antiparallel geschaltete Thyristoren ausgeführt ist.
Das Mittel zum elektrischen Überbrücken des Stabpaares kann als ein mechanisches oder elektrisches Mittel ausgeführt werden, beispielsweise als ein Schalter oder ein regelbarer Widerstand. Im Fall der Ausführung als elektrisches Mittel können ein Transistor, ein Thyristor oder zwei antiparallel geschaltete Thyristoren zum Einsatz kommen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt
1 einen Vakuumreaktor zur Durchführung eines CVD-Prozesses zur Siliziumabscheidung und
2 eine Umsetzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In 1 ist ein Reaktor 1 mit darin angeordneten Siliziumdünnstäben, dem sogenannten Stabpaar 2 schematisch und beispielhaft dargestellt. Üblicherweise wird in dem Reaktor eine Vielzahl solcher Stabpaare 2 nebeneinander angeordnet.
Das Stabpaar 2 ist oben gebrückt, z. B. mittels einer Siliziumbrücke 3 und unten in Graphit-Aufnahmen 4 eingeführt, welche mit der Spannungsversorgung 5 verbunden sind.
Der Reaktor 1 ist auf einem Sockel 6 aufgesetzt und weist eine Öffnung zur Prozessgaszuführung 7 und eine Öffnung zur Abgasabführung 8 auf.
In einem Reaktor 1 können mehrere dieser Stabpaare 2 angeordnet werden. An den Stabpaaren 2 wird das Polysilizium abgeschieden 12.
Die 2 zeigt eine Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum zeitlich wechselnden Brücken von ein oder zwei Teillasten. Unter Teillast ist nachfolgend ein Stabpaar 2 zu verstehen.
Nur schematisch dargestellt ist eine die anliegende Spannung erzeugende Anordnung 9. Diese umfasst einen Transformator 13 mit mehreren Anzapfungen und mehreren Stufen zur steuerbaren Spannungsdurchschaltung auf die geschlossenen Stabpaare 2, welche als ein aus mehreren Teillasten bestehender Lastwiderstand 10 für die Anordnung aufgefasst werden können.
Dieser Lastwiderstand 10 umfasst mehrere Stabpaare 2, wobei in der 2 beispielsweise drei Stabpaare 2 dargestellt sind.
Jedes Stabpaar 2 ist erfindungsgemäß beispielsweise mittels zweier antiparallel geschalteter Thyristoren 11 überbrückbar. Diese Thyristoren 11 werden über ihre jeweilige Steuerelektrode mittels einer nicht dargestellten Steuerung gesteuert. Anstelle der Thyristoren 11 können auch andere Überbrückungsmittel, wie Triacs, eingesetzt werden.
Für dieses Ausführungsbeispiel kann eine Überbrückung nur eines Stabpaares 2 oder aber zweier Stabpaare 2 erfolgen.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung, bei der Stabpaare 2 (Siliziumdünnstäbe) in Reihe geschaltet und mit einer Spannungsversorgung 9 verbunden werden, ist vorgesehen, dass ein Stabpaar 2 bei der Verwendung von nur zwei Stabpaaren 2 in der Reihenschaltung oder mehrere Stabpaare 2 bei der Verwendung von mehr als zwei Stabpaaren 2 in der Reihenschaltung vorübergehend überbrückt also elektrisch kurzgeschlossen werden.
Durch diese Überbrückung wird gewährleistet, dass die angelegte elektrische Spannung der gesamten Reihenschaltung an einem einzigen Stabpaar 2 anliegt und dieses somit von einem Strom durchflossen wird. Bedingt durch den durch das Stabpaar 2 fließenden Strom wird dieses Stabpaar 2 erwärmt.
Nach dem Erreichen einer vorgegebenen Temperatur für das vom Strom durchflossene erste Stabpaar 2 erfolgt ein Umschalten der Mittel zum Überbrücken der Stabpaare 2 derart, dass das nun erwärmte erste Stabpaar 2 elektrisch überbrückt wird, wobei gleichzeitig die Überbrückung eines anderen zweiten Stabpaares 2 beseitigt wird. Somit liegt die angelegte elektrische Spannung nun an dem zweiten Stabpaar 2 an, welches nun von einem Strom durchflossen wird und sich erwärmt.
Dabei wird der Umschaltvorgang derart durchgeführt, dass die angelegte elektrische Spannung nicht kurzgeschlossen wird, d. h. immer mindestens ein Lastwiderstand in Reihe zur Spannungsversorgung 9 geschaltet ist.
Nach dem Erreichen einer vorgegebenen Temperatur für das zweite Stabpaar 2 kann ein Umschalten auf ein drittes zu erwärmendes Stabpaar 2 erfolgen und so weiter, bis alle Stabpaare 2 eine vorgegebene Betriebstemperatur erreicht haben.
Nach dem Erreichen der Betriebstemperatur werden alle Überbrückungen beseitigt, so dass die anliegende Spannung über der gesamten Reihenschaltung der Stabpaare 2 anliegt.
Alternativ zu einem nacheinander erfolgenden Erwärmungsvorgang für die Stabpaare 2 kann der Erwärmungsvorgang auch derart erfolgen, dass mit einem ersten Stabpaar 2 begonnen wird und nachfolgend auf ein zweites umgeschaltet wird. Im Anschluss kann ein drittes Stabpaar 2 erwärmt oder das erste Stabpaar 2 weiter erwärmt werden, so dass die Temperatur des ersten Stabpaares 2 zumindest erhalten bleibt. Eine mögliche Fortsetzung der Steuerung könnte die Erwärmung des dritten Stabpaares 2 mit nachfolgender Erhaltung der Erwärmung des zweiten Stabpaares 2 und so weiter bis zur vorgegebenen Erwärmung aller Stabpaare 2 sein.
Das Brücken der Stabpaare 2 kann mittels Thyristoren oder mechanischen Schaltern erfolgen, welche in einem Leistungsschrank der Steuerung des CVD-Prozesses untergebracht werden können.
Infolge der durchgängigen Serienschaltung der Stabpaare 2, wobei vorzugsweise die gleiche Anzahl von Stabpaaren 2 je Vakuum-Reaktor (2, 3, 4, ...) auf einen Leistungsschrank geschaltet wird, wird eine Reduzierung des Materialeinsatzes erreicht und eine Standardisierung der Leistungsteile ermöglicht.
Auf diese Weise lassen sich die Lasten auch gleichmäßig auf das Drehstromnetz verteilen.
Die Aufheizung des Reaktors kann über einen Teil der eingesetzten Stabpaare 2 erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Reaktor
2: Siliziumdünnstäbe/Stabpaar
3: Siliziumbrücke
4: Graphit-Aufnahmen
5: Spannungsversorgung
6: Sockel
7: Öffnung zur Prozessgaszuführung
8: Öffnung zur Abgasabführung
9: Spannungserzeugungsanordnung
10: Lastwiderstand
11: Thyristoren
12: abgeschiedenes Polysilizium
13: Transformator

Claims

Vorrichtung zur Stromversorgung eines thermischen CVD-Prozesses bei der Siliziumabscheidung, bei welchem auf Stabpaaren aus Siliziumdünnstäben in einem Reaktor Silizium abgeschieden wird, wobei die Heizung der Stabpaare durch Anlegen einer elektrischen Spannung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Stabpaare (2) in einer elektrischen Reihenschaltung geschaltet ist und dass jedes der Stabpaare (2) durch ein Mittel zum elektrischen überbrücken des Stabpaares (2) zumindest teilweise überbrückbar ist und dass an mindestens einem Stabpaar (2) die angelegte elektrische Spannung anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum elektrischen überbrücken jedes der Stabpaare (2) als ein mechanisches Mittel ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum elektrischen überbrücken jedes der Stabpaare (2) als ein elektrisches Mittel ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Mittel als zwei antiparallel geschaltete Thyristoren (11) ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erreichen einer vorgegebenen Temperatur eines ersten der von einem Strom durchflossenen Stabpaare (2) das erste Stabpaar (2) durch das Mittel zum elektrischen Überbrücken des Stabpaares (2) überbrückt wird und zeitgleich für ein zweites Stabpaar (2) eine Überbrückung aufgehoben wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabpaare (2) abwechselnd solange erwärmt werden bis alle Stabpaare (2) eine vorgegebene Temperatur erreicht haben.