DE60032813T2

DE60032813T2 - Cvd-verfahren und -vorrichtung zum abscheiden von polysilizium

Info

Publication number: DE60032813T2
Application number: DE60032813T
Authority: DE
Inventors: Mohan Chandra; Ijaz Londonderry JAFRI; Kedar Hollis GUPTA; Vishwanath East Setauket PRASAD; Jonathan Amherst TALBOTT
Original assignee: GT SOLAR Inc
Current assignee: GT SOLAR Inc
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2020-08-18
Also published as: AU2000267902A1; ATE350508T1; NO20016269D0; DE60032813D1; EP1257684B1; EP1257684A1; JP2003522716A; DE1257684T1; CZ20021297A3; CA2386382A1; CN1364203A; SK5872002A3; NO20016269L; WO2001061070A1; EP1257684A4

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft CVD-Reaktoren und Verfahren für die chemische Gasphasenabscheidung von Schüttgut-Polysilizium direkt auf die Wände der Reaktionskammer und auf Röhrenwände innerhalb der Kammer. Im besonderen betrifft sie die Herstellung von Schüttgut-Polysilizium durch ein Chemical-Vapor-Deposition-Verfahren, wobei eine entfernbare Hülle mit dünner Wand dazu verwendet wird, die Reaktionskammer im Inneren des CVD-Reaktors zu gestalten, und wo zusätzliche entfernbare mittlere und Kernrohre ebenfalls angewandt werden können; die Röhrenwände stellen dabei zusätzliche Oberflächen für das Abscheiden des Polysiliziums zur Verfügung, externe und Kernwärmequellen bewirken einen flacheren Temperaturgradienten und einen erhöhten thermischen Wirkungsgrad.
HINTERGRUND DER TECHNIK
Eine der häufigen angewandten herkömmlichen Verfahren der Polysiliziumherstellung ist die Abscheidung von Polysilizium in einem Chemical-Vapor-Deposition-Reaktor (CVD-Reaktor = chemischer Gasphasenabscheidungsreaktor), die auch als Siemens-Verfahren bekannt ist. Bei diesem Verfahren wird Polysilizium in einem CVD-Reaktor auf hochreinen dünnen „Slim Rods" genannten Siliziumstäben abgeschieden. Auf Grund des zur Herstellung dieser Slim Rods verwendeten hochreinen Siliziums ist deren elektrischer Widerstand überaus hoch. Es ist daher während der Anlaufphase des Prozesses äußerst schwierig, diesen „Siliziumfaden" mittels elektrischem Strom zu erwärmen.
Gelegentlich werden die Slim Rods durch metallische Stäbe ersetzt, die eine viel höhere Leitfähigkeit haben und leichter mittels elektrischem Strom zu erwärmen sind. Dieses Verfahren ist als Rogers Heitz Verfahren bekannt. Das Einbringen von Metall in den chemischen Gasphasenabscheidungsprozess bringt eine Metallverunreinigung mit sich. Diese Verunreinigung der Polysiliziumausbeute ist in der Halbleiter-/Mikroelektronikindustrie nicht zulässig.
Bei dem Siemens-Verfahren werden externe Heizungen verwendet, um die Temperatur dieser hochreinen Stäbe auf ca. 400°C (Celsius) anzuheben, um deren elektrischen Widerstand zu verringern. Gelegentlich wird dieses externe Erwärmen mittels Halogenheizen oder Plasmaentladungsheizen angewandt. Bei einem typischen Verfahren werden jedoch an den Stäben sehr hohe Spannungen, in der Größenordnung von mehreren Tausend Volt, angewandt, um den Heizvorgang zu beschleunigen. Unter dieser sehr hohen Spannung beginnt ein kleiner Strom in diesen Slim Rods zu fließen. Dieser Anfangs-Stromfluss erzeugt eine Wärme in den Slim Rods, wodurch deren elektrischer Widerstand verringert wird, was wiederum zu einem höheren Stromfluss und mehr Wärme führt.
Dieser Prozess, niedrige Ströme bei hohen Spannungen auszusenden, setzt sich fort bis die Temperatur der Slim Rods ca. 800°C erreicht. Bei dieser Temperatur sinkt der Widerstand der hochreinen Siliziumstäbe dramatisch, und die hohe Spannungsquelle wird auf eine niedrige Spannungsquelle mit der Möglichkeit hohe Ströme zu liefern umgeschaltet.
Bezugnehmend auf die herkömmliche Technik in 1 besteht ein CVD-Reaktor aus einer Sockelplatte 23, einer Quarz-Glasglocke 17, einer Kammerabdeckung 24, Glasglockenauflagen 16 und Heizung 18 zwischen Glasglocke und Kammerabdeckung. Integriert in der Sockelplatte 23 ist eine Gaszufuhr 20 und eine Gasabfuhr 21 sowie elektrische Durchführungen 19. Ein Beobachtungsfenster 22 erlaubt die Sichtkontrolle der Innenseite.
Entsprechend der herkömmlichen Technik des Polysilizium-Herstellungsprozesses mit CVD wird die Silizium-Slim-Rod-Struktur in der Form einer Haarnadel zusammengebaut, indem ein Querstab 2 horizontal auf zwei lange beabstandete vertikale Stäbe 1 und 3 gelegt wird. Diese Struktur wird zusammengebaut und verbunden, um einen Strompfad zwischen den elektrischen Durchführungen 19 herzustellen, und somit die für das Auftreten der Abscheidung notwendige Wärme zu erzeugen. Während des CVD-Prozesses wird Polysilizium gleichmäßig an den Slim Rods abgeschieden; die Abscheidung ist hier teilweise entfernt gezeigt, um die Slim-Rod-Struktur zu zeigen. Ein Abscheiden von Silizium kann bei ausreichender Wärme auftreten; um dies zu verhindern wird daher gelegentlich ein Kühlen der Reaktorwände angewandt.
Verschiedene Anwender verwenden verschiedene Methoden, um die horizontale Stange mit den vertikalen Stangen zu verbinden. Eine solche Methode benötigt eine Rille oder Keilnut am oberen Ende einer jeden vertikalen Stange. Eine entsprechende kleine Senkung oder ein passender Ansatz wird am Ende der horizontalen Stange geformt, so dass es in die Rillen eingepresst werden kann, um die beiden vertikalen Stangen zu verbinden.
Ein typischer Reaktor der herkömmlichen Technik besteht aus einem komplexen Array von Untersystemen. Zwei Netzversorgungen werden benötigt; eine, die sehr hohe Spannungen und einen niedrigen Strom zur Verfügen stellen kann; und eine zweite, die einen sehr hohen Strom bei relativ geringer Spannung aufrecht erhalten kann. Zusätzlich werden die Slim Rod Heizungen und deren entsprechende Netzversorgung für das Vorheizen der Slim Rods benötigt. Ein weiterer benötigter Bauteil ist die Hochspannungs-Schaltanlage. Überdies ist der komplette Anfahrvorgang umständlich und zeitraubend. Da die Stromaufnahme der Slim Rods bei ca. 800°C unkontrolliert ansteigt, muss das Umschalten von der Hochspannung zur Niederspannung äußerst sorgfältig und vorsichtig durchgeführt werden.
Durch diese Methode des Aufheizens der Slim Rods mit elektrischem Strom werden diese Slim Rods zu internen Wärmequellen, wodurch enorme Wärmemengen als Strahlungswärme an die Umgebung verloren gehen. Die herkömmliche Praxis ist also mit wesentlichen Energieverlusten behaftet.
Es existiert eine Unmenge an herkömmlicher Technik im allgemeinen Feld von Reaktoren, die in der chemischen Gasphasenabscheidung Anwendung finden; einige davon verwenden absichtliches Abscheiden an beheizten Reaktorwänden. Jewetts US 4,265,859 beispielsweise ist ein System zur Herstellung von geschmolzenem polykristallinem Silizium sowie zum Ergänzen der Schmelze in Kristallwachstumstiegeln. Das System enthält einen Heißwand-Muffelofenreaktor in dem Silizium an der Wand und dem inneren Rohr der Reaktionskammer durch Beschicken durch die beheizte Kammer mit einer gasförmigen Siliziummasse bei einer Solltemperatur von 1000 Grad Celsius in einer Form niedriger Dichte abgeschieden wird. Nachdem eine bestimmte Menge an Silizium an den aus Quarzglas bestehenden Kammerwänden und dem inneren Rohr des Reaktors abgeschieden ist, wird die Kammertemperatur auf ca. 1450 Grad Celsius angehoben, um die Siliziumablagerung für die Gewinnung zu schmelzen und am Boden des Reaktors in den Schmelztiegel für die Kristallwachstumsphase des Systems ablaufen zu lassen. Wenn die Temperatur im Abscheider verringert wird, bildet sich ein Siliziumstopfen, der den Reaktor für den nächsten Zyklus wieder versiegelt. Der Gaszufluss-/geschmolzenes Silizium Abfluss-Reaktorbetrieb wird zyklisch ohne Kühlen oder Öffnen des Reaktors zwischen den Zyklen wiederholt, um den Kristallwachstumsbetrieb zu unterstützen. Die heiße Quarzkammerwand des Jewett-Reaktors bedarf einer komplett umgebenden Halterung, die als Graphit offenbart wird, um die Unversehrtheit der Wand bei hohen Temperaturen aufrechtzuerhalten. Sie wird weder für die Massenherstellung von Polysiliziumblöcken verwendet, noch ist sie für diese Anwendung brauchbar.
Gautreaux et al's US 4,981,102 offenbart einen Heißwand-CVD-Muffelofenreaktor mit einer beheizten Auskleidung für die Aufnahme der vom Durchströmen mit Siliziumgas herrührenden Siliziumablagerungen auf der inneren Oberfläche. Der Reaktor kann entweder zyklisch auf hohe Temperaturen gebracht werden, um das Silizium für einen Schmelzausfluss zu schmelzen, oder mit einer großen Tür am Reaktor geöffnet werden, um die Auskleidung herauszunehmen, um so das abgelagerte Silizium von der inneren Oberfläche der Auskleidung für die Massenherstellung polykristalliner Siliziumblöcke entfernen zu können. Die Auskleidung ist offenbart als eine entfernbare ein- oder mehrteilige Auskleidung, hergestellt aus oder beschichtet mit Molybdän, Graphit, Silizium, Siliziumnitrid oder anderen Materialien. Eine kommerzielle Anwendung ist nicht bekannt.
Jewetts US 4,123,989 offenbart einen horizontalen Muffelofen und ein Verfahren zur Herstellung von Silizium unter Verwendung von CVD im Inneren eines Siliziumrohrs, welches horizontal im Durchflussofen angeordnet ist, und somit die Reaktionskammer definiert. Es wird berichtet, dass das Siliziumrohr an seinen Seitenwänden im Muffelrohr durch Graphit-Stützringe gehalten wird und gegen Kühlkopf-Endkappen, durch welche das Verfahrensmaterial fließt, versiegelt ist, oder zumindest zur Ausrichtung an beiden Seiten fest gestützt ist. Zur Vermeidung von Ablagerungen an den Kühlköpfen zirkuliert Wasser durch diese Kühlköpfe. Ein Muffelrohr aus Quarz oder einem anderen nicht-kontaminierenden Hochtemperaturmaterial umgibt das Siliziumrohr. Der Raum zwischen Muffelrohr und Siliziumrohr kann mit Argon in einem Überdruckstadium gehalten werden, um ein Ausgasen von der Siliziumrohrkammer zu verhindern. Ein Widerstands-Heizsystem umgibt das Muffelrohr, und die Baugruppe ist von außen isoliert. Jewett beschreibt das dünnwandige Siliziumrohr als ein Produkt eines EFG-Verfahrens [Edge-defined Film fed Growth].
Der im November 1978 veröffentlichten Jewett-Offenbarung haften Probleme und Beschränkungen an. Inhärenterweise ist die Methode ein Einrohr-Durchfluss-Ablagerungsprozess. Die Montage ist aufwendig mit potentiellen Problemen bei den wassergekühlten Endkappen, der Verrohrung und der Ausrichtung. Eine ausreichende Stützung des horizontal ausgerichteten dünnwandigen Rohrs bei hohen Temperaturen ist sehr schwierig zu erzielen, ohne die Wärmeverteilung und damit die Abscheidestruktur mit zusätzlichen Stützringen weiter zu verändern. Nach Wissensstand des Anmelders hat die Anordnung keine kommerzielle Anwendung gefunden. Zusätzlich ist dem Anmelder keine kommerziell angewandte Methode bekannt, welche dem Reaktor extern Wärme als die primäre Heizquelle für CVD von Schüttgut-Polysilizium zuführt.
Beispiele eines Reaktors mit rohrförmiger Wand für zyklisches Ablagern und Schmelzen von Silizium enthalten das am 8. Oktober veröffentlichte JP8259211 der Tokuyama Corp, welches einen Zersetzungs-/Reduzierreaktor für Silan und die Herstellung von kristallinem Silizium offenbart; sowie DE 41 278 19 von Wacker Chemitronic, einem Reaktor, der ein Siliziumrohr verwendet, das durch direkte Leitung eines elektrischen Stroms für das Abscheiden und Schmelzen von Silizium erhitzt wird.
Andere Patente unterscheiden sich zwar stärker, können eventuell jedoch zusätzliche Information zum allgemeinen Feld der Reaktionsgefäße und Verfahren bieten. Massey et al's EP0164928 ist ein vertikaler Heißwand-CVD-Reaktor für Dünnfilmabscheidungen auf Substraten unter Verwendung einer Glasglocke auf einer Plattformhülle im Ofen. Von der Sockelplatte nach oben gerichtete Gaszufuhr- und Abfuhrverteiler mit Anschlüssen entlang ihrer Längen, zusammen mit der Geometrie der Substratträger-Baugruppe bieten generell getrennte neue Gasströmungsmuster über jedes der gestapelten Substrate. Diese Vorrichtung ist nicht für die Herstellung von Schüttgut-Polysilizium entworfen, wird nicht dazu verwendet und lässt sich offensichtlich auch nicht dafür adaptieren. McBrayer, Jr., et al's US 5,552,039 ist ein Kaltwand-Wirbelströmungsreaktor für superkritische Wasserprozesse in Kombination mit korrosiven Atmosphären mit einem Glasglocken-/Sockelplattenaufbau mit einem in die Reaktionszone hineinreichenden vertikalen Beschickungsrohr.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die breite Aufgabe der Erfindung ist es, Verbesserungen in der Art und Weise der Erzeugung von Polysilizium-Blöcken durch einen chemischen Gasphasenabscheidungsprozess (CVD-Verfahren) zu schaffen. Das bei der chemischen Gasphasenabscheidung von Polysilizium am häufigsten verwendete Trägergas ist Wasserstoff, obwohl ein Inertgas ebenso verwendet werden könnte. Für einen Wasserstoffträger geeignete Reaktionsstoffe sind entweder Silan, SiH₄, mit einer Abscheidetemperatur in der Größenordnung von 800 Grad Celsius oder eines der Chlorsilane mit einer Abscheidetemperatur in der Größenordnung von 1000 bis 1200 Grad, abhängig von der tatsächlichen Zusammensetzung und den Verfahrenseinzelheiten. In dem Ausmaß in dem der Reaktor durch Zufuhr-Anschlüsse mit neuem Trägergas und Reaktionsstoffen beschickt wird, werden die Gasnebenprodukte des CVD-Verfahrensreaktors ständig durch Abfuhr-Anschlüsse am Reaktor entfernt. Versorgung, Rückgewinnung und Recycling der Prozessstoffe außerhalb des Reaktors ist außerhalb des Rahmens dieser Offenbarung.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine effizientere Herstellung von Polysilizium durch chemische Gasphasenabscheidung zu schaffen, die weniger Energie verbraucht und daher in geringeren Kosten resultiert, indem sie ein verbrauchbares, entfernbares, dünnwandiges, rohrförmiges Gehäuse für einmaligen Gebrauch verwendet, eine vertikal angeordnete Reaktionskammer mit einer Kaltwandreaktorhülle aufweist, die Reaktionskammer von außerhalb der Reaktorhülle mit Strahlungswärme beheizt, die Reaktionskammer mit Silizium beladenem Gas in Strömung und Gegenströmung durchfließt, und Polysilizium direkt auf der Innenwand des rohrförmigen Gehäuses abscheidet.
Entsprechend der Erfindung ist ein Kaltwand-CVD-Reaktor speziell dafür ausgebildet, eine Reaktionskammer anzuwenden, welche aus einer verbrauchbaren, ersetzbaren Komponente des Systems aufgebaut ist, einem Stück rohrförmigem Material, welches aus Silizium, Graphit, oder tauglichen Metallen bestehen kann, und bevorzugt ein EFG-Dünnwand-Siliziumrohr ist. Das Kammerrohr ist über eine Sockelhalterung, bevorzugt aus Graphit, abgestützt. Kammer- und Sockelhalterung sind unten und oben verschlossen und können dazu mit einer Sockel- bzw. Abdeckplatte versehen sein. Die interne Oberfläche des Rohres stellt dabei die Wand der Reaktionskammer dar. Ein leichter Überdruck kann durch die Sockelplatte in einer Mantelzone zwischen Reaktorhülle und Reaktionskammer aufrechterhalten werden, um eine Ausgasen zu verhindern.
Wenn Strahlungswärme von außerhalb der Kammer liegenden Quellen in ausreichendem Ausmaß angewandt wird, um die Kammerwände auf die Abscheidetemperatur zu erhitzen, wie beispielsweise mit einer Mantelheizung, die Strahlungswärme durch eine Kaltwand-Quarzhülle auf das Silizium-Kammerrohr abgibt, und eine ausgewählte Kombination von Trägergas und Silizium enthaltenden Reaktionsstoffen durch die Sockelplatte eingeleitet wird und dann in Normal- und Gegenrichtung durch die Kammer fließt und durch die Sockelplatte wiederum abgeleitet wird, dann werden die heißen Kammerwände zu einer großflächigen Oberfläche, welche für das Abscheiden von Schüttgut-Polysilizium zur Verfügung steht.
Bei Fortschreiten der chemischen Gasphasenabscheidung, legt sich kontinuierlich eine großflächige Polysilizium-Oberflächenschicht an den Kammerwänden ab, welche so an Stärke zunimmt, dass der Innendurchmesser der Kammer zunehmend kleiner wird. Dies resultiert in der Produktion einer hohlen, rohrförmigen Masse an Polysilizium innerhalb eines dünnwandigen, rohrförmigen Gehäuses. Wenn der Abscheidezyklus beendet ist, wird der Reaktor soweit zerlegt, dass das Endprodukt, das Kammerrohr und die Abscheidung, entfernt werden kann. Ein neues Kammerrohr wird dann für den nächsten Abscheidezyklus eingebaut. Das Rohr oder Gehäuse kann vor der weiteren Verarbeitung des Polysiliziums im Endprodukt verbleiben oder entfernt werden.
Studien des Strömungsmusters in der verschlossenen vertikalen Kammer zeigen, dass die Strömung des Prozessgases zwischen Zufuhr und Abfuhr in der Sockelplatte sich in der Kammer auf alle exponierten Rohrwände ausbreitet, und damit eine Strömungs- und Gegenströmungsbewegung in der Kammer hervorruft, welche eine vollständige und einheitliche Abscheidung über die Länge der Kammer gewährleistet und somit einen effizienteren Prozess fördert, indem im allgemeinen pro Volumen eingebrachten Gases mehr Silizium extrahiert und abgeschieden wird als mit vergleichbaren Durchflussreaktoren.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die ursprüngliche Abscheideoberfläche gegenüber derjenigen einer typischen Abscheidekammer mit vertikaler Rohrwand zu erhöhen. Dazu ist eine weitere Verbesserung der Erfindung vorgesehen, das Einbringen eines weiteren verbrauchbaren, ersetzbaren, dünnwandigen, mittleren Rohres mit etwas kleinerem Durchmesser, bevorzugt ein EFG-Siliziumrohr, in der Mitte der Reaktionskammer und gestützt durch beabstandete oder ventilierte Graphithalterungen, das jedoch nicht bis zur Oberseite der Kammer reicht, so dass Gas über, unter und um das mittlere Rohr strömen kann, damit eine großflächige Abscheidung sowohl auf den inneren als auch auf den äußeren Oberflächen des mittleren Rohres gleichzeitig mit der Abscheidung auf den inneren Oberflächen des Schalen- oder Kammerrohres stattfinden kann. Dies ergibt eine größere Ausbeute in der gleichen Reaktionszeit und eine effizientere Nutzung des Reaktors. Nach Beendigen des Abscheidezyklus wird das mittlere Rohr mit den inneren und äußeren Abscheideschichten gleichermaßen als ein Produkt der Erfindung geerntet.
Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad des Heizsystems zu erhöhen, und den Wärmeverlust relativ zur Polysiliziumausbeute zu erhöhen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den Temperaturgradienten von der Außenseite zur Innenseite des erfindungsgemäßen Reaktors zu verringern, um damit eine größere und einheitlichere Abscheiderate auf allen verfügbaren Oberflächen zu erzielen. Eine noch weitere Aufgabe ist es, eine größere Anfangsoberfläche für das Abscheiden zur Verfügung zu stellen. Zu diesem Zweck ist in der oben beschriebenen Vorrichtung und Verfahren ein anderes und zusätzliches Heizelement eingebunden. Eine mit einem Kernrohr mit externer Abscheideoberfläche versehene koaxiale Heizung ist von der Sockelplatte nach oben gerichtet im axialen Zentrum der Primärreaktionskammer einer erfindungsgemäßen ein- oder mehrröhrigen Ausführung der Erfindung, oder als alleinige Abscheideoberfläche in einem Kaltwand-CVD-Reaktor angeordnet. Ein längliches Strahlungsheizelement ist axial angeordnet und im Heizrohr gestützt, und verfügt durch die Sockelplatte hindurch über passende Anschlüsse an externe Stromquellen und Steuerungen und ist direkt oder indirekt vom Abscheideprozess abgedichtet.
Der Vorgang wird wie oben beschrieben durchgeführt mit der Ausnahme, dass die Wärme dem System bevorzugt von der externen Strahlheizbaugruppe und dem Kernheizelement zugeführt wird und auf diese Weise die Primärreaktionskammer und alle Abscheideoberflächen von beiden Seiten auf eine gleichmäßigere Temperatur erhitzt werden, wodurch ein schnelleres Anfahren sowie eine gleichmäßigere Abscheiderate erzielt werden. Wenn der Abscheidevorgang im gewünschten Ausmaß durchgeführt worden ist wird die Vorrichtung demontiert und das Heizrohr mit seiner äußeren Polysiliziumablagerung wird der Gesamtausbeute der Charge hinzugefügt. Das Neubeladen des Reaktors bedarf dann natürlich einer neuen Heizrohrbaugruppe oder eines neuen rohrförmigen Abscheideabdeckrohrs über dem Heizelement.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der gegenständlichen Erfindung werden denjenigen, die mit dieser Technik vertraut sind, durch die ausführliche Beschreibung offensichtlich, wo wir eine bevorzugte Ausführung der Erfindung einfach durch Darstellen der von uns als die beste Art und Weise betrachtete Realisierung der Erfindung zeigen und beschreiben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines CVD-Reaktors für das Abscheiden von Polysilizium entsprechend dem herkömmlichen Stand der Technik mit einem Slim Rod in der Form einer Haarnadel.
2 zeigt einen seitlichen oberen Querschnitt eines mit einem einfachen Siliziumrohr als Abscheidungsziel ausgestatteten CVD-Reaktors für die Aufnahme einer inneren Oberflächenabscheidung von Polysilizium.
3 zeigt einen seitlichen oberen Querschnitt des in 2 dargestellten CVD-Reaktors jedoch ausgestattet mit zwei Siliziumrohren als Abscheidungsziel, einem Rohr mit kleinerem Durchmesser für die Aufnahme von Polysiliziumabscheidung auf der inneren und der äußeren Oberfläche, und einem Rohr mit größerem Durchmesser, das wie in 2 der Aufnahme einer Polysiliziumabscheidung nur auf der inneren Oberfläche dient.
4 zeigt die Draufsicht eines Querschnitts eines Slim Rods des herkömmlichen Stands der Technik und die nach dem Prozess aufgenommene Polysiliziumabscheidung.
5 zeigt die Draufsicht eines Querschnitts des Einrohrreaktors der 2, und die nach dem Prozess aufgenommene Polysiliziumabscheidung auf der inneren Oberfläche.
6 zeigt die Draufsicht eines Querschnitts des Zweirohrreaktors der 3, und die nach dem Prozess aufgenommene Polysiliziumabscheidung auf drei Oberflächen.
7 zeigt eine Kurve auf der das relative Gewicht des abgeschiedenen Polysiliziums gegen die Abscheidezeit für die Slim Rod Ausführung nach herkömmlichem Stand der Technik entsprechend 1, der Ausführung eines Einrohrreaktors entsprechend 2 und der Ausführung eines Zweirohrreaktors entsprechend 3 aufgetragen ist.
8 zeigt einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführung mit einem Heizrohr und einer Kernheizung, wobei das innere Heizrohr gegenüber der Reaktionskammer abgedichtet und getrennt ist, und die äußere Oberfläche des Heizrohrs in der Reaktionskammer angeordnet ist und für die Abscheidung zur Verfügung steht.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
Die Erfindung erlaubt viele Variationen. Dementsprechend sollen die Zeichnungen sowie die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführung als veranschaulichend und nicht als beschränkend erachtet werden.
Die Erfindung benutzt einen neuartigen Ansatz für die Anwendung des Reaktorprozesses für die chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition = CVD) zur Produktion von Polysilizium. Bezugnehmend auf 2 verwendet eine bevorzugte Ausführung der Erfindung eine externe Mantelheizungsbaugruppe 33 mit einer Quarzabdeckung 33A der Heizung auf der inneren Stirnfläche und einer äußeren Isolierschicht 35. Die Heizungsbaugruppe, die beispielsweise aus einem feuerfesten Metall bestehen kann, ist symmetrisch um eine Quarzhülle 31 der Kaltwand-Reaktorvorrichtung angeordnet. Die Heizungsbaugruppe hat dabei keinen Kontakt mit den Reaktionsgasen. Die Auswahl für Design, Material und Konstruktion der Heizungsbaugruppe richtet sich nach der Anforderung, dem Reaktor eine ausreichende nach innen gerichtete Strahlungswärme zur Verfügung zu stellen, um auf der Abscheideoberfläche eines Silizium-Kammerrohrs im Reaktor eine adäquate Temperatur aufrechtzuerhalten, so dass eine Polysiliziumabscheidung mit den geringsten möglichen Energieverlusten durch von der Heizungsbaugruppe nach außen abgegeben Strahlungswärme stattfinden kann.
Vertikal in der Quarzhülle 31 angeordnet befindet sich ein hohles, EFG-gezogenes Silizium-Kammerrohr 32, welches in diesem Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 30 Zentimeter hat und ca. einen Meter hoch ist, welches an der Oberseite durch eine dünne Graphitabdeckung 43 abgeschlossen ist und damit eine Primär-CVD-Reaktionskammer bildet. Obwohl dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel ein einheitlich rundes Silizium-Kammerrohr 32 verwendet, ist die Verwendung anderer rohrförmiger Formen, wie zum Beispiel nicht einheitlich rund, quadratisch, rechteckig oder achteckig genauso im Rahmen der Erfindung. Das untere Ende des Kammerrohrs 32 sitzt auf einer Graphitunterlage 44 auf, und infolgedessen auf einer Sockelplatte 34 und bildet auf diese Weise die Primärreaktionskammer.
Das System wird evakuiert und sodann gespült, um eventuelle Luftreste zu entfernen; Strahlungswärme wird sodann durch eine elektrische Heizungsbaugruppe 33 angewandt bis das Kammerrohr 32 die Abscheidetemperatur erreicht. Die Strahlungswärme dringt durch die Quarzhülle 31 zum Siliziumrohr 32. Von der Außenseite des Kammerrohrs 32 wird die Heiztemperatur durch Wärmeleitung durch die dünne Wand des Rohres auf die innere Oberfläche des Siliziumrohrs übertragen. Die Wärmeübertragung durch die Rohrwand findet problemlos statt, da sich die Anfangsstärke der EFG-gewachsenen Rohrwand in einer Größenordnung von 300 bis 800 Mikrometer befindet. Die rohrförmige Struktur kann auf jede mögliche Art und Weise hergestellt werden und aus jedem Material außer Silizium bestehen, solange es den strukturellen und thermischen Anforderungen entspricht.
Wenn sich die innere Wand auf Abscheidetemperatur befindet, wird eine Prozessgasmischung bestehend aus Trägergas und Reaktionsstoffen über die Prozessgaszufuhr 35 in die Reaktionskammer eingebracht, während Trägergas über die Mantelgaszufuhr 37 eingebracht wird. Das Mantelgas wird in der Mantelzone automatisch auf einem etwas höheren Druck gehalten als in der Primärreaktionskammer, um zu gewährleisten, dass keine gasförmigen Nebenprodukte von der Reaktionskammer nach außen ausströmen können. Während der Reaktion der chemischen Gasphasenabscheidung im Rohr 32 werden die gasförmigen Nebenprodukte durch die Prozessabfuhr 36 abgezogen. Eine Studie der Strömungsmuster in der Kammer zeigt, dass sich die Strömung des Prozessgases zwischen Sockelplatteneinlass und Abfuhr in der Kammer auf alle offenliegenden Rohrwandungen ausbreitet, und somit eine Strömungs- und Gegenströmungsbewegung liefert, die eine praktisch vollständige und einheitliche Abscheidung über die volle Länge des Kammerrohrs gewährleistet und einen effizienteren Prozess begünstigt und somit mehr Silizium pro Zufuhrgasvolumen extrahiert und abscheidet als Durchflussmethoden.
Ein Kühlgas, in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel Luft, wird während des Prozesses an der Kühlgaszufuhr 38 eingebracht und entweicht an der Kühlgasabfuhr 39, um die externe Temperatur der Quarzhülle 31 zu regeln. Ein Beobachtungsfenster 40 in der Sockelplatte 34 erlaubt ein Überwachen des Prozesses in der Reaktionskammer.
Mit Beginn und Fortfahren der Abscheidung an der Innenseite des Rohrs 32 wird der Innendurchmesser des Rohrs fortwährend kleiner. Um für die wachsende Wandstärke zu kompensieren, wird der Heizungsbaugruppe mehr Leistung zugeführt, um mehr Wärme zu erzeugen und somit die Temperatur an der inneren Oberfläche der Siliziumabscheidung auf dem für das Fortfahren des Prozesses notwendigen Wert aufrechtzuerhalten.
Alternativ kann die Vorrichtung so konstruiert sein, bzw. der Prozess so durchgeführt werden, dass elektrischer Strom durch die Länge des Rohrs 32 selbst fließt, um Wärme ähnlich wie bei den Slim Rods der herkömmlichen Technik zu erzeugen. Der bevorzugte Strompfad für Leitung durch das Rohr führt von nicht näher gezeigten elektrischen Anschlüssen von der Graphitauflage 44 durch das Siliziumrohr 32 zu der Graphitabdeckung 43. Diese Art und Weise der Beheizung kann als ergänzende oder alternative Heizmethode für die Oberfläche der Abscheidewand angewandt werden.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 3 verwendet ebenfalls eine externe Mantelheizungsbaugruppe 33 mit einer Quarzabdeckung 33A der Heizung auf der inneren Stirnfläche und einer äußeren Isolierschicht 35. Die Heizungsbaugruppe, die beispielsweise aus einem feuerfesten Metall bestehen kann, ist symmetrisch um eine Quarzhülle 31 der Reaktorvorrichtung angeordnet. Die Heizungsbaugruppe hat dabei keinen Kontakt mit den Reaktionsgasen. Die Auswahl für Design, Material und Konstruktion der Heizungsbaugruppe richtet sich nach der Anforderung, durch die Kaltwand des Reaktors eine ausreichende Strahlungswärme zur Verfügung zu stellen, um auf der inneren Wandoberfläche eines externen EFG-gezogenen Silizium-Kammerrohrs und an den äußeren und inneren Wandoberflächen eines mittleren EFG-gezogenen Siliziumrohrs mit kleinerem Durchmesser, das mittig im äußeren Rohr angeordnet und gestützt ist, eine ausreichende Temperatur aufrechtzuerhalten, so dass eine ausreichende Strömung der Reaktionsgase über und unter die Enden des mittleren Rohrs streichen kann, die eine Polysiliziumabscheidung an allen drei Wandoberflächen erlaubt.
Vertikal in der Quarzhülle 31 angeordnet befindet sich ein hohles, Silizium-Kammerrohr 32, welches in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 30 Zentimeter hat und ca. einen Meter hoch ist, welches an der Oberseite durch eine dünne Graphitabdeckung 43 abgeschlossen ist und damit eine Primär-CVD-Reaktionskammer bildet. Die Abdeckung kann auch aus einem anderen Material als Graphit, einschließlich Quarz oder Silizium bestehen. Im Kammerrohr 32 mittig angeordnet befindet sich ein vertikal angeordnetes, hohles, EFG-gezogene Siliziumrohr 46, welches in diesem Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 15 Zentimeter aufweist und ca. 100 Zentimeter hoch ist. Obwohl dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel ein einheitlich rundes Silizium-Kammerrohr 32 verwendet, ist die Verwendung anderer rohrförmiger Formen, wie zum Beispiel nicht einheitlich rund, quadratisch, rechteckig oder achteckig genauso im Rahmen der Erfindung. Durch andere Vorgänge geformte Rohre können ebenfalls tauglich sein.
Das untere Ende des Kammerrohrs 32 sitzt auf einer Graphitunterlage 44 auf, und infolgedessen auf der Sockelplatte 34. Das untere Ende des mittleren Rohrs 46 sitzt auf offenen Graphitunterlagen 48 auf der Sockelplatte 34 auf, und ist so ausgeführt, dass es die freie Strömung von Reaktionsgas zwischen dem unteren Ende des Rohres und der Sockelplatte 34 ermöglicht. Das obere Ende des Rohres 46 ist von der Abdeckung 43 ausreichend entfernt, um eine freie Strömung von Reaktionsgas zwischen dem oberen Ende des Rohrs und der Abdeckung zu ermöglichen.
Wie im Ausführungsbeispiel der 2 wird das System evakuiert und sodann gespült, um eventuelle Luftreste zu entfernen, und Strahlungswärme wird sodann durch eine elektrische Heizungsbaugruppe 33 angewandt bis das Kammerrohr 32 die Abscheidetemperatur erreicht. Die Strahlungswärme dringt durch die Kaltwand-Quarzhülle 31 zum Siliziumrohr 32. Die Heiztemperatur wird durch Wärmeleitung durch die dünne Wand des Kammerrohres auf die innere Oberfläche übertragen und durch Strahlung auf das mittlere Rohr 46. Die Rohre 32 und 46 können aus jedem Material außer Silizium bestehen, solange sie den strukturellen und thermischen Anforderungen entsprechen.
Wenn sich die Wände des Kammerrohrs und des mittleren Rohrs auf Abscheidetemperatur befinden, wird eine Prozessgasmischung bestehend aus Trägergas und Reaktionsstoffen über die Prozesszufuhr 35 in die Reaktionskammer eingebracht, während Trägergas über die Mantelgaszufuhr 37 eingebracht wird. Das Mantelgas wird in der Mantelzone automatisch auf einem etwas höheren Druck gehalten als in der Primär-Reaktionskammer, um zu gewährleisten, dass keine gasförmigen Nebenprodukte von der Reaktionskammer nach außen ausströmen können. Während der Reaktion der chemischen Gasphasenabscheidung im Rohr 32 werden die gasförmigen Nebenprodukte durch die Prozessgasabfuhr 36 abgezogen. Eine Studie der Strömungsmuster in der Kammer zeigt, dass sich die Strömung des Prozessgases zwischen Sockelplattenzufuhr- und Abfuhr in der Kammer auf alle offenliegenden Rohrwandungen ausbreitet, und somit eine Strömungs- und Gegenströmungsbewegung liefert, die eine praktisch vollständige und einheitliche Abscheidung über die Längen beider Rohre gewährleistet und einen effizienteren Prozess begünstigt und somit mehr Silizium pro Zufuhrgasvolumen extrahiert und abscheidet als Durchflussmethoden.
Wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel wird auch hier ein Kühlgas während des Prozesses an der Kühlgaszufuhr 38 eingebracht und an der Kühlgasabfuhr 39 abgezogen, um die externe Temperatur der Quarzhülle 31 zu regeln und somit die Kaltwand auf kalter Temperatur zu halten. Ein Beobachtungsfenster 40 in der Sockelplatte 34 erlaubt ein Überwachen des Prozesses in der Reaktionskammer.
Wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel muss auch hier bei zunehmender Stärke der Abscheideschicht der Reaktionskammer mehr Wärme zugeführt werden, um die Temperatur an der Abscheideoberfläche am inneren Durchmesser des mittleren Rohrs au der erforderlichen Abscheidetemperatur zu halten, bis die gewünschte Stärke erreicht ist. Jeder Anwender muss dabei die chemischen Arten, Prozesszeiten, Energieanforderungen und Kosten, sowie die Ausbeute analysiere, um den eigenen Prozesszyklus zu optimieren.
Methode und Vorrichtung der 3 können ebenfalls wiederum so konstruiert und gestaltet werden, dass Wärme durch einen durch Kammerrohr 32 fließenden Strom erzeugt wird, ähnlich der Beheizung der Slim Rods des herkömmlichen Stands der Technik. Diese Art und Weise der Beheizung kann als ergänzende oder alternative Heizmethode für die Oberfläche der Abscheidewand angewandt werden.
Bezugnehmend auf 4, 5, und 6 wird im Querschnitt das endgültige Abscheidemuster von Polysilizium am Slim Rod 1 der 4 der herkömmlichen Technik sowie der Vergleich zu dem Abscheidemuster und relativ größerem Volumen des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels von 2, Rohr 32, bzw. 3, Rohre 32 und 46 gezeigt. Es soll noch darauf hingewiesen werden, dass entsprechend der herkömmlichen Technik, mehrere Slim Rods in der in der Haarnadelanordnung in einem großen CVD-Reaktor zusammenhängen. Die Reaktoren sind relativ groß, um zwischen 6 und 18 Stabsätze aufnehmen zu können. Um den Vergleich zu vereinfachen wird hier ein einzelner Slim Rod mit einem ein Meter langen Rohraufbau der bevorzugten Ausführungen verglichen.
In 7 bezieht sich das Dreilinien-Diagramm der Ausbeute in abgeschiedenem Gewicht in Kilogramm gegen die Abscheidezeit in Stunden auf die Leistung der Anordnung entsprechend der herkömmlichen Technik von 1, Quadrate Legendenlinie 101, und Ausführungen der 2, Dreiecke Legendenlinie 102, sowie 3, Kreise Legendenlinie 103. Wenn alle Betriebsparameter gleich sind, ist auch die Abscheiderate in allen drei Fällen gleich. Für diesen Vergleich wird die Abscheiderate mit 5 Mikron/Minute angenommen. Der Anfangsdurchmesser für die Slim Rod der 1 ist sieben Millimeter; für das einfache Rohr der 2, 300 Millimeter; und für die Zweirohr-Anordnung der 3, 300 Millimeter bzw. 150 Millimeter.
Der Vergleich der Steigung jeder Linie illustriert das relativ größere Ausbeutepotential der erfindungsgemäßen Ausführungen nach 2 und 3 im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik. Bei einer Abscheidezeit von ca. 120 Stunden erzielt ein Slim Rod einen Durchmesser von ca. 8-10 cm, und einen Linie 101 Ausbeute von 12 kg. Im Vergleich erzielt die bevorzugte Ausführung nach 2 mit einem Rohr ein Gewicht, Linie 102, von 86 kg. Das Gewicht der Zweirohr-Ausführung nach 3, Linie 103, erreicht während der gleichen Abscheidezeit 167 kg.
Je nach Verwendungszweck des erzeugten Polysiliziums, kann der äußere Teil des Polysiliziumrohrs 32 der 2, bzw. des Außenrohres 32 der 3 nach dem Abscheiden durch Schleifen oder Ätzen beseitigt werden, um das Originalmaterial der Rohrwand zu entfernen. Dies ist möglich, da die Anfangsstärke der EFG-gewachsenen Rohre in einer Größenordnung von 300 bis 800 Mikrometer ist. Das Entfernen des ursprünglichen Wandmaterials entfernt alle möglichen Verunreinigungen, die unter Umständen beim Start des Abscheideprozesses am Rohr gegenwärtig waren.
Im Falle des mittleren Rohrs 46 mit inneren und äußeren Abscheideschichten ist das mittlere Rohr für ein Entfernen in dieser Art nicht zugänglich. Da jedoch das Gewicht des Rohrs im Vergleich zum Endgewicht des abgeschiedenen Materials sehr gering ist, ist die Gesamtkonzentration der Verunreinigungen extrem klein, wenn das Polysiliziummaterial für die Siliziumproduktion geschmolzen wird.
Bezugnehmend auf 8 erweitert ein zusätzlich erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel die Ausführung gemäß 3 um ein kleines Kern-Siliziumrohr 51 mit Kernheizung 50 mit einem länglichen Strahlungsheizelement, welches sich von der Sockelplatte 34 nach oben erstreckt. Die Stromzuführung für die Heizung 50 erfolgt durch die Sockelplatte 34. Das Kernrohr 51 ist abgedichtet so dass die Heizung 50 von den Reaktionsgasen isoliert ist. Kernrohr 51 und Kernheizung 50 können als Einheit vorgefertigt sein, wobei die Heizung als Einwegartikel ausgeführt ist. Die Kernheizung 50, welche Wärme von der Mitte der Reaktionskammer erzeugt, zusammen mit den externen Heizungen 33 bietet einen zusätzlichen Gewinn im Wirkungsgrad des Heizsystems und reduziert damit den Einsatz an Heizenergie im Verhältnis zur Polysiliziumausbeute. Die Verwendung einer zusätzlichen internen Wärmequelle so dass der Prozess zwischen den Heizquellen stattfindet reduziert den Gesamt-Wärmegradienten von der Außenseite zur Innenseite der Reaktionskammer, was eine einheitliche Abscheiderate auf allen verfügbaren Oberflächen fördert. Außerdem bietet das Kernrohr 51 eine zusätzliche Oberfläche für die Abscheidung.
Der Prozess entsprechend 8 findet wie oben beschrieben statt, außer dass Wärme für das System sowohl von der externen Strahlungsheizungsbaugruppe als auch von den Kernheizelementen angewandt wird, und die Reaktionskammer sowie alle Abscheideoberflächen von beiden Seiten auf eine einheitlichere Temperatur erhitzt werden, was zu einem schnelleren Anfahren und einer gleichmäßigeren Abscheiderate führt. Wenn der Abscheidevorgang im gewünschten Ausmaß durchgeführt worden ist, wird die Vorrichtung demontiert, und das Kernheizrohr 51 mit seiner äußeren Polysiliziumablagerung wird der Gesamtausbeute der Charge hinzugefügt. Das Neubeladen des Reaktors bedarf dann natürlich eines neuen Kernrohrs 51 bzw. einer Kernrohr/Heizungsbaugruppe.
Diejenigen, die mit dieser Technik vertraut sind, werden es zu schätzen wissen, dass die Kernheizung und das abgedichtete Heizrohr Merkmale der Erfindung sind, wo das Kernheizrohr eine wesentliche zusätzliche Anfangsfläche zur Abscheidung bereitstellt, und dabei die Kernheizung vom Kontakt mit dem Prozess abschirmt, die in vielen Variationen und Adaptionen ausgestaltet werden können. So kann beispielsweise das Heizrohr gemeinsam mit dem Kammerrohr mit oder ohne einem inneren Rohr und mit oder ohne einer äußeren Wärmequelle verwendet werden. Wie bereits oben angedeutet, ist die einfachste Ausführungsform eines Kernrohres und einer Heizerrealisierung im Rahmen der Erfindung, obwohl nicht speziell in den Abbildungen angeführt, eindeutig von den folgenden Illustrationen und Beschreibungen zu verstehen.
Ein vertikaler Kaltwandreaktor kann mit Mitteln ausgestattet sein, die ein entfernbares und ersetzbares Kernrohr von einer oder beiden Seiten durch passende Sockelplatten unterstützen, wobei das Kernrohr bevorzugt ein EFG-gewachsenes Siliziumrohr ist, Rohre aus anderen Materialien und von anderen Prozessen jedoch genauso gut verwendet werden können. Eine oder beide Stützorte sind mit den erforderlichen Zufuhr- und Abfuhranschlüssen für die Zu- und Abfuhr von Prozessgasen und Nebenprodukten. Eine Kernheizung ist für die Anwendung im Kernrohr in einer engen Passung zur Innenwand ausgeführt, und die Anordnung ist auf eine oder beide Sockelplatten mit Anschlüssen zur externen Stromversorgung für die Heizung montiert. Das Kernrohr kann jeden Durchmesser annehmen, der groß genug ist, um eine passende Heizung aufzunehmen, es wird aber sicher geschätzt werden, dass die Erfindung in Betracht zieht, dass ein Rohr mit einem größeren Durchmesser eine größere Anfangsoberfläche für die Abscheidung zur Verfügung stellt, solange Raum für eine ausreichende Abscheidetiefe im Reaktor angeboten wird. Die elektrisch vom Rohr isolierte Heizung kann einfacher für die Wärmeabgabe geregelt werden als eine herkömmliche Slim Rod mit Gleichstromheizung, und neigt nicht zu unkontrollierten Anstiegsbedingungen.
Zusätzlich bleibt der Reaktor isoliert, im allgemeinen um Energiezufuhr zum System zu sparen, die Wand des Reaktors muss jedoch in bezug auf an passenden Stellen angebrachten Temperaturfühlern mit Luft in einem ausreichenden Ausmaß gekühlt werden, um ein ungewolltes Abscheiden an der Reaktorhülle zu vermeiden. Obwohl dieses Ausführungsbeispiel eindeutige Vorteile gegenüber der herkömmlichen Technik bietet, wird man schnell zu schätzen lernen, dass der Zusatz eines ersetzbaren Kammerrohrs und externer Heizungen, welche wie beschrieben durch die kaltwandige Quarzhülle strahlen, und somit eine Abscheideoberfläche an der Kammerwand und am Kernrohr mit verbessertem Temperaturgradienten über die Prozesskammer und eine im allgemeinen weniger kritische, größere Ausbeute pro Chargenprozess, eine kommerziell wichtige Verbesserung ist. Der Zusatz des mittleren Rohrs mit Über- und Unterdurchfluss für eine einheitliche Verteilung des Abscheideprozesses fügt zwei weitere Oberflächen zur Abscheidung hinzu, und realisiert daher noch größere Vorteile. Anzahl und Anordnung der Zu- und Abfuhranschlüsse für das Prozessgas kann ausgewählt werden, um das Strömungsmuster für eine spezifische Ausrichtung der Abscheiderohre zu optimieren.
Von der Idee her könnte man mehr koaxiale mittlere Rohrstücke mit aufeinanderfolgend unterschiedlichen Durchmessern hinzufügen, wobei jedes Stück zwei weitere Abscheideoberflächen liefert. Das Konzept hat jedoch praktische Grenzen, die von dem größeren Kammerdurchmesser oder abnehmenden Abstand zwischen den Rohren, dem Rohrgrößeninventar und dem Problem der Heizregelung und des Temperaturgradienten herrühren.
Die Kernrohr- und Heizungsbaugruppe ist am Sockel montiert und erstreckt sich vertikal in die Reaktionskammer, oder kann auch so gestaltet und konstruiert sein, dass sie die Primärreaktionskammer wie das Loch in einem Donut-Krapfen auf beiden Seiten durchsticht, und somit eine größere Flexibilität in Auswahl, Installation und Stromversorgung der Kernheizung ermöglicht. Das Heizrohr besteht bevorzugt aus Silizium oder kann auch genauso wie die anderen Abscheideoberflächen aus anderen passenden Materialien gefertigt sein. Das Heizelement kann ein elektrisches Heizelement oder eine andere Art von Heizstrahler sein, der fähig ist, die erforderliche Abgabe in ähnlicher Form zu erzeugen. Die Heizung kann in bezug auf das Heizrohr abgedichtet sein, oder das Rohr in bezug auf die Reaktionskammer, um in jedem Fall zu gewährleisten, dass das Heizelement von direktem Kontakt mit dem Prozess isoliert ist. Die Kernheizung kann ein Einwegartikel sein oder auch nicht, und wird für jeden Zyklus zusammen mit dem Kernheizrohr ersetzt.
Zusammenfassend haben die oben beschriebenen und illustrierten sowie unten beanspruchten erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen viele Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Stand der Technik. Gegenüber Trägerstangen oder Slim Rods wird kein Vorheizen der Abscheiderohre benötigt, um den elektrischen Widerstand zu verringern. Es besteht kein Bedarf an die damit verbundene Hochspannungsquelle und die Hochspannungs-Schaltanlage. Die Rohr-im-Rohr Anordnung bietet mehr Anfangs-Abscheideoberfläche pro Reaktionskammervolumen als jede andere kommerziell angewandt Methode. Es besteht keine besondere Anforderung an eine Wandhalterung außer der Sockelunterlage für das vertikal ausgerichtete Kammerrohr und mittlere Rohr. Die Strömung und Gegenströmung von Gasen in der Reaktionskammer bietet eine effizientere Siliziumextraktion aus dem Prozess. Die zwei bis vier für die Abscheidung verfügbaren Rohroberflächen bieten eine größere Polysiliziumausbeute je Abscheidezyklus als ein Slim Rod Prozess. Die Option mit Kernheizung bietet ein noch schnelleres Anfahren, eine kürzere Zykluszeit, einen besseren thermischen Wirkungsgrad und größere Ausbeuten.
In der kommerziellen Praxis der Abscheidung mit Slim Rods besteht kaum eine Kontrolle der Strahlungsverluste im Reaktor. Dies erhöht die pro Kilogramm Siliziumausbeute benötigte Energie beträchtlich. Diese Erfindung unterdrückt den Strahlungsverlust beträchtlich, da keine wassergekühlten Hüllen verwendet werden, um Strahlungswärme abzuführen. Da das Beheizen von der Außenseite des Reaktors initiiert wird, und als Option von einer Kernheizung, besteht wenig Strahlungsverlust an wassergekühlte Wände, da es außer in der Sockelplatte keine gibt. In der kommerziellen Praxis der Abscheidung mit Slim Rods kann dieser Wärmeverlust bis zu neunzig Prozent (90%) betragen.
Wegen der Notwendigkeit eine größere Ausbeute pro Chargenbasis zu erzielen werden bei der Abscheidung mit Slim Rods bei jeder Charge mehrfache Slim Rod Strukturen verwendet. Die Reaktoren werden dadurch sehr teuer. Es besteht außerdem die Möglichkeit, dass die Slim Rods einander berühren und wegen des zur Erhaltung der Temperatur benötigten hohen Strombedarfs miteinander verschmelzen. Diese Erscheinung tritt bei der vorliegenden Erfindung nicht auf, da keine besondere Notwendigkeit besteht, Strom durch das Siliziumrohr selbst zu leiten.
Wie noch zu erkennen ist, kann die Erfindung auch mit anderen und verschiedenen Ausführungsformen realisiert werden, und ihre verschiedenen Details enthalten die Möglichkeiten für Abänderungen in verschiedenen offensichtlichen Belangen, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.
Für diejenigen, die mit der Technik vertraut sind, lässt die Erfindung viele Variationen offen. Zum Beispiel besteht im Rahmen der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Produktion von Schüttgut-Polysilizium durch chemische Gasphasenabscheidung, die sich aus den folgenden Bestandteilen und Schritten zusammensetzt:

(1) Verwenden eines Kaltwand-Quarzhüllenreaktors auf einer horizontalen Reaktor-Sockelplatte mit Anschlüssen für Zufuhr und Abfuhr, wo die Anschlüsse mit der Innenseite der Hülle kommunizieren und auf der Unterseite der Sockelplatte mit externen Quellen und Verwertungssystemen für das zufließende Prozessgas und die abfließenden Nebenprodukte verbunden werden können,
(2) vertikales Errichten eines dünnwandigen Kammerrohrs, wie beispielsweise ein EFG Rohrabschnitt, innerhalb der Hülle, und verschließen des oberen Endes des besagten Kammerrohrs, um auf diese Weise eine Reaktionskammer zu bilden mit welcher der Zufuhranschluss und die Abfuhranschlüsse kommunizieren,
(3) Verwenden einer Strahlheizquelle, um die innere Oberfläche des Kammerrohrs auf eine Abscheidetemperatur für eine ausgewählte Kombination von Trägergas und Siliziumreaktionsstoffen anzuheben und diese Temperatur zu erhalten,
(4) Einströmen eines mit Siliziumreaktionsstoffen beladenen Trägergases durch den Anschluss oder die Anschlüsse für die Gaszufuhr in die Reaktionskammer, um einen chemischen Gasphasenabscheideprozess zu initiieren bzw. zu unterstützen,
(5) Ausströmen der gasförmigen Nebenprodukte des Prozesses aus der Reaktionskammer durch den Anschluss bzw. die Anschlüsse für die Abfuhr, und
(6) Zerlegen des Reaktors, um das Kammerrohr mit der erstarrten Polysilizium-Abscheideschicht zu gewinnen.

Variationen für diese und andere erfindungsgemäße Ausführungsformen können die Strahlungsheizquelle in der Form einer Strahlungsheizbaugruppe enthalten, die außerhalb des Quarzhüllenreaktors angeordnet und betrieben wird, um die Wärme nach innen zur Reaktionskammer zu strahlen. Eine Kernheizung und ein abgedichtetes Kernheizrohr-Halterungssystem kann in der Mitte der Sockelplatte angeordnet sein, und das Halterungssystem kann Anschlüsse für eine externe Stromzufuhr zur Kernheizung enthalten, wobei das Verfahren eine in einem Kernheizrohr abgedichtete Kernheizung enthält, die vertikal auf der Sockelplatte errichtet ist.
Weitere Variationen dieser und anderer erfindungsgemäßer Ausführungsformen können die Verwendung eines Systems mit einem Stützsystem für das mittlere Rohr auf der Sockelplatte beinhalten, wo das Stützsystem für das mittlere Rohr einen kleineren Durchmesser aufweist als das äußere Rohrsystem und in diesem mittig angeordnet ist und für den Durchfluss von Gas so ventiliert ist, dass Segmente oder Stützblöcke beabstandet angeordnet sind, und wo das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritt enthält: vertikales Errichten eines dünnwandigen mittleren Rohres, wie beispielsweise ein EFG-Rohrabschnitt, auf dem Mittelrohr-Stützsystem, wo das mittlere Rohr einen kleineren Durchmesser aufweist als das Kammerrohr und sich vertikal nach oben, jedoch nicht bis zum oberen Ende des Kammerrohrs, erstreckt, so dass Raum für eine freie Umwälzung von Prozessgasen zwischen Innenseite und Außenseite des mittleren Rohrs verbleibt; und das Anwenden von ausreichender Wärme zur Reaktionskammer, um die inneren und äußeren Oberflächen des mittleren Rohres auf eine Abscheidetemperatur für eine ausgewählte Kombination von Trägergas und Siliziumreaktionsstoffen anzuheben und diese Temperatur zu erhalten.
Bei weiteren zusätzliche Variationen dieser und anderer erfindungsgemäßer Ausführungsformen kann Wasserstoff als Trägergas und Silan als Siliziumreaktionsstoff verwendet werden, bzw. Wasserstoff als Trägergas und Chlorsilan als Siliziumreaktionsstoff. In allen Fällen können das Kammerrohr und das mittlere Rohr, sowie, wo verwendet, das Kernrohr, längliche Rohre mit gleichmäßigem Durchmesser sein, die aus Silizium, wie beispielsweise einem EFG-Silizium-Rohrabschnitt bestehen.
Weitere Variationen dieser und anderer erfindungsgemäßer Ausführungsformen können eine Mantelzone zwischen Reaktorhülle und Reaktionskammer sowie einen Anschluss für Mantelgas in der Sockelplatte aufweisen, wo besagter Anschluss mit der Mantelzone kommuniziert, und wo das Verfahren die Schritte für das Einbringen des Mantelgases in die Mantelgaszone durch den Anschluss für das Mantelgas, und für das Aufrechterhalten eines Überdrucks in der Mantelgaszone gegenüber der Reaktionskammer ausweist. In allen Fällen, wo Strahlungsheizungen verwendet werden, kann der Reaktor für das Durchströmen mit Kühlluft zwischen externer Strahlungsheizungsbaugruppe und Reaktorhülle ausgelegt werden.
Zwei Produkte sind durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung entstanden: eine Schüttgut-Polysiliziumabscheidung, aufgebracht durch einen chemischen Gasphasenabscheidungsprozess, auf der äußeren Oberfläche eines Rohrabschnitts, die beispielsweise auf einem Kernrohr wie oben beschrieben erzielt wird; und eine Schüttgutabscheidung von Polysilizium, welche die Summe der durch den chemischen Gasphasenabscheidungsprozess auf den äußeren und inneren Oberflächen eines Rohrabschnittes aufgebrachten Abscheidungen darstellt, wie beispielsweise auf dem oben beschriebenen mittleren Rohr erzielt wird. Die Produkte können auf aus Silizium hergestellten Rohrabschnitten oder auf anderen mit dem Prozess kompatiblen Rohren erzeugt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie ein Produkt eines Prozesses, für die Herstellung von Schüttgut-Polysilizium durch einen chemischen Gasphasenabscheidungsprozess auf entfernbaren Rohrabschnitten. Eine Quarzhülle und eine Sockelplatte bilden ein CVD-Reaktorgehäuse mit einer externen Strahlungsheizungen, welche Prozesswärme durch die Wand des Reaktors zur Verfügung stellen, und mit in der Sockelplatte angeordneten Prozessgaszufuhr- und Abfuhranschlüssen. Ein Rohrabschnitt, bevorzugt ein EFG Siliziumrohrabschnitt, auf der Sockelplatt vertikal errichtet und oben abgeschlossen, wird als Reaktionskammer verwendet. Während des CVD-Prozesses erfolgt die Abscheidung auf der inneren Oberfläche des Kammerrohres, wodurch der innere Durchmesser der Abscheideschicht während der Ansammlung der Ausbeute zunehmend kleiner wird. In einem Zweirohrreaktor wird ein vertikales mittleres Rohr mit kleinerem Durchmesser gleichmäßig beabstandet und innerhalb des Kammerrohrs gehalten für eine freie Strömung des Prozessgases über und unter dem mittleren Rohr, so dass auf den drei offenen Rohroberflächen eine Abscheidung stattfinden kann. Ein koaxiales Kernrohr und eine auf der Sockelplatte montierte Heizung bieten noch eine zusätzliche Abscheideoberfläche, einen verbesserten thermischen Gradienten in der Reaktionskammer, und einen höheren thermischen Wirkungsgrad für den Prozess. Die volle doppelseitige Abscheidung am mittleren Rohr, und die externe Abscheidung am Kernrohr, sind einzigartige Resultate des Prozesses.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Massen-Polysilizium durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD), umfassend die folgenden Schritte: Verwenden einer CVD-Reaktor-Quarzhülle mit vertikaler kalter Wand, die auf einer horizontalen Reaktorsockelplatte montierbar ist, wobei besagte Sockelplatte einen Zufuhranschluss und einen Abfuhranschluss aufweist und jeder der besagten Anschlüsse mit dem Inneren besagter Hülle kommunizierend verbunden ist; vertikales Platzieren eines Kammerrohrs innerhalb besagter Hülle und auf besagter Sockelplatte, so dass es mit besagtem Zufuhranschluss und besagtem Abfuhranschluss kommunizierend verbunden ist; Verschließen des oberen Endes des besagten Kammerrohrs, um eine Reaktionskammer zu bilden; Verwenden einer Strahlungsheizquelle, um die innere Oberfläche des besagten Kammerrohrs einschließlich etwaiger darauf befindlicher Abscheidungsschichten auf die Abscheidungstemperatur einer ausgewählten Kombination von Trägergas und Siliziumreaktionsstoffen aufzuheizen und auf dieser Temperatur zu halten; Einleiten des besagten Trägergases, das mit den besagten Siliziumreaktionsstoffen beladen ist, in besagte Reaktionskammer durch besagten Gaszufuhranschluss und Ableiten gasförmiger Nebenprodukte des besagten CVD-Prozesses aus besagter Reaktionskammer durch besagten Abfuhranschluss, um Silizium auf der besagten inneren Oberfläche des besagten Kammerrohrs abzuscheiden; Entnehmen des besagten Kammerrohrs mit der darauf befindlichen besagten Abscheidungsschicht aus besagter Reaktorhülle.
Verfahren zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 1, bei dem die besagte Strahlungsheizquelle eine Strahlungsheizungsbaugruppe außerhalb der besagten Reaktorhülle umfasst.
Verfahren zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 2, bei dem die besagte Strahlungsheizquelle weiter eine Kernheizung mit verschlossenem Kernheizungsrohr und Halterungssystem in der Mitte der besagten Sockelplatte umfasst, wobei das besagte Halterungssystem Mittel zum Anschluss externer Energie an besagte Kernheizung einschließt, wobei das besagte Verfahren vor den besagten Schritten des Einleitens und Ableitens den folgenden Schritt umfasst: vertikales Platzieren einer besagten Kernheizung, die in einem Kernheizungsrohr eingeschlossen ist, auf besagter Sockelplatte.
Verfahren zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 1, welches weiter die Verwendung eines Mittelrohr-Halterungssystems auf besagter Sockelplatte umfasst, wobei besagtes Mittelrohr-Halterungssystem einen kleineren Durchmesser aufweist als das besagte Kammerrohr und in diesem mittig angeordnet ist und für das Durchströmen von Gas ventiliert ist, wobei das besagte Verfahren weiter die folgenden Schritte umfasst: vertikales Platzieren eines Mittelrohrs auf dem besagten Mittelrohr-Halterungssystem, wobei besagtes Mittelrohr einen kleineren Durchmesser als das besagte Kammerrohr aufweist und sich vertikal nach oben bis auf weniger als die Höhe des besagten oberen Endes des besagten Kammerrohrs erstreckt; und Zuführen einer ausreichenden Wärme zu besagter Reaktionskammer, um die innere und äußere Oberfläche des besagten Mittelrohrs, einschließlich etwaiger darauf befindlicher Abscheidungsschichten auf die Abscheidungstemperatur der besagten ausgewählten Kombination von Trägergas und Siliziumreaktionsstoffen aufzuheizen und auf dieser Temperatur zu halten.
Verfahren zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 1, bei dem besagtes Trägergas Wasserstoff ist und besagter Siliziumreaktionsstoff Silan ist.
Verfahren zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 1, bei dem besagtes Trägergas Wasserstoff ist und besagter Siliziumreaktionsstoff ein Chlorsilan ist.
Verfahren zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 1 bei dem besagtes Kammerrohr ein längliches Rohr mit einheitlichem Durchmesser und aus Silizium hergestellt ist.
Verfahren zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 3, bei dem besagtes Kernheizungsrohr ein längli ches Rohr mit einheitlichem Durchmesser und aus Silizium hergestellt ist.
Verfahren zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 4, bei dem besagtes Mittelrohr ein längliches Rohr mit einheitlichem Durchmesser und aus Silizium hergestellt ist.
Verfahren zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 1, weiter umfassend das Verwenden einer Schutzgaszone zwischen besagter Reaktorhülle und besagter Reaktorkammer und eines Schutzgasanschlusses in besagter Sockelplatte, welcher mit der besagten Schutzzone kommunizierend verbunden ist, wobei das besagte Verfahren weiter die folgenden Schritte umfasst: Einbringen eines Schutzgases durch besagten Schutzgasanschluss in besagte Schutzgaszone; Aufrechterhalten eines Überdrucks der besagten Schutzgaszone gegenüber besagter Reaktionskammer.
Verfahren zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 10, weiter umfassen das Durchleiten von Kühlluft zwischen besagter Strahlungsheizquelle und besagter Reaktorhülle.
Verfahren zur Herstellung von Massen-Polysilizium durch einen CVD-Prozess umfassend die folgenden Schritte: Verwenden einer CVD-Reaktor-Quarzhülle mit vertikaler Wand, die auf einer horizontalen Reaktorsockelplatte montierbar ist, wobei besagte Sockelplatte einen Zufuhranschluss und einen Abfuhranschluss aufweist und jeder der besagten Anschlüsse mit dem Inneren besagter Hülle kommunizierend verbunden ist; vertikales Platzieren eines länglichen Silizium-Kammerrohrs mit einheitlichem Durchmesser innerhalb besagter Hülle auf besagter Sockelplatte, so dass es mit besagtem Zufuhranschluss und besagtem Abfuhranschluss kommunizierend verbunden ist; Verschließen des oberen Endes des besagten Kammerrohrs, um eine Reaktionskammer zu bilden; Verwenden einer außerhalb besagter Reaktorhülle angeordneten Strahlungsheizungsbaugruppe in Verbindung mit einer Kernheizung in einem vertikal ausgerichteten und verschlossenen Kernheizungsrohr, welches sich von der Mitte besagter Sockelplatte nach oben erstreckt, um die innere Oberfläche des besagten Kammerrohrs einschließlich etwaiger darauf befindlicher Abscheidungsschichten auf die Abscheidungstemperatur einer ausgewählten Kombination von Trägergas und Siliziumreaktionsstoffen aufzuheizen und auf dieser Temperatur zu halten, wobei die Sockelplatte Mittel zum Anschluss externer Energie an besagte Kernheizung umfasst; Einleiten des besagten Trägergases, das mit den besagten Siliziumreaktionsstoffen beladen ist, in besagte Reaktionskammer durch besagten Gaszufuhranschluss und Ableiten gasförmiger Nebenprodukte des besagten CVD-Prozesses aus besagter Reaktionskammer durch besagten Abfuhranschluss, um Siliziumschichten auf der besagten inneren Oberfläche des besagten Kammerrohrs und auf der äußeren Oberfläche des besagten Kernheizungsrohrs abzuscheiden, wobei besagtes Trägergas Wasserstoff ist und besagter Siliziumreaktionsstoff aus der Gruppe gewählt wird, die Silan und Chlorsilan umfasst; Entnehmen des besagten Kammerrohrs und des besagten Kernheizungsrohrs mit den besagten darauf befindlichen Abscheidungsschichten aus besagter Reaktorhülle.
Verfahren zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 12, weiter umfassend den Schritt des Verwendens eines Mittelrohr-Halterungssystems auf der besagten Sockelplatte, wobei das besagte Mittelrohr-Halterungssystem einen kleineren Durchmesser als besagtes Kammerrohr aufweist und in diesem mittig angeordnet ist und einen größeren Durchmesser als besagtes Kernheizungsrohr aufweist und dieses rundum umgibt und für das Durchströmen von Gas ventiliert ist, wobei besagtes Verfahren weiter die folgenden Schritte umfasst: vertikales Platzieren eines länglichen Silizium-Mittelrohrs auf besagtem Mittelrohr-Halterungssystem, wobei sich besagtes Mittelrohr vertikal nach oben bis auf weniger als die Höhe des besagten oberen Endes des besagten Kammerrohrs erstreckt; und Zuführen einer ausreichenden Wärme zu besagter Reaktionskammer, um die innere und äußere Oberfläche des besagten Mittelrohrs, einschließlich etwaiger darauf befindlicher Abscheidungsschichten, auf die Abscheidungstemperatur der besagten ausgewählten Kombination von Trägergas und Siliziumreaktionsstoffen aufzuheizen und auf dieser Temperatur zu halten.
Verfahren zur Herstellung von Massen-Polysilizium durch einen CVD-Prozess umfassend die folgenden Schritte: Verwenden einer CVD-Reaktor-Quarzhülle mit vertikaler Wand, die auf einer horizontalen Reaktorsockelplatte montierbar ist, wobei besagte Sockelplatte einen Zu fuhranschluss und einen Abfuhranschluss aufweist und jede der besagten Anschlüsse mit dem Inneren des besagten Mantels kommunizierend verbunden ist; vertikales Platzieren eines länglichen Silizium-Kammerrohrs mit einheitlichem Durchmesser innerhalb besagter Hülle auf besagter Sockelplatte, so dass es mit besagtem Zufuhranschluss und besagtem Abfuhranschluss kommunizierend verbunden ist; Verwenden eines Mittelrohr-Halterungssystems auf der besagten Sockelplatte, wobei das besagte Mittelrohr-Halterungssystem einen kleineren Durchmesser hat als das besagte Kammerrohr und in diesem mittig angeordnet ist und für das Durchströmen von Gas ventiliert ist; vertikalen Platzieren eines länglichen Silizium-Mittelrohrs auf besagtem Mittelrohr-Halterungssystem, wobei besagtes Mittelrohr einen kleineren Durchmesser als besagtes Kammerrohr aufweist und sich vertikal nach oben bis auf weniger als die Höhe des besagten oberen Endes des besagten Kammerrohrs erstreckt; Verschließen des oberen Endes des besagten Kammerrohrs, um eine Reaktionskammer zu bilden; Verwenden einer außerhalb besagter Reaktorhülle angeordneten Strahlungsheizquellenanordnung, um die innere Oberfläche des besagten Kammerrohrs und die innere und äußere Oberfläche des besagten Mittelrohrs, einschließlich etwaiger darauf befindlicher Abscheidungsschichten, auf die Abscheidungstemperatur einer ausgewählten Kombination von Trägergas und Siliziumreaktionsstoffen aufzuheizen und auf dieser Temperatur zu halten, wobei besagtes Trägergas Wasserstoff ist und besagter Silizi umreaktionsstoff aus der Gruppe gewählt wird, die Silan und Chlorsilan umfasst; und Einleiten des besagten Trägergases, das mit den besagten Siliziumreaktionsstoffen beladen ist, in besagte Reaktionskammer durch besagten Gaszufuhranschluss und Ableiten gasförmiger Nebenprodukte des besagten CVD-Prozesses aus besagter Reaktionskammer durch besagten Abfuhranschluss, um Silizium auf der besagten inneren Oberfläche des besagten Kammerrohrs abzuscheiden, Entnehmen des besagten Kammerrohrs und des besagten Mittelrohrs mit den besagten darauf befindlichen Abscheidungsschichten aus besagter Reaktorhülle.
Verfahren zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 14, wobei besagtes Verfahren weiter den folgenden Schritt umfasst: Verwenden einer Kernheizung mit verschlossenem Kernheizungsrohr und Halterungssystem, welche sich von der Mitte der besagten Sockelplatte innerhalb des besagten Mittelrohrs nach oben erstreckt, in Verbindung mit der besagten außerhalb besagter Hülle angeordneten Strahlungsheizquelle, wobei die Sockelplatte Mittel zum Anschluss externer Energie an besagte Kernheizung umfasst.
Vertikaler Kaltwandreaktor zur Herstellung von Polysilizium durch einen CVD-Prozess, umfassend eine horizontale Sockelplatte mit einem Zufuhranschluss, der mit einer Quelle eines mit Siliziumreaktionsstoffen beladenen Trägergases verbunden werden kann, und einem Abfuhranschluss, der mit einem Rückgewin nungssystem für gasförmige Nebenprodukte des besagten CVD-Prozesses verbunden werden kann; eine Reaktorhülle mit vertikaler Wand; ein vertikal ausgerichtetes Kammerrohr mit einer verschlossenen Oberseite, wobei besagtes Kammerrohr auf einem Unterkanten-Halterungssystem für das Kammerrohr auf besagter Sockelplatte innerhalb besagter Hülle montiert ist, wodurch in Verbindung mit besagter Sockelplatte eine Reaktionskammer mit vertikaler Wand gebildet wird, wobei besagte Zufuhr- und Abfuhranschlusse mit besagter Reaktionskammer kommunizierend verbunden sind; mindestens eine Strahlungsheizquelle, die in der Lage ist, die innere Oberfläche des besagten Kammerrohrs auf die Abscheidungstemperatur einer ausgewählten Kombination von Trägergas und Siliziumreaktionsstoffen aufzuheizen und auf dieser Temperatur zu halten.
Vertikaler Kaltwandreaktor zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 16, bei dem besagte Strahlungsheizquelle eine Strahlungsheizungsbaugruppe außerhalb der besagten Reaktorhülle umfasst, die so ausgerichtet ist, dass sie Strahlungswärme auf die besagte Reaktionskammer hin richtet.
Vertikaler Kaltwandreaktor zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 16, bei dem besagte Strahlungsheizquelle ein austauschbares Kernrohr mit Kernrohrheizung umfasst, das vertikal auf einem Kernrohr-Halterungssystem in der Mitte besagter Sockelplatte montiert ist, wobei das besagte Halterungssystem Mittel zum Anschluss externer Energie an besagte Kernrohrheizung umfasst.
Vertikaler Kaltwandreaktor zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 17, bei dem besagte Strahlungsheizquelle weiter ein Kernrohr mit Kernrohrheizung umfasst, das vertikal auf einem Kernrohr-Halterungssystem in der Mitte der besagten Sockelplatte montiert ist, wobei das besagte Halterungssystem Mittel zum Anschluss externer Energie an besagte Kernrohrheizung umfasst.
Vertikaler Kaltwandreaktor zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 19, der besagte Reaktor weiter umfassend: ein vertikal ausgerichtetes Mittelrohr, das auf einem Unterkanten-Halterungssystem für das Mittelrohr mit einem kleineren Durchmesser als besagtes Kammerrohr montiert und in diesem mittig angeordnet ist, wobei besagtes Halterungssystem ventiliert ist für das Durchströmen von Gas unterhalb des besagten Mittelrohrs und sich besagtes Mittelrohr vertikal nach oben bis auf weniger als die Höhe des besagten oberen Endes des besagten Kammerrohrs erstreckt, wobei die besagte Strahlungsheizquelle in der Lage ist, die innere und äußere Oberfläche der Wand des besagten Mittelrohrs mindestens bis auf die besagte Abscheidungstemperatur zu erwärmen und auf dieser Temperatur zu halten.
Vertikaler Kaltwandreaktor zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 16, bei dem besagtes Kammerrohr ein längliches Rohr mit einheitlichem Durchmesser und aus Silizium hergestellt ist.
Vertikaler Kaltwandreaktor zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 20, bei dem besagtes Mittelrohr ein längliches Rohr mit einheitlichem Durchmesser und aus Silizium hergestellt ist.
Vertikaler Kaltwandreaktor zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 17, der weiter eine Schutzgaszone zwischen besagter Reaktorhülle und besagter Reaktionskammer und einen Schutzgasanschluss in besagter Sockelplatte, welcher mit besagter Schutzgaszone kommunizierend verbunden ist, sowie Mittel zum Einbringen eines Schutzgases und Aufrechterhalten eines Überdrucks des Schutzgases gegenüber besagter Reaktionskammer umfasst.
Vertikaler Kaltwandreaktor zur Herstellung von Polysilizium gemäß Anspruch 17, wobei der besagte Reaktor weiter Mittel zum Durchströmen von Kühlluft zwischen besagter Heizungsbaugruppe und besagter Quarzhülle umfasst.