Aparato y procedimiento de suministro de energía eléctrica a un reactor de CVD.

Un aparato para aplicar una tensión a través de una pluralidad de varillas de silicio en un reactor de CVD,

comprendiendo dicho aparato:

una conexión en serie en la que las varillas de silicio pueden ser insertadas como resistencias;

al menos una primera unidad de suministro de energía;

al menos una segunda unidad de suministro de energía;

al menos una tercera unidad de suministro de energía; y

al menos una unidad de control capaz de aplicar una tensión a través de las varillas de silicio en la conexión en serie por medio de las primera, segunda o tercera unidades de suministro de energía, en el que la primera unidad de suministro de energía comprende una pluralidad de primeros transformadores, cada una de cuyas salidas está conectada con una varilla de silicio de la conexión en serie, y en el que los primeros transformadores presentan una primera tensión en circuito abierto y una primera corriente de cortocircuito,

en el que la segunda unidad de suministro de energía comprende una pluralidad de segundos transformadores, cuyas salidas están conectadas al mismo número de varillas de silicio que los primeros transformadores de la conexión en serie, en paralelo con uno o más de los primeros transformadores, y en el que los segundos transformadores presentan una segunda tensión en circuito abierto y una segunda corriente de cortocircuito, en el que la segunda tensión en circuito abierto es inferior a la primera tensión en circuito abierto y la segunda corriente de cortocircuito es superior a la primera corriente de cortocircuito, en el que la tercera unidad de suministro de energía comprende unas salidas que están conectadas con las varillas de silicio de la conexión en serie, en paralelo con los primeros y segundos transformadores, y en el que la tercera unidad de suministro de energía es capaz de proporcionar una corriente en un intervalo de tensión por debajo de la tensión en circuito abierto del segundo transformador, cuya corriente es superior a la corriente de cortocircuito del segundo transformador; y

en el que la primera unidad de suministro de energía presenta una característica de corriente / tensión más pronunciada que la segunda unidad de suministro de energía y la segunda unidad de suministro de energía presenta una característica de corriente / tensión más pronunciada que la tercera unidad de suministro de energía.

Aparato y procedimiento de suministro de energía eléctrica a un reactor de CVD

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un aparato para aplicar una tensión a través de una pluralidad de varillas de silicio en un reactor de CVD, varillas de silicio que están conectadas en serie.

En la técnica de los semiconductores y de la industria fotovoltaica es conocido el procedimiento de fabricación de varillas de silicio de gran dureza, por ejemplo, de acuerdo con el procedimiento Siemens en reactores de deposición, también designados como reactores de CVD (CVD = deposición de vapores químicos). En este procedimiento, las varillas de silicio delgadas son inicialmente recibidas en los reactores, sobre los cuales se deposita silicio durante un proceso de deposición. Las varillas de silicio delgadas son recibidas en unos aparatos de sujeción y contacto, los cuales mantienen las varillas de silicio delgadas en una orientación deseada y que también proporcionan el contacto eléctrico de las mismas. En sus respectivos extremos libres, las varillas de silicio delgadas están típicamente conectadas por medio de unas crestas conductoras de electricidad, con el fin de hacer posible el cierre de un circuito eléctrico por medio de unos elementos de contacto, los cuales están dispuestos en el mismo lado del reactor. Como alternativa, también es posible situar en contacto las varillas de silicio delgadas dispuestas en sus extremos opuestos, esto es, desde arriba y desde abajo, con el fin de hacer posible la conducción de una corriente a través de las varillas de silicio delgadas. Un par de varillas de silicio delgadas que está conectado por medio de un puente eléctricamente conductor, así como las varillas de silicio delgadas, las cuales están en contacto en sus extremos opuestos, son designadas como varilla de silicio por razones de sencillez.

Las varillas de silicio son calentadas a una temperatura predeterminada, a la cual se produce la deposición de silicio desde la fase de vapor o de gas desde las varillas de silicio. El calentamiento se consigue durante el proceso mediante el flujo de corriente a una tensión sustancialmente predeterminada por medio de calentamiento por resistencia. La temperatura de deposición oscila típicamente de 9 a 135 grados Celsius y, en particular, a aproximadamente 11 grados Celsius, pero también puede situarse a otras temperaturas.

Dado que las varillas de silicio inicialmente presentan una elevada resistencia, que desciende a temperaturas más altas, es necesario, en primer término, aplicar una tensión inicial elevada a través de las varillas de silicio con el fin de iniciar un flujo Inicial de corriente, también designada como Ignición de las varillas de silicio. Después del calentamiento Inicial de las varillas de silicio por el flujo de corriente y la reducción con ello de la resistencia de las varillas de silicio, la tensión aplicada a través de las varillas de silicio se puede reducir a una tensión operativa. La regulación posterior de las varillas de silicio puede ser básicamente controlada por medio de la corriente.

El documento DE 1 29 2143 A describe un aparato y un procedimiento para una aplicación de tensión en dos etapas para unas varillas de silicio delgadas en un reactor de CVD. En particular, en el aparato descrito, se dispone una primera unidad de suministro que Incorpora una pluralidad de transformadores, en la que cada transformador suministra una tensión a un par respectivo de las varillas de silicio delgadas en una fase de puesta en marcha. Así mismo, se dispone una segunda unidad de suministro, capaz de suministrar pares de varillas de silicio delgadas conectadas en serie durante una fase operativa con una tensión. Los transformadores de la primera unidad de suministro están conectados con una red de suministro de tres fases dispuesta en su lado primario. Así mismo, entre cada transformador y la red de suministro de tres fases, se disponen una bobina de autoinducción y un regulador de potencia bajo la forma de un regulador de potencia de tiristor bidireccional. Los reguladores de potencia pueden ser operados para ajustar y mantener un nivel de tensión en el lado secundario de los respectivos transformadores y también para limitar el flujo de la corriente a través de ellos. Los reguladores de potencia se utilizan especialmente para contrarrestar una reducción de la tensión con un flujo de corriente incrementado, que se produce típicamente en los transformadores manteniendo el nivel de tensión en el lado secundario. Dichos reguladores de potencia, sin embargo, son costosos y requieren un control de cada uno, lo que conduce a la implicación de sistemas electrónicos controlados.

Constituye, por tanto, un objeto de la presente Invención proporcionar un aparato y un procedimiento para aplicar tensión a través de una pluralidad de varillas de silicio en un reactor de CVD que proporcionan, de una manera fácil y rentable, un suministro de tensión multletapa de acuerdo con las respectivas necesidades.

De acuerdo con la presente invención, el objeto se solventa mediante un aparato de acuerdo con la reivindicación 1 y con un procedimiento de la reivindicación 9. Formas de realización adicionales de la invención se divulgan en las reivindicaciones dependientes.

El aparato comprende en concreto una conexión en serie en la cual pueden ser insertadas como resistores las varillas de silicio, al menos una primera unidad de suministro de corriente, al menos una segunda unidad de suministro de corriente, al menos una tercera unidad de suministro de corriente y al menos una unidad de control, capaz de aplicar una tensión a través de las varillas de silicio en la conexión en serie por medio de las primera, segunda y tercera unidades de suministro. Las respectivas unidades de suministro de corriente son, de modo preferente, transformadores y, en concreto, de modo preferente, transformadores para transformar tensiones de línea de base única, que presentan una pluralidad de entradas en su lado primario para suministrar al menos una tensión de línea externa y, en su lado secundario una pluralidad de salidas para aplicar la al menos una tensión de

línea transformada con cargas óhmicas y / o inductivas. Con la expresión una pluralidad de entradas / salidas se debe en lo sucesivo entender una o más entradas / salidas. La primera unidad de suministro de corriente comprende una pluralidad de primeros transformadores, cuyas salidas están conectadas en serie con al menos una varilla de silicio, en el que los primeros transformadores presentan una primera tensión de circuito abierto y una primera corriente de cortocircuito. La segunda unidad de suministro de corriente comprende una pluralidad de segundos transformadores, cuyas salidas están conectadas en serie con al menos el mismo número de varillas de silicio que los primeros transformadores y que pueden estar dispuestos en paralelo con uno o más de los primeros transformadores, en los que los segundos transformadores presentan una segunda tensión en circuito abierto y una segunda corriente de cortocircuito y en el que la segunda tensión en circuito abierto es inferior a la primera tensión en circuito abierto y en el que la corriente de cortocircuito es superior a la primera corriente de cortocircuito. La tercera unidad de suministro de corriente comprende unas salidas que están conectadas con la serie de varillas de silicio y puede estar dispuesta en paralelo con los primero y segundo transformadores, en el que la tercera unidad de suministro de corriente es capaz de proporcionar una corriente a una tensión por debajo de la tensión en circuito abierto del segundo transformador, siendo la corriente mayor que la corriente de cortocircuito de los segundos transformadores. Dicho aparato permite, de una manera fácil, la aplicación multietapa de diferentes tensiones a través de las varillas de silicio. Mediante la provisión de diferentes transformadores en las primera y segunda unidades de suministro de energía que pueden aplicar selectivamente tensiones a las varillas de silicio controladas por la unidad de control, en comparación con la segunda unidad de suministro de corriente, es posible omitir por ejemplo, los reguladores de energía y un sistema correspondiente de control en el lado primario de los controladores. Así mismo, se pueden utilizar transformadores más sencillos.

De modo preferente, cada uno de los segundos transformadores está conectado en serie a un número más amplio de varillas de silicio que a los que están conectados los primeros transformadores. Al hacerlo, el número de transformadores de la segunda unidad de suministro de corriente se puede reducir respecto al número de transformadores existente en la primera unidad de suministro de corriente, lo que puede conducir... [Seguir leyendo]

1.- Un aparato para aplicar una tensión a través de una pluralidad de varillas de silicio en un reactor de CVD, comprendiendo dicho aparato:

una conexión en serie en la que las varillas de silicio pueden ser insertadas como resistencias; al menos una primera unidad de suministro de energía; al menos una segunda unidad de suministro de energía; al menos una tercera unidad de suministro de energía; y

al menos una unidad de control capaz de aplicar una tensión a través de las varillas de silicio en la conexión en serie por medio de las primera, segunda o tercera unidades de suministro de energía,

en el que la primera unidad de suministro de energía comprende una pluralidad de primeros transformadores, cada una de cuyas salidas está conectada con una varilla de silicio de la conexión en serie, y en el que los primeros transformadores presentan una primera tensión en circuito abierto y una primera corriente de cortocircuito,

en el que la segunda unidad de suministro de energía comprende una pluralidad de segundos transformadores, cuyas salidas están conectadas al mismo número de varillas de silicio que los primeros transformadores de la conexión en serie, en paralelo con uno o más de los primeros transformadores, y en el que los segundos transformadores presentan una segunda tensión en circuito abierto y una segunda corriente de cortocircuito, en el que la segunda tensión en circuito abierto es inferior a la primera tensión en circuito abierto y la segunda corriente de cortocircuito es superior a la primera corriente de cortocircuito, en el que la tercera unidad de suministro de energía comprende unas salidas que están conectadas con las varillas de silicio de la conexión en serie, en paralelo con los primeros y segundos transformadores, y en el que la tercera unidad de suministro de energía es capaz de proporcionar una corriente en un intervalo de tensión por debajo de la tensión en circuito abierto del segundo transformador, cuya corriente es superior a la corriente de cortocircuito del segundo transformador; y

en el que la primera unidad de suministro de energía presenta una característica de corriente / tensión más pronunciada que la segunda unidad de suministro de energía y la segunda unidad de suministro de energía presenta una característica de corriente / tensión más pronunciada que la tercera unidad de suministro de energía.

2.- El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque los segundos transformadores están conectados a un número mayor de varillas de silicio de la conexión en serie que los primeros transformadores.

3.- El aparato de la reivindicación 2, caracterizado porque cada uno de los segundos transformadores está conectado a un número doble de varillas de silicio de la conexión en serie que el de los primeros transformadores.

4.- El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las salidas de la tercera unidad de suministro de energía están conectadas a al menos un número de varillas de silicio doble que el de los segundos transformadores.

5.- El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los primeros y / o segundos transformadores, que están conectados a varillas de silicio adyacentes de la conexión en serie, están bobinados de manera opuesta.

6.- El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por al menos una cuarta unidad de suministro de energía que comprende al menos un cuarto transformador, cuyas salidas están conectadas a más varillas de silicio de la conexión en serie que las salidas de los correspondientes segundos transformadores y que presenta una cuarta tensión en circuito abierto y una cuarta corriente de cortocircuito en el que la cuarta tensión en circuito abierto es inferior a la segunda tensión en circuito abierto y la cuarta corriente de cortocircuito es superior a la segunda corriente de cortocircuito,

en el que la al menos una unidad de control es capaz de aplicar una tensión a las varillas de silicio de la conexión en serie también por medio de la cuarta unidad de suministro de energía, en el que la tercera unidad de suministro de energía es capaz de proporcionar una corriente mayor que la cuarta corriente de cortocircuito en un intervalo de tensión por debajo de la cuarta tensión en circuito abierto.

7.- El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los al menos dos transformadores adyacentes de la primera unidad de suministro de energía están agrupados entre sí y conectados en serie.

8.- El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la unidad de control es capaz de conmutar entre las unidades de suministro de energía dependiendo del flujo de corriente a través de los respectivos primeros y segundos transformadores.

9.- Un procedimiento de aplicación de una tensión a través de una pluralidad de varillas de silicio que están conectadas en serie en un reactor de CVD, comprendiendo dicho procedimiento las siguientes etapas en secuencia:

la aplicación de una primera tensión a las varillas de silicio por medio de una primera pluralidad de primeros transformadores;

la aplicación de una segunda tensión a través de las varillas de silicio por medio de una segunda pluralidad de segundos transformadores, en el que la segunda tensión es inferior a la primera tensión; y

la aplicación de una tercera tensión a través de las varillas de silicio por medio de una unidad de suministro de corriente, en el que la tercera tensión es inferior a la segunda tensión;

en el que los primeros transformadores presentan una característica de corriente / tensión más pronunciada que los segundos transformadores, y los segundos transformadores presentan una característica de corriente / tensión más pronunciada que la tercera unidad de suministro de energía.

1.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la tercera tensión es aplicada a través de todas las varillas de silicio que están conectados en serie.

11.- El procedimiento de la reivindicación 9 o 1, caracterizado porque la primera tensión es aplicada a través de cada varilla de silicio individual y la segunda tensión es aplicada a través de dos varillas de silicio conectadas en serie.

12 - El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque se determina el flujo de corriente a través de las varillas de silicio y al menos una conmutación entre diferentes tensiones es controlada dependiendo del flujo de corriente determinado.

13 - El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque una cuarta tensión es aplicada a través de las varillas de silicio entre la aplicación de la segunda tensión y la aplicación de la tercera tensión, y en el que la cuarta tensión es aplicada por medio de un tercer transformador y la cuarta tensión se sitúa en el intervalo comprendido entre las segunda y tercera tensiones.

14.- El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque en el momento de la aplicación de la primera y / o la segunda tensión por medio de los primeros y segundos transformadores, respectivamente, la tensión es aplicada de tal forma que, en los extremos de la conexión en serie, se produce el nivel de tensión más bajo en valor absoluto.

15.- Un reactor de CVD para depositar silicio sobre una pluralidad de varillas de silicio que comprende un aparato para aplicar una tensión a través de la pluralidad de varillas de silicio de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, así como unos medios independientes para calentar las varillas de silicio.