Dispositivo protector para sistemas de fijación de electrodos en unos reactores de CVD.

Un dispositivo destinado a la protección de unos sistemas de fijación de electrodos en unos reactores de CVD,

que comprende un electrodo apropiado para el alojamiento de una barra filamentosa, que está situado sobre un sistema de fijación de un electrodo hecho a base de un material conductivo de la electricidad, que está colocado dentro de un rebajo de una placa de fondo, siendo estanqueizado con un material de estanqueidad un espacio intermedio existente entre el sistema de fijación de un electrodo y la placa de fondo y siendo protegido el material de estanqueidad por medio de un cuerpo protector constituido por una o múltiples piezas, que está dispuesto en forma anular en torno al sistema de fijación de un electrodo, que se va reduciendo en su extensión axial, por lo menos en algunos tramos, con una distancia radial creciente desde el sistema de fijación de un electrodo.

Dispositivo protector para sistemas de fijación de electrodos en unos reactores de CVD

El invento se refiere a un dispositivo para la protección de sistemas de fijación de electrodos en unos reactores de CVD (de Chemical Vapor Deposition = deposición química desde la fase de vapor) .

Un silicio policristalino muy puro (un polisilicio) se produce por regla general mediante el proceso de Siemens. En este caso, un gas de reacción, que contiene uno o varios componentes, que contienen silicio y eventualmente hidrógeno, se introduce en un reactor, que contiene unos cuerpos de soporte, los cuales son calentados mediante paso directo de la corriente eléctrica a su través, junto a los que el silicio se deposita en forma sólida.

Como compuestos que contienen silicio se emplean de manera preferida el silano (SiH4) , el monoclorosilano (SiH3Cl) , el diclorosilano (SiH2Cl2) , el triclorosilano (SiHCl3) , el tetraclorosilano (SiCl4) o respectivamente unas mezclas de ellos.

Cualquier cuerpo de soporte está compuesto en la mayor parte de los casos a base de dos delgadas barras filamentosas y en un puente que une a las barras, por regla general contiguas, junto a sus extremos libres. Con la mayor frecuencia, las barras filamentosas se producen a base de un silicio mono-o policristalino, más raramente pasan a emplearse unos metales o respectivamente unas aleaciones o carbono. Las barras filamentosas se meten verticalmente dentro de unos electrodos, que están situados junto al fondo del reactor, a través de los cuales se efectúa la conexión al sistema de fijación de un electrodo y al sistema de abastecimiento de corriente eléctrica. Junto a las barras filamentosas calentadas y al puente horizontal se deposita un polisilicio muy puro, con lo cual el diámetro de éstas (o de éste) crece en el transcurso del tiempo. Después de que se haya alcanzado el diámetro deseado, se finaliza el proceso.

Las barras de silicio son sostenidas dentro del reactor de CVD por unos electrodos especiales, que por regla general se componen a base de grafito. En cada caso dos barras delgadas, con diferente polarización de la tensión eléctrica junto a los sistemas de fijación de electrodos, están unidas al otro extremo de una barra delgada con un puente, para establecer un circuito de corriente eléctrica. A través de los electrodos y de sus sistemas de fijación de electrodos se aporta la energía eléctrica para efectuar la calefacción de las barras delgadas. En tal caso, crece el diámetro de las barras delgadas. Al mismo tiempo, el electrodo crece, comenzando por su punta, en el pie de barra de las barras de silicio. Después de haber alcanzado un diámetro sólido deseado de las barras de silicio, se finaliza el proceso de deposición, luego las barras de silicio se enfrían y se desmontan Una importancia especial les corresponde en el presente caso a la protección del sistema de fijación de un electrodo, que está guiado a través de la placa de fondo, y a la junta de estanqueidad circundante. Puesto que la tendencia se dirige hacia unas barras cada vez más largas y más gruesas en unos ciclos de deposición más cortos, tienen importancia precisamente la disposición y la forma de los cuerpos protectores de las juntas de estanqueidad de los electrodos así como el material de la junta de estanqueidad protectora. En efecto, mediante una optimizada disposición, se pueden evitar las posibles perturbaciones, que influyen sobre el rendimiento y o la calidad, durante el proceso de deposición de polisilicio. A las posibles perturbaciones que se producen durante el proceso de deposición, que influyen sobre el rendimiento o la calidad, pertenecen por ejemplo también unos fallos eléctricos causados por unos contactos a tierra durante la deposición. Esta perturbación reduce el rendimiento de producción, puesto que el proceso es interrumpido prematuramente.

También dependiendo de la posterior utilización de las barras de silicio que se han producido de esta manera, se plantean muy diversos requisitos en cuanto a las barras de silicio y al proceso de deposición y por consiguiente al sistema de fijación de los electrodos y a su protección. Si, por ejemplo, el silicio policristalino se utiliza posteriormente en fragmentos de silicio para unos usos en aplicaciones solares y electrónicas, las barras de silicio no deben caerse durante o después del proceso de deposición ni resultar impurificadas por los materiales ajenos salientes a partir de p.ej. los materiales de estanqueidad que entran en contacto con los productos. Unas barras de silicio policristalinas largas y gruesas aumentan la rentabilidad del proceso de deposición, pero también el riesgo de su caída dentro del reactor.

En el documento de solicitud de patente internacional WO 2010/083899 A1 se divulga un dispositivo protector de electrodos según el estado de la técnica. En este caso, se describen unas barras delgadas en un adaptador hecho a base de grafito que se mete dentro de un anillo de apriete hecho a base de grafito, que por su parte coopera con la placa de fondo del reactor de CVD a través de un anillo hecho a base de cuarzo, para la producción de un silicio policristalino según el proceso del monosilano.

En el estado de la técnica se intentó resolver la problemática de los fallos eléctricos por medio de una junta de estanqueización y un aislamiento de los electrodos que están guiados a través de la placa de fondo.

A partir del documento WO 2010/083899 A1 es conocido apantallar contra las cargas térmicas a las juntas de estanqueidad de los electrodos mediante unos anillos protectores hechos a base de cuarzo.

En el documento de solicitud de patente alemana DE 23 28 303 A1 se describe un procedimiento para la producción de barras y tubos que se hacen a base de silicio por deposición del correspondiente material semiconductor a partir de la fase gaseosa junto a la superficie de envoltura de un soporte calentado, que se extiende longitudinalmente, en particular hecho a base de silicio o grafito, que se compone de un recipiente de reacción con una placa de fondo hecha a base de un metal con por lo menos un electrodo que sirve para la fijación de un extremo del soporte extendido longitudinalmente y para la calefacción del soporte, cuyo electrodo está aislado eléctricamente y es guiado estancamente a través de la placa de fondo, el cual está caracterizado por que una primera parte de electrodo, que se compone a base de un metal, está fijada en la placa de fondo, mediando intercalamiento de una capa estanqueizadora, que está hecha a base de un material aislante inerte, en particular un poli (tetrafluoroetileno) , y tiene un resalto que sobresale dentro del recinto de reacción, sobre el cual se asienta de modo recambiable otra parte de electrodo que se compone a base de un metal o de carbono, cuya parte de electrodo posee junto a su superficie libre la superficie de adaptación que está destinada al alojamiento y a la fijación del soporte.

Una primera parte del sistema de fijación de un electrodo, que se compone a base de un metal, está por lo tanto fijada en la placa de fondo, mediando guía intercalada de una capa estanqueizadora hecha a base de un material aislante inerte.

El documento de solicitud de patente japonesa JP 2009-221058 A2 divulga una estanqueización y un aislamiento mediante el empleo de un especial material cerámico con zirconio, de un grafito flexible y de unos anillos tóricos revestidos como junta de estanqueidad. Tales materiales tienen una estabilidad frente a altas temperaturas y hacen posible un sellado de la rendija existente entre los electrodos y la placa de fondo.

El documento WO 2010/068849 A1 describe un aislamiento térmico mejorado en la zona de la guía de los electrodos a través de la placa de fondo mediando el empleo de un cuerpo metálico, que está provisto de un revestimiento superficial aislante.

El documento de solicitud de patente de los EE.UU. US 2010/147219 A1 divulga un electrodo para el alojamiento de una barra filamentosa, que está colocada dentro de un rebajo de una placa de fondo, estando colocado entre la placa de fondo y el electrodo un material de estanqueidad, que está protegido mediante un anillo de electrodo colocado en forma circular en torno al electrodo y que se compone a base de un material aislante tal como un material cerámico o cuarzo.

El documento WO 2011/092276 A1 divulga un electrodo para un reactor que está destinado a la producción de un silicio policristalino, estando fijados varios electrodos en una placa de fondo del reactor y soportando ellos a unas barras filamentosas, siendo el electrodo tensado previamente por medios mecánicos con varios elementos elásticos en dirección a un lado superior de la placa de fondo y estando insertado... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo destinado a la protección de unos sistemas de fijación de electrodos en unos reactores de CVD, que comprende un electrodo apropiado para el alojamiento de una barra filamentosa, que está situado sobre un sistema de fijación de un electrodo hecho a base de un material conductivo de la electricidad, que está colocado dentro de un rebajo de una placa de fondo, siendo estanqueizado con un material de estanqueidad un espacio intermedio existente entre el sistema de fijación de un electrodo y la placa de fondo y siendo protegido el material de estanqueidad por medio de un cuerpo protector constituido por una o múltiples piezas, que está dispuesto en forma anular en torno al sistema de fijación de un electrodo, que se va reduciendo en su extensión axial, por lo menos en algunos tramos, con una distancia radial creciente desde el sistema de fijación de un electrodo.

2. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, estando constituido el cuerpo protector a base de varias partes o piezas, las cuales están dispuestas concéntricamente en torno al sistema de fijación de un electrodo.

3. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, siendo seleccionado el material del cuerpo protector entre el conjunto que se compone de un cuarzo traslúcido, plata, un silicio mono-o policristalino, carburo de wolframio, carburo de silicio, un grafito revestido con silicio, unos materiales compuestos de CFC, wolframio y otros metales que funden a altas temperaturas.

4. Un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 3, componiéndose el cuerpo protector, por lo menos parcialmente, a base de un cuarzo traslúcido o de plata.

5. Un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 4, estando constituido el cuerpo protector a base de varias partes, de las cuales por lo menos una se compone de un cuarzo traslúcido o de plata.

6. Un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 5, siendo protegido el material de estanqueidad adicionalmente por medio de un cuerpo protector, que está dispuesto en forma anular en torno al sistema de fijación de un electrodo, y de la placa de fondo.

7. Procedimiento para la producción de un silicio policristalino, que comprende la introducción de un gas de reacción, que contiene un componente que contiene silicio, y de hidrógeno en un reactor de CVD que contiene por lo menos una barra filamentosa que se encuentra situada sobre un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 6, que es abastecido con corriente eléctrica mediante el electrodo y es calentado de esta manera, mediante el paso directo de la corriente eléctrica a su través, hasta una temperatura con la que el silicio se deposita sobre la barra filamentosa.