專利名稱：用于生產(chǎn)多晶硅的反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)多晶硅的反應(yīng)器。該反應(yīng)器具有具有多個噴嘴的反應(yīng)器基底，其中各噴嘴具有形成含硅氣體到反應(yīng)器內(nèi)部的橫切(infeed)的噴嘴入口和噴嘴出
背景技術(shù)：
在根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器內(nèi)用于生產(chǎn)多晶硅的要素工藝是“西門子工藝(SiemensProcess)” 和“甲硅燒工藝(Monosilane Process)”。在西門子工藝中，三氯硅烷(SiHC13)在存在氫氣的情況下，在加熱到1000到1200° C的高純度硅棒上熱分解。元素的硅在那里生長在該硅棒上。在那里釋放的氯化氫被回料給該循環(huán)。該工藝在大約6. 5巴(bar)的壓力下進(jìn)行。在甲硅烷工藝中，甲硅烷(SiH4)在存在氫氣的情況下，在加熱到850-900° C的高純度硅棒上熱分解。元素的硅在那里生長在該硅棒上。甲硅烷工藝在大約2到2. 5巴的壓力下進(jìn)行。在美國專利US4，179，530中公開了一種用于純硅生長的方法。其中使用的反應(yīng)器是具有雙壁的容器。冷卻的水在兩個壁之間的空間內(nèi)流動。該反應(yīng)器包括硅沉積在其上的復(fù)數(shù)細(xì)的U形硅芯棒(filament)。同樣將電極的接線夾冷卻。氣體通過反應(yīng)器基底的開口供給和提取。德國專利申請DE2558387公開了一種用于生產(chǎn)多晶硅的方法和裝置。通過含硅化合物的氫還原作用獲得多晶硅。通過橫切(infeed)噴嘴將反應(yīng)物供給到反應(yīng)室。用過的反應(yīng)物經(jīng)由穿過出口的管道提取。橫切和出口相互相對設(shè)置。德國專利申請DE102005042753A1公開了一種用于在流化床反應(yīng)器內(nèi)生產(chǎn)粒狀多晶硅的方法。在該用于生產(chǎn)粒狀多晶硅的方法中，多晶硅從反應(yīng)氣體沉積在顯示出熱表面的流化床反應(yīng)器內(nèi)。這發(fā)生在大約600到1100° C的反應(yīng)溫度。具有沉積的硅的粒子從反應(yīng)器隨同沒有與流化氣體起反應(yīng)的反應(yīng)氣體一起離開。美國專利RE36，936公開了一種用于生產(chǎn)高純度多晶硅的方法。在這里，硅也是通過從含硅氣體的沉積獲得。腔室中的氣體循環(huán)沉淀在為此提供的冷卻的表面上。氣體循環(huán)可通過鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)化。未公開的德國專利申請DE102009003368 Al揭露了一種用于生產(chǎn)多晶硅的反應(yīng)器，其包括顯示出多個噴嘴的反應(yīng)器基底。含硅氣體通過噴嘴流入。同樣，復(fù)數(shù)硅芯棒安裝在反應(yīng)器基底上。此外還提供用于將用過的含硅氣體供應(yīng)到富集和/或制劑的排氣管。排氣管位于芯管的自由端，其中芯管穿過反應(yīng)器基底。德國專利申請Al公開了一種通過這個半導(dǎo)體材料的氣態(tài)化合物熱分解，用于純半導(dǎo)體材料，尤其是硅沉積的裝置和方法。金屬底座具有用于反應(yīng)氣體供應(yīng)的噴嘴。反應(yīng)氣體的除去也經(jīng)由底座進(jìn)行。德國專利申請DE^12661A1涉及一種通過在加熱的攜載元件表面上半將導(dǎo)體材料化合物熱分解，將純半導(dǎo)體材料，尤其是硅沉積的方法，其通過將電流施加到其上將攜載元件加熱，以便在氣體不能透過去的、封閉的反應(yīng)器內(nèi)將其加熱到相應(yīng)的可分解化合物的分解溫度。該專利申請公開了使用在加工中用于供應(yīng)可分解化合物的噴嘴設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于生產(chǎn)多晶硅的反應(yīng)器，其具有以這樣的一種方式設(shè)計的反應(yīng)器基底，使得到反應(yīng)器基底內(nèi)的噴嘴的含硅氣體分配以節(jié)約空間，安全和有成本效益的方式發(fā)生，并且對在反應(yīng)器基底外部上進(jìn)一步的元件，例如電極和冷卻劑接頭提供容易的入口。本發(fā)明的目的是以具有獨立權(quán)利要求1的特征的反應(yīng)器實現(xiàn)的。該反應(yīng)器具有具有多個噴嘴的反應(yīng)器基底，其中各噴嘴具有形成含硅氣體到反應(yīng)器內(nèi)部的橫切的噴嘴入口和噴嘴出口。至少一個壁具有這樣的形狀，使其和反應(yīng)器基底外表面一起限定至少一個空腔，該空腔提供含硅氣體到該空腔與其連通的至少一部分噴嘴的分配系統(tǒng)。該壁以氣體不能透過去的方式以這樣的一種方式附接反應(yīng)器基底，使得空腔與反應(yīng)器基底外表面的至少一個接觸表面限于反應(yīng)器基底外表面的子區(qū)域。根據(jù)一個實施例，由壁和反應(yīng)器基底外表面限定的空腔與所有噴嘴連通。根據(jù)進(jìn)一步的實施例，反應(yīng)器基底攜載第一組噴嘴和第二組噴嘴。為了提供含硅氣體到反應(yīng)器內(nèi)部的橫切，第一組噴嘴和第二組噴嘴分別被分配到由壁和反應(yīng)器基底外表面限定的空腔。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施例，到反應(yīng)器基底的氣體供應(yīng)顯示出第一支路和第二支路，其中第一支路是到由壁和反應(yīng)器基底外表面限定的空腔的氣體供應(yīng)，而其中第二支路是到中央噴嘴的氣體供應(yīng)。第一和第二支路各包括閥門，通過閥門在各自的支路內(nèi)的氣體流動是可控制的?？梢詷?gòu)思出其它噴嘴均勻地分布在中央噴嘴周圍。本發(fā)明優(yōu)選以這樣的一種方式實現(xiàn)，使得由壁和反應(yīng)器基底外表面限定的空腔具有封閉的環(huán)形形狀。然而，根據(jù)另一實施例還可以構(gòu)思出由壁和反應(yīng)器基底外表面限定的空腔具有開環(huán)形狀。在本發(fā)明的一個實施例中，由壁和反應(yīng)器基底外表面限定的空腔顯示出具有弓形形狀的截面。優(yōu)選地，壁通過至少一條連續(xù)的焊縫附接反應(yīng)器基底的外表面。由于制造原因，如果由壁和反應(yīng)器基底外表面限定的空腔截面是半圓形是特別有利的。在這種情況下，壁的形狀對生產(chǎn)反應(yīng)器基底外表面和壁之間的焊縫以及還對清潔反應(yīng)器基底尤其提供容易的入口。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以構(gòu)思出由壁和反應(yīng)器基底外表面限定的空腔的進(jìn)一步的形狀和截面而不背離本發(fā)明的范圍是顯而易見的。因此可以構(gòu)思出例如矩形或者一段橢圓形形狀的截面，該空腔還可以是U形或者彎曲形?？梢愿倪M(jìn)在根據(jù)本發(fā)明反應(yīng)器的情況下氣體分配的設(shè)計，提供給予更多地考慮到對于反應(yīng)器裝備的進(jìn)一步需求，尤其反應(yīng)器基底上進(jìn)一步的元件，象電器插頭或冷卻劑接頭的可達(dá)性的可能性。此外，尤其在優(yōu)選的實施例中，焊縫減少并且通過螺絲釘?shù)倪B接是多余的。因此減少了泄露的風(fēng)險。由于用過的含硅氣體如果與水接觸(例如用于反應(yīng)器的冷卻水)可能引起爆炸，這增加了反應(yīng)器的操作安全性。取決于操作條件，如果氣體和冷卻水接觸，還可能形成沉積，這會減少反應(yīng)器的操作可靠性。通過將氣體分配加入反應(yīng)器基底而不干涉距離，而且減少了裝置的空間要求。


本發(fā)明進(jìn)一步的特征、目的和優(yōu)點現(xiàn)在通過附圖非常詳細(xì)地說明。圖Ia顯示習(xí)知技術(shù)用于生產(chǎn)多晶硅的反應(yīng)器的透視截面圖。圖Ib顯示圖Ia中所示習(xí)知技術(shù)反應(yīng)器的噴嘴周圍區(qū)域的要素元件，反應(yīng)器基底和硅芯棒的一個夾具的放大圖。圖2顯示根據(jù)本發(fā)明具有復(fù)數(shù)輸入和輸出管道的反應(yīng)器基底的側(cè)視圖。圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器基底從下面的俯視圖，其中在這個截面可見環(huán)狀分布的噴嘴。圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器基底的截面圖。圖5顯示圖4的一部分的放大圖，其基本上顯示用于將反應(yīng)氣體供應(yīng)到內(nèi)部的噴嘴。圖6顯示根據(jù)本發(fā)明反應(yīng)器基底進(jìn)一步的實施例的截面圖。
具體實施例方式相同的標(biāo)號使用于本發(fā)明同樣的元件或者同樣功能的元件。此外為了清楚起見，在單個圖中僅顯示了為說明各附圖所需的，或者將該圖放入其它附圖的范圍所需的那些標(biāo)號。圖Ia顯示根據(jù)習(xí)知技術(shù)用于生產(chǎn)多晶硅的反應(yīng)器10。反應(yīng)器基底12顯示出多個噴嘴40，含硅氣體通過多個噴嘴40進(jìn)入反應(yīng)器10內(nèi)部11。多個硅芯棒60安裝在反應(yīng)器基底12上，多晶硅在加工過程中從氣相沉積在多個硅芯棒60上。在這里所顯示的實施例中，排氣管20備有排氣管開口 22，用過的氣體通過排氣管開口 22供給到富集(enrichment)和/或制劑。反應(yīng)器壁18和芯管21是雙層的，并且因此可用水冷卻。將用過的氣體經(jīng)由排氣管20供給到富集和/或制劑。新鮮的含硅氣體經(jīng)由供應(yīng)管道(在這里未示出)供給到多層反應(yīng)器基底12。氣體從供應(yīng)管道在反應(yīng)器基底12內(nèi)分配到單個噴嘴40，并且然后進(jìn)入反應(yīng)器10內(nèi)部11。嵌入相應(yīng)夾具61的噴嘴40和硅芯棒60均勻地分布在形成在反應(yīng)器基底12內(nèi)的排出口 22周圍。圖Ib基本上顯示如圖Ia中所示的反應(yīng)器12基底的一部分的放大圖。反應(yīng)器基底12是多層的，由第一隔室(COmpartment)13和第二隔室14構(gòu)成。第一隔室13由面向反應(yīng)器10內(nèi)部11的板15和中間板16形成。第二隔室14由中間板16和底板17形成。中間板16顯示出攜載用于氣體的噴嘴40的開口。噴嘴終止于面向反應(yīng)器內(nèi)部11的板15，并且因此裝備用于氣體的出口。因此新鮮的含硅氣體為了通過噴嘴40進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部11，供給到第二隔室14并且分布在這個第二隔室14內(nèi)。在第一隔室13內(nèi)流動著冷卻的水。用于硅芯棒60的供應(yīng)接頭62和63在底板下面延伸。供應(yīng)接頭62用于到硅芯棒60的電壓供應(yīng)。供應(yīng)接頭62裝備為高壓電極，并且將大約10. 000伏特的高壓供應(yīng)給硅芯棒60。在不同的實施例中，該工藝也可以在低電壓下進(jìn)行。供應(yīng)接頭63是用于冷卻水的接頭，為了將硅芯棒60的夾具61維持在相應(yīng)的工藝溫度。硅芯棒60由具有大約8mm直徑的高純度硅棒構(gòu)成。圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器基底12的側(cè)視圖。在所顯示的實施例中，反應(yīng)器基底12包括限定隔室34的第一壁31和第二壁32。冷卻劑在隔室34內(nèi)流動。第一壁31靠著反應(yīng)器內(nèi)部11限定隔室34。反應(yīng)器基底的第一外表面33和壁70 —起裝備空腔71，該空腔71提供含硅氣體到噴嘴40 (見圖3)的分配。在所顯示的實施例中，導(dǎo)管50是到反應(yīng)器基底的氣體供應(yīng)；導(dǎo)管50分支為第一支路51和第二支路52。第一支路51通往空腔71，第二支路52通往不與空腔71連通的中央噴嘴41 (見圖3)。在第一支路中提供閥門53，以及在第二支路中提供閥門M。供應(yīng)到空腔71的氣體可由第一支路51中的閥門53控制，供應(yīng)到中央噴嘴41的氣體可由第二支路52中的閥門M控制。在所顯示的實施例中，中央噴嘴41位于反應(yīng)器基底12中央。在所顯示的實施例中，來自反應(yīng)器10的排氣管20包括導(dǎo)管23。圖3是根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器基底12底側(cè)的俯視圖。壁70以剖視圖顯示，并且顯示與空腔71連通的噴嘴40。如在圖2的范圍已經(jīng)提及的，在所顯示的實施例中，中央噴嘴41位于反應(yīng)器基底12中央。此外在這個實施例中在反應(yīng)器基底12上還顯示了位于反應(yīng)器內(nèi)部11用作硅在加工過程中從氣相的沉積的硅芯棒60的夾具61。在所顯示的實施例中，由壁70和外表面33裝備的空腔71具有封閉環(huán)形的形狀，這不限制本發(fā)明的范圍。在這個圖中具有參考標(biāo)號的進(jìn)一步元件已經(jīng)在圖2的范圍內(nèi)做了介紹。圖4是反應(yīng)器基底12的側(cè)視圖。特別在這里顯示了中央噴嘴41和用于由由壁70和反應(yīng)器基底12外表面33限定的空腔71提供的含硅氣體分配的若干噴嘴40。含硅氣體經(jīng)由第二支路52 (在這里未示出，見圖2)供給在所顯示的實施例中位于反應(yīng)器基底12的中央的中央噴嘴41。在這個圖中具有參考標(biāo)號的進(jìn)一步元件已經(jīng)在圖2或3的范圍內(nèi)做了介紹。圖5顯示圖4的一部分的放大圖。特別顯示了裝備從由壁70和反應(yīng)器基底12外表面33限定的空腔71到反應(yīng)器內(nèi)部11內(nèi)的含硅氣體供應(yīng)的其中一個噴嘴40。為了到反應(yīng)器內(nèi)部11的氣體供應(yīng)，含硅氣體通過噴嘴入口 42進(jìn)入噴嘴40，并且從那里通過噴嘴出口43到達(dá)反應(yīng)器內(nèi)部11。在經(jīng)過噴嘴40時，氣體通過噴嘴壁44與在所顯示的實施例中在由第一壁31和第二壁32限定的隔室34內(nèi)流動的冷卻劑(例如冷卻水)分離。壁70通過焊縫80以氣體不能透過去的方式附接反應(yīng)器基底12的外表面33。圖6是反應(yīng)器基底12進(jìn)一步實施例的側(cè)視圖。特別在這里顯示了中央噴嘴41和若干噴嘴40的第一組401;以及若干噴嘴40的第二組402，其中含硅氣體分配通過由壁70和反應(yīng)器基底12的外表面33限定的單個空腔71提供給噴嘴40的第一組40i以及噴嘴40的第二組402。含硅氣體經(jīng)由第二支路52 (在這里未示出，見圖2)供給在所顯示的實施例中位于反應(yīng)器基底12中央的中央噴嘴41。噴嘴40的第一組40i以及噴嘴40的第二組402均勻地分布在中央噴嘴41周圍。在這里所顯示的實施例中，提供兩個單個空腔71。壁70具有這樣的形狀，使得各空腔70由該壁和反應(yīng)器基底12的外表面33限定。如果空腔的截面具有等于或者小于半圓形的弓形形狀是特別有利的。該截面的這個形狀使得焊接工藝較易于實現(xiàn)和控制。本發(fā)明已經(jīng)參考優(yōu)選的實施例作了介紹。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以做出結(jié)構(gòu)的修改和變更而不背離本發(fā)明權(quán)利要求的范圍是顯而易見的。特別地，在附圖中空腔71顯示為具有環(huán)形和半圓形截面形狀。這決不構(gòu)成對本發(fā)明的限制，也可以設(shè)想其它形狀和截面，例如具有矩形截面的U形。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)多晶硅反應(yīng)器(10)具有反應(yīng)器基底(12);所述反應(yīng)器基底攜載多個噴嘴(40)，其中各噴嘴(40)具有形成含硅氣體到反應(yīng)器內(nèi)部(11)的橫切的噴嘴入口(42)和噴嘴出口(43)，其特征在于，至少一個壁(70)具有這樣的形狀使其和所述反應(yīng)器基底(12)的外表面(33) —起限定至少一個空腔(71)，所述空腔(71)提供含硅氣體到所述空腔(71)與其連通的至少一部分所述噴嘴(40)的分配系統(tǒng)，并且其中所述壁(70)以氣體不能透過去的方式以這樣的一種方式附接所述反應(yīng)器基底(12)，使得所述空腔(71)與所述反應(yīng)器基底(12)外表面(33)的至少一個接觸表面限于所述反應(yīng)器基底(12)外表面(33)的子區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，由所述壁(70)和反應(yīng)器基底(12)外表面(33)限定的空腔(71)與所有噴嘴(40)連通。
3.根據(jù)在前權(quán)利要求所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述多個噴嘴(40)形成第一組(40》和第二組(402)，并且其中由所述壁(70)和反應(yīng)器基底(12)外表面(33)限定的空腔(71)分配給噴嘴(40)的第一組(40J和噴嘴(40)的第二組(402)。
4.根據(jù)在前權(quán)利要求所述的反應(yīng)器(10)，其特征在于，到所述反應(yīng)器基底(12)的氣體供應(yīng)(50)顯示出第一支路(51)和第二支路(52)，其中所述第一支路(51)是到由所述至少一個壁(70)和反應(yīng)器基底(12)外表面(33)限定的至少一個空腔(71)的氣體供應(yīng)，而其中第二支路(52)是到中央噴嘴(41)的氣體供應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反應(yīng)器(10)，其特征在于，至少所述第一支路(51)顯示出至少一個閥門(53)或者至少所述第二支路(52)顯示出至少一個閥門(54)，通過所述閥門在各自支路內(nèi)的氣體流動是可控制的。
6.根據(jù)在前權(quán)利要求所述的反應(yīng)器(10)，其特征在于，所述多個噴嘴(40)均勻地分布在所述中央噴嘴(41)周圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的反應(yīng)器，其特征在于，由所述壁(70)和反應(yīng)器基底(12)外表面(33 )限定的空腔(71)具有封閉的環(huán)形形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的反應(yīng)器，其特征在于，由所述壁(70)和反應(yīng)器基底(12)外表面(33)限定的空腔(71)具有開環(huán)形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述壁(70)具有這樣的形狀，使得由所述壁(70)和反應(yīng)器基底(12)外表面(33)限定的空腔(71)顯示出具有弓形形狀的截面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的反應(yīng)器，其特征在于，具有弓形形狀的所述截面是半圓形。
11.根據(jù)權(quán)利要求1- 10所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述壁(70)通過至少一個連續(xù)的焊縫(80)附接所述反應(yīng)器基底(12)的外表面(33)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于生產(chǎn)多晶硅的反應(yīng)器(10)，包括顯示出多個噴嘴(40)的反應(yīng)器基底(12)，通過噴嘴(40)含硅氣體流入反應(yīng)器(10)。在反應(yīng)器基底(12)的外表面(33)上，空腔(71)由這個外表面(33)和壁(70)限定，該空腔(71)提供含硅氣體到至少一部分噴嘴(40)的分配。
文檔編號C01B33/03GK102574689SQ201080039358
公開日2012年7月11日 申請日期2010年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者羅伯特許德克林ㄦ 申請人:G+R技術(shù)集團(tuán)股份有限公司