喷嘴设备和化学气相沉积反应器制造技术

本实用新型专利技术描述了一种在化学气相沉积反应器中使用的喷嘴设备。该喷嘴设备具有喷嘴本体和至少一个控制单元，喷嘴本体具有入口、出口和位于它们之间的流动空间，控制单元包含控制部分和设定部分，其中，控制部分以可运动的方式布置在流动空间内，在流动空间内限定了流动横截面，流动横截面足够小以在气体流经喷嘴体时于控制部分产生压力损失，该压力损失在流动空间内朝向出口偏置控制部分。设定部分随控制部分一起运动且包含至少一个如下部分：它随设定部分的运动而改变出口的流动横截面。此外，提供至少一个偏置元件，它在流动空间内向远离出口的方向偏置控制部分。此外，描述了一种化学气相沉积反应器，它具有限定了工艺空间的工艺室。工艺室包含在其底壁上的至少一个通孔，而上述类型的喷嘴设备至少部分地被接纳在通孔内。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种喷嘴设备，用于化学气相沉积(CVD)反应器中，特别是用于硅沉积反应器中。
技术介绍
在半导体技术和光伏产业中，已知在沉积反应器中例如根据西门子法(Siemens-method)制得高纯度的娃棒，该沉积反应器又叫做化学气相沉积反应器或简称为CVD反应器(CVD-reactors)。首先，将细硅棒接纳在反应器中，在沉积过程中硅沉积于其上。细硅棒被接纳在夹紧和接触装置中，夹紧和接触装置一方面将细硅棒保持在预定朝向，另一方面提供对细硅棒电气接触。在它们各自的自由端，通常两个细硅棒通过导电桥而电气连接，从而形成电流通路。在沉积过程中，细硅棒由预定电压的电流通过电阻加热·而加热到预定温度，在沉积过程中，来自蒸汽或气相的硅沉积到细硅棒上。沉积温度介于900-1350°C，通常是在 1100 到 1200。。。通过具有固定流动直径的多个喷嘴设备，按照所需要的量提供工艺气体，喷嘴设备通常设置于沉积反应器的底部。在反应器内的沉积过程期间，硅棒的直径持续地增加，这样硅棒的表面积也增加。为了硅棒的均匀增长，因此必须随硅棒直径的增加而提供更多的工艺气体，即必须提供更大质量流量的工艺气体。在具有固定流动直径静态喷嘴出口的喷嘴设备中，从喷嘴中喷出的工艺气体的速度剧烈地变化，该变化导致反应器内流量型态的极大变化。这可能会导致流动的拖延或失败，从而达不到工艺室和硅棒的整个高度。如果选择小直径的喷嘴，即使在最开始也能得到为达到反应器整个高度所需的流速。然而，由于较高的质量流量，这会随着工艺的进行而导致相当高的压力损失，因此，经济上不可行。此外，还可导致硅棒发生振动，而这种振动在最坏的情况下会导致硅棒落下。另外，工艺气体的流动会导致对硅棒的冷却，这会降低整体沉积速率，特别是局部地在硅棒的下端处。这可能会导致硅棒变得不稳定，并导致硅棒潜在的翻落或破裂。如可从上述内容所理解的，通常使用的喷嘴设备、即具有静态喷管出口的喷嘴设备，会只为部分的工艺提供近似理想的流速。人们考虑了这样一个控制器，它控制工艺空间内喷嘴设备的流动直径，但发现在实践中由于沉积反应器底板的特殊结构以及恶劣的环境而难以实现该控制器。
技术实现思路
从先前所描述的现有技术出发，本技术的目的是提供一种替代的喷嘴设计，在下文中将其称作喷嘴设备，以及提供一种替代的CVD反应器，它能克服上述问题中至少一个问题。特别地，本技术提供一种在CVD反应器中使用的喷嘴设备，该喷嘴设备由喷嘴本体和至少一个控制单元组成，喷嘴本体具有入口、出口和在出口和入口之间的流动空间，至少一个控制单元包含控制部分和设定部分。控制部分可运动地布置在流动空间内，并限定流动直径，这个流动直径小于流动空间内入口的流动直径，这样，当气体流向喷嘴本体时，在控制部分发生压力损失。该压力损失在流动空间内朝向出口方向偏置使控制部分。设定部分可随着控制部分运动，并且有至少区域，该至少一个区域随设定部分的运动而改变出口的流动直径。此外，提供至少一个偏差元件，它在流动空间内朝远离出口的方向偏置控制部分。上面讨论的问题可由这样的动态的喷嘴设计或喷嘴设备抵消。这个喷嘴设备提供了设计，它能通过入口和出口间的压力损失自动确定设定部分的位置从而改变出口的流动直径。通过设定流动空间内控制部分的流动横断面(flow cross section)以及设定偏差变量，考虑到在工艺中工艺气体的期望质量流量，这个设计可以实现从喷嘴设备喷出的气体流速可大约保持在同水平。较佳的是，为了提供规定的流动直径，控制部分由多孔板构成，即由具有多个孔洞的板构成，或者，至少有一部分形成为多孔板，或者，任何其他对控制部分处的流动限制结构也可提供规定的流动直径，例如控制部分的外周和流动空间的内周之间的空隙。在本实 用新型的一个较佳实施例中，设定部分形成为当控制部分向出口运动时它增大出口的流动横断面，而在相反方向运动中它减小出口的流动横断面。设定部分可形成为随其运动而改变出口的流动角(flow angle)。这样做时，可在工艺过程中设定不同的出口流动角。例如，在工艺开始时，当工艺空间内的棒还很细时，为了使气体更好地分散在反应器空间内，出口角可能较大。因此，设定部分可较佳地形成为当控制部分向出口方向运动时它减小出口流动角，而在相反方向运动中则增大出口角。为了实现控制部分和/或设定部分的良好运动，一个部分和/或另一部分可由喷嘴本体以平滑的方式所引导。在引导区域内，至少一个元件可能包含由聚四氟乙烯(PTFE)制成的表面。在一个实施例中，喷嘴本体包含出口部分和至少一个固定导流元件，该固定导流元件至少部分地位于出口部分内，其中，设定部分包含管件部分，管件部分至少部分地位于出口部分内，管件部分围绕至少一个导流元件。CVD反应器包含限定了工艺空间的工艺室，该工艺室具有在底壁上的至少一个通孔，一个上述类型的喷嘴设备至少部分地容纳在该通孔中。这种CVD反应器具有上文已经讨论过的优势。为了使整个工艺室内的工艺气体具有良好的流动性，喷嘴设备较佳地基本上完全配置在通孔内。在这样做时，气体入口、即喷嘴设备的出口与工艺室的底板大体上在同一水平位置，这便于工艺气体在工艺空间内的均匀分布。用语“大体上”应当包括延伸到工艺空间内最多喷嘴设备高度的20%、较佳地是低于喷嘴设备高度的10%。在本技术的一个实施例中，通孔是阶梯式的，这样它限定了直接邻接工艺空间的第一部分，该第一部分的直径大于与其直接邻接的第二部分的直径。喷嘴设备的主要部分、即沿其高度超过50%的部分被接纳在通孔的第一部分内。再者，喷嘴设备仅其高度的一小部分延伸到工艺空间内。较佳的是，面向轴向的肩部形成于通孔的第一部分和第二部分之间，喷嘴设备以密闭的方式紧靠于所述肩部。在这样做时，在通孔和喷嘴本体间可获得简单和安全的密封。为了避免喷嘴设备内的高温，工艺室可包含用来冷却底壁的冷却设备，并且所述喷嘴设备以热传导关系安装于底壁上。这可通过具有高热传导率的接触箔片来帮助实施。附图说明本技术将在下文参考附图进行详细阐述；附图如下；图I示出了 CVD反应器/气体转化器的局部侧视截面图；图2示出了图I中的喷嘴设备的放大截面图；图3示出了类似于图2的截面图，其中喷嘴设备位于不同的操作位置；图4示出了沿图2中的线IV-IV的剖视图；图5示出了沿图2中的线V-V的剖视图；图6示出了根据本技术第二实施例的喷嘴设备的放大截面图； 图7示出了根据本技术第三实施例的喷嘴设备的放大截面图；图8示出了根据本技术第四实施例的喷嘴设备的放大截面图；以及图9示出了根据本技术第五实施例中的喷嘴设备的放大截面图。具体实施方式在以下描述中，诸如在顶部或上方、在底部或下方、右和左都与附图中所示的相关，且不被用作限定的意义，即使他们可能指较佳的取向。此外，应当注明，附图仅是概要的，并且特别地，图I中的尺寸是不成比例的。图I示出了 CVD反应器的示意性局部截面图，CVD反应器显示为硅沉积反应器。在图I中只示出了 CVD反应器I的外壳(housing)的底壁3，而外壳的其他部分并未示出。在底壁3上方，CVD反应器的工艺室如此形成，它以恰当的方式通过未示出的外壳壁而对外界封闭。此外，图I示出了电极单元5和喷嘴设备6。示出了不同实施例的图2-9更详本文档来自技高网...

【技术保护点】
在化学气相沉积反应器内使用的喷嘴设备，包括：喷嘴本体，该喷嘴本体具有入口、出口和位于入口和出口之间的流动空间；其特征在于，还包括：至少一个控制单元，该至少一个控制单元具有控制部分和设定部分，其中，控制部分以可运动的方式配置在流动空间内，且控制部分限定了流动空间内的流动横截面，流动横截面足够小，以在气体流经喷嘴体时于控制部分处产生压力损失，该压力损失在流动空间内朝向出口偏置控制部分，其中，设定部分可与控制部分一起运动且包含这样一个部分：它随设定部分的运动而改变出口的流动横截面；以及至少一个偏置元件，该偏置元件在流动空间内向远离出口的方向偏置控制部分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M·雷克，
申请(专利权)人：森托塞姆硅技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：