专利名称：用于生产多晶硅的反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生产多晶硅的反应器。该反应器具有具有多个喷嘴的反应器基底，其中各喷嘴具有形成含硅气体到反应器内部的横切(infeed)的喷嘴入口和喷嘴出
背景技术：
在根据本发明的反应器内用于生产多晶硅的要素工艺是“西门子工艺(SiemensProcess)” 和“甲硅烧工艺(Monosilane Process)”。在西门子工艺中，三氯硅烷(SiHC13)在存在氢气的情况下，在加热到1000到1200° C的高纯度硅棒上热分解。元素的硅在那里生长在该硅棒上。在那里释放的氯化氢被回料给该循环。该工艺在大约6. 5巴(bar)的压力下进行。在甲硅烷工艺中，甲硅烷(SiH4)在存在氢气的情况下，在加热到850-900° C的高纯度硅棒上热分解。元素的硅在那里生长在该硅棒上。甲硅烷工艺在大约2到2. 5巴的压力下进行。在美国专利US4，179，530中公开了一种用于纯硅生长的方法。其中使用的反应器是具有双壁的容器。冷却的水在两个壁之间的空间内流动。该反应器包括硅沉积在其上的复数细的U形硅芯棒(filament)。同样将电极的接线夹冷却。气体通过反应器基底的开口供给和提取。德国专利申请DE2558387公开了一种用于生产多晶硅的方法和装置。通过含硅化合物的氢还原作用获得多晶硅。通过横切(infeed)喷嘴将反应物供给到反应室。用过的反应物经由穿过出口的管道提取。横切和出口相互相对设置。德国专利申请DE102005042753A1公开了一种用于在流化床反应器内生产粒状多晶硅的方法。在该用于生产粒状多晶硅的方法中，多晶硅从反应气体沉积在显示出热表面的流化床反应器内。这发生在大约600到1100° C的反应温度。具有沉积的硅的粒子从反应器随同没有与流化气体起反应的反应气体一起离开。美国专利RE36，936公开了一种用于生产高纯度多晶硅的方法。在这里，硅也是通过从含硅气体的沉积获得。腔室中的气体循环沉淀在为此提供的冷却的表面上。气体循环可通过鼓风机强化。未公开的德国专利申请DE102009003368 Al揭露了一种用于生产多晶硅的反应器，其包括显示出多个喷嘴的反应器基底。含硅气体通过喷嘴流入。同样，复数硅芯棒安装在反应器基底上。此外还提供用于将用过的含硅气体供应到富集和/或制剂的排气管。排气管位于芯管的自由端，其中芯管穿过反应器基底。德国专利申请Al公开了一种通过这个半导体材料的气态化合物热分解，用于纯半导体材料，尤其是硅沉积的装置和方法。金属底座具有用于反应气体供应的喷嘴。反应气体的除去也经由底座进行。德国专利申请DE^12661A1涉及一种通过在加热的携载元件表面上半将导体材料化合物热分解，将纯半导体材料，尤其是硅沉积的方法，其通过将电流施加到其上将携载元件加热，以便在气体不能透过去的、封闭的反应器内将其加热到相应的可分解化合物的分解温度。该专利申请公开了使用在加工中用于供应可分解化合物的喷嘴设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于生产多晶硅的反应器，其具有以这样的一种方式设计的反应器基底，使得到反应器基底内的喷嘴的含硅气体分配以节约空间，安全和有成本效益的方式发生，并且对在反应器基底外部上进一步的元件，例如电极和冷却剂接头提供容易的入口。本发明的目的是以具有独立权利要求1的特征的反应器实现的。该反应器具有具有多个喷嘴的反应器基底，其中各喷嘴具有形成含硅气体到反应器内部的横切的喷嘴入口和喷嘴出口。至少一个壁具有这样的形状，使其和反应器基底外表面一起限定至少一个空腔，该空腔提供含硅气体到该空腔与其连通的至少一部分喷嘴的分配系统。该壁以气体不能透过去的方式以这样的一种方式附接反应器基底，使得空腔与反应器基底外表面的至少一个接触表面限于反应器基底外表面的子区域。根据一个实施例，由壁和反应器基底外表面限定的空腔与所有喷嘴连通。根据进一步的实施例，反应器基底携载第一组喷嘴和第二组喷嘴。为了提供含硅气体到反应器内部的横切，第一组喷嘴和第二组喷嘴分别被分配到由壁和反应器基底外表面限定的空腔。根据本发明优选的实施例，到反应器基底的气体供应显示出第一支路和第二支路，其中第一支路是到由壁和反应器基底外表面限定的空腔的气体供应，而其中第二支路是到中央喷嘴的气体供应。第一和第二支路各包括阀门，通过阀门在各自的支路内的气体流动是可控制的。可以构思出其它喷嘴均勻地分布在中央喷嘴周围。本发明优选以这样的一种方式实现，使得由壁和反应器基底外表面限定的空腔具有封闭的环形形状。然而，根据另一实施例还可以构思出由壁和反应器基底外表面限定的空腔具有开环形状。在本发明的一个实施例中，由壁和反应器基底外表面限定的空腔显示出具有弓形形状的截面。优选地，壁通过至少一条连续的焊缝附接反应器基底的外表面。由于制造原因，如果由壁和反应器基底外表面限定的空腔截面是半圆形是特别有利的。在这种情况下，壁的形状对生产反应器基底外表面和壁之间的焊缝以及还对清洁反应器基底尤其提供容易的入口。对于本领域普通技术人员来说，可以构思出由壁和反应器基底外表面限定的空腔的进一步的形状和截面而不背离本发明的范围是显而易见的。因此可以构思出例如矩形或者一段椭圆形形状的截面，该空腔还可以是U形或者弯曲形。可以改进在根据本发明反应器的情况下气体分配的设计，提供给予更多地考虑到对于反应器装备的进一步需求，尤其反应器基底上进一步的元件，象电器插头或冷却剂接头的可达性的可能性。此外，尤其在优选的实施例中，焊缝减少并且通过螺丝钉的连接是多余的。因此减少了泄露的风险。由于用过的含硅气体如果与水接触(例如用于反应器的冷却水)可能引起爆炸，这增加了反应器的操作安全性。取决于操作条件，如果气体和冷却水接触，还可能形成沉积，这会减少反应器的操作可靠性。通过将气体分配加入反应器基底而不干涉距离，而且减少了装置的空间要求。
本发明进一步的特征、目的和优点现在通过附图非常详细地说明。图Ia显示习知技术用于生产多晶硅的反应器的透视截面图。图Ib显示图Ia中所示习知技术反应器的喷嘴周围区域的要素元件，反应器基底和硅芯棒的一个夹具的放大图。图2显示根据本发明具有复数输入和输出管道的反应器基底的侧视图。图3显示根据本发明的反应器基底从下面的俯视图，其中在这个截面可见环状分布的喷嘴。图4显示根据本发明的反应器基底的截面图。图5显示图4的一部分的放大图，其基本上显示用于将反应气体供应到内部的喷嘴。图6显示根据本发明反应器基底进一步的实施例的截面图。
具体实施例方式相同的标号使用于本发明同样的元件或者同样功能的元件。此外为了清楚起见，在单个图中仅显示了为说明各附图所需的，或者将该图放入其它附图的范围所需的那些标号。图Ia显示根据习知技术用于生产多晶硅的反应器10。反应器基底12显示出多个喷嘴40，含硅气体通过多个喷嘴40进入反应器10内部11。多个硅芯棒60安装在反应器基底12上，多晶硅在加工过程中从气相沉积在多个硅芯棒60上。在这里所显示的实施例中，排气管20备有排气管开口 22，用过的气体通过排气管开口 22供给到富集(enrichment)和/或制剂。反应器壁18和芯管21是双层的，并且因此可用水冷却。将用过的气体经由排气管20供给到富集和/或制剂。新鲜的含硅气体经由供应管道(在这里未示出)供给到多层反应器基底12。气体从供应管道在反应器基底12内分配到单个喷嘴40，并且然后进入反应器10内部11。嵌入相应夹具61的喷嘴40和硅芯棒60均勻地分布在形成在反应器基底12内的排出口 22周围。图Ib基本上显示如图Ia中所示的反应器12基底的一部分的放大图。反应器基底12是多层的，由第一隔室(COmpartment)13和第二隔室14构成。第一隔室13由面向反应器10内部11的板15和中间板16形成。第二隔室14由中间板16和底板17形成。中间板16显示出携载用于气体的喷嘴40的开口。喷嘴终止于面向反应器内部11的板15，并且因此装备用于气体的出口。因此新鲜的含硅气体为了通过喷嘴40进入反应器内部11，供给到第二隔室14并且分布在这个第二隔室14内。在第一隔室13内流动着冷却的水。用于硅芯棒60的供应接头62和63在底板下面延伸。供应接头62用于到硅芯棒60的电压供应。供应接头62装备为高压电极，并且将大约10. 000伏特的高压供应给硅芯棒60。在不同的实施例中，该工艺也可以在低电压下进行。供应接头63是用于冷却水的接头，为了将硅芯棒60的夹具61维持在相应的工艺温度。硅芯棒60由具有大约8mm直径的高纯度硅棒构成。图2显示根据本发明的反应器基底12的侧视图。在所显示的实施例中，反应器基底12包括限定隔室34的第一壁31和第二壁32。冷却剂在隔室34内流动。第一壁31靠着反应器内部11限定隔室34。反应器基底的第一外表面33和壁70 —起装备空腔71，该空腔71提供含硅气体到喷嘴40 (见图3)的分配。在所显示的实施例中，导管50是到反应器基底的气体供应；导管50分支为第一支路51和第二支路52。第一支路51通往空腔71，第二支路52通往不与空腔71连通的中央喷嘴41 (见图3)。在第一支路中提供阀门53，以及在第二支路中提供阀门M。供应到空腔71的气体可由第一支路51中的阀门53控制，供应到中央喷嘴41的气体可由第二支路52中的阀门M控制。在所显示的实施例中，中央喷嘴41位于反应器基底12中央。在所显示的实施例中，来自反应器10的排气管20包括导管23。图3是根据本发明的反应器基底12底侧的俯视图。壁70以剖视图显示，并且显示与空腔71连通的喷嘴40。如在图2的范围已经提及的，在所显示的实施例中，中央喷嘴41位于反应器基底12中央。此外在这个实施例中在反应器基底12上还显示了位于反应器内部11用作硅在加工过程中从气相的沉积的硅芯棒60的夹具61。在所显示的实施例中，由壁70和外表面33装备的空腔71具有封闭环形的形状，这不限制本发明的范围。在这个图中具有参考标号的进一步元件已经在图2的范围内做了介绍。图4是反应器基底12的侧视图。特别在这里显示了中央喷嘴41和用于由由壁70和反应器基底12外表面33限定的空腔71提供的含硅气体分配的若干喷嘴40。含硅气体经由第二支路52 (在这里未示出，见图2)供给在所显示的实施例中位于反应器基底12的中央的中央喷嘴41。在这个图中具有参考标号的进一步元件已经在图2或3的范围内做了介绍。图5显示图4的一部分的放大图。特别显示了装备从由壁70和反应器基底12外表面33限定的空腔71到反应器内部11内的含硅气体供应的其中一个喷嘴40。为了到反应器内部11的气体供应，含硅气体通过喷嘴入口 42进入喷嘴40，并且从那里通过喷嘴出口43到达反应器内部11。在经过喷嘴40时，气体通过喷嘴壁44与在所显示的实施例中在由第一壁31和第二壁32限定的隔室34内流动的冷却剂(例如冷却水)分离。壁70通过焊缝80以气体不能透过去的方式附接反应器基底12的外表面33。图6是反应器基底12进一步实施例的侧视图。特别在这里显示了中央喷嘴41和若干喷嘴40的第一组401;以及若干喷嘴40的第二组402，其中含硅气体分配通过由壁70和反应器基底12的外表面33限定的单个空腔71提供给喷嘴40的第一组40i以及喷嘴40的第二组402。含硅气体经由第二支路52 (在这里未示出，见图2)供给在所显示的实施例中位于反应器基底12中央的中央喷嘴41。喷嘴40的第一组40i以及喷嘴40的第二组402均勻地分布在中央喷嘴41周围。在这里所显示的实施例中，提供两个单个空腔71。壁70具有这样的形状，使得各空腔70由该壁和反应器基底12的外表面33限定。如果空腔的截面具有等于或者小于半圆形的弓形形状是特别有利的。该截面的这个形状使得焊接工艺较易于实现和控制。本发明已经参考优选的实施例作了介绍。然而，对于本领域普通技术人员来说，可以做出结构的修改和变更而不背离本发明权利要求的范围是显而易见的。特别地，在附图中空腔71显示为具有环形和半圆形截面形状。这决不构成对本发明的限制，也可以设想其它形状和截面，例如具有矩形截面的U形。
权利要求
1.一种用于生产多晶硅反应器(10)具有反应器基底(12);所述反应器基底携载多个喷嘴(40)，其中各喷嘴(40)具有形成含硅气体到反应器内部(11)的横切的喷嘴入口(42)和喷嘴出口(43)，其特征在于，至少一个壁(70)具有这样的形状使其和所述反应器基底(12)的外表面(33) —起限定至少一个空腔(71)，所述空腔(71)提供含硅气体到所述空腔(71)与其连通的至少一部分所述喷嘴(40)的分配系统，并且其中所述壁(70)以气体不能透过去的方式以这样的一种方式附接所述反应器基底(12)，使得所述空腔(71)与所述反应器基底(12)外表面(33)的至少一个接触表面限于所述反应器基底(12)外表面(33)的子区域。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，由所述壁(70)和反应器基底(12)外表面(33)限定的空腔(71)与所有喷嘴(40)连通。
3.根据在前权利要求所述的反应器，其特征在于，所述多个喷嘴(40)形成第一组(40》和第二组(402)，并且其中由所述壁(70)和反应器基底(12)外表面(33)限定的空腔(71)分配给喷嘴(40)的第一组(40J和喷嘴(40)的第二组(402)。
4.根据在前权利要求所述的反应器(10)，其特征在于，到所述反应器基底(12)的气体供应(50)显示出第一支路(51)和第二支路(52)，其中所述第一支路(51)是到由所述至少一个壁(70)和反应器基底(12)外表面(33)限定的至少一个空腔(71)的气体供应，而其中第二支路(52)是到中央喷嘴(41)的气体供应。
5.根据权利要求4所述的反应器(10)，其特征在于，至少所述第一支路(51)显示出至少一个阀门(53)或者至少所述第二支路(52)显示出至少一个阀门(54)，通过所述阀门在各自支路内的气体流动是可控制的。
6.根据在前权利要求所述的反应器(10)，其特征在于，所述多个喷嘴(40)均勻地分布在所述中央喷嘴(41)周围。
7.根据权利要求1-6所述的反应器，其特征在于，由所述壁(70)和反应器基底(12)外表面(33 )限定的空腔(71)具有封闭的环形形状。
8.根据权利要求1-6所述的反应器，其特征在于，由所述壁(70)和反应器基底(12)外表面(33)限定的空腔(71)具有开环形状。
9.根据权利要求1-8所述的反应器，其特征在于，所述壁(70)具有这样的形状，使得由所述壁(70)和反应器基底(12)外表面(33)限定的空腔(71)显示出具有弓形形状的截面。
10.根据权利要求9所述的反应器，其特征在于，具有弓形形状的所述截面是半圆形。
11.根据权利要求1- 10所述的反应器，其特征在于，所述壁(70)通过至少一个连续的焊缝(80)附接所述反应器基底(12)的外表面(33)。
全文摘要
本发明公开了一种用于生产多晶硅的反应器(10)，包括显示出多个喷嘴(40)的反应器基底(12)，通过喷嘴(40)含硅气体流入反应器(10)。在反应器基底(12)的外表面(33)上，空腔(71)由这个外表面(33)和壁(70)限定，该空腔(71)提供含硅气体到至少一部分喷嘴(40)的分配。
文档编号C01B33/03GK102574689SQ201080039358
公开日2012年7月11日 申请日期2010年7月5日 优先权日2009年9月4日
发明者罗伯特许德克林ㄦ 申请人:G+R技术集团股份有限公司