[实用新型]喷嘴设备和化学气相沉积反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种喷嘴设备，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。 

背景技术

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)制得高纯度的硅棒，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℃，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。 

实用新型内容

从先前所描述的现有技术出发，本实用新型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，本实用新型提供一种在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。