專利名稱：一種多晶硅還原爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)型多晶硅還原爐，主要應(yīng)用于多晶硅生產(chǎn)中三氯氫硅和氫氣 的氣相沉積反應(yīng)。
背景技術(shù)：
多晶硅是制造集成電路襯底、太陽能電池等產(chǎn)品的主要原料，被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo) 體工業(yè)中。目前，我國多晶硅的主流生產(chǎn)工藝為改良西門子法，其流程如下用氯氣和氫 氣合成氯化氫，氯化氫和工業(yè)硅粉在一定溫度下合成三氯氫硅，然后對三氯氫硅進(jìn)行精餾 提純，提純后的液相三氯氫硅在經(jīng)過加熱汽化后與氫氣以一定比例混合，然后以一定壓力 和溫度通入還原爐內(nèi)在導(dǎo)電硅芯表面進(jìn)行化學(xué)氣相沉積反應(yīng)，其中還原爐的操作壓力在 0. 4-0. 5mPa,反應(yīng)溫度在1100 V左右，經(jīng)過一段時(shí)間后生成棍狀多晶硅，同時(shí)生成四氯化 硅、二氯二氫硅等副產(chǎn)物，經(jīng)過精餾提純后得到的四氯化硅進(jìn)入氫化爐反應(yīng)生成三氯氫硅， 從而實(shí)現(xiàn)多晶硅的生產(chǎn)循環(huán)。多晶硅還原爐是改良西門子法生產(chǎn)多晶硅的重要設(shè)備，主要由中空含夾套冷卻水 的鐘罩式雙層外殼、底盤、電極、導(dǎo)電硅芯、電極座、混合氣進(jìn)氣噴頭、混合氣出氣口、外殼的 冷卻水進(jìn)口和出口、電極的冷卻水進(jìn)口和出口、底盤的冷卻水進(jìn)口和出口、底盤支架等組 成，其中導(dǎo)電硅芯成對出現(xiàn)，呈倒置U型，每對正負(fù)電極均勻分布在底盤上，輪廓呈現(xiàn)圓環(huán) 狀，混合氣進(jìn)氣噴頭均勻分布在圓環(huán)的空隙間，混合氣出氣口分布在底盤的正中間，如圖1 所示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種改進(jìn)型多晶硅還原爐，主要通過改進(jìn)還原爐的部分結(jié)構(gòu)以提高還原 爐的生產(chǎn)效率。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種晶硅還原爐，包括中空含夾套冷卻水的鐘罩式雙層外殼、底盤、電極、導(dǎo)電硅 芯、電極座、混合氣進(jìn)氣噴頭、混合氣出氣口、外殼的冷卻水進(jìn)口和出口、電極的冷卻水進(jìn)口 和電極的冷卻水出口、底盤的冷卻水進(jìn)口和出口、底盤支架；在還原爐內(nèi)頂部設(shè)置有頂部隔 板(4)，頂部隔板上設(shè)置有開孔和弧形凸起結(jié)構(gòu)；開孔(19)在每對導(dǎo)電硅芯上方，導(dǎo)電硅芯 的中心線和隔板上的開孔中心線在同一軸線上；混合氣進(jìn)氣噴頭上方設(shè)置有弧形凸起結(jié)構(gòu) (20)，混合氣進(jìn)氣噴頭的中心線和隔板上的弧形凸起結(jié)構(gòu)中心線在同一軸線上，開孔和凸 起結(jié)構(gòu)錯(cuò)開分布，隔板的中心設(shè)置有混合氣出氣口(18)，下與混合氣出氣管道(16)連接。所述的頂部隔板⑷為燒結(jié)板，使用材料為不銹鋼、鎳基合金或石英。所述的開孔(19)為圓形，直徑為導(dǎo)電硅芯直徑的8-10倍。所述的開孔(19)數(shù)等 于導(dǎo)電硅芯對數(shù)。所述的弧形凸起結(jié)構(gòu)(20)形狀為分成大小不等兩部分球體的小的部分 的形狀，直徑為混合氣進(jìn)氣噴頭直徑的3-5倍。所述的弧形凸起結(jié)構(gòu)(20)數(shù)量與混合氣進(jìn) 氣噴頭的數(shù)量一致。
本發(fā)明一種晶硅還原爐，電極的冷卻水進(jìn)口和電極的冷卻水出口均與底盤相通， 電極的冷卻水進(jìn)口設(shè)置在底盤下端，電極的冷卻水出口設(shè)置在底盤上端。此改進(jìn)型還原爐導(dǎo)電硅芯成對出現(xiàn)，呈倒置U型，每對正負(fù)電極均勻分布在底盤 上，輪廓呈現(xiàn)圓環(huán)狀，混合氣進(jìn)氣噴頭均勻分布在圓環(huán)的空隙間，還原爐頂部設(shè)有隔板，安 裝在還原爐的封頭以上，通過焊接方式與還原爐體相連，并與弧頂形成一個(gè)整體，隔板在每 對導(dǎo)電硅芯上方設(shè)有開孔，每個(gè)混合氣進(jìn)氣噴頭上方設(shè)置弧形凸起結(jié)構(gòu)，開孔和凸起結(jié)構(gòu) 錯(cuò)開分布，隔板的中間設(shè)有混合氣出氣口，下接混合氣出氣管道，此種改進(jìn)可以便于混合氣 噴頭噴入的混合氣通過隔板上弧形凸起結(jié)構(gòu)返混以及還原爐尾氣進(jìn)入頂部通過混合氣出 氣管道排出，同時(shí)混合氣噴頭噴入的氣體不會直接經(jīng)混合氣排出口排出，所以混合氣的排 出完全不影響還原爐內(nèi)部的流場，噴頭噴入的氣體在還原爐內(nèi)停留時(shí)間得以加長，使還原 爐中的氣場分布更加均勻，有利于還原爐中的導(dǎo)電硅芯均勻地生長，可以避免還原爐中的 倒棒問題，并在一定程度上提高了還原爐進(jìn)氣的單程轉(zhuǎn)化率。此外本改進(jìn)型還原爐還把底 盤和電極的冷卻系統(tǒng)結(jié)合在一起，冷卻水從底盤進(jìn)入，經(jīng)過與底盤相通的電極冷卻水流入 開孔進(jìn)入電極，由與底盤相通的電極冷卻水流出開孔再流到底盤，最終由底盤流出，電極冷 卻水出口設(shè)在底盤上端，而傳統(tǒng)還原爐電極冷卻水出口設(shè)置在底盤下部，冷卻效果不理想， 通過改進(jìn)使底盤和電極冷卻成為一個(gè)整體，提高了電極冷冷卻水的出口位置，增強(qiáng)了電極 的冷卻效果，同時(shí)使底盤上結(jié)構(gòu)更加合理緊湊，有利于還原爐的簡化和水資源的節(jié)約。


圖1是傳統(tǒng)多晶硅還原爐主視圖；圖2是改進(jìn)型多晶硅還原爐主視圖；圖3是改進(jìn)型多晶硅還原爐的底盤和電極冷卻系統(tǒng)放大圖；圖4是改進(jìn)型多晶硅還原爐底盤俯視圖；圖5為改進(jìn)型還原爐頂部隔板的俯視定位圖；其中1為外殼冷卻水進(jìn)口，2為外殼冷卻水出口，3為中空含冷卻水夾套的鐘罩式 外殼，4為頂部隔板，5為導(dǎo)電硅芯，6為電極座，7為電極，8為混合氣進(jìn)氣噴頭，9為與底盤 相通的電極冷卻水進(jìn)入開孔，10為與底盤相通的電極冷卻水流出開孔，11為底盤，12為底 盤冷卻水進(jìn)口，13為底盤冷卻水出口，14為電極連接電源，15為混合氣進(jìn)氣管道，16為混合 氣出氣管道，17為底盤支架，18為頂部隔板的混合氣出氣口，19為頂部隔板的開孔，20為頂 部隔板的弧形凸起結(jié)構(gòu)，21為混合氣出氣口，22為電極冷卻水進(jìn)口，23為電極冷卻水出口， 24為鐘罩式外殼的內(nèi)壁，25為隔板與鐘罩式外殼的內(nèi)壁的焊接部分。
具體實(shí)施例方式下面通過附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明，附圖是為說明本發(fā)明而繪制的，不對本發(fā)明的 具體應(yīng)用形式構(gòu)成限制。本發(fā)明是一種改進(jìn)型多晶硅還原爐，如圖2所示其中包括外殼冷卻水進(jìn)口 1，外 殼冷卻水出口 2，中空含冷卻水夾套的鐘罩式外殼3，頂部隔板4，導(dǎo)電硅芯5，電極座6，電極 7，混合氣進(jìn)氣噴頭8，與底盤相通的電極冷卻水進(jìn)入開9孔，與底盤相通的電極冷卻水流出 開孔10，底盤11，底盤冷卻水進(jìn)口 12，底盤冷卻水出口 13，電極連接電源14，混合氣進(jìn)氣管道15，混合氣出氣管道16，底盤支架17，與頂部隔板相連的混合氣出氣口 18，頂部隔板的開 孔19和為頂部隔板的弧形凸起結(jié)構(gòu)20。頂部隔板，可以為金屬燒結(jié)板，可以采用石英、不 銹鋼或者鎳基合金，通過焊接的方式與還原爐的弧頂相連，與還原爐的弧頂形成一個(gè)整體， 隔板在每對導(dǎo)電硅芯上方設(shè)有開孔，每對導(dǎo)電硅芯的中心線和隔板上的相應(yīng)開孔的中心線 在同一軸線上，在每個(gè)混合氣進(jìn)氣噴頭上方設(shè)置弧形凸起結(jié)構(gòu)，每個(gè)混合氣進(jìn)氣噴頭的中 心線和隔板上的相應(yīng)弧形凸起結(jié)構(gòu)的中心線在同一軸線上，根據(jù)還原爐中導(dǎo)電硅芯數(shù)量開 相同數(shù)量的開孔(19)，開孔形狀為圓形，直徑為導(dǎo)電硅芯直徑的8-10倍開孔(19)數(shù)等于 導(dǎo)電硅芯對數(shù)。根據(jù)混合氣進(jìn)氣噴頭的數(shù)量設(shè)置相同數(shù)量的弧形凸起結(jié)構(gòu)(20)，弧形凸起 結(jié)構(gòu)的形狀類似于分成大小不等兩部分球體的較小的部分，直徑為混合氣進(jìn)氣噴頭直徑的 3-5倍，隔板上的開孔和凸起結(jié)構(gòu)錯(cuò)開分布，隔板的中間設(shè)有混合氣出氣口(18)，混合氣出 氣口(18)與混合氣出氣管道(16)連接在一起，如圖4和圖5所示，頂部隔板設(shè)在還原爐的 頂部，安裝在在封頭以上位置，便于多晶硅產(chǎn)品后續(xù)處理。 電極的冷卻水進(jìn)口和電極的冷卻水出口均與底盤相通，電極的冷卻水進(jìn)口設(shè)置在 底盤下端，電極的冷卻水出口設(shè)置在底盤上端。底盤相通的電極冷卻水進(jìn)入開孔9與底盤 相通的電極冷卻水流出開孔10，在電極冷卻夾套外表面開一定大小的孔隙，使電極夾套與 底盤相通，底盤中的冷卻水可以進(jìn)入電極夾套，電極夾套中的水流出再流到底盤，如圖3所 示，此種改進(jìn)提高了電極冷卻水出口，提高了冷卻效果，同時(shí)使還原爐結(jié)構(gòu)更加合理簡約。
權(quán)利要求
一種晶硅還原爐，包括中空含夾套冷卻水的鐘罩式雙層外殼、底盤、電極、導(dǎo)電硅芯、電極座、混合氣進(jìn)氣噴頭、混合氣出氣口、外殼的冷卻水進(jìn)口和出口、電極的冷卻水進(jìn)口和電極的冷卻水出口、底盤的冷卻水進(jìn)口和出口、底盤支架；其特征是在還原爐內(nèi)頂部設(shè)置有頂部隔板(4)，頂部隔板上設(shè)置有開孔(19)和弧形凸起結(jié)構(gòu)(20)；開孔(19)在每對導(dǎo)電硅芯上方，每對導(dǎo)電硅芯的中心線和隔板上的相應(yīng)開孔的中心線在同一軸線上；每個(gè)混合氣進(jìn)氣噴頭上方設(shè)置有弧形凸起結(jié)構(gòu)(20)，每個(gè)混合氣進(jìn)氣噴頭的中心線和隔板上的相應(yīng)弧形凸起結(jié)構(gòu)的中心線在同一軸線上，開孔和凸起錯(cuò)開分布，隔板的中心設(shè)置有混合氣出氣口(18)，下與混合氣出氣管道(16)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種晶硅還原爐，其特征是所述的頂部隔板(4)為燒結(jié)板，使用 材料為不銹鋼、鎳基合金或石英。
3.如權(quán)利要求1所述的一種晶硅還原爐，其特征是所述的開孔(19)為圓形，直徑為導(dǎo) 電硅芯直徑的8-10倍。
4.如權(quán)利要求1所述的一種晶硅還原爐，其特征是所述的開孔(19)數(shù)等于導(dǎo)電硅芯對數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種晶硅還原爐，其特征是所述的弧形凸起結(jié)構(gòu)(20)形狀為分 成大小不等兩部分球體的小的部分形狀，直徑為混合氣進(jìn)氣噴頭直徑的3-5倍。
6.如權(quán)利要求1所述的一種晶硅還原爐，其特征是所述的弧形凸起結(jié)構(gòu)(20)數(shù)量與混 合氣進(jìn)氣噴頭的數(shù)量一致。
7.如權(quán)利要求1所述的一種晶硅還原爐，其特征是電極的冷卻水進(jìn)口和電極的冷卻水 出口均與底盤相通，電極的冷卻水進(jìn)口設(shè)置在底盤下端，電極的冷卻水出口設(shè)置在底盤上 端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多晶硅還原爐。在還原爐內(nèi)頂部設(shè)置有頂部隔板，頂部隔板上設(shè)置有開孔和弧形凸起結(jié)構(gòu)；開孔在每對導(dǎo)電硅芯上方，每對導(dǎo)電硅芯的中心線和隔板上的相應(yīng)開孔的中心線在同一軸線上；每個(gè)混合氣進(jìn)氣噴頭上方設(shè)置有弧形凸起結(jié)構(gòu)，每個(gè)混合氣進(jìn)氣噴頭的中心線和隔板上的相應(yīng)弧形凸起結(jié)構(gòu)的中心線在同一軸線上，開孔和凸起結(jié)構(gòu)錯(cuò)開分布，隔板的中心設(shè)置有混合氣出氣口與混合氣出氣管道連接。本發(fā)明的混合氣通過隔板上弧形凸起結(jié)構(gòu)返混以及還原爐尾氣進(jìn)入頂部通過混合氣出氣管道排出，不影響還原爐內(nèi)部的流場，噴頭噴入的氣體在還原爐內(nèi)停留時(shí)間加長，氣場分布更加均勻，有利于導(dǎo)電硅芯均勻地生長，避免還原爐中的倒棒問題，提高了還原爐進(jìn)氣的單程轉(zhuǎn)化率。
文檔編號C01B33/03GK101973551SQ20101054248
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者華超, 毛俊楠, 王紅星, 黃國強(qiáng) 申請人:天津大學(xué)