專利名稱：多晶硅制造裝置及利用該裝置的多晶硅制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多晶硅制造裝置及利用其的多晶硅制造方法。
背景技術(shù)：
一般而言，高純度多晶硅被廣泛用作具有可在半導(dǎo)體元件或太陽(yáng)能電池中使用的半導(dǎo)體性質(zhì)的材料或要求高純度的化學(xué)原料，或者工業(yè)用材料，也作為精密功能元件或小型高集成精密系統(tǒng)用配件或材料使用。為了制造這種多晶硅，利用的是硅析出方法， 通過(guò)對(duì)含有精制成極高純度的硅的反應(yīng)氣體進(jìn)行熱分解及/或氫還原反應(yīng)，使娃元素在娃表面持續(xù)析出。如上所述，為實(shí)現(xiàn)用于多種用途的多晶硅的商業(yè)性大量生產(chǎn)，使用了立式反應(yīng)器或流化床反應(yīng)器。但立式反應(yīng)器在因硅析出而增加的棒的直徑方面存在局限，具有無(wú)法連續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)品的根本性局限，因此，在相同的反應(yīng)條件下，高反應(yīng)收率的流化床反應(yīng)器被廣泛使用。然而，為了實(shí)現(xiàn)作為上述流化床反應(yīng)器優(yōu)秀特性的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)投入流化床的硅籽晶通過(guò)析出反應(yīng)生長(zhǎng)至可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的尺寸后，只有在適合的時(shí)機(jī)排出相應(yīng)產(chǎn)品，流化床反應(yīng)器才能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。即，不是在流化床反應(yīng)器的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中設(shè)置適合硅排出的時(shí)機(jī)，而是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值將硅排出，這雖然可憑借連續(xù)工序而提高生產(chǎn)率，但實(shí)質(zhì)上尚未有這樣的方法。因此，實(shí)際情況是需要一種可提高生產(chǎn)率、降低制造成本、穩(wěn)定地連續(xù)制造多晶硅顆粒的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能連續(xù)、穩(wěn)定地制造多晶硅的流化床反應(yīng)器。而且，本發(fā)明的目的還在于提供一種能提高生產(chǎn)率、降低制造成本的流化床反應(yīng)器。本發(fā)明的技術(shù)解決方案在于本發(fā)明提供了一種多晶硅制造裝置，包含反應(yīng)管，內(nèi)部包含硅顆粒；流動(dòng)氣體供應(yīng)部，向上述反應(yīng)管內(nèi)的硅顆粒供應(yīng)流動(dòng)氣體；氣體排出部，排出上述反應(yīng)管產(chǎn)生的氣體；壓力傳感器，安裝于上述氣體排出部或上述流動(dòng)氣體供應(yīng)部?jī)?nèi)；以及顆粒排出口，當(dāng)上述壓力傳感器測(cè)量的壓力大于等于基準(zhǔn)壓力值時(shí)，將上述反應(yīng)管內(nèi)部形成的多晶硅排出到外部。壓力傳感器分別安裝于上述氣體排出部及上述流動(dòng)氣體供應(yīng)部?jī)?nèi)，當(dāng)在上述流動(dòng)氣體供應(yīng)部?jī)?nèi)測(cè)量的第I壓力與在上述氣體排出部測(cè)量的第2壓力的壓力差大于等于基準(zhǔn)壓力值時(shí)，能使上述反應(yīng)管內(nèi)部形成的多晶硅排出到外部。多晶硅制造裝置還可以包含一個(gè)控制部，對(duì)第I壓力和第2壓力值進(jìn)行比較，當(dāng)壓力差大于等于基準(zhǔn)壓力值時(shí)，啟動(dòng)上述顆粒排出口，使上述多晶硅排出到外部。
反應(yīng)管的材質(zhì)可在由石英、二氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化鋯、氧化釔、碳化硅、石墨、娃、玻碳構(gòu)成的群中選擇。當(dāng)反應(yīng)管的材質(zhì)為含碳材質(zhì)時(shí)，上述反應(yīng)管的內(nèi)壁面可利用硅、二氧化硅、石英、氮化硅中的至少一種襯里。多晶硅制造裝置還包含流動(dòng)氣體供應(yīng)部被組裝的底面部，上述底面部可以包含依次層疊的底層分布板、第I分布板、第2分布板、第3分布板。第2分布板與上述第3分布板可分別包含多個(gè)分布板塊?？砂惭b圍繞第2分布板四周的絕緣環(huán)。第2分布板的末端與上述底層分布板的一面可保持間隔。上述第I分布板的一部分可位于底層分布板與上述第2分布板的末端之間。 實(shí)施例還提供了一種多晶硅制造方法，包含如下步驟步驟1，向反應(yīng)管內(nèi)部供應(yīng)反應(yīng)氣體和流動(dòng)氣體，引發(fā)硅析出反應(yīng)；步驟2，測(cè)量上述反應(yīng)管內(nèi)部的第I區(qū)域的第I壓力；步驟3，測(cè)量與上述第I區(qū)域不同的上述反應(yīng)管內(nèi)部第2區(qū)域的第2壓力；以及步驟4，當(dāng)上述第I壓力與上述第2壓力的壓力差大于等于基準(zhǔn)值時(shí)，將上述反應(yīng)管內(nèi)部生成的多晶硅排出到外部。第I區(qū)域可以是向上述反應(yīng)管內(nèi)注入上述流動(dòng)氣體或反應(yīng)氣體的區(qū)域。第2區(qū)域可以是將上述硅析出反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的氣體排出到外部的區(qū)域。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的流化床反應(yīng)器可通過(guò)控制部自動(dòng)控制要排出硅顆粒的時(shí)機(jī)，所以可在多晶硅制造中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。而且，通過(guò)自動(dòng)控制可實(shí)現(xiàn)多晶硅大量生產(chǎn)化，可降低制造成本。


圖I是顯示本發(fā)明實(shí)施例的多晶硅制造裝置的簡(jiǎn)要圖。圖2是顯示本發(fā)明實(shí)施例的多晶硅制造裝置的一個(gè)分布板示例的附圖。圖3是顯示本發(fā)明實(shí)施例的多晶硅制造裝置的另一分布板示例的附圖。圖4是用于說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的多晶硅裝置中利用內(nèi)部壓力的硅排出方法的附圖
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。但附圖只是為了更容易理解本發(fā)明的內(nèi)容而進(jìn)行說(shuō)明的，本發(fā)明的范圍并非限定于附圖的范圍，這是所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解的。圖I顯示了本發(fā)明實(shí)施例的多晶硅制造裝置。如圖所示，本發(fā)明實(shí)施例的多晶硅制造裝置500包含頂罩100、第I主體部200、第2主體部300及底面部400。頂罩100與第I主體部200連接，具有比第I主體部200的第I反應(yīng)管250直徑更大的直徑。多晶硅制造裝置500內(nèi)的氣體及微細(xì)粒子從第I反應(yīng)管250經(jīng)過(guò)頂罩100時(shí)，由于直徑增加，氣體及微細(xì)粒子的流速降低。因此，排出的氣體或微細(xì)粒子的后期處理負(fù)擔(dān)則會(huì)減小。頂罩100的內(nèi)壁可由在高溫下不易變形的無(wú)機(jī)材料構(gòu)成。例如，頂罩100的內(nèi)壁可由石英、二氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化錯(cuò)、碳化娃、石墨、娃、玻碳中的至少一種構(gòu)成。并且，當(dāng)可對(duì)頂罩100的外壁進(jìn)行冷卻時(shí)，可利用有機(jī)高分子在頂罩100內(nèi)壁進(jìn)行涂層或襯里中的至少一種。當(dāng)頂罩100的內(nèi)壁由碳化硅、石墨、玻碳等含碳材料構(gòu)成時(shí)，多晶硅可能受到碳雜質(zhì)的污染，因此，多晶硅可接觸的頂罩100的內(nèi)壁可利用硅、二氧化硅、石英、氮化硅等材料進(jìn)行涂層或襯里。例如，頂罩100可包含多個(gè)部分頂罩100a/100b，襯里膜150可位于第I部分頂罩IOOa的內(nèi)面。第I主體部200位于頂罩100的下面，與頂罩100連接，提供發(fā)生多晶硅析出反應(yīng)所需的空間。 第2主體部300位于第I主體部200的下面,與第I主體部200連接，與第I主體部200 —起,提供發(fā)生多晶娃析出反應(yīng)或加熱反應(yīng)中的至少一個(gè)反應(yīng)所需的空間。這種第I主體部200和第2主體部300獨(dú)立形成，相互連接，提供反應(yīng)空間，但第I主體部200和第2主體部300也可制作成形成一個(gè)主體的一體型。底面部400位于第2主體部300的下面，與第2主體部300連接，組裝有用于析出多晶硅的各種噴嘴600/650、加熱器700、電極800等。另一方面，頂罩100、第I主體部200及第2主體部300可由碳鋼、不銹鋼、其它合金鋼等機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異、易于加工的金屬材料構(gòu)成。由這些材質(zhì)構(gòu)成的第I主體部200及第2主體部300的保護(hù)膜可由金屬、有機(jī)高分子、陶瓷或石英等構(gòu)成。組裝頂罩100、第I主體部200及第2主體部300時(shí)，為了將反應(yīng)器的內(nèi)部與外部空間隔絕，可使用墊片(gasket)或密封材料(sealing material)。第I主體部200和第2主體部300可以是圓筒形管(pipe)、法蘭、口徑管(tube)及配件(fitting)、盤(plate)、圓錐、橢圓或冷卻媒體在雙壁之間流動(dòng)的夾套(jacket)等多種形態(tài)。另外，當(dāng)頂罩100、第I主體部200及第2主體部300由金屬材質(zhì)構(gòu)成時(shí)，可在其內(nèi)部表面涂布保護(hù)膜或是追加安裝保護(hù)管或保護(hù)壁。保護(hù)膜、保護(hù)管或保護(hù)壁可由金屬材質(zhì)構(gòu)成，但為了防止反應(yīng)器內(nèi)部的污染，可利用有機(jī)高分子、陶瓷、石英等非金屬材料進(jìn)行涂層或襯里。第I主體部200和第2主體部300為了達(dá)到防止熱膨脹、保護(hù)作業(yè)者、防止其它事故等目的，可通過(guò)水、油、氣體、空氣等冷卻流體保持在既定溫度范圍以下?？芍谱鞒墒估鋮s流體能在需要冷卻的第I主體部200和第2主體部300構(gòu)成要素的內(nèi)部或外壁進(jìn)行循環(huán)。另一方面，在第I主體部200和第2主體部300的外部表面，為了保護(hù)作業(yè)者及防止過(guò)度熱損失，可安裝隔熱材料。下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的流化床反應(yīng)器的組裝過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。第I反應(yīng)管250插入第I主體部200，第2反應(yīng)管350插入第2主體部300，各種噴嘴600/650、電極800及加熱器700組裝在用于密閉第2主體部300下端的底面部400。底面部400連接于插入了第2反應(yīng)管350的第2主體部300。之后，第I主體部200和第2主體部300相互連接，頂罩100連接于第I主體部200。底面部400上組裝的各種氣體供應(yīng)部，可包含流動(dòng)氣體供應(yīng)部600及反應(yīng)氣體供應(yīng)部650。第I及第2反應(yīng)管250/350可采用口徑管(tube)形態(tài)或?yàn)榘趶焦?tube)、圓錐及橢圓部分的形態(tài)。第I及第2反應(yīng)管250/350的末端部分可加工成法蘭形。第I及第2反應(yīng)管250/350可由多個(gè)部分構(gòu)成，這些部分的一部分還可在第I主體部200及第2主體部300的內(nèi)壁面以襯里(liner)等形態(tài)安裝。第I及第2反應(yīng)管250/350的材質(zhì)可由在高溫下不易變形的無(wú)機(jī)材料構(gòu)成，可由石英、二氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化鋯、氧化釔、碳化硅、石墨、硅、玻碳或這些材料混合的復(fù)合體等無(wú)機(jī)材料構(gòu)成。當(dāng)?shù)贗及第2反應(yīng)管250/350由碳化硅、石墨、玻碳等含碳材質(zhì)構(gòu)成時(shí)，由于含碳材質(zhì)可能污染多晶硅，在多晶硅可接觸的反應(yīng)管的內(nèi)壁面，可使用硅、二氧化硅、石英、氮化硅等進(jìn)行涂層或襯里。
流動(dòng)氣體供應(yīng)部600供應(yīng)使反應(yīng)管內(nèi)的娃顆粒流動(dòng)的流動(dòng)氣體。位于反應(yīng)管內(nèi)的硅顆粒的一部分或全部在流動(dòng)氣體作用下流動(dòng)。此時(shí)，流動(dòng)氣體可包含氫氣、氮?dú)?、氬氣、氦氣、氯化?HCl)、四氯化硅(SiC14)中的至少一種。流動(dòng)氣體供應(yīng)部600可以是由可用作反應(yīng)管的無(wú)機(jī)材質(zhì)成份構(gòu)成的口徑管(tube)、襯里或成型品。反應(yīng)氣體供應(yīng)部650向硅顆粒床層供應(yīng)含有硅元素的反應(yīng)氣體。反應(yīng)氣體作為用于多晶娃析出的原料氣體，包含娃兀素成份。反應(yīng)氣體可包含甲娃燒(SiH4)、乙娃燒(disilane :Si2H6)、高級(jí)硅烷(SinH2n+2，n 為 3 以上自然數(shù))、二氯硅烷(DCS :SiH2C12)、三氯硅烷(TCS :SiHC13)、四氯化硅(STC :SiC14)、二溴硅烷(SiH2Br2)、三溴硅烷(SiHBrf)、四溴化硅(SiBr4)、二碘硅烷(SiH2I2)、三碘硅烷(SiHI3)、四碘化硅(SiI4)中的至少一種。此時(shí),反應(yīng)氣體還可包含氫氣、氮?dú)狻鍤?、氦氣或氯化氫中的至少一種。隨著反應(yīng)氣體的供應(yīng)，在0. I至2mm左右的多晶硅籽晶的表面析出多晶硅，多晶硅籽晶的尺寸增加。多晶硅籽晶的尺寸增加至既定程度后，釋放到流化床反應(yīng)器外部。加熱器700向多晶硅制造裝置500的內(nèi)部，供應(yīng)在多晶硅顆粒表面發(fā)生硅析出反應(yīng)所需的熱量。實(shí)施例中，為了發(fā)生硅析出反應(yīng)，在反應(yīng)管250的內(nèi)部供熱，但是利用從反應(yīng)管250的外部向反應(yīng)管250內(nèi)部供應(yīng)的熱，也可引發(fā)硅析出反應(yīng)。加熱器700包含電阻體，可通過(guò)供電來(lái)供熱。加熱器700可包含石墨(graphite)、碳化娃等陶瓷、或金屬材質(zhì)中的至少一種。氣體排出部17安裝于頂罩100上，將包含硅析出反應(yīng)時(shí)發(fā)生的流動(dòng)氣體、未反應(yīng)的反應(yīng)氣體、反應(yīng)生成物氣體的排出氣體排出到外部，可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。排出氣體中攜帶的硅微粒子或高分子量的反應(yīng)副產(chǎn)物可在另外的排出氣體處理部(圖中未示出)分離。各氣體供應(yīng)部600/650，即，各種噴嘴、電極800及加熱器700等可與構(gòu)成底面部400的分布板410至440組裝在一起。如圖所示，本發(fā)明實(shí)施例的底面部400包含底層分布板410和第I至第3分布板420/430/440。底層分布板410與第2主體部300連接，組裝有流動(dòng)氣體供應(yīng)部及反應(yīng)氣體供應(yīng)部。底層分布板410可由碳鋼、不銹鋼、其它合金鋼等機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異、易于加工的金屬材料構(gòu)成。第I分布板420位于底層分布板410上，使底層分布板410絕緣。從而，第I分布板420可由石英(quartz)等耐高溫、具有絕緣性而同時(shí)又不會(huì)污染析出的多晶硅的物質(zhì)構(gòu)成。除石英外，第I分布板420還可由氮化硅、氧化鋁、氧化釔等在高溫下具有耐熱性的陶瓷物質(zhì)構(gòu)成。根據(jù)情況，可利用這種陶瓷物質(zhì)對(duì)第I分布板420的表面進(jìn)行涂布或襯里。第2分布板430位于第I分布板420上，與加熱器700接觸，向加熱器700供電。從而，第2分布板430可由石墨、涂布碳化硅的石墨、碳化硅、涂布氮化硅的石墨等導(dǎo)電性物質(zhì)構(gòu)成。具有絕緣特性的第I分布板420位于底層分布板410和第2分布板430之間，所以底層分布板410與第2分布板430相互絕緣。第2分布板430與加熱器700接觸，因此第2分布板430可發(fā)熱，但電流在第2分布板430流過(guò)的橫截面積比加熱器700大很多，所以第2分布板430發(fā)生的熱量比加熱器700發(fā)生的熱量少很多。另外，為了減少第2分布板430因接觸電阻而發(fā)生的熱量，可將伸展性優(yōu)異的石墨片(sheet)插入第2分布板430和加熱器700之間。當(dāng)?shù)讓臃植及?10和第2分布板430具有導(dǎo)電性時(shí)，由于底層分布板410與第2分布板430接觸，可能發(fā)生流向底層分布板410的泄漏電流。因此，如圖所示，底 層分布板410和第2分布板430的末端保持既定距離的間隔。S卩，可在第I分布板420上形成可供第2分布板430安放的槽。例如，在第I分布板420上形成與第2分布板430長(zhǎng)度相同或稍大的槽，第2分布板430可安放于第I分布板420的槽中。因此,第I分布板420的一部分可位于底層分布板410和第2分布板430的末端之間，從而可保持底層分布板410與第2分布板430之間的絕緣。如圖所示，在第I分布板420的作用下，底層分布板410和第2分布板430可絕緣。通過(guò)安裝圍繞第2分布板430四周的絕緣環(huán)900，底層分布板410和第2分布板430也可絕緣。此時(shí)，絕緣環(huán)900可由石英、陶瓷構(gòu)成。第3分布板440位于第2分布板430上，防止在第I反應(yīng)管250及第2反應(yīng)管350內(nèi)部析出的多晶硅被第2分布板430污染。因此，第3分布板440可由在高溫不易變形的無(wú)機(jī)材料構(gòu)成，可由石英、二氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化鋯、碳化硅、石墨、硅、玻碳或這些材料混合的復(fù)合體等無(wú)機(jī)材料構(gòu)成。當(dāng)?shù)?分布板440由碳化娃、石墨、玻碳等含碳材質(zhì)構(gòu)成時(shí)，由于含碳材質(zhì)可能污染多晶硅，所以第3分布板440的表面可利用硅、二氧化硅、石英、氮化硅等涂布或襯里。另外，底面部400的第2分布板430和第3分布板440并非一個(gè)整體，而是包含多個(gè)板塊，所以多晶硅制造裝置容易組裝、安裝及維護(hù)。即，實(shí)現(xiàn)多晶硅的大量生產(chǎn)所需的裝置的尺寸增加，所以當(dāng)?shù)?分布板430和第3分布板440由一個(gè)整體構(gòu)成時(shí)，裝置會(huì)難于組裝、安裝及維護(hù)。例如，如圖2所示，第3分布板440可由沿同心圓方向和直徑方向截?cái)嗟陌鍓K構(gòu)成。而且，如圖3所示，第3分布板440可由尺寸不同的環(huán)形的板塊構(gòu)成。圖4是用于說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的多晶硅裝置中利用內(nèi)部壓力的硅排出方法的附圖。對(duì)于多晶硅裝置的結(jié)構(gòu)，將省略已在圖I中說(shuō)明的部分，如圖4所示，多晶硅制造裝置500的用于排出硅析出反應(yīng)后生成的多晶硅顆粒的顆粒排出口 16安裝于反應(yīng)管下部。顆粒排出口 16可與反應(yīng)氣體供應(yīng)部650組裝在一起，或與反應(yīng)氣體供應(yīng)部650獨(dú)立安裝。這種顆粒排出口可在需要的時(shí)間將硅顆粒從反應(yīng)空間連續(xù)地、周期性地或間歇地排出。此時(shí)，硅顆粒推薦在經(jīng)顆粒排出口 16排出期間進(jìn)行冷卻。因此，可使氫、氮?dú)?、氬氣、氦氣等氣體通過(guò)顆粒排出口 16流動(dòng)，或者也可使水、油、氣體等制冷劑在顆粒排出口 16壁面循環(huán)，使熾熱的顆粒冷卻。另一方面，在經(jīng)過(guò)顆粒排出口 16排出反應(yīng)器的過(guò)程中，需要防止硅顆粒被雜質(zhì)污染。因此，在構(gòu)成顆粒排出口 16的同時(shí)，接觸高溫硅產(chǎn)品顆粒的要素推薦由可在反應(yīng)管中使用的無(wú)機(jī)材質(zhì)構(gòu)成的口徑管(tube)、襯里或成型品構(gòu)成。對(duì)于多晶硅裝置的內(nèi)部壓力，隨著多晶硅顆粒生長(zhǎng)，在內(nèi)部區(qū)域產(chǎn)生壓力差異。因此，在實(shí)施例中，利用這種內(nèi)部區(qū)域的位置所產(chǎn)生的壓力差進(jìn)行自動(dòng)控制，制造硅顆粒。例如，多晶硅制造裝置在反應(yīng)管250/350的內(nèi)部區(qū)域中測(cè)量第I區(qū)域和第2區(qū)域的壓力，以此為基準(zhǔn)，根據(jù)兩個(gè)壓力的差進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)控制。 在反應(yīng)管的內(nèi)部區(qū)域中，第I區(qū)域可以是利用從反應(yīng)管下部向外部連接的噴嘴，例如反應(yīng)氣體供應(yīng)部15及流動(dòng)氣體供應(yīng)部14中任一個(gè)來(lái)供應(yīng)氣體的區(qū)域。第I壓力傳感器P2可安裝于上述反應(yīng)氣體供應(yīng)部15及流動(dòng)氣體供應(yīng)部14中任一個(gè)上，測(cè)量對(duì)應(yīng)壓力。例如，可在多個(gè)流動(dòng)氣體供應(yīng)部中任一個(gè)上安裝第I壓力傳感器P2，測(cè)量對(duì)應(yīng)壓力,通過(guò)另一個(gè)流動(dòng)氣體供應(yīng)部供應(yīng)流動(dòng)氣體。這樣一來(lái)，可通過(guò)第I壓力傳感器測(cè)量反應(yīng)管的內(nèi)部壓力。從而，在以往反應(yīng)器的安裝結(jié)構(gòu)下，可以便利地安裝第I壓力傳感器。在反應(yīng)管內(nèi)部區(qū)域中，第2區(qū)域可在氣體排出部17安裝第2壓力傳感器Pl進(jìn)行測(cè)量。 在本實(shí)施例中，雖然以將第I壓力傳感器P2安裝于反應(yīng)氣體供應(yīng)部650及流動(dòng)氣體供應(yīng)部600中任一個(gè)上的情形進(jìn)行了說(shuō)明，但是，只要是可測(cè)量硅顆粒流化床的下部壓力，即內(nèi)部區(qū)域的第I區(qū)域壓力處，均可安裝第I壓力傳感器P2。第I區(qū)域可以是硅顆粒流化床的內(nèi)部區(qū)域中可測(cè)量最大壓力的區(qū)域。同樣，第2壓力傳感器Pl也是如此，只要是可測(cè)量硅顆粒流化床的上部壓力，即內(nèi)部區(qū)域壓力處均可安裝。第2區(qū)域可以是硅顆粒流化床的內(nèi)部區(qū)域中可測(cè)量最小壓力的區(qū)域。通過(guò)直接、間接暴露在內(nèi)部區(qū)域的流動(dòng)氣體供應(yīng)部600、反應(yīng)氣體供應(yīng)部650或氣體排出口 17，控制部1000與內(nèi)部區(qū)域4連接安裝?？刂撇?000可在連接所需的連接管或配件(fitting)類；手動(dòng)式、半自動(dòng)式或自動(dòng)式的閥門類；數(shù)字或模擬方式的壓力計(jì)或差壓計(jì)；壓力指示器或記錄器；信號(hào)轉(zhuǎn)換器或具有運(yùn)算功能的控制器等要素中選擇一個(gè)以上構(gòu)成。另外，控制部1000可利用機(jī)械式或信號(hào)電路式相互連接構(gòu)成，可與諸如中央控制系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)、局部控制系統(tǒng)的控制手段，以部分式或復(fù)合式連接構(gòu)成。這種多晶硅裝置通過(guò)反應(yīng)氣體供應(yīng)部650向反應(yīng)管內(nèi)部供應(yīng)反應(yīng)氣體后，反應(yīng)氣體中包含的硅元素在投入反應(yīng)空間的硅籽晶的表面析出，制造出多晶硅。在硅顆粒制造步驟中，在第I反應(yīng)管250及第2反應(yīng)管350區(qū)域也形成硅顆粒的床層，至少第I反應(yīng)管區(qū)域的硅顆粒應(yīng)能夠在保持流動(dòng)狀態(tài)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)兩區(qū)域的硅顆粒的相互混合。
所謂的硅顆粒的流動(dòng)，可以解釋為通過(guò)氣體流動(dòng)、氣體氣泡、泡沫的移動(dòng)及/或周邊粒子的移動(dòng)，硅顆粒的空間位置可隨著時(shí)間發(fā)生變化。此處，至少第I反應(yīng)管區(qū)域的上部要供應(yīng)流動(dòng)氣體，使顆粒流動(dòng)，從而使硅顆粒能夠在兩個(gè)反應(yīng)管區(qū)域之間順暢地相互交換。這樣一來(lái)，隨著多晶硅顆粒的制造，多晶硅顆粒在反應(yīng)空間積累后，反應(yīng)管內(nèi)的壓力升高。所以，第I壓力傳感器P2測(cè)量的第I區(qū)域的內(nèi)部壓力與第2壓力傳感器Pl測(cè)量的第2區(qū)域的內(nèi)部壓力的壓力差增大。此時(shí)，控制部1000判斷內(nèi)部壓力的壓力差是否增加到事前輸入的既定的第I基準(zhǔn)值。第I基準(zhǔn)值會(huì)因硅制造裝置的內(nèi)部環(huán)境或結(jié)構(gòu)等而有所不同，或根據(jù)第I壓力傳感器和第2壓力傳感器測(cè)量的區(qū)域進(jìn)行不同設(shè)置。這是因?yàn)楦鶕?jù)硅制造裝置的結(jié)構(gòu)或內(nèi)部環(huán)境，硅析出反應(yīng)后顯示的內(nèi)部壓力會(huì)不 同。同時(shí)，即使硅制造裝置的內(nèi)部環(huán)境或結(jié)構(gòu)已全部固定，根據(jù)壓力傳感器的測(cè)量位置，硅析出反應(yīng)后內(nèi)部測(cè)量的壓力也會(huì)不同。之后，如果通過(guò)控制部1000判斷出內(nèi)部壓力的壓力差已達(dá)到既定的第I基準(zhǔn)值，則打開(kāi)多晶硅顆粒排出口，部分排出硅顆粒。多晶硅顆粒排出口可自動(dòng)或手動(dòng)運(yùn)行。隨著多晶硅顆粒的排出，硅的流化床的高度重新降低，所以內(nèi)部壓力的壓力差逐漸減小。從而，如果控制部1000判斷出內(nèi)部壓力的壓力差已達(dá)到既定的第2基準(zhǔn)值，則關(guān)閉多晶硅顆粒排出口的出口，防止繼續(xù)排出多晶硅顆粒。顆粒排出口也可自動(dòng)或手動(dòng)運(yùn)行。通過(guò)這一動(dòng)作，隨著多晶娃顆粒的制造，可逐一目測(cè)確認(rèn)多晶硅顆粒排出情況，通過(guò)控制部1000，使多晶硅顆粒自動(dòng)排出。另一方面，實(shí)施例中使用的方法是，利用第I壓力傳感器和第2壓力傳感器測(cè)量?jī)?nèi)部壓力的壓力差，并將其與基準(zhǔn)壓力值進(jìn)行比較，決定是否開(kāi)閉多晶硅顆粒排出口。但也可以是在氣體排出部或流動(dòng)氣體供應(yīng)部?jī)?nèi)安裝壓力傳感器，在上述氣體排出部或上述流動(dòng)氣體供應(yīng)部?jī)?nèi)，僅以利用壓力傳感器測(cè)量的壓力為基礎(chǔ)，與基準(zhǔn)壓力值進(jìn)行比較，此時(shí)，當(dāng)測(cè)量的壓力大于等于基準(zhǔn)壓力值時(shí)，使反應(yīng)管內(nèi)部?jī)?nèi)形成的多晶硅通過(guò)顆粒排出口排出到外部。此時(shí)，基準(zhǔn)壓力值會(huì)因運(yùn)轉(zhuǎn)壓力而不同。在此，運(yùn)轉(zhuǎn)壓力可以是可使硅裝置穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的事先設(shè)置的壓力。例如，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)壓力為2. Obar (表壓)時(shí)，基準(zhǔn)壓力值可以是3. 5bar (表壓)，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)壓力為4bar (表壓)時(shí)，基準(zhǔn)壓力值可以是5.5bar (表壓)。即，顆粒排出口在運(yùn)轉(zhuǎn)壓力與基準(zhǔn)壓力值的差大于等于0. 5bar時(shí)打開(kāi)。實(shí)施例中顯示的是當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)壓力與基準(zhǔn)壓力值的差最少為0. 5bar以上的情況，但也可以更低。最終，基準(zhǔn)壓力值并不限定于特定值，根據(jù)硅制造裝置的內(nèi)部環(huán)境或結(jié)構(gòu)等條件而不同，因此，相對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)壓力的基準(zhǔn)壓力值也會(huì)不同。另一方面，在本發(fā)明的實(shí)施例中，反應(yīng)空間的內(nèi)部壓力差或流動(dòng)氣體供應(yīng)壓力的基準(zhǔn)值由內(nèi)部成長(zhǎng)的硅顆粒尺寸決定，所以控制硅顆粒尺寸，就可以調(diào)節(jié)多晶硅顆粒的生產(chǎn)、排出時(shí)機(jī)。另外，硅顆粒尺寸可能因籽晶的數(shù)量、反應(yīng)氣體的濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力及流動(dòng)氣體的流量中任意一個(gè)因素而不同。本實(shí)施例中對(duì)影響硅顆粒尺寸的因素進(jìn)行了記載，但除上述因素外，還會(huì)因多晶硅裝置的內(nèi)部環(huán)境或其它條件而異。本發(fā)明的權(quán)利并非限定于上述 說(shuō)明的實(shí)施例，而由權(quán)利要求書記載的內(nèi)容定義。不言而喻，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可在權(quán)利要求書記載的權(quán)利范圍內(nèi)進(jìn)行多種變更與變形。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅制造裝置，其特征在于，包括 反應(yīng)管，在內(nèi)部包含娃顆粒； 流動(dòng)氣體供應(yīng)部，向上述反應(yīng)管內(nèi)的娃顆粒供應(yīng)流動(dòng)氣體； 氣體排出部，排出在上述反應(yīng)管中產(chǎn)生的氣體； 壓力傳感器，安裝于上述氣體排出部或上述流動(dòng)氣體供應(yīng)部?jī)?nèi)；以及顆粒排出口，當(dāng)上述壓力傳感器測(cè)量的壓力大于等于基準(zhǔn)壓力值時(shí)，將在上述反應(yīng)管內(nèi)部形成的多晶硅排出到外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶硅制造裝置，其特征在于 上述壓力傳感器分別安裝于上述氣體排出部及上述流動(dòng)氣體供應(yīng)部?jī)?nèi)， 當(dāng)在上述流動(dòng)氣體供應(yīng)部?jī)?nèi)測(cè)量的第I壓力和在上述氣體排出部測(cè)量的第2壓力的壓力差大于等于基準(zhǔn)壓力值時(shí)，將在上述反應(yīng)管內(nèi)部形成的多晶硅排出到外部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多晶硅制造裝置，其特征在于 還包括控制部，對(duì)上述第I壓力和第2壓力值進(jìn)行比較，當(dāng)壓力差大于等于基準(zhǔn)壓力值時(shí)，啟動(dòng)上述顆粒排出口，將上述多晶硅排出到外部。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶硅制造裝置，其特征在于 上述反應(yīng)管的材質(zhì)從由石英、二氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化鋯、氧化釔、碳化硅、石墨、娃、玻碳構(gòu)成的群中選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多晶硅制造裝置，其特征在于 當(dāng)上述反應(yīng)管的材質(zhì)為含碳材質(zhì)時(shí)，上述反應(yīng)管的內(nèi)壁面利用硅、二氧化硅、石英、氮化硅中的至少一種進(jìn)行襯里。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶硅制造裝置，其特征在于 還包括用于組裝上述流動(dòng)氣體供應(yīng)部的底面部， 上述底面部包含依次層疊的底層分布板、第I分布板、第2分布板、第3分布板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多晶硅制造裝置，其特征在于 上述第2分布板與上述第3分布板分別包含多個(gè)分布板塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的多晶硅制造裝置，其特征在于 設(shè)有圍繞上述第2分布板四周的絕緣環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多晶硅制造裝置，其特征在于 上述第2分布板的末端與上述底層分布板的一面保持間隔。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多晶硅制造裝置，其特征在于 上述第I分布板的一部分位于上述底層分布板與上述第2分布板的末端之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多晶硅制造裝置，包括反應(yīng)管，在內(nèi)部包含硅顆粒；流動(dòng)氣體供應(yīng)部，向上述反應(yīng)管內(nèi)的硅顆粒供應(yīng)流動(dòng)氣體；氣體排出部，排出在上述反應(yīng)管中產(chǎn)生的氣體；壓力傳感器，安裝于上述氣體排出部或上述流動(dòng)氣體供應(yīng)部?jī)?nèi)；以及顆粒排出口，當(dāng)上述壓力傳感器測(cè)量的壓力大于等于基準(zhǔn)壓力值時(shí)，將在上述反應(yīng)管內(nèi)部形成的多晶硅排出到外部。
文檔編號(hào)C01B33/03GK102745693SQ201110294450
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者丁允燮, 尹汝均, 金根鎬, 金鎮(zhèn)成 申請(qǐng)人:硅科創(chuàng)富有限公司