CN101973551B - 一种多晶硅还原炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多晶硅还原炉。在还原炉内顶部设置有顶部隔板，顶部隔板上设置有开孔和弧形凸起结构；开孔在每对导电硅芯上方，每对导电硅芯的中心线和隔板上的相应开孔的中心线在同一轴线上；每个混合气进气喷头上方设置有弧形凸起结构，每个混合气进气喷头的中心线和隔板上的相应弧形凸起结构的中心线在同一轴线上，开孔和凸起结构错开分布，隔板的中心设置有混合气出气口与混合气出气管道连接。本发明的混合气通过隔板上弧形凸起结构返混以及还原炉尾气进入顶部通过混合气出气管道排出，不影响还原炉内部的流场，喷头喷入的气体在还原炉内停留时间加长，气场分布更加均匀，有利于导电硅芯均匀地生长，避免还原炉中的倒棒问题，提高了还原炉进气的单程转化率。

Description

一种多晶硅还原炉

技术领域

本发明涉及一种改进型多晶硅还原炉，主要应用于多晶硅生产中三氯氢硅和氢气的气相沉积反应。

背景技术

多晶硅是制造集成电路衬底、太阳能电池等产品的主要原料，被广泛应用于半导体工业中。目前，我国多晶硅的主流生产工艺为改良西门子法，其流程如下：用氯气和氢气合成氯化氢，氯化氢和工业硅粉在一定温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行精馏提纯，提纯后的液相三氯氢硅在经过加热汽化后与氢气以一定比例混合，然后以一定压力和温度通入还原炉内在导电硅芯表面进行化学气相沉积反应，其中还原炉的操作压力在0.4-0.5mPa，反应温度在1100℃左右，经过一段时间后生成棍状多晶硅，同时生成四氯化硅、二氯二氢硅等副产物，经过精馏提纯后得到的四氯化硅进入氢化炉反应生成三氯氢硅，从而实现多晶硅的生产循环。

多晶硅还原炉是改良西门子法生产多晶硅的重要设备，主要由中空含夹套冷却水的钟罩式双层外壳、底盘、电极、导电硅芯、电极座、混合气进气喷头、混合气出气口、外壳的冷却水进口和出口、电极的冷却水进口和出口、底盘的冷却水进口和出口、底盘支架等组成，其中导电硅芯成对出现，呈倒置U型，每对正负电极均匀分布在底盘上，轮廓呈现圆环状，混合气进气喷头均匀分布在圆环的空隙间，混合气出气口分布在底盘的正中间，如图1所示。

发明内容

本发明是一种改进型多晶硅还原炉，主要通过改进还原炉的部分结构以提高还原炉的生产效率。

本发明的技术方案如下：

一种晶硅还原炉，包括中空含夹套冷却水的钟罩式双层外壳、底盘、电极、导电硅芯、电极座、混合气进气喷头、混合气出气口、外壳的冷却水进口和出口、电极的冷却水进口和电极的冷却水出口、底盘的冷却水进口和出口、底盘支架；在还原炉内顶部设置有顶部隔板(4)，顶部隔板上设置有开孔和弧形凸起结构；开孔(19)在每对导电硅芯上方，导电硅芯的中心线和隔板上的开孔中心线在同一轴线上；混合气进气喷头上方设置有弧形凸起结构(20)，混合气进气喷头的中心线和隔板上的弧形凸起结构中心线在同一轴线上，开孔和凸起结构错开分布，隔板的中心设置有混合气出气口(18)，下与混合气出气管道(16)连接。

所述的顶部隔板(4)为烧结板，使用材料为不锈钢、镍基合金或石英。

所述的开孔(19)为圆形，直径为导电硅芯直径的8-10倍。所述的开孔(19)数等于导电硅芯对数。所述的弧形凸起结构(20)形状为分成大小不等两部分球体的小的部分的形状，直径为混合气进气喷头直径的3-5倍。所述的弧形凸起结构(20)数量与混合气进气喷头的数量一致。

本发明一种晶硅还原炉，电极的冷却水进口和电极的冷却水出口均与底盘相通，电极的冷却水进口设置在底盘下端，电极的冷却水出口设置在底盘上端。

此改进型还原炉导电硅芯成对出现，呈倒置U型，每对正负电极均匀分布在底盘上，轮廓呈现圆环状，混合气进气喷头均匀分布在圆环的空隙间，还原炉顶部设有隔板，安装在还原炉的封头以上，通过焊接方式与还原炉体相连，并与弧顶形成一个整体，隔板在每对导电硅芯上方设有开孔，每个混合气进气喷头上方设置弧形凸起结构，开孔和凸起结构错开分布，隔板的中间设有混合气出气口，下接混合气出气管道，此种改进可以便于混合气喷头喷入的混合气通过隔板上弧形凸起结构返混以及还原炉尾气进入顶部通过混合气出气管道排出，同时混合气喷头喷入的气体不会直接经混合气排出口排出，所以混合气的排出完全不影响还原炉内部的流场，喷头喷入的气体在还原炉内停留时间得以加长，使还原炉中的气场分布更加均匀，有利于还原炉中的导电硅芯均匀地生长，可以避免还原炉中的倒棒问题，并在一定程度上提高了还原炉进气的单程转化率。此外本改进型还原炉还把底盘和电极的冷却系统结合在一起，冷却水从底盘进入，经过与底盘相通的电极冷却水流入开孔进入电极，由与底盘相通的电极冷却水流出开孔再流到底盘，最终由底盘流出，电极冷却水出口设在底盘上端，而传统还原炉电极冷却水出口设置在底盘下部，冷却效果不理想，通过改进使底盘和电极冷却成为一个整体，提高了电极冷冷却水的出口位置，增强了电极的冷却效果，同时使底盘上结构更加合理紧凑，有利于还原炉的简化和水资源的节约。

附图说明

图1是传统多晶硅还原炉主视图；

图2是改进型多晶硅还原炉主视图；

图3是改进型多晶硅还原炉的底盘和电极冷却系统放大图；

图4是改进型多晶硅还原炉底盘俯视图；

图5为改进型还原炉顶部隔板的俯视定位图；

其中1为外壳冷却水进口，2为外壳冷却水出口，3为中空含冷却水夹套的钟罩式外壳，4为顶部隔板，5为导电硅芯，6为电极座，7为电极，8为混合气进气喷头，9为与底盘相通的电极冷却水进入开孔，10为与底盘相通的电极冷却水流出开孔，11为底盘，12为底盘冷却水进口，13为底盘冷却水出口，14为电极连接电源，15为混合气进气管道，16为混合气出气管道，17为底盘支架，18为顶部隔板的混合气出气口，19为顶部隔板的开孔，20为顶部隔板的弧形凸起结构，21为混合气出气口，22为电极冷却水进口，23为电极冷却水出口，24为钟罩式外壳的内壁，25为隔板与钟罩式外壳的内壁的焊接部分。

具体实施方式

下面通过附图进一步说明本发明，附图是为说明本发明而绘制的，不对本发明的具体应用形式构成限制。

本发明是一种改进型多晶硅还原炉，如图2所示：其中包括外壳冷却水进口1，外壳冷却水出口2，中空含冷却水夹套的钟罩式外壳3，顶部隔板4，导电硅芯5，电极座6，电极7，混合气进气喷头8，与底盘相通的电极冷却水进入开9孔，与底盘相通的电极冷却水流出开孔10，底盘11，底盘冷却水进口12，底盘冷却水出口13，电极连接电源14，混合气进气管道15，混合气出气管道16，底盘支架17，与顶部隔板相连的混合气出气口18，顶部隔板的开孔19和为顶部隔板的弧形凸起结构20。顶部隔板，可以为金属烧结板，可以采用石英、不锈钢或者镍基合金，通过焊接的方式与还原炉的弧顶相连，与还原炉的弧顶形成一个整体，隔板在每对导电硅芯上方设有开孔，每对导电硅芯的中心线和隔板上的相应开孔的中心线在同一轴线上，在每个混合气进气喷头上方设置弧形凸起结构，每个混合气进气喷头的中心线和隔板上的相应弧形凸起结构的中心线在同一轴线上，根据还原炉中导电硅芯数量开相同数量的开孔(19)，开孔形状为圆形，直径为导电硅芯直径的8-10倍开孔(19)数等于导电硅芯对数。根据混合气进气喷头的数量设置相同数量的弧形凸起结构(20)，弧形凸起结构的形状类似于分成大小不等两部分球体的较小的部分，直径为混合气进气喷头直径的3-5倍，隔板上的开孔和凸起结构错开分布，隔板的中间设有混合气出气口(18)，混合气出气口(18)与混合气出气管道(16)连接在一起，如图4和图5所示，顶部隔板设在还原炉的顶部，安装在在封头以上位置，便于多晶硅产品后续处理。

电极的冷却水进口和电极的冷却水出口均与底盘相通，电极的冷却水进口设置在底盘下端，电极的冷却水出口设置在底盘上端。底盘相通的电极冷却水进入开孔9与底盘相通的电极冷却水流出开孔10，在电极冷却夹套外表面开一定大小的孔隙，使电极夹套与底盘相通，底盘中的冷却水可以进入电极夹套，电极夹套中的水流出再流到底盘，如图3所示，此种改进提高了电极冷却水出口，提高了冷却效果，同时使还原炉结构更加合理简约。

Claims (7)

1.一种多晶硅还原炉，包括中空含夹套冷却水的钟罩式双层外壳、底盘、电极、导电硅芯、电极座、混合气进气喷头、混合气出气口、外壳的冷却水进口和出口、电极的冷却水进口和电极的冷却水出口、底盘的冷却水进口和出口、底盘支架；其特征是在还原炉内顶部设置有顶部隔板(4)，顶部隔板上设置有开孔(19)和弧形凸起结构(20)；开孔(19)在每对导电硅芯上方，每对导电硅芯的中心线和隔板上的相应开孔的中心线在同一轴线上；每个混合气进气喷头上方设置有弧形凸起结构(20)，每个混合气进气喷头的中心线和隔板上的相应弧形凸起结构的中心线在同一轴线上，开孔和凸起错开分布，隔板的中心设置有混合气出气口(18)，下与混合气出气管道(16)连接。

2.如权利要求1所述的一种多晶硅还原炉，其特征是所述的顶部隔板(4)为烧结板，使用材料为不锈钢、镍基合金或石英。

3.如权利要求1所述的一种多晶硅还原炉，其特征是所述的开孔(19)为圆形，直径为导电硅芯直径的8-10倍。

4.如权利要求1所述的一种多晶硅还原炉，其特征是所述的开孔(19)数等于导电硅芯对数。

5.如权利要求1所述的一种多晶硅还原炉，其特征是所述的弧形凸起结构(20)形状为分成大小不等两部分球体的小的部分形状，直径为混合气进气喷头直径的3-5倍。

6.如权利要求1所述的一种多晶硅还原炉，其特征是所述的弧形凸起结构(20)数量与混合气进气喷头的数量一致。

7.如权利要求1所述的一种多晶硅还原炉，其特征是电极的冷却水进口和电极的冷却水出口均与底盘相通，电极的冷却水进口设置在底盘下端，电极的冷却水出口设置在底盘上端。

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