CN113173583B - 一种多晶硅还原炉及生产线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多晶硅还原炉及生产线，属于多晶硅生产设备领域。上述还原炉包括底盘、罩体、尾气管和输气管组件，罩体罩设在底盘上形成反应腔，尾气管与反应腔连通。输气管组件包括第一输气管；第一输气管竖直设置在反应腔中，包括第一外壳；第一外壳的底部与底盘连接。第一输气管上设置有多个第一喷气管，多个第一喷气管与第一外壳连接，并分布于第一外壳的上部和下部。使进料混合气均匀喷到硅芯上，有效改善硅棒上下粗细不均及致密度不同问题，使得硅棒上下直径及致密度一致，产品质量得到有效提升；同时有效提升硅棒下端沉积速率，提升了单晶比例和单炉产量。

Description

一种多晶硅还原炉及生产线

技术领域

本发明涉及多晶硅生产设备领域，具体而言，涉及一种多晶硅还原炉及生产线。

背景技术

目前，国内大部分的多晶硅生产厂家均使用西门子改良法工艺，该工艺的主要设备均为CVD(化学气相沉积)还原炉。工作原理是氢气和三氯氢硅混合气通过喷气管进入还原炉，在高温的硅芯表面进行气相沉积反应，生成产品多晶硅，发生气相沉积反应后剩余的高温尾气通过设置在还原炉上的尾气口再经尾气出口管线排出。现有的还原炉制成的多晶硅硅棒上多晶硅分布不均匀，例如可能出现上疏下密现象；而上部形成的疏松部分硅料易碎，在还原炉硅棒出炉阶段，这部分疏松料易掉落，掉落到地上的硅棒容易造成沾污，且存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种多晶硅还原炉，其能够有效改善硅棒上疏下密的问题。

本发明的另一目的在于提供一种多晶硅生产线，其采用了上述多晶硅还原炉。

本发明是这样实现的：

一种多晶硅还原炉，包括底盘、罩体、尾气管和输气管组件，所述罩体罩设在所述底盘上形成反应腔，所述尾气管与所述反应腔连通；所述输气管组件包括第一输气管；所述第一输气管竖直设置在所述反应腔中，包括第一外壳；所述第一外壳的底部与所述底盘连接；所述第一输气管上设置有多个第一喷气管，所述多个第一喷气管与所述第一外壳连接，并分布于所述第一外壳的上部和下部。

反应腔从高度方向上存在中间水平参考面，参考面以上可以称为反应腔上部，以下称之为反应腔下部。

将输气管组件的多个出气口设置在反应腔的上部和下部，其能够使得反应腔中的反应气分布尽量均匀，从而使得硅棒上部(硅棒中间点以上的部分)及硅棒下部(硅棒中间点以下的部分)周围的反应气浓度接近；进而减小硅棒不同位置多晶硅产生速率的差异。通过上述设计，能够有效改善硅棒上多晶硅上疏下密的问题。

第一输气管竖直设置在底盘的中部，通过设置两层壳体形成进气夹层后，给进气夹层通入反应气后，反应气首先是均匀分布在整个夹层中；而由于第一外壳的上部和下部均设置有多个第一喷气管。因此，上述设计能够使得从输气管出来的温度较低的反应气体均匀分布在反应腔的上部和下部；并有利于降低硅棒不同位置的气体温度差异，进而为硅棒上多晶硅的均匀生长提供条件。

进一步地，所述第一输气管还包括第一内壳，所述第一外壳套设在所述第一内壳上，所述第一外壳的内壁与所述第一内壳的外壁间隔设置形成第一进气夹层，所述第一进气夹层用于与气源连通。

进一步，所述尾气管设置在所述第一内壳内，所述尾气管的底部与所述底盘连接；所述尾气管上设置有多个尾气导流管，所述多个尾气导流管分布于所述第一内壳的上部和下部；所述尾气导流管穿过所述第一输气管，所述尾气导流管的一端与所述反应腔连通，另一端与所述尾气管连通。

上述设计使得硅芯上部和下部周围反应后的尾气能够及时通过尾气导流管排出，从而防止尾气聚集在硅芯的局部位置，影响反应气的浓度。另外，如果尾气不能及时排除导致聚集在硅芯局部位置，也可能使得硅芯上的疏松硅料中夹杂反应生成的氯化氢气体等，对产品质量造成影响。因此，上述设计还能够提高产品质量。另外，上述设计也有利于硅芯上部和下部周围气体温度均匀。即，尾气管和输气管相互配合后，能够进一步改善硅芯上多晶硅生长不均匀的问题；并能提高产品质量。

进一步，还包括套管，所述套管套设在所述第一外壳上，所述套管上端封闭，下端与所述底盘连接；所述套管与所述尾气管之间形成第一冷却夹层，所述第一冷却夹层用于容纳冷却液。尾气导流管还穿过所述套管。

由于硅芯本身温度较高，其使得反应腔内温度较高；通过给第一冷却夹层内通入冷却液，能够有效降低反应气的温度，从而将反应腔内的温度控制在合理的范围内；为多晶硅的快速高质量生长提供条件。

进一步地，所述输气管组件还包括第二输气管，所述第二输气管与所述罩体的内壁连接，所述第二输气管上设置有多个第二喷气管，所述多个第二喷气管分布于所述第二输气管的上部和下部。

上述设计使得硅芯上部下部及不同的圆周面均能够直接喷洒反应气，另外，在第一输气管、第二输气管和尾气管的配合下；上述还原炉能够显著提高硅芯上不同部位的多晶硅分布的均匀性，并使得整个硅棒比较致密，提高整体质量。

进一步地，所述第二输气管包括第二内壳和第二外壳，所述第二外壳套设在所述第二内壳上并形成进气夹层；所述第二输气管上还设置有多个第二喷气管，所述多个第二喷气管分布于所述第二输气管的上部和下部。

上述设计使得反应气能够首先均匀分布于第二输气管的进气夹层中，然后通过第二内壳上的第二喷气管直接喷洒到硅棒的不同位置；从而硅棒不同位置反应气的均匀度，进一步改善硅芯不同位置多晶硅分布不均匀的问题。

进一步地，所述罩体包括内罩体及外罩体，所述外罩体罩设在所述内罩体上形成第二冷却夹层，所述第二冷却夹层用于容纳冷却液；所述第二输气管位于所述第二冷却夹层中，所述多个喷气管均穿透所述内罩体，并与所述反应腔连通。

进一步地，所述多个第二喷气管均匀分布于所述第二内壳的内壁上；所述多个第一喷气管均匀分布于所述第一内壳的内壁上。

进一步地，所述外罩体的顶部设置有冷却水出口，底部设置有冷却水进口。

一种多晶硅生产线，包括外部气源及所述的多晶硅还原炉，外部气源与第一输气管及第二输气管连通。

本发明的有益效果是：

本发明通过上述设计得到的多晶硅还原炉及生产系统，使进料混合气均匀喷到硅芯上，有效改善硅棒上下粗细不均及致密度不同问题，使得硅棒上下直径及致密度一致，产品质量得到有效提升；同时有效提升硅棒下端沉积速率，提升了单晶比例和单炉产量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的多晶硅还原炉的竖直面的剖视图；

图2是本发明实施例提供的多晶硅还原炉水平面的剖视图。

图标：110-底盘；120-罩体；121-内罩体；122-外罩体；1221-冷却水进口；1222-冷却水出口；130-输气管组件；131-第一输气管；1311-第一内壳；1312-第一外壳；132-第二输气管；1321-第二内壳；1322-第二外壳；133-尾气管；134-尾气导流管；141-第一喷气管；142-第二喷气管；150-套管；160-硅芯。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本申请中的“上部”和“下部”指的是以所述对象高度的中点或中间面为参考，中点或中间面以上部分为上部，以下部分为下部；并不特指上端和下端。

实施例：

请参考图1和图2，本实施例提供了一种多晶硅还原炉，其包括底盘110、罩体120、尾气管133和输气管组件130；其中，罩体120罩设在底盘110上形成反应腔，输气管组件130用于给反应腔提供反应气，而尾气管133用于将反应后的尾气排出。

具体地，底盘110为圆形板状结构；罩体120为倒扣在底盘110上的钟型壳体结构。罩体120的底部与底盘110的边缘密封连接形成密闭的反应腔。多个硅棒160竖直设置在反应腔中，并环绕在底盘110的中部。罩体120为夹层结构，其包括内罩体121及外罩体122；外罩体122套设在内罩体121上形成第二冷却夹层。外罩体122的下部设置有进水管，顶部设置有出水管。

输气管组件130包括第一输气管131，第一输气管131竖直设置在反应腔内。第一输气管131底端与底盘110的中部连接，其上端向上延伸并接近罩体120的顶部。第一输气管131包括第一内壳1311及第一外壳1312，第一内壳1311及第一外壳1312均为圆筒状结构，两者上端均封闭设置。第一外壳1312套设在第一内壳1311上，第一外壳1312的内壁与第一内壳1311的外壁间隔设置，形成第一进气夹层。还原炉外部的气源与第一进气夹层的下部连通，从而给第一进气夹层通入反应气体。另外，第一外壳1312上设置有多个第一喷气管141，多个第一喷气管141分为多层，每一层都均匀环绕在第一外壳1312的外圆周上；相邻的两层的间距大致相等。反应气在外部气源的气压作用下进入到第一进气夹层后，首先在第一进气夹层中均匀分布，然后通过上述第一喷气管141喷洒到周围的硅棒160上。

上述设计使得反应气能够均匀分布在硅棒160上下不同位置，改善局部浓度过高局部浓度又过低；另外还能够使得反应腔内的温度分布尽量均匀；进而改善硅棒160多晶硅生长不均匀的问题。

进一步地，第一输气管131的高度高于硅棒160的高度；从而使得硅棒160顶部的多晶硅和底部一样均匀生长。

另外，反应后的尾气如不能及时排除，其同样能够影响反应气的分布；还有可能使得硅料中夹杂一些反应生成的氯化氢气体，进而对产品质量造成影响。因此，本发明对尾气管133进行了改进。

具体地，尾气管133为上端封闭的筒状结构，其设置在第一内壳1311中，并与第一内壳1311同轴设置。尾气管133的下端与底盘110连接，上端延伸至第一内壳1311的上部，并接近或抵接于第一内壳1311的上端。上述尾气管133的外圆周壁上还均匀分布有多个尾气导流管134，尾气导流管134穿过第一输气管131后与反应腔连通。反应腔中反应后的气体通过上述尾气导流管134进入到尾气管133内，并通过与尾气管133下端连接的输送管排出。由于尾气管133的高度高于硅棒160的高度，从而使得整个硅棒160周围的尾气均能够及时排出。

上述第一输气管131和尾气管133相互配合，使得反应气能够均匀喷洒在硅棒160上，硅棒160不同位置产生的尾气能够就近通过尾气导流管134及尾气管133排出，从而进一步改善了硅棒160上多晶硅生长不均匀的问题，并大大提高了产品质量。

另外，本实施例提供的还原炉还设置了套管150。套管150套设在第一输气管131上，其下端与底盘110连接，上端封闭；套管150的内壁与尾气管133的外壁之间形成第一冷却夹层。底盘110上设置有与第一冷却夹层连通的进水口和出水口。通过给第一冷却夹层中通入具有一定压力的冷却水，并使得冷却水在第一冷却夹层中流动，其能够有效地对反应腔中部进行降温；另外还能够对第一输气管131中的气体进行降温。

第一输气管131、尾气管133及套管150集成在一起，其不仅使得整体结构紧凑，尽量减少对反应腔内部空间的占用，还使得三者形成一个整体，提高了第一输气管131的结构稳定性。

进一步地，输气管组件130还包括第二输气管132，第二输气管132设置在第二冷却夹层中。第二输气管132包括钟型的第二内壳1321及第二外壳1322，第二外壳1322罩设在第二内壳1321上；第二外壳1322的内壁与第二内壳1321的外壁间隔设置形成第二进气夹层。第二内壳1321及第二外壳1322的底部均与底盘110连接，并且，第二输气管132的底部与外部气源管连通。

第二输气管132上还设置有多个第二喷气管142，第二喷气管142在第二内壳1321上均匀分布。并且，第二喷气管142的一端与第二进气夹层连通，另一端穿过内罩体121与反应腔连通。即罩体120内壁上均匀设置有多个第二喷气管142，通过上述第二喷气管142能够从不同的角度对硅棒160进行喷洒反应气体；还有利于改善反应腔内部温度分布的均匀性，防止局部温度过高导致的产品质量下降。

另外，上述设计使得第二进气夹层内的气体在进入反应腔之前能够进行有效冷却。在第一输气管131、第二输气管132以及尾气管133的配合下，硅棒160上多晶硅的生产速率更加均匀，产品质量更高。

需要说明的是，本实施例仅仅为众多实施例中的一种，在其它实施例中的还原炉中，可以只设置中部的第一输气管131，而将罩体120上的第二输气管132省略；或者，第一输气管131也可以只有第一外壳1312，省略第一内壳1311、套管150及尾气管133，此时，将尾气出口开设在底盘110上即可；或者，还可以只将套管150去掉；或者，第一输气管和第二输气管的结构也不限制为本申请中两层壳体套设形成的夹层结构，也可以是现有技术中普通的管道；上述变形实施例均在本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多晶硅还原炉，其特征在于，包括底盘、罩体、尾气管和输气管组件，所述罩体罩设在所述底盘上形成反应腔，所述尾气管与所述反应腔连通；

所述输气管组件包括第一输气管；所述第一输气管竖直设置在所述反应腔中，包括第一外壳；所述第一外壳的底部与所述底盘连接；

所述第一输气管上设置有多个第一喷气管，所述多个第一喷气管与所述第一外壳连接，并分布于所述第一外壳的上部和下部；

所述第一输气管还包括第一内壳，所述第一外壳套设在所述第一内壳上，所述第一外壳的内壁与所述第一内壳的外壁间隔设置形成第一进气夹层，所述第一进气夹层用于与气源连通；

所述尾气管设置在所述第一内壳内，所述尾气管的底部与所述底盘连接，上端延伸至所述第一内壳的上部；所述尾气管上设置有多个尾气导流管，所述多个尾气导流管分布于所述尾气管的上部和下部；所述尾气导流管穿过所述第一输气管，所述尾气导流管的一端与所述反应腔连通，另一端与所述尾气管连通。

2.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉，其特征在于：

还包括套管，所述套管套设在所述第一外壳上，所述套管上端封闭，下端与所述底盘连接；所述套管与所述尾气管之间形成第一冷却夹层，所述第一冷却夹层用于容纳冷却液；所述尾气导流管还穿过所述套管。

3.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉，其特征在于：

所述第一输气管高于所述反应腔中硅棒的高度。

4.根据权利要求1-3任一项所述的多晶硅还原炉，其特征在于：

所述输气管组件还包括第二输气管，所述第二输气管与所述罩体的内壁连接，所述第二输气管上设置有多个第二喷气管，所述多个第二喷气管分布于所述第二输气管的上部和下部。

5.根据权利要求4所述的多晶硅还原炉，其特征在于：

所述第二输气管包括第二内壳和第二外壳，所述第二外壳套设在所述第二内壳上，所述第二外壳的内壁与所述第二内壳的外壁间隔设置形成第二进气夹层，所述第二进气夹层用于与外部气源连通；

所述第二输气管上还设置有多个第二喷气管，所述多个第二喷气管分布于第二内壳的上部和下部。

6.根据权利要求5所述的多晶硅还原炉，其特征在于：

所述罩体包括内罩体及外罩体，所述外罩体罩设在所述内罩体上形成第二冷却夹层，所述第二冷却夹层用于容纳冷却液；所述第二输气管位于所述第二冷却夹层中，所述多个第二喷气管均穿透所述内罩体，并与所述反应腔连通。

7.根据权利要求6所述的多晶硅还原炉，其特征在于：

所述多个第二喷气管均匀分布于所述第二内壳的内壁上。

8.一种多晶硅生产线，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的多晶硅还原炉。

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