專利名稱：一種適用于西門子工藝生產多晶硅的還原爐的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種生產多晶硅的反應器，更具體地說涉及一種適用于西門子工 藝生產多晶硅的還原爐。
背景技術：
目前，絕大多數的多晶硅生產方法是改良西門子工藝，主要使用鐘罩型反應器和 與電極相連的8mm左右的硅芯作為沉積基底，采用高溫還原工藝，以高純的SiHCl3在H2氣 氛中還原沉積而生成多晶硅。上述化學氣相沉積過程是在鐘罩型的還原爐中進行的，該反應容器是密封 的，底盤上安裝有出料口和進料口以及若干對電極，電極上連接著直徑5-10mm、長度 1500-3000mm的硅芯，每對電極上的兩根硅棒又在另一端通過一較短的硅棒相互連接，對電 極上施加6 12kV左右的高壓時，硅棒被擊穿導電并加熱至1000-1150°C發生反應，經氫還 原，硅在硅棒的表面沉積，使硅棒的直徑逐漸增大，最終達到120-200mm左右。通常情況下， 生產直徑為120-200mm的高純硅棒，所需的反應時間大約為150-300小時。由于爐筒和底盤為圓形，因此在傳統的西門子還原爐中，一般將硅棒按圓形進行 排列，底盤上設有原料氣進出口。但是，硅棒按圓形排列時，相鄰硅棒之間的距離不同，在空 間構成的幾何形態也有差別，不利于還原爐內氣體流場以及溫度場的均勻分布，氣體流場 以及溫度場不均勻會導致生成的多晶硅棒表面出現明顯的顆粒，造成質量的下降，同時圓 形排列的硅棒對還原爐空間的利用率也并非是最高的。考慮到正多邊形排列可以使硅棒在空間構成規則的幾何形態，并且相鄰硅棒之間 的距離相同，同時，將原料氣進口設置于多邊形幾何中心可以使每個多邊形單元內的氣體 流暢和溫度場更加均勻，因此，本實用新型提出將硅棒改為正多邊形排布并將原料氣進口 設于每個獨立多邊形的幾何中心，以獲得更高的產量及更好的硅棒表面形貌。
發明內容本實用新型的目的是提供一種適用于西門子工藝生產多晶硅的還原爐。在該還原 爐中，硅芯按照正多邊形規律排布并將各進氣口設置在獨立的正多邊形幾何中心以使還原 爐內氣體流暢和溫度場更加均勻，從而提高產量并改變硅棒表面形貌。為了實現上述目的，本實用新型采用了如下的技術方案一種適用于西門子工藝生產多晶硅的反應器，它包括鐘罩式爐筒、底盤、原料氣進 口及管道、尾氣出口及管道、硅芯底座及硅芯；爐筒固定在底盤上并密封，底盤上連接原料 氣進口及管道和尾氣出口及管道并設有硅芯底座，硅芯固定在硅芯底座上，硅芯底座以正 多邊形規律排布，每個獨立的正多邊形內均設有原料氣進氣口。其中，所述鐘罩式爐筒可以采用任意形狀，優選地為圓柱形。進一步地，所述鐘罩式爐筒材質為金屬結構并設有冷卻夾套。進一步地，所述鐘罩式爐筒內壁具有高反射鍍層或涂層。[0012]其中，所述底盤材質為金屬結構并設有冷卻夾套。其中，所述硅芯底座固定在底盤上，按正多邊形規律排布，即每個硅芯底座占據正 多邊形的一個頂點，優選地為正六邊形。進一步地，硅芯排布可不全部按照正多邊形規則，可選擇部分采用正多邊形規則 排布，而部分采用圓環形排列。進一步地，每一個所述硅芯底座內部均設有電極，硅芯底座的數量為偶數個。更進一步地，硅芯底座的材質優選地為石墨。其中，所述原料氣進口設置在底盤上。進一步地，每一個所述原料氣進口均設置在一個獨立正多邊形的幾何中心。更進一步地，原料氣進口的數量和位置保證每一個硅芯底座均與一個原料氣進口 相鄰且與相鄰的原料氣進口距離均相等。進一步地，可在每個原料氣進口設置相應噴嘴。 根據所述技術方案的裝置，其特征在于，所述尾氣出口設置在底盤上。進一步地，底盤上至少有一個尾氣出口。其中，所述硅芯采用與目標產品多晶硅具有相同電阻率的多晶硅制備。本實用新型的還原爐中，硅芯按照正多邊形規律排布并將各進氣口設置在獨立的 正多邊形幾何中心以使還原爐內氣體流暢和溫度場更加均勻，從而提高產量并改變硅棒表 面形貌。
圖1是本實用新型涉及的多晶硅還原爐反應器示意圖。其中，1、鐘罩式爐筒；2、底 盤；3、原料氣進口管線；4、尾氣出口管線；5、硅芯底座；6、硅芯。圖2是本實用新型涉及的幾種還原爐硅芯排布的俯視圖。其中，2、底盤；7、原料氣 進氣口 ；8、尾氣出氣口 ；9、橫梁。
具體實施方式
以下通過具體的實施例并結合附圖對本實用新型中的裝置系統進行詳細說明，但 這些實施例僅僅是例示的目的，并不旨在對本實用新型的范圍進行任何限定。實施例1 圖1為本實用新型涉及的多晶硅還原爐反應器示意圖。其中，還原爐主要包括1 為鐘罩式爐筒、2底盤、3原料氣進口管線、4尾氣出口管線、5硅芯底座、6硅芯。如圖1所 示，鐘罩式爐筒1固定在底盤2上并密封，硅芯底座5內部設有電極(未示出)與供電系統 (未示出)連接并固定在底盤2上，硅芯底座5數量為偶數個，上面固定有硅芯6，硅芯6與 硅芯底座5內的電極連通，兩硅芯頂端通過橫梁搭接形成回路；原料氣進口管線3和尾氣出 口管線4固定通入底盤2底部，并與設置在底盤上的原料氣進氣口和尾氣出氣口連接。圖1示出的還原爐反應器為圓形爐筒，但本實用新型并不受此限制，可以適用于 其他形狀爐筒，例如可以舉出常見的正方形、正多邊形等，優選地為圓柱形。所述鐘罩型爐 筒具有冷卻夾套結構，冷卻劑可以舉出常見的水或者導熱油。所述爐筒內壁具有高反射鍍 層或涂層，涂層材質選自一些硬質高熔點銀白色的元素，可以舉出常見的銀和金等。所述還原爐爐筒上至少設置一個視鏡觀察孔，優選上下各設有兩個視鏡觀察孔。圖2為本實用新型涉及的幾種還原爐硅芯排布的俯視圖。其中2為底盤、7原料 氣進氣口、8尾氣出氣口，9橫梁。圖1示出的還原爐反應器為2對棒，但本實用新型并不受 此限制，可以適用于兩對以上的還原爐反應器。本實用新型所涉及的采用正多邊形硅芯排 布的還原爐，優選地采用正六邊形，每個正六邊形為三對硅芯，每個獨立的正六邊形內均設 有一個原料氣進口 7，底盤2上均勻分布有尾氣出口 8，硅芯及橫梁9的搭接可以有不同的 規律。根據這種正六邊形排布規則，圖2示出了六種不同的還原爐底盤硅芯底座排布形式， 上、中、下三排圖形分別為57、93、87對棒三種排布形式。其中，硅棒對數相同的兩種排布形 式之間根據原料氣進氣口是否正對著爐筒內壁又可以有兩種不同形式的排布(見每一排 左右圖對比)。本實用新型的還原爐沉積工藝中，可采用甲硅烷作為原料；也可采用鹵代甲硅烷 作為原料并附加氫氣，鹵代甲硅烷與氫氣的體積比為3 1 9 1。下面通過幾個更為具體的實施例進一步說明本實用新型的技術效果，但并不對本 實用新型有任何限制。下述實施例中，還原爐內反應壓力為0. 2MPa，反應溫度為1080°C，反應原料氣中 氫氣和含硅氣體的摩爾比為5. 0，其中氫氣和含硅氣體的進氣流量變化方式可以按照現有 技術中的變化方式進行調節即可，在此不再贅述。實施例2 1)采用純甲硅烷作為原料氣體。2)采用57對硅芯的還原爐設計。3)連續生產100小時，生產約6500kg多晶硅棒，還原爐耗電約2X 105kWh，多晶硅 平均電耗約為31kWh/kg，甲硅烷中硅元素收率約為60%。實施例3 1)采用純三氯甲硅烷與氫氣作為原料氣體。2)采用57對硅芯的還原爐設計。3)連續生產150小時，生產約10000kg多晶硅棒，還原爐耗電約4X105kWh，多晶硅 平均電耗約為40kWh/kg，三氯氫硅中硅元素收率約為17%，并且產品多晶硅棒表面光滑， 質地致密。本實用新型涉及的采用正多邊形排布規律進行硅芯排布的西門子還原爐不但能 夠提高原料氣體單程收率并降低單位電耗并且能夠顯著提高產品多晶硅質量，改善多晶硅 棒表面形貌。盡管上文對本實用新型的具體實施方式
給予了詳細描述和說明，但是應該指明的 是，我們可以依據本實用新型的構想對上述實施方式進行各種等效改變和修改，其所產生 的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求一種適用于西門子工藝生產多晶硅的還原爐，它包括鐘罩式爐筒(1)、底盤(2)、原料氣進口(7)及其管道(3)、尾氣出口(8)及其管道(4)、硅芯底座(5)及硅芯(6)；爐筒(1)固定在底盤(2)上并密封，底盤(2)上連接原料氣進口(7)及其管道(3)和尾氣出口(8)及其管道(4)并設有硅芯底座(5)，硅芯(6)固定在硅芯底座(5)上，其特征在于底座(5)以正多邊形規律排布，每個獨立的正多邊形內均設有原料氣進氣口(7)。
2.根據權利要求1所述的適用于西門子工藝生產多晶硅的還原爐，其特征在于，所述 爐筒(1)設有冷卻夾套。
3.根據權利要求1或2所述的適用于西門子工藝生產多晶硅的還原爐，其特征在于，所 述爐筒(1)殼體上設有觀察窗口。
4.根據權利要求1所述的適用于西門子工藝生產多晶硅的還原爐，其特征在于，所述 底盤(2)設有冷卻夾套。
5.根據權利要求1所述的適用于西門子工藝生產多晶硅的還原爐，其特征在于，所述 硅芯底座(5)內部設有電極。
6.根據權利要求1所述的適用于西門子工藝生產多晶硅的還原爐，其特征在于，所述 硅芯底座(5)數量為偶數并在底盤上按正多邊形排列。
7.根據權利要求1所述的適用于西門子工藝生產多晶硅的還原爐，其特征在于，每個 所述硅芯底座(5)上固定有一根所述硅芯(6)，每兩根硅芯頂端用橫梁(9)相連。
8.根據權利要求1所述的適用于西門子工藝生產多晶硅的還原爐，其特征在于，所述 底盤(2)上至少設有一個所述尾氣出口(8)及其管道(4)。
9.根據權利要求1所述的適用于西門子工藝生產多晶硅的還原爐，其特征在于，原料 氣進口(7)設置于硅芯底座組成的正多邊形單元的幾何中心。專利摘要本實用新型公開了一種適用于西門子工藝生產多晶硅的還原爐，它包括鐘罩式爐筒、底盤、原料氣進口及管道、尾氣出口及管道、硅芯底座及硅芯；爐筒固定在底盤上并密封，底盤上連接原料氣進口及管道和尾氣出口及管道并設有硅芯底座，硅芯固定在硅芯底座上，底座以正多邊形規律排布，每個獨立的正多邊形內均設有原料氣進氣口。
文檔編號C30B29/06GK201665536SQ200920282780
公開日2010年12月8日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者鐘真武, 陳其國, 陳涵斌 申請人:江蘇中能硅業科技發展有限公司