專利名稱：一種節(jié)能型多晶硅還原爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種多晶硅的制造裝置，特別是涉及一種用三氯氫硅在加熱的硅芯棒表面上進行化學(xué)氣相沉積多晶硅的節(jié)能型多晶硅還原爐。
背景技術(shù)：
高純度多晶硅普遍采用西門子法制造的，將含有氯硅烷，如三氯氫硅和氫氣的混合氣體的原料氣體與加熱的硅芯棒接觸，使原料氣體分解和/或被還原，在硅芯棒表面析出多晶娃。采用改良西門子法生成多晶硅通常所采用的還原爐是一種有冷卻水的鐘罩型爐壁，和設(shè)置在鐘罩型爐壁下方有冷卻水的底盤，在底盤上設(shè)置有多對電極和安裝在電極上的硅芯棒，原料氣體從底盤供給到還原爐內(nèi)，尾氣排出口也設(shè)置在底盤上。原料氣體和還原性氣體，如氫氣，在硅棒或難熔金屬絲通電電阻加熱到1050°C 1200°C范圍，化學(xué)氣相沉積多晶硅。由于多晶硅棒的溫度高，而且反應(yīng)時間長，耗能大，熱輻射和氣體對流，大量的熱被爐壁的冷卻水帶走，這也增加了冷卻的難度。另外，由于原料氣體進入口和排氣口都設(shè)置在底盤上，沒有分隔，部分原料氣體進入還原爐還沒有參加反應(yīng)就被排出了，這樣，三氯氫硅轉(zhuǎn)化率低。日本專利公開昭60-77115公開了一種高純硅的制造裝置，用該裝置將硅烷、氯硅烷熱分解或氫還原制造高純多晶硅，該裝置內(nèi)部設(shè)有加熱器，反應(yīng)器外壁內(nèi)側(cè)設(shè)有帶間隙的內(nèi)壁，外壁和內(nèi)壁間充填有粒狀物，以此充填層作為隔熱層，可以大幅度減少用電。日本專利特開2001-294416公開了一種生產(chǎn)多晶硅棒的裝置，硅芯棒立設(shè)在密閉的反應(yīng)器里， 高溫加熱，導(dǎo)入的原料氣體熱分解在硅芯棒上析出多晶硅，該反應(yīng)器內(nèi)襯有選自碳、氮化硅、石英、碳化硅、氧化鋯或它們的復(fù)合材料制的隔熱層。上述技術(shù)能夠減少用電，但是上述技術(shù)其原料氣體和還原后尾氣都是從反應(yīng)容器底部進出的，造成氣體紊流，部分原料氣體還沒有參加反應(yīng)就被排出了。中國專利CNlO 144524IA公開了一種多晶硅生產(chǎn)用還原爐的進入口和排氣口，進入口安裝在底座上，伸入爐內(nèi)底部上面100 300mm，頂部堵住，在堵板中心開一喇叭口，或在側(cè)壁開3 6個螺旋切向出口。排氣口固定在外殼頂部的封頭上的5 7管口式結(jié)構(gòu)。 這種結(jié)構(gòu)顯然會造成能源大量耗散。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型的目的是提供一種節(jié)能的從三氯氫硅一次轉(zhuǎn)化率高的多晶硅還原爐。本實用新型為了解決上述問題，采用以下結(jié)構(gòu)一種節(jié)能型多晶硅還原爐，包括鐘罩式爐壁，設(shè)置在爐壁下方的底盤，設(shè)置在底盤上的電極和安裝在電極上的硅芯棒，原料氣體從底盤的進入口供給到還原爐內(nèi)，尾氣從底盤上的尾氣排出口排出，其特征是在上述底盤上設(shè)置有一個與爐壁同心的鐘罩式隔熱屏，該鐘罩式隔熱屏將生長的硅芯棒圍住，所述的鐘罩式隔熱屏是由圓筒部和與所述的圓筒部相接的有通孔的頂部組成，所述的原料氣體進入口設(shè)置在隔熱屏的圓筒部與爐壁之間的底盤上；所述的排氣口設(shè)置在底盤中心。所述的隔熱屏圓筒部的內(nèi)徑大于生長后多晶硅棒最大占位直徑至少5cm，優(yōu)選為 5 15 cm，隔熱屏圓筒部的高度高于生長后多晶硅最大占位高度至少10cm，優(yōu)選為10 40cm。其中，原料氣體進入口至少有8個，且均勻分布在底盤上的與還原爐同心的同一圓周上。其中，所述通孔至少4個，均勻分布在隔熱屏頂部。按照本實用新型，原料氣體通過所述的隔熱屏的圓筒部與鐘罩式爐壁之間的底盤上的進入口，自下而上，從所述的隔熱屏頂部的通孔進入還原反應(yīng)區(qū)，通過熱分解在通電加熱的多晶硅棒表面沉積生長多晶硅。本實用新型的多晶硅還原爐，采用隔熱屏罩住多晶硅，從而大幅度減少熱量損失， 并使原料氣體得到預(yù)熱，原料氣體通過反應(yīng)區(qū)路徑長，能夠提高硅的一次轉(zhuǎn)化率。

圖1為本發(fā)明多晶硅還原爐的結(jié)構(gòu)示意簡圖；圖2為圖1所示的橫截面，表示原料氣體進入口和尾氣排出口的分布示意圖；圖3為隔熱屏頂部通孔分布示意圖。
具體實施方式
以下，基于附圖對本實用新型的實施方式進行說明。圖1示出了本發(fā)明多晶硅還原爐的示意圖，所述的多晶硅還原爐包括帶冷卻水夾套的底盤10，底盤有冷卻水進口 10-1，冷卻水出口 10-2 ；坐落在底盤上的有冷卻水夾層的鐘罩式爐壁11，其中冷卻水從下面進水口 11-1進入，從頂上11-2流出；鐘罩式爐壁11 和底盤10組成還原爐腔室；在底盤上至少有一對電極，多者不限，電極穿過底盤10伸進反應(yīng)區(qū)18與電極卡盤13相接，電極卡盤13為石墨制造，硅芯棒14豎立安裝在電極卡盤13 上；底盤上安放有鐘罩式隔熱屏15，隔熱屏15將所有的多晶硅棒圍住，形成生長多晶硅的反應(yīng)區(qū)；所述的鐘罩式隔熱屏包括圓筒部15-1和頂部15-2，在頂部有多個分布均勻的貫通孔15-3 ；在鐘罩式隔熱屏15外和鐘罩式爐壁11之間的底盤上設(shè)有均勻分布的12個原料氣體進入口 16-1 ；在底盤中心設(shè)有排氣口 17 ；氣體混合室19，原料氣體進入混合室19混合后，經(jīng)過排氣管道17-1經(jīng)排出的尾氣預(yù)熱后，經(jīng)盤管16-3，從豎立的12根(圖中僅示出2 根)立管16-4經(jīng)過原料氣體進入口 16-1進入還原爐腔室18。圖2是圖1的還原爐的橫截面圖，表示原料進入口、排氣口和硅棒分布的一個實例，其中原料氣體都從隔熱屏和鐘罩式爐壁之間的底盤上的原料氣體進入口 16 — 1進入還原爐，從隔熱屏與爐壁之間自下而上，再從隔熱屏的頂部的通孔15-3進入反應(yīng)區(qū)18的實例。其中，所述的鐘罩式隔熱屏包括圓筒部15-1和頂部15-2，鐘罩式隔熱屏的圓筒部外徑比鐘罩式爐壁內(nèi)徑小8 15cm，圓筒部的內(nèi)徑比生長后的多晶硅最大占位直徑至少大
45cm，優(yōu)選為5 15 cm ；圓筒部高度比生長后的多晶硅的最高占位至少高10cm，優(yōu)選為1(Γ40 cm,頂部的通孔至少有4個，優(yōu)選為更多個，優(yōu)選多個通孔均勻分布；其中對通孔的大小沒有嚴(yán)格的限制，優(yōu)選設(shè)有通孔的面積占整個頂部面積的l//4(Tl/10。圖3表示鐘罩式隔熱屏頂部的通孔。制造所述隔熱屏的材料優(yōu)選使用耐高溫且在高溫下很少產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)的材料，如鎢、鉬、耐高溫不銹鋼或它們的合金板，不銹鋼板如310S、Cr20Ni80合金板。所述的隔熱屏表面進行拋光處理。其中，作為沉積多晶硅的硅芯棒如圖1中的Π字形硅棒，由兩根長的豎立的硅棒 14-1與一根短的橫梁硅棒14-2鉆孔插接，或用凹口槽插接。通過電極通入電流使硅棒達到 1050°C 1200°C高溫，含硅化合物氣體熱分解或氫還原在加熱的硅棒上沉積多晶硅。如圖1所示，原料氣體進入氣體混合室19，混合后的原料氣體通過從排氣口 17出來的尾氣進行預(yù)熱后，由管道將所述的混合氣體從管道17-1引出后，用一環(huán)狀盤管16-3將混合氣體分別從如圖1或圖2所示的均布的立管16-4，再經(jīng)原料氣體進入口 16-1送入反應(yīng)爐的鐘罩式隔熱屏15和鐘罩式爐壁11之間，自下而上，原料氣體得到進一步預(yù)熱；含硅原料混合氣體到達還原爐頂部被折返從隔熱屏頂部的通孔15-3進入反應(yīng)區(qū)18，原料氣體必須經(jīng)過反應(yīng)區(qū)的整個高度才到達排氣口，這樣，原料氣體熱分解的路徑長，三氯氫硅轉(zhuǎn)化率尚ο實施例實施例1使用如圖1和圖2所示的結(jié)構(gòu)還原爐，將兩根長硅芯棒14-1和一根短硅芯棒14-2 為一組，將長硅芯棒的一端削尖為上端，短硅芯棒兩端打孔與其相配，將尖端插入孔里為一組，共28組硅芯棒14被豎立安裝在電極卡盤13上；先后將隔熱屏15和鐘罩式爐壁11安放在底盤10上；用氮氣置換還原爐腔室后，再用氫氣置換還原爐腔室，用石墨加熱器或難熔金屬加熱器預(yù)熱硅芯棒14成為導(dǎo)體后通電加熱，將硅芯棒14加熱到1100°C 1200°C;含硅原料混合氣體到達還原爐頂部被折返從隔熱屏頂部的通孔15-3進入反應(yīng)區(qū)18，三氯氫硅分解在硅芯棒上沉積多晶硅，使硅芯棒直徑變大，這部分原料氣體必須經(jīng)過反應(yīng)區(qū)的整個高度才到達排氣口。多晶硅沉積達到預(yù)定直徑后降溫通氮氣冷卻，移去鐘罩式爐壁11和鐘罩式隔熱屏15，取走多晶硅棒14。三氯氫硅一次轉(zhuǎn)化率和單位重量多晶硅電耗如表1。比較例1使用現(xiàn)有的同樣具有28對電極的還原爐，只是沒有鐘罩式隔熱屏，原料氣體和尾氣都是從底盤進出，進行多晶硅生長。三氯氫硅一次轉(zhuǎn)化率和單位重量多晶硅電耗如表1。表 權(quán)利要求1.一種節(jié)能型多晶硅還原爐，包括鐘罩型爐壁，設(shè)置在爐壁下方的底盤，設(shè)置在底盤上的電極和安裝在電極上的硅芯棒，底盤上還設(shè)置有原料氣體進入口和尾氣排氣口，其特征是上述底盤上設(shè)置有一個與爐壁同心且將硅芯棒罩住的圓筒形鐘罩式隔熱屏，該隔熱屏是由圓筒部和與所述圓筒部相接的有通孔的頂部組成；上述原料氣體進入口設(shè)置在隔熱屏的圓筒部與爐壁之間的底盤上，尾氣排氣口設(shè)在底盤中心。
2.按照權(quán)利要求1所述的節(jié)能型多晶硅還原爐，其特征是上述原料氣體進入口至少有8個，且均勻分布在與還原爐同心的同一圓周上。
3.按照權(quán)利要求1所述的節(jié)能型多晶硅還原爐，其特征是所述隔熱屏圓筒部的內(nèi)徑大于生長后多晶硅棒最大占位直徑至少5cm，優(yōu)選為5 15 cm，隔熱屏圓筒部的高度高于生長后多晶硅棒最大占位高度至少10cm，優(yōu)選為10 40cm。
4.按照權(quán)利要求1所述的節(jié)能型多晶硅還原爐，其特征是所述通孔至少4個，均勻分布在隔熱屏頂部。
專利摘要本實用新型涉及一種多晶硅還原爐，該還原爐包括鐘罩型爐壁，設(shè)置在爐壁下方的底盤，設(shè)置在底盤上的電極和安裝在電極上的硅芯棒，底盤上還設(shè)置有原料氣體進入口和尾氣排氣口，其特征是上述底盤上設(shè)置有一個與爐壁同心且將硅芯棒罩住的鐘罩式隔熱屏，該隔熱屏是由圓筒部和與所述圓筒部相接的有通孔的頂部組成；上述原料氣體進入口設(shè)置在隔熱屏的圓筒部與爐壁之間的底盤上，尾氣排氣口設(shè)在底盤中心。本實用新型的多晶硅還原爐，采用隔熱屏罩住多晶硅，從而大幅度減少熱量損失，并使原料氣體得到預(yù)熱，并能夠提高硅的一次轉(zhuǎn)化率。
文檔編號C01B33/035GK201990494SQ20112013301
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者劉軍, 孫銀祥, 張春林, 楊君, 浦全福, 潘倫桃, 陳國奇, 陳艷梅 申請人:寧夏陽光硅業(yè)有限公司