專利名稱：多晶硅氫還原爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種多晶硅氫生產(chǎn)的裝置，主要涉及多晶硅氫還原。
背景技術(shù)：
在多晶硅生產(chǎn)中，還原爐是其主要設(shè)備，而還原爐的進氣噴口是 多晶硅氫還原爐的極重要組成元件，他的噴口噴速和分布對硅棒的生 長和沉積狀況有著重大影響?，F(xiàn)有技術(shù)中，多晶硅氫還原爐大多采用 固定截面積噴口，這種結(jié)構(gòu)在對硅棒最終直徑要求較小時，缺陷并不 突出，但當對硅棒最終直徑要求較大時缺陷就比較明顯，這時由于還 原爐的后期的進氣需要量比初期進氣需要量差距很大，相差大約為10-20倍，因此固定截面積噴口的噴口流速也會相差10-20倍，噴速 太小時，物料分布不均勻；噴速太大時，噴口的阻力太大，會在噴口 處形成較大的壓差，使流量調(diào)節(jié)閥無法調(diào)節(jié)流量。這就會影響沉積的 均勻性，影響硅棒棒溫的一致性，使得溫度很難控制，最終影響沉積 速率。其次，多晶硅氫還原爐的測溫視鏡是測量爐內(nèi)硅棒溫度的窗口，在現(xiàn)有技術(shù)中，測溫視鏡常常被污染，其原因有兩個①視鏡往往 都是釆用雙層玻璃結(jié)構(gòu)，由于生產(chǎn)中還原爐的爐內(nèi)溫度很高，導致視 鏡玻璃溫度也很高，往往通水冷卻，在長時間水冷過程中，視鏡玻璃 很容易被水中污垢污染，從而影響觀測。②在生長過程中，由于玻 璃內(nèi)表面溫度較高，混合氣就可以很容易在玻璃的內(nèi)表面沉積，形成有色的無定形硅，而污染視鏡。而在生產(chǎn)中，視鏡的污染將直接影響 溫度測量，導致誤差很大，使得硅棒溫度閉環(huán)控制無法使用，閉環(huán)控 制是指用測得的溫度與設(shè)定的溫度進行比較，將差值經(jīng)過運算去控制 加熱電源的加熱功率，使得測得的溫度與設(shè)定的溫度的差值控制在設(shè) 定的范圍內(nèi)，若測得的溫度不準確，控制加熱電源的加熱功率就無法 控制，現(xiàn)有技術(shù)就是因為視窗污染而只能人工控制。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述技術(shù)缺陷，提供一種多晶硅氫還 原。采用本實用新型有效解決了多晶硅氫還原爐因爐內(nèi)物料、溫度分 布不均勻而帶來的硅棒沉積率低、生長不均勻的問題，并使爐內(nèi)物料、 溫度形成循環(huán)流動，保證大直徑硅棒生長時能獲得較高的沉積速率。 同時本實用新型還有效解決了由于水冷而污染視鏡玻璃和形成硅附 著物的問題，并且結(jié)構(gòu)簡單，保證了視鏡在生產(chǎn)中不被污染。 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是 多晶硅氫還原爐，包括帶有冷卻裝置的爐壁，爐壁上安裝有視鏡， 所述視鏡包括視鏡玻璃和通入還原爐內(nèi)壁的內(nèi)空式鏡筒，視鏡玻璃安 裝在位于還原爐爐壁之外的鏡筒上，鏡筒筒壁在靠近視鏡玻璃的位置 設(shè)有水冷結(jié)構(gòu)；爐壁安裝在底盤上；底盤上布有進、出氣裝置和加熱 電極，電極上一一對應(yīng)安裝有硅芯棒，所述底盤上還設(shè)有與底盤下部 的進氣裝置連通的進氣噴口，其特征在于所述噴口為四組，每組噴口為多個，其中兩組噴口形成的圓為同心圓，且均布在底盤每兩個硅芯棒圈之間的圓周上，另外兩組設(shè)置在內(nèi)圈硅芯棒圓周之內(nèi)；每個噴口上設(shè)有可拆卸式石墨噴嘴，且每個噴嘴的截面積相同；各組噴口的 噴嘴的截面積之和的比為1: 2: 4: 8;所述視鏡玻璃為單層玻璃結(jié) 構(gòu)，視鏡玻璃內(nèi)表面?zhèn)鹊溺R筒筒壁上設(shè)有兩端分別與鏡筒外的進氣管 和鏡筒內(nèi)通道相通的氣體通道。在鏡筒中部的筒壁或位于還原爐內(nèi)的鏡筒筒壁上，也設(shè)有至少一 個兩端分別與鏡筒外的進氣管和鏡筒內(nèi)通道相通的氣體通道。氣體通道包括至少一個直通道或斜通道，或至少一個直通道和環(huán) 形通道，或至少一個斜通道和環(huán)形通道。所述水冷結(jié)構(gòu)為環(huán)形水冷結(jié)構(gòu)或螺旋水冷結(jié)構(gòu)。所述每組噴口的下部通過環(huán)形管或直管相互連接后與進氣裝置 連通。所述進氣裝置在還原爐外還設(shè)有分別控制每組噴口流量和開關(guān) 組合的流量調(diào)節(jié)閥門。本實用新型的優(yōu)點在于1、本實用新型將噴口分成四組，每組噴嘴的截面積之比分別為 1: 2: 4: 8，并將其均勻地分布在電極之間，而每個噴嘴的截面積相 同，從而保證了各噴嘴在相同壓力下流量、速度相同，這樣就解決了 多晶硅氫還原爐因爐內(nèi)物料、溫度分布不均勻而帶來的硅棒沉積率 低、生長不均勻的問題，每組的噴口數(shù)量可以根據(jù)需要決定，每組的 噴口間的連接可以環(huán)形，也可以是直管，爐外的四組閥門在不同生產(chǎn) 時期按流量大小的需要將四個噴口組進行開關(guān)組合，組成了多個單位 截面積的變化，這就保證在整個生產(chǎn)過程中噴口始終保持著相同的噴速。2、 由于改善爐子內(nèi)物料成分的均勻分布是生長大直徑多晶硅棒 的突出問題，尤其是HCl分布的均勻性，直接影響著每個部位的沉積 速率，影響著多晶硅棒直徑的均勻性，影響著溫度分布的均勻性，從 而影響著爐子的平均沉積速率。當氣流達到一定速度和流量，從每個 噴嘴噴出時，在噴口附近就產(chǎn)生低壓區(qū)，周圍的物料就會流向低壓區(qū)， 與噴口噴出的物流一起噴向爐頂，形成環(huán)流，起著強烈的攪拌作用， 在硅棒的生產(chǎn)初期，進氣流量和速度不需要很大，這樣就可以僅開啟 部分噴口，隨著流量的增加，就需要增加更多的噴口數(shù)量，直至噴口 全部工作，從而保證在大直徑時也可以獲得較高的沉積速率。3、 由于還原爐在生產(chǎn)過程中，爐內(nèi)溫度極高，因此將噴口的噴嘴設(shè)計成可拆卸式石墨噴嘴，這樣不僅可以耐高溫，具備純度高、耐 高溫，易于加工及易于潔凈處理的特點，而且可以根據(jù)不同的生產(chǎn)需 要，簡單、方便的更換噴嘴。4、 由于原有視鏡為雙層結(jié)構(gòu)，并在其間進行水冷，當還原爐的 工作壓力為0.6MPa時，視鏡玻璃很厚，水冷只能冷卻視鏡玻璃的外 表面，而不能冷卻內(nèi)表面，實際冷卻效果不好，并容易污染視鏡玻璃， 本實用新型采用在單層視鏡玻璃結(jié)構(gòu)，且在玻璃內(nèi)表面通入氫氣，直 接將氫氣吹向視鏡玻璃內(nèi)表面進行冷卻，并用水冷進行輔助冷卻，實 現(xiàn)雙重冷卻，這樣不僅冷卻效果好，同時避免了水冷對玻璃外表面的 污染。同時，由于將氣體直接吹向玻璃內(nèi)表面，這樣在鏡筒內(nèi)通道上 通過氣體將從還原爐內(nèi)進入鏡筒的有氯硅烷的混合氣體與玻璃內(nèi)表面隔絕，可以防止混合氣體在玻璃內(nèi)表面沉積，不易形成有色的無定 形硅。5、為增加使用效果，本實用新型在鏡筒中部的筒壁或位于還原 爐內(nèi)的鏡筒筒壁上，也設(shè)有至少一個兩端分別與鏡筒外的進氣管和鏡 筒內(nèi)通道相通的氣體通道，向鏡筒內(nèi)吹入氫氣，這樣，加上玻璃內(nèi)表 面吹入的氫氣，形成一個有至少兩路氣體組成的隔離帶，進而有效的 阻止了從還原爐內(nèi)的有氯硅烷的混合氣體進入鏡筒內(nèi)，不僅防止了混 合氣體在玻璃內(nèi)表面沉積，同時也起到了隔熱的作用。

圖1為本實用新型多晶硅氫還原爐結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型中進氣噴口在底盤上的分布示意圖。圖3為本實用新型視鏡結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標記1為外殼體，2為內(nèi)殼體，3為硅芯棒，4為視鏡，5 為冷卻水環(huán)管，6為底盤，7為電極，8為支架，9為導軌，10鏡筒 11為進氣管，12為冷卻水出水管，13為氣體通道，14為視鏡玻璃， 15為鏡筒內(nèi)通道，16為冷卻水進水管，17為水冷結(jié)構(gòu)，18為噴口， 19為進、出氣裝置。
具體實施方式
多晶硅氫還原爐，包括帶有冷卻裝置的爐壁，爐壁包括外殼體1 和內(nèi)殼體2，爐壁上安裝有視鏡4，所述視鏡4包括視鏡玻璃14和通 入還原爐內(nèi)壁的內(nèi)空式鏡筒10，視鏡玻璃14安裝在位于還原爐爐壁 之外的鏡筒10上，鏡筒10筒壁在靠近視鏡玻璃14的位置設(shè)有水冷結(jié)構(gòu)17;所述視鏡玻璃14為單層玻璃結(jié)構(gòu)，視鏡玻璃14內(nèi)表面?zhèn)?的鏡筒10筒壁上設(shè)有兩端分別與鏡筒外的進氣管11和鏡筒10內(nèi)通道相通15的氣體通道13，本實用新型采用在單層視鏡玻璃結(jié)構(gòu)，且在玻璃內(nèi)表面通入氫氣，直接將氫氣吹向視鏡玻璃內(nèi)表面進行冷卻， 并用水冷進行輔助冷卻，實現(xiàn)雙重冷卻，這樣不僅冷卻效果好，同時 避免了水冷對玻璃外表面的污染。同時，由于將氣體直接吹向玻璃內(nèi) 表面，這樣在鏡筒內(nèi)通道上通過氣體將從還原爐內(nèi)進入鏡筒的有氯硅 烷的混合氣體與玻璃內(nèi)表面隔絕，可以防止混合氣體在玻璃內(nèi)表面沉 積，不易形成有色的無定形硅。為增加使用效果，本實用新型在鏡筒 中部的筒壁上或位于還原爐內(nèi)的鏡筒筒壁上，也可以設(shè)置兩端分別與 鏡筒外的進氣管和鏡筒內(nèi)通道相通的氣體通道，氣體通道為直通道， 也可以是斜通道，還可以是直通道和環(huán)形通道配合，或斜通道和環(huán)形 通道配合，氣體通道可以根據(jù)需要設(shè)置多個，在使用時，通過氣體通 道向鏡筒內(nèi)吹入氫氣，這樣，加上玻璃內(nèi)表面吹入的氫氣，形成一個 有至少兩路氣體組成的隔離帶，進而有效的阻止了從還原爐內(nèi)的有氯 硅烷的混合氣體進入鏡筒內(nèi)，不僅防止了混合氣體在玻璃內(nèi)表面沉積，同時也起到了隔熱的作用。所述進氣裝置19在還原爐外還設(shè)有 分別控制每組噴口 18流量和開關(guān)組合的流量調(diào)節(jié)閥門；爐壁安裝在 底盤6上；底盤6上布有進、出氣裝置19和加熱電極7，電極7上 一一對應(yīng)安裝有硅芯棒3，所述底盤6上還設(shè)有與底盤6下部的進氣 裝置19連通的進氣噴口 18,所述噴口 18為四組，每組噴口 18為多 個，其中兩組噴口形成的圓為同心圓，且均布在底盤6每兩個硅芯棒3圈之間的圓周上，另外兩組設(shè)置在內(nèi)圈硅芯棒3圓周之內(nèi)；每個噴 口 18上設(shè)有可拆卸式石墨噴嘴，且每個噴嘴的截面積相同；各組噴 口 18的噴嘴的截面積之和的比為1: 2: 4: 8;由于還原爐在生產(chǎn)過 程中，爐內(nèi)溫度極高，因此將噴口的噴嘴設(shè)計成可拆卸式石墨噴嘴， 這樣不僅可以耐高溫，具備純度高、耐高溫，易于加工及易于潔凈處 理的特點，而且可以根據(jù)不同的生產(chǎn)需要，簡單、方便的更換噴嘴。 所述水冷結(jié)構(gòu)為環(huán)形水冷結(jié)構(gòu)或螺旋水冷結(jié)構(gòu)。所述每組噴口的下部 通過環(huán)形管或直管相互連接后與進氣管連通；由于改善爐子內(nèi)物料成 分的均勻分布是生長大直徑多晶硅棒的突出問題，尤其是HCl分布的 均勻性，直接影響著每個部位的沉積速率，影響著多晶硅棒直徑的均 勻性，影響著溫度分布的均勻性，從而影響著爐子的平均沉積速率。 當氣流達到一定速度和流量，從每個噴嘴噴出時，在噴口附近就產(chǎn)生 低壓區(qū)，周圍的物料就會流向低壓區(qū)，與噴口噴出的物流一起噴向爐 頂，形成環(huán)流，起著強烈的攪拌作用，在硅棒的生產(chǎn)初期，進氣流量 和速度不需要很大，這樣就可以僅開啟部分噴口，隨著流量的增加， 就需要增加更多的噴口數(shù)量，直至噴口全部工作，從而保證在大直徑 時也可以獲得較高的沉積速率。本實用新型將噴口分成四組，每組噴 嘴的截面積之比分別為1: 2: 4: 8，并將其均勻地分布在電極之間， 而每個噴嘴的截面積相同，從而保證了各噴嘴在相同壓力下流量、速 度相同，這樣就解決了多晶硅氫還原爐因爐內(nèi)物料、溫度分布不均勻 而帶來的硅棒沉積率低、生長不均勻的問題，每組的噴口數(shù)量可以根 據(jù)需要決定，每組的噴口間的連接可以環(huán)形，也可以是直管，爐外的四組閥門在不同生產(chǎn)時期按流量大小的需要將四個噴口組進行開關(guān) 組合，組成了多個單位截面積的變化，這就保證在整個生產(chǎn)過程中噴 口始終保持著相同的噴速。
權(quán)利要求1、多晶硅氫還原爐，包括帶有冷卻裝置的爐壁(1、2)，爐壁(1、2)上安裝有視鏡(4)，所述視鏡(4)包括視鏡玻璃(14)和通入還原爐內(nèi)壁的內(nèi)空式鏡筒(10)，視鏡玻璃(14)安裝在位于還原爐爐壁之外的鏡筒(10)上，鏡筒(10)筒壁在靠近視鏡玻璃(14)的位置設(shè)有水冷結(jié)構(gòu)(17)；爐壁安裝在底盤(6)上；底盤(6)上布有進、出氣裝置(19)和加熱電極(7)，電極(7)上一一對應(yīng)安裝有硅芯棒(3)，所述底盤(6)上還設(shè)有與底盤(6)下部的進氣裝置(19)連通的進氣噴口(18)，其特征在于所述噴口(18)為四組，每組噴口(18)為多個，其中兩組噴口(18)形成的圓為同心圓，且均布在底盤(6)每兩個硅芯棒(3)圈之間的圓周上，另外兩組設(shè)置在內(nèi)圈硅芯棒(3)圓周之內(nèi)；每個噴口(18)上設(shè)有可拆卸式石墨噴嘴，且每個噴嘴的截面積相同；各組噴口(18)的噴嘴的截面積之和的比為1∶2∶4∶8；所述視鏡玻璃(14)為單層玻璃結(jié)構(gòu)，視鏡玻璃(14)內(nèi)表面?zhèn)鹊溺R筒(10)筒壁上設(shè)有兩端分別與鏡筒(10)外的進氣管(11)和鏡筒內(nèi)通道(15)相通的氣體通道(13)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅氫還原爐，其特征在于在鏡筒(10)中部的筒壁或位于還原爐內(nèi)的鏡筒(10)筒壁上，也設(shè)有至 少一個兩端分別與鏡筒(10)外的進氣管(11)和鏡筒(10)內(nèi)通道 相通(15)的氣體通道(13)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多晶硅氫還原爐，其特征在于.-氣體通道(13)包括至少一個直通道或斜通道，或至少一個直通道和環(huán)形通道，或至少一個斜通道和環(huán)形通道。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅氫還原爐，其特征在于所述每組噴口(18)的下部通過環(huán)形管或直管相互連接后與進氣裝置(19)連通。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅氫還原爐，其特征在于所述進氣裝置(19)在還原爐外還設(shè)有分別控制每組噴口 (18)流量和開
專利摘要本實用新型提供了一種多晶硅氫還原。包括爐壁，爐壁上安裝有視鏡，視鏡包括視鏡玻璃和內(nèi)空式鏡筒，鏡筒筒壁在靠近視鏡玻璃的位置設(shè)有水冷結(jié)構(gòu)；爐壁安裝在底盤上；底盤上布有進、出氣裝置和加熱電極，電極上一一對應(yīng)安裝有硅芯棒，底盤上還設(shè)有與底盤下部的進氣管連通的進氣噴口，噴口為四組，每組噴口為多個，每個噴口上設(shè)有可拆卸式石墨噴嘴，且每個噴嘴的截面積相同；各組噴口的噴嘴的截面積之和的比為1∶2∶4∶8。本實用新型有效解決了多晶硅氫還原爐因爐內(nèi)物料、溫度分布不均勻而帶來的硅棒沉積率低、生長不均勻的問題，同時解決了由于水冷而污染視鏡玻璃和形成硅附著物的問題，并且結(jié)構(gòu)簡單，保證了視鏡在生產(chǎn)中不被污染。
文檔編號F27B5/04GK201105989SQ20072008157
公開日2008年8月27日 申請日期2007年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月23日
發(fā)明者戴自忠 申請人:四川永祥多晶硅有限公司