[發(fā)明專利]一種多晶硅棒的生產(chǎn)裝置及其方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410232718.3
• 申請(qǐng)日: 2014-05-29
• 公開（公告）號(hào): CN104016349A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚迅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 姚迅
• 主分類號(hào): C01B33/035
• 分類號(hào): C01B33/035
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

1.一種多晶硅棒的生產(chǎn)裝置，包括反應(yīng)器，以及設(shè)于反應(yīng)器內(nèi)的硅棒，其特征在于：反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有硅烷處理系統(tǒng)，反應(yīng)器的下部設(shè)有旋風(fēng)狀循環(huán)氣流發(fā)生裝置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅棒的生產(chǎn)裝置，其特征在于：所述的反應(yīng)器由容納高溫硅棒的環(huán)形空間和冷卻回流通道組成循環(huán)空間；所述旋風(fēng)狀循環(huán)氣流發(fā)生裝置包括設(shè)置于反應(yīng)器的下端的風(fēng)輪，在風(fēng)輪的上方依次同軸設(shè)置有管狀冷卻器、板式冷卻器，所述的管狀冷卻器外壁與反應(yīng)器鐘罩內(nèi)壁形成環(huán)形空間；所述板式冷卻器、管狀冷卻器組成冷卻回流通道；所述硅烷處理系統(tǒng)是對(duì)進(jìn)入到反應(yīng)器的硅烷氣體進(jìn)行混合、稀釋、冷卻，硅烷處理系統(tǒng)包括設(shè)置于反應(yīng)器上端的氣體噴口，以及設(shè)置于氣體噴口下方的低溫混合區(qū)、高速攪拌區(qū)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多晶硅棒的生產(chǎn)裝置，其特征在于：所述低溫混合區(qū)是指氣體噴口下方的板式冷卻器、管狀冷卻器組成的冷卻回流通道,所述高速攪拌區(qū)是指管狀冷卻器下方的風(fēng)輪內(nèi)空間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅棒的生產(chǎn)裝置，其特征在于：所述的風(fēng)輪與管狀冷卻器之間、管狀冷卻器與板式冷卻器之間，分別設(shè)置有導(dǎo)流裝置，所述導(dǎo)流裝置為錐形結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種多晶硅棒的生產(chǎn)裝置，其特征在于：所述的通過風(fēng)輪產(chǎn)生的氣流，該氣流在環(huán)形空間內(nèi)以巨大的切向分量螺旋上升，在反應(yīng)器內(nèi)壁、管狀冷卻器的限制下形成旋風(fēng)狀循環(huán)氣流，經(jīng)氣體噴口進(jìn)入的氣體，依次經(jīng)過低溫混合區(qū)、高速攪拌區(qū)，進(jìn)入旋風(fēng)狀循環(huán)氣流與硅棒接觸。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅棒的生產(chǎn)裝置，其特征在于：所述的風(fēng)輪安裝在反應(yīng)器底盤的下方，形成鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)，通過前導(dǎo)流管與管狀冷卻器相通，通過后導(dǎo)流管切向接到反應(yīng)器的鐘罩；所述的反應(yīng)器是鐘罩形，由帶冷卻夾套的鐘罩和底盤氣密而成，內(nèi)部同軸設(shè)置管狀冷卻器，在反應(yīng)器內(nèi)壁與冷卻器外壁之間形成環(huán)形空間，在此環(huán)形空間內(nèi)均布直立的多對(duì)芯棒，相鄰的每對(duì)芯棒頂部用橫梁連接，形成通電回路，芯棒底部由穿過底盤的電極夾持，由外部通電加熱，高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪吹出的氣體由下部進(jìn)入環(huán)形空間并上升，到頂部后經(jīng)由冷卻器內(nèi)的管道被風(fēng)輪吸入，在反應(yīng)器內(nèi)形成高速循環(huán)，硅烷氣體由噴口噴入，與循環(huán)氣體充分混合、稀釋，風(fēng)輪不僅提供較大的風(fēng)量，更給氣流以持續(xù)的角動(dòng)量，在環(huán)形空間內(nèi)形成高速氣旋，含有切向分量的旋風(fēng)狀氣流與高溫硅棒是交叉狀接觸。

7.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的多晶硅棒的生產(chǎn)方法，其特征在于：硅烷原料氣由位于頂部的板式冷卻器和管狀冷卻器之間的氣體噴口高速噴入，與加熱到高溫的芯棒表面接觸，發(fā)生反應(yīng)并沉積出高純度硅，形成硅棒，硅棒表面溫度保持在700-1100℃間的一定溫度，到達(dá)反應(yīng)器頂部的含有殘余未反應(yīng)硅烷的副產(chǎn)物氫氣經(jīng)板式冷卻器冷卻，與氣體噴口噴入的新鮮硅烷混合在管狀冷卻器內(nèi)下降，再由風(fēng)輪吸入并打入環(huán)形空間，如此在反應(yīng)器內(nèi)形成循環(huán)氣流，風(fēng)輪提供了大流量內(nèi)循環(huán)的驅(qū)動(dòng)，提供了環(huán)形空間內(nèi)氣體的切向氣旋，提供硅烷與氫氣充分稀釋混合的強(qiáng)力攪拌。

8.?如權(quán)利要求7所述的一種多晶硅棒的生產(chǎn)方法，其特征在于：所述的循環(huán)氣的流量和環(huán)形空間里氣體的速度由風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)速率控制，循環(huán)氣中的硅烷含量由氣體噴口的流量控制，通過硅烷噴入?yún)^(qū)的預(yù)冷、硅烷流量與循環(huán)氣流量的1:50至1:500高稀釋比以及高速風(fēng)輪的葉片攪拌作用，獲得0.2-2%mole的低濃度高均勻度的混合，最大限度地避免超臨界濃度的硅烷氣體進(jìn)入會(huì)產(chǎn)生粉塵的臨界高溫區(qū)的可能；所述的風(fēng)輪使氣流帶有10-100米/秒以上的強(qiáng)力切向分量進(jìn)入環(huán)形空間，使氣流與硅棒以交叉狀接觸，高速氣流一邊上升一邊與直立在環(huán)形空間內(nèi)的高溫硅棒表面直接沖擊，減薄硅棒表面附近的高溫邊界層，硅棒表面附近的溫度邊界層、速度邊界層和濃度邊界層由厘米數(shù)量級(jí)減到毫米數(shù)量級(jí)，使反應(yīng)器內(nèi)氣體中的硅烷更快速地輸運(yùn)到硅棒表面，提高硅的沉積速率并改善結(jié)晶的致密度和均勻度。

9.如權(quán)利要求7所述的一種多晶硅棒的生產(chǎn)方法，其特征在于：反應(yīng)器中累積的氫氣經(jīng)由尾氣管排出，硅烷進(jìn)氣沉積硅晶體后變成氫氣，尾氣由頂部出氣口放出，反應(yīng)器內(nèi)的壓力為恒定壓力，恒定壓力為0.12-0.25MPa，控制排出氣體中殘余硅烷含量低于0.2-0.5%mole，或者反應(yīng)器內(nèi)的壓力在0.1-0.5MPa之間交替變化，使排氣中殘余硅烷含量更低于0.1%-0.2%?mole。

10.?如權(quán)利要求7所述的一種多晶硅棒的生產(chǎn)方法，其特征在于：所述的硅烷氣體替換為鹵硅烷。