[發明專利]一種多晶硅還原方法

有效

• 申請號: 201610465438.6
• 申請日: 2016-06-23
• 公開（公告）號: CN106115709B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 黃雪;李巖;張建新;張海峰
• 申請（專利權）人: 南京德邦金屬裝備工程股份有限公司
• 主分類號: C01B33/021
• 分類號: C01B33/021
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 陳建和

一、技術領域

本發明涉及一種在多晶硅還原爐及進行多晶硅還原的方法。

二、背景技術

目前國際上多晶硅生產的工藝有：改良西門子法、硅烷法和流化床法。其中改良西門子法是目前多晶硅生產的主要工藝，其生產多晶硅的量占世界多晶硅生產總量的80％，該過程最重要的設備是多晶硅還原爐，其還原電耗超過整個多晶硅生產過程總電耗60％。因此，對還原爐內的流動結構進行深入的研究，進而開發低能耗的新型還原爐具有重要的學術和實用價值。

傳統的多晶硅還原爐結構中，其原料氣的進口和尾氣出口均布在底盤上，這種結構要求設置進氣噴嘴，另外必須控制進氣流速達到足夠大才能實現對還原爐頂部區域混合氣的更新，該結構最大的缺點是容易造成還原爐頂部區域產生死區，由于頂部氣體得不到有效更新，因此頂部區域會產生局部高溫區，這種局部高溫區會導致硅粉的產生，而硅粉很容易附著到還原爐內壁面，降低還原爐內壁熱輻射反射率，最終導致還原電耗增加。

現有改進后的新型還原爐尾氣出口均布在頂部，解決傳統還原爐內局部溫度高的問題，避免了還原爐內產生硅粉，初步解決了還原電耗過高的問題。但尾氣出口均布在頂部的結構在還原控制上需要。

改進的還原爐底盤電極分3個圓周排布，每一圓周上的硅棒都呈正六邊形排布，從中心向外依次有3對、3對、6對均勻分布的電極；新型還原爐底盤每相鄰兩個電極之間最大間距為220mm；每相鄰三對硅棒都構成一個正六邊形，每一正六邊形的中心分布著一個進氣口，其進氣口總數為13個。

在新型多晶硅還原爐內，混合氣基本上都是沿著硅棒表面向上流動，這是由于越靠近硅棒表面，其溫度越高，而密度越低；另外在還原爐軸向方向上也存在溫度差，這一溫度差也使得反應器在軸向上產生密度差，多晶硅還原爐在不同橫截面平面的密度分度差促使混合氣從底盤進氣口向頂盤出氣口的平推式流動。

然而傳統多晶硅還原爐的原料氣進口和尾氣出口均布在底盤，這種結構要求設置進氣噴嘴，另外必須控制進氣流速達到足夠大才能實現對還原爐頂部區域混合氣的更新，因此還原爐內的流動基本上為全混流，是強制對流的流動，其軸向和徑向方向上的密度差反而阻礙了混合氣向底盤的出氣口流動。使得傳統還原爐內的密度分布較新型還原爐更均勻。傳統還原爐的進出氣方式還容易引起原料氣走短路，使得原料氣未充分反應就直接從出氣口排出，造成原料氣的浪費，影響多晶硅的沉積速率。比較新舊還原爐，新型還原爐的溫度分布在還原爐的軸向方向上存在更加明顯的溫度差，這是由于新型多晶硅還原爐內的流場是平推式流動，這種流動方式可以通過改變還原爐的操作條件來控制還原爐內各個位置的溫度，可控的溫度分布可以控制還原爐內硅粉的產生，避免了硅粉因附著到還原爐的內壁面上而破壞還原爐內壁的拋光面，可以長期保存還原爐內壁面的拋光面，增加了內壁面對高溫硅棒熱輻射的反射，從而降低了還原爐的還原電耗；而傳統還原爐內的流場是全混流，其溫度分布更加均勻，這種流動方式不能有效地控制還原爐內的溫度，因此還原爐內容易產生局部高溫區域，這種局部高溫區域會產生硅粉，而硅粉又容易附著到還原爐內壁面的表面，引起還原爐內壁面局部高溫點的生成，這種局部高溫點又會引起更多硅粉的附著，最終破壞了還原爐內壁面的拋光面，從而增加了還原爐的還原電耗。

三、發明內容

本發明目的是，提出一種多晶硅還原爐的結構及利用此還原爐進行還原的工作方法。采用交叉分布的吊裝電極，改善了爐內物料分布的均勻性，容易控制還原爐內各個位置的溫度，降低電耗并保證產品質量。

本發明的技術方案是，一種多晶硅還原的方法，其特征是采用以下多晶硅還原爐；還原爐包括底盤和爐體，所述爐體為底盤之上部，爐體為圓柱狀加半球頂的反應腔室；底盤為圓盤狀，原料氣進口和尾氣出口均布在底盤上，其特征是底盤上均布30-50對電極，所述一半電極在底盤上均勻豎直安裝，另一半電極為吊裝電極，與底盤上豎直安裝電極交錯分布，吊裝電極的底端距底盤3-10cm；吊裝電極的上端位置與圓柱狀與半球頂交界處平齊，原料氣進口通過高為3-10cm的進氣管安裝在底盤上。原料氣進口和尾氣出口均布在底盤的不同半徑的圓周上，在一個半徑的圓周上布置原料氣進口時，在相鄰的半徑的圓周上布置尾氣出口。吊裝電極的上端平面位置設有溫度傳感器，控制原料氣的流量使得傳感器的溫度達到910-935℃；尤其是溫度低于910℃時增大原料氣流量，溫度在升高接近或超過925℃時減少原料混合氣的流量。

爐體圓柱狀與半球頂交界處夾裝鈦墊片引出平齊吊裝電極的支架體，鈦墊片引出鈦支架體的為角鈦型材。