一种节能多晶硅还原炉及多晶硅的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种节能多晶硅还原炉及多晶硅的制造方法，该多晶硅还原炉，包括钟罩型炉壁，设置在炉壁下方的底盘，设置在底盘上的电极和安装在电极上的硅芯棒，底盘上还设置有原料气体进入口和尾气排气口，其特征是：上述底盘上设置有一个与炉壁同心且将硅芯棒罩住的钟罩式隔热屏，该隔热屏是由圆筒部和与所述圆筒部相接的有通孔的顶部组成；所述的原料气体进入口至少部分地设置在隔热屏的圆筒部与炉壁之间的底盘上，尾气排气口设在底盘中心。本发明专利技术利用隔热屏罩住多晶硅，从而大幅度减少热量损失，并使原料气体得到预热，并能够提高三氯氢硅的转化率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多晶硅的制造装置及多晶硅的制造方法，进行化学气相沉积使多晶硅析出在加热的硅芯棒表面上而制造多晶硅棒。
技术介绍
高纯度多晶硅普遍采用西门子法制造的，将含有氯硅烷，如三氯氢硅和氢气的混合气体的原料气体与加热的硅芯棒接触，使原料气体分解和/或被还原，在硅芯棒表面析出多晶硅。三氯氢硅的热分解以及和氢气的反应式为以下(1)、(2)式4SiHCl3 — Si + 3SiCl4 +H2------(1)SiHCl3 + H2 — Si + 3HC1 ------(2)采用改良西门子法生成多晶硅通常所采用的还原炉是一种有冷却水的钟罩型炉壁，和设置在钟罩型炉壁下方有冷却水的底盘，在底盘上设置有多对电极和安装在电极上的硅芯棒，原料气体从底盘供给到还原炉内，尾气排出口也设置在底盘上。原料气体和还原性气体，如氢气，在硅棒或难熔金属丝通电电阻加热到1050°C 1200°C范围，化学气相沉积多晶硅。由于多晶硅棒的温度高，而且反应时间长，耗能大，热辐射和气体对流，大量的热被炉壁的冷却水带走，这也增加了冷却的难度。另外，由于原料气体进入口和排气口都设置在底盘上，没有分隔，部分原料气体进入还原炉还没有参加反应就被排出了，三氯氢硅转化率低。日本专利特公開昭60-77115公開了一种高纯硅的制造装置，用该装置将硅烷、氯硅烷热分解或氢还原制造高纯多晶硅，该装置内部设有加热器，反应器外壁内侧设有带间隙的内壁，外壁和内壁间充填有粒状物，以此充填层作为隔热层，可以大幅度减少用电。日本专利特開2001-294416公開了一种生产多晶硅棒的装置，硅芯棒立设在密闭的反应器里，高温加热，导入的原料气体热分解在硅芯棒上析出多晶硅，该反应器内衬有选自碳、氮化硅、石英、碳化硅、氧化锆或它们的复合材料制的隔热层。上述技术能够减少用电，但是上述技术其原料气体和还原后尾气都是从反应容器底部进出的，造成气体紊流，部分原料气体还没有参加反应就被排出了。中国专利CN101445M1A公开了一种多晶硅生产用还原炉的气体进入口和排气口，气体进入口安装在底座上，伸入炉内底部上面100 300mm，顶部堵住，在堵板中心开一喇叭口，或在侧壁开3 6个螺旋切向出口。排气口固定在外壳顶部的封头上的5 7管口式结构。这种结构显然会造成能源大量耗散。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一是提供一种节能的，而且三氯氢硅转化率高的多晶硅还原炉；本专利技术的另一目的是提供一种利用上述还原炉制造高纯多晶硅的方法。本专利技术为了解决上述问题，采用以下结构一种节能多晶硅还原炉，包括钟罩式炉壁，设置在炉壁下方的底盘，设置在底盘上的电极和安装在电极上的硅芯棒，原料气体从底盘的进入口供给到还原炉内，尾气从底盘上的尾气排出口排出，其特征是在上述底盘上设置有一个与炉壁同心的钟罩式隔热屏，该钟罩式隔热屏将生长的硅芯棒围住，所述的钟罩式隔热屏包括圆筒部和与所述的圆筒部相接的有通孔的顶部，所述原料气体进入口设置在隔热屏的圆筒部与炉壁之间的底盘上，尾气排气口设在底盘中心。—种节能多晶硅还原炉，包括钟罩型炉壁，设置在炉壁下方的底盘，设置在底盘上的电极和安装在电极上的硅芯棒，底盘上还设置有原料气体进入口和尾气排气口，其特征是上述底盘上设置有一个与炉壁同心且将硅芯棒罩住的钟罩式隔热屏，该隔热屏是由圆筒部和与所述圆筒部相接的有通孔的顶部组成；在底盘中心设置有尾气排气口，在隔热屏的圆筒部与炉壁之间的底盘上和圆筒部内的底盘上均设置有原料气体进入口。所述的隔热屏圆筒部的内径大于生长后多晶硅棒最大占位直径至少5cm，优选为5 15 cm，隔热屏圆筒部高度大于生长后多晶硅最大占位高度至少10cm，优选为10 40cm。其中，在隔热屏的圆筒部与炉壁之间的底盘上的原料气进气体进入口至少有4 个，且均勻分布在底盘上的与还原炉同心的同一圆周上。其中，所述通孔至少4个，均勻分布在隔热屏顶部。其中，在上述钟罩式隔热屏内的底盘上设有原料气体喷嘴，可以为多个，其中一个实例是将原料气体进入口设在中心排气口内和喷嘴相接，且喷嘴高于底盘上排气口约 3 IOcm0采用本专利技术多晶硅还原炉制造多晶硅的方法，包括如下步骤1)将硅芯棒安装到电极上，形成π字形硅棒结构；2)安装隔热屏，然后安装钟罩型炉壁；3)用氮气置换还原炉，然后用氢气置换；4)加热硅棒到1100°C 1200°C，至少将部分原料气体通过所述的隔热屏的圆筒部与钟罩式炉壁之间的底盘上的进入口进入还原炉，自下而上，从所述的隔热屏顶部的贯通孔进入还原炉反应区，原料气体在炙热的多晶硅棒表面沉积生长多晶硅；5)反应后的尾气从底盘的排气口排出。其中，所述的原料气体包括三氯氢硅(SiHCl3)、甲硅烷(SiH4)、二氯氢硅 (SiH2Cl2)、四氯化硅(SiCl4)其中任意一种或多种的混合物；原料气体还包括氢、氮、氩、 氦、氯化氢其中任意一种或多种的混合物。按照本专利技术，有约50% 100%的原料气体通过所述的隔热屏的圆筒部与钟罩式炉壁之间的底盘上的进入口，自下而上，从所述的隔热屏顶部的贯通孔进入还原反应区，通过热分解在通电加热的多晶硅棒表面沉积生长多晶硅。在具体实施中还可以有部分原料气体从钟罩式隔热屏内的底盘上设置的喷嘴内进入反应区。本专利技术的多晶硅还原炉，利用隔热屏罩住多晶硅，从而大幅度减少热量损失，并使原料气体得到预热，并能够提高三氯氢硅的转化率。附图说明图1为本专利技术一种结构形式的多晶硅还原炉的结构示意简图； 图2为本专利技术另一种结构形式的多晶硅还原炉的结构示意简图3为图1所示的横截面，表示原料气体进入口和尾气排出口的分布示意图； 图4是图2所示的横截面，表示原料气体进入口和尾气排出口的分布示意图； 图5表示隔热屏顶部通孔的分布。具体实施例方式以下，基于附图对本专利技术的实施方式进行说明。图1示出了本专利技术一种结构形式多晶硅还原炉的示意图，所述的多晶硅还原炉包括带夹套的底盘10，底盘有冷却水进口 10-1，冷却水出口 10-2 ；坐落在底盘上的有冷却水夹层的钟罩式炉壁11，其中冷却水从下面进水口 11-1进入，从顶上11-2流出；钟罩式炉壁 11和底盘10组成还原炉腔室；在底盘上至少有一对电极，多者不限，电极穿过底盘10伸进反应区18与电极卡盘13相接，电极卡盘13为石墨制造，硅芯棒14竖立安装在电极卡盘13 上；底盘上安放有钟罩式隔热屏15，隔热屏15将所有的多晶硅棒围住，形成生长多晶硅的反应区；所述的钟罩式隔热屏包括圆筒部15-1和顶部15-2，在顶部有多个分布均勻的贯通孔15-3 ；在钟罩式隔热屏15外和钟罩式炉壁11之间的底盘上设有均勻分布的12个原料气体进入口 16-1 ；在底盘中心设有排气口 17 ；气体混合室19，原料气体进入混合室19混合后，经过排气管道17-1排出的尾气预热后，经盘管16-3，从竖立的12根(图中仅示出2根) 进气立管16-4再经过原料气体进入口 16-1进入还原炉腔室。图2示出了本专利技术另一种结构形式多晶硅还原炉的示意图基本结构同图1的结构，改进之处在于在钟罩式隔热屏15和钟罩式炉壁11之间的底盘10及钟罩式隔热屏15 内的底盘10上均设置若干个均勻分布的含硅原料气体进气入口 16-1，同时还在底盘10上的钟罩式隔热屏内增设含硅原料气体进入口的喷气本文档来自技高网...

【技术保护点】
所述圆筒部相接的有通孔的顶部组成；所述的原料气体进入口设置在隔热屏的圆筒部与炉壁之间的底盘上，尾气排气口设在底盘中心。１．一种节能多晶硅还原炉，包括钟罩型炉壁，设置在炉壁下方的底盘，设置在底盘上的电极和安装在电极上的硅芯棒，底盘上还设置有原料气体进入口和尾气排气口，其特征是：所述底盘上设置有一个与炉壁同心且将硅芯棒罩住的钟罩式隔热屏，该隔热屏是由圆筒部和与

【技术特征摘要】
1.一种节能多晶硅还原炉，包括钟罩型炉壁，设置在炉壁下方的底盘，设置在底盘上的电极和安装在电极上的硅芯棒，底盘上还设置有原料气体进入口和尾气排气口，其特征是 所述底盘上设置有一个与炉壁同心且将硅芯棒罩住的钟罩式隔热屏，该隔热屏是由圆筒部和与所述圆筒部相接的有通孔的顶部组成；所述的原料气体进入口设置在隔热屏的圆筒部与炉壁之间的底盘上，尾气排气口设在底盘中心。2.一种节能多晶硅还原炉，包括钟罩型炉壁，设置在炉壁下方的底盘，设置在底盘上的电极和安装在电极上的硅芯棒，底盘上还设置有原料气体进入口和尾气排气口，其特征是 所述的底盘上设置有一个与炉壁同心且将硅芯棒罩住的钟罩式隔热屏，该隔热屏是由圆筒部和与所述圆筒部相接的有通孔的顶部组成；在底盘中心设置有尾气排气口，在隔热屏的圆筒部与炉壁之间的底盘上和圆筒部内的底盘上均设置有原料气体进入口。3.按照权利要求1或2所述的节能多晶硅还原炉，其特征是上述隔热屏的圆筒部与炉壁之间底板上的原料气体进入口至少有4个，且均勻分布在与还原炉同心的同一圆周上。4.按照权利要求1或2所述的节能多晶硅还原炉，其特征是所述隔热屏的内径大于生长后多晶硅棒最大占位直径至少5cm，优选为5 15 cm，隔热屏圆筒部的高度高于生长后多晶硅棒最大占位高度至少10cm，优选为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春林，浦全福，刘军，陈艳梅，孙银祥，陈国奇，杨君，潘伦桃，
申请(专利权)人：宁夏阳光硅业有限公司，
类型：发明
国别省市：64