一种78对棒多晶硅还原炉的制作方法

本实用新型专利涉及气相沉积反应还原炉，尤其涉及多晶硅气相沉积反应还原炉。

背景技术：

多晶硅具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，多晶硅材料中微量的杂质既可大大影响其导电性，为得到高纯度的多晶硅单质，国际上目前使用最广的方法是改良西门子法，其核心设备为还原炉，还原炉中三氯氢硅和氢气发生沉积反应生成高纯度多晶硅。

改良西门子法是将高纯的氢气和高纯度的硅的反应物(多为硅卤化物)作为原料，按一定比例通入到反应容器内(即多晶硅还原炉)，在高温下，氢气与三氯氢硅的反应物生成硅，形成的多晶硅会沉积在硅芯上。随着化学反应的继续，硅芯直径增大，一般直径到达150-180mm，即为所需产品。现有多晶硅还原炉存在结构设计缺陷，使得设备内反应物浓度不均，造成沉积反应的速率不同，生产中容易发生“倒棒”、“夹层”等问题，降低硅棒的品质。多晶硅还原炉生产为间歇式生产，除了反应阶段外，硅芯安装、硅棒取出及配管密封等需要大量时间。反应过程中所需的温度由硅芯通电提供，大量能量通过辐射热的形式被还原炉内壁吸收通过冷却水排出。根据多晶硅反应的特点，提高单台设备产能、提高设备可靠性、降低能耗成为当前需要急需解决的课题。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的，在于提供一种78对棒多晶硅还原炉。对还原炉设备的反应物进料、排气方式、电极座布置及设备内部材料进行优化设计，达到提高还原炉单台生产效率、降低综合能耗的目的。

本实用新型的78对棒多晶硅还原炉，包括：

一炉体，内设有反应腔体，硅芯位于所述反应腔体内；

一底盘座，位于炉体底部且与所述反应腔体连接，所述底盘座上设有多个进气口、多个排气管口和78对电极座，所述硅芯与所述电极座电性连接；

一气体浓度分布调节管路系统，包括一注入反应气体的炉体进气管路以及注入反应气体的底盘进气管路；

所述炉体进气管路与所述反应腔体连通，且所述炉体进气管路的出气口位于所述硅芯的上部位置，用以使所述反应气体自上而下进入所述反应腔体内；

所述底盘进气管路，具有多个进气支管，每一所述进气支管与所述进气口对应连接，所述进气口与所述反应腔体连通，所述底盘进气管路使得所述反应气体自下而上进入所述反应腔体内；所述反应气体在所述炉体进气管路和所述底盘进气管路共同调节下均匀分布在所述硅芯周围；

一底盘排气管路，具有多个排气支管，每一所述排气支管与所述排气管口对应连接，所述排气管口与所述反应腔体连通；

一冷却水腔体，设置在所述底盘座上，用于对所述底盘座降温，所述冷却水腔体具有一底盘冷却水出口管和一底盘冷却水进口管，所述底盘冷却水进口管与所述底盘排气管路套接连接，所述底盘排气管路套设在所述冷却水进口管内用于对所述底盘排气管路降温。

于一实施例中，所述底盘座上的进气口数量为40个，所述排气管口数量为6个。

于一实施例中，所述底盘排气管路和所述底盘进气管路均采用环管。

于一实施例中，在所述炉体上安装多个视镜。

于一实施例中，所述炉体外设有夹套，所述夹套内壁与所述炉体外壁间填充有冷却水，所述夹套上设有炉体冷却水进口和炉体冷却水出口。

于一实施例中，还设有一裙座，所述底盘座安装在所述裙座上。

于一实施例中，所述底盘座上除所述排气管口和所述进气口与所述反应腔体连通外，其他部分与所述反应腔体均不连通。

本实用新型的有益效果：该78对棒多晶硅还原炉，提高单台设备产能、提高设备可靠性、降低能耗，且提高硅棒的产品质量。

附图说明

图1为本新型78对棒多晶硅还原炉的结构示意图。

图2为底盘座的剖视示意图。

图3为图2中套管结构A的局部放大图。

图4为底盘座的排气管口、进气口以及电极座布置示意图。

其中，附图标记为：

裙座1

底盘座2

炉体进气管路3

炉体4

夹套5

炉体冷却水出口6

硅芯7

视镜8

炉体冷却水进口9

底盘进气管路10

底盘排气管路11

底盘冷却水出口管12

电极座13

底盘冷却水进口管14

上底板15

下底板16

冷却水腔体17

排气管口18

进气口19

套管结构A

具体实施方式

如图1所示，为本新型提供的78对棒多晶硅还原炉，包括：裙座1、底盘座2、炉体进气管路3、炉体4、夹套5、炉体冷却水出口6、硅芯7、视镜8、炉体冷却水进口9、底盘进气管路10、底盘排气管路11、底盘冷却水出口管12、电极座13、底盘冷却水进口管14组成。

该炉体4内设有反应腔体，硅芯7位于该反应腔体内；底盘座2位于炉体4底部且与该反应腔体连接，于本实施例中，该底盘座2上设有40个进气口19、6个排气管口18和均布78对电极座13，该硅芯7与该电极座13电性连接,炉体4固定到还原炉底盘座2上并密封，底盘座2上除该排气管口18和该进气口19与该反应腔体连通外，其他部分与该反应腔体均不连通。底盘座2上的电极座13与供电系统相连接。供电系统对硅芯7加热，当硅芯7表面的温度达到SiHCl3与H2反应的条件时，混合气开始发生还原反应，并且反应后的硅将沉积到硅芯7上。

在实际操作中，由于反应腔体内反应气体浓度的不平衡，硅芯7表面的硅卤化物例如SiHCl3与H2反应的速率也不一样，产中容易发生“倒棒”、“夹层”等问题，降低硅棒的品质。为解决上述问题，本新型提供的78对棒多晶硅还原炉设置了一气体浓度分布调节管路系统，包括一注入反应气体的炉体进气管路3以及注入反应气体的底盘进气管路10；该炉体进气管路3与该反应腔体连通，且该炉体进气管路3的出气口位于该硅芯7的上部位置，该反应气体自上而下进入该反应腔体内；该底盘进气管路10，具有多个进气支管，每一该进气支管与该进气口19对应连接，该进气口19与该反应腔体连通，该反应气体自下而上进入该反应腔体内；该反应气体在该炉体进气管路3和该底盘进气管路10共同调节下均匀分布在该硅芯7周围，提高了硅棒上部区域的生长速率，与硅棒下部的生长速率相当，保证了硅棒的均匀性，提高了产品质量。

更进一步提高还原炉内反应区各组分浓度趋于均匀的程度，底盘座2设计78对电极座13并根据电极座13位置，合理的安排6圈共40个进气口19和6个排气管口18，78对电极座13在该底盘座2上排列成多圈，每圈电极座13等间距设置且中心位于该底盘座2的中心轴线上，多圈电极座13沿该底盘座2的径向间隔设置，40个进气口19设在该底盘座2上且位于相邻圈电极座13之间以及该底盘座2的中心处，6个排气管口18设在该底盘座2上且位于最外圈电极座13之间；在一实施例中，78对电极座13分布在沿该底盘座2的径向由内至外的第1至第6圈上，例如第一圈上分布有3对电极座13，第二圈上分布有6对电极座13，第三圈上分布有9对电极座13，第四圈上分布有15对电极座13，第五圈上分布有18对电极座13,第六圈上分布有27对电极座13，排布方式并不以上述排布为准，参见图4，电极座13、进气口19、排气管口18的数量、排布使得设备利用率更高，特殊的电极座13及进气方式，使还原炉内反应区各组分浓度趋于均匀，提高产品质量。在本实施例中，底盘座2的外径为3.9米，内径为3.5米。本新型的78对棒还原炉使生产效率提高、热损失更小，从而使产品电耗指标达到国际领先水平。

在一实施例中，还设有一裙座1，该底盘座2安装在该裙座1上。该底盘座2包括：底盘法兰、上底板15，该上底板15设在该底盘法兰(图中未标出)内；下底板16，该下底板16设在该底盘法兰内，且位于该上底板15下方，该下底板16与该上底板15和该底盘法兰限定出冷却水腔体17。底盘座2上还设有底盘排气管路11，底盘排气管路11具有多个排气支管，每一该排气支管与该排气管口18对应连接，该排气管口18与该反应腔体连通；反应后的尾气经底盘排气管路11排出。冷却水腔体17设置在该底盘座2上，底盘冷却水可以同时对底盘排气管路11、电极座13和底盘座2进行冷却。该冷却水腔体17具有一底盘冷却水出口管12和一底盘冷却水进口管14，该底盘冷却水进口管14与该底盘排气管路11套接连接，该底盘排气管路11套设在该底盘冷却水进口管14内，用于对该底盘排气管路11降温。该底盘排气管路11和该底盘进气管路10均采用环管，提高设备进气、排气时的稳定性。冷却水进口管与底盘排气管路11采用套管结构A，参见图2中的套管结构A和图3，底盘冷却水出口管12自底盘中心处引出，冷却水先冷却底盘排气管路11，随后对底盘座2及电极座13进行冷却。

在所述炉体4外设有夹套5，该夹套5内壁与该炉体外壁间填充有冷却水，炉体可以通过冷却水冷却，该夹套5上设有炉体冷却水进口9和炉体冷却水出口6。炉体的侧壁的下部设置有炉体冷却水进口9，炉体的顶部设有与夹套5连通的炉体冷却水出口6，冷却水从炉体4下部的侧面进入，从炉体顶部流出。本实用新型的一些实施例中，在该炉体上部安装多个压力容器视镜8，有利于及时反馈硅棒的生长情况，合理控制冷却量和硅棒电流，炉体的侧壁上设有视镜吹扫入口，例如，通过视镜吹扫入口向炉体内吹入氢气，以降低观察视镜8的温度，视镜8数量因能保证外部对设备内部的无死角观察。