[实用新型]多晶硅还原系统

说明书

技术领域

本实用新型总体涉及多晶硅还原系统。

背景技术

多晶硅是重要的半导体原料，目前其生产的主流工艺为改良西门子法。多晶硅还原是改良西门子法的一个重要生产环节，其原料为三氯氢硅和氢气。多晶硅的产出方式为在原有硅棒表面上沉积，随着反应的进行，在硅棒表面沉积越多，硅棒的直径越大，三氯氢硅和氢气的消耗量也随直径的增大而增大。因此，在整个多晶硅沉积过程中，三氯氢硅气体和氢气进气量的变化是非常大的。由于三氯氢硅和氢气进气量直接影响多晶硅在硅棒上沉积的速率，故需要对二者的进气量进行灵活控制。同时，进料混合气中三氯氢硅与氢气的摩尔比也会影响沉积速率，因此，如何控制三氯氢硅气体和氢气进气量，以及两种气体的摩尔比成为影响多晶硅还原的重要环节。此外，由于多晶硅还原的重要原料三氯氢硅常温常压下是以液态存在，经过精馏提纯的三氯氢硅也是以液态进入多晶硅还原工序，所以，选择一种合适的三氯氢硅液体汽化方式成为多晶硅还原的关键之一。

目前多晶硅还原系统进料方式主要有三种方式，分别是鼓泡式汽化、列管式汽化以及Liebig管式汽化。

鼓泡式汽化方式是利用氢气在三氯氢硅液相中鼓泡，同时外部热源供热，使三氯氢硅汽化，通过氢气的鼓泡加速三氯氢硅的蒸发，得到氢气和三氯氢硅的混合气。鼓泡式汽化方式的工艺流程见图1。该方式的优点是：由于加入氢气，使得三氯氢硅变成气相所需的热量大为减少，若用蒸汽加热，则对蒸汽的压力品质要求不高，一般0.2Mpa即可；同时在输送过程中，混合中的三氯化硅不会液化，保证了后续生产工艺的稳定。缺点：鼓泡式汽化器内含有两种物质组分，为确定其配比，需要分别控制温度和压力两个参数。又因其后续生产工艺对混合气体配比要求较高，在不同的生长时段配比需不断变化，用此方式汽化不利于配比的频繁调节；由于一台鼓泡式汽化器同时为多台还原炉供料，若其中一台或多台还原炉需要变动其配比，会影响到其它还原炉，不利于整个系统的生产稳定；并且，每台还原炉的进气只能测混合气流量，温度和压力稍有波动，组分组成就会发生变化。

列管式汽化是将液相三氯氢硅在外部热源加热下直接汽化。控制汽化后饱和气体的压力，以一定的流量与氢气充分混合，形成混合气，参见图2。该方式的优点在于生产过程中其组分配比调节十分容易。缺点：需要大量热量使液体三氯氢硅变成气态，若用蒸汽加热，则对蒸汽的压力品质要求较高，一般需0.6Mpa方可；且再输送过程中很容易液化。

Liebig管式汽化是将三氯氢硅液体与氢气通过流量调节控制后，进入一种混合器，然后进入Liebig管，利用热源提供热量使三氯氢硅液体汽化，参见图3。该方式的优点在于在生产过程中其组分配比调节十分容易。但不能保证液态三氯氢硅完全被汽化。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够灵活控制进料配比并且使进料中的三氯氢硅能够完全汽化的多晶硅还原系统。

根据本实用新型的多晶硅还原系统包括：

鼓泡式汽化器；

氢气加热器；

分别与鼓泡式汽化器和氢气加热器相连的多个静态混合器；以及

分别与相应的静态混合器相连的多个多晶硅还原炉。

本实用新型的多晶硅还原系统还可以包括与所述多个多晶硅还原炉均相连的尾气回收系统。

在本实用新型的多晶硅还原系统中，静态混合器可以分别通过相应的流量调节阀与鼓泡式汽化器和氢气加热器相连。

本实用新型利用氢气在三氯氢硅液体中鼓泡，同时外部热源加热，使得三氯氢硅汽化，通过氢气鼓泡加速三氯氢硅的蒸发，最终得到三氯氢硅和氢气的混合气。通过控制鼓泡式汽化器的压力和温度，将鼓泡式汽化器混合气出气控制在一个较低的配比(氢气与三氯氢硅的摩尔比)；再由侧路氢气通过氢气加热器加热后与鼓泡式汽化器混合气出气在静态混合器中充分混合至较高预定配比后直接进入相应的还原炉。

附图说明

图1是现有的采用鼓泡式汽化方式的多晶硅生产还原进料的流程图。

图2是现有的采用列管式汽化方式的多晶硅生产还原进料的流程图。

图3是现有的采用Liebig管式汽化方式的多晶硅生产还原进料的流程图。

图4是根据本实用新型的多晶硅还原系统的流程图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本实用新型。本领域技术人员应当理解，下面详细描述的实施例仅用于解释和说明本实用新型，并非用于对其进行任何限制。