[发明专利]一种多晶硅还原方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种在多晶硅还原炉及进行多晶硅还原的方法。

二、背景技术

目前国际上多晶硅生产的工艺有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。其中改良西门子法是目前多晶硅生产的主要工艺，其生产多晶硅的量占世界多晶硅生产总量的80％，该过程最重要的设备是多晶硅还原炉，其还原电耗超过整个多晶硅生产过程总电耗60％。因此，对还原炉内的流动结构进行深入的研究，进而开发低能耗的新型还原炉具有重要的学术和实用价值。

传统的多晶硅还原炉结构中，其原料气的进口和尾气出口均布在底盘上，这种结构要求设置进气喷嘴，另外必须控制进气流速达到足够大才能实现对还原炉顶部区域混合气的更新，该结构最大的缺点是容易造成还原炉顶部区域产生死区，由于顶部气体得不到有效更新，因此顶部区域会产生局部高温区，这种局部高温区会导致硅粉的产生，而硅粉很容易附着到还原炉内壁面，降低还原炉内壁热辐射反射率，最终导致还原电耗增加。

现有改进后的新型还原炉尾气出口均布在顶部，解决传统还原炉内局部温度高的问题，避免了还原炉内产生硅粉，初步解决了还原电耗过高的问题。但尾气出口均布在顶部的结构在还原控制上需要。

改进的还原炉底盘电极分3个圆周排布，每一圆周上的硅棒都呈正六边形排布，从中心向外依次有3对、3对、6对均匀分布的电极；新型还原炉底盘每相邻两个电极之间最大间距为220mm；每相邻三对硅棒都构成一个正六边形，每一正六边形的中心分布着一个进气口，其进气口总数为13个。

在新型多晶硅还原炉内，混合气基本上都是沿着硅棒表面向上流动，这是由于越靠近硅棒表面，其温度越高，而密度越低；另外在还原炉轴向方向上也存在温度差，这一温度差也使得反应器在轴向上产生密度差，多晶硅还原炉在不同横截面平面的密度分度差促使混合气从底盘进气口向顶盘出气口的平推式流动。

然而传统多晶硅还原炉的原料气进口和尾气出口均布在底盘，这种结构要求设置进气喷嘴，另外必须控制进气流速达到足够大才能实现对还原炉顶部区域混合气的更新，因此还原炉内的流动基本上为全混流，是强制对流的流动，其轴向和径向方向上的密度差反而阻碍了混合气向底盘的出气口流动。使得传统还原炉内的密度分布较新型还原炉更均匀。传统还原炉的进出气方式还容易引起原料气走短路，使得原料气未充分反应就直接从出气口排出，造成原料气的浪费，影响多晶硅的沉积速率。比较新旧还原炉，新型还原炉的温度分布在还原炉的轴向方向上存在更加明显的温度差，这是由于新型多晶硅还原炉内的流场是平推式流动，这种流动方式可以通过改变还原炉的操作条件来控制还原炉内各个位置的温度，可控的温度分布可以控制还原炉内硅粉的产生，避免了硅粉因附着到还原炉的内壁面上而破坏还原炉内壁的抛光面，可以长期保存还原炉内壁面的抛光面，增加了内壁面对高温硅棒热辐射的反射，从而降低了还原炉的还原电耗；而传统还原炉内的流场是全混流，其温度分布更加均匀，这种流动方式不能有效地控制还原炉内的温度，因此还原炉内容易产生局部高温区域，这种局部高温区域会产生硅粉，而硅粉又容易附着到还原炉内壁面的表面，引起还原炉内壁面局部高温点的生成，这种局部高温点又会引起更多硅粉的附着，最终破坏了还原炉内壁面的抛光面，从而增加了还原炉的还原电耗。

三、发明内容

本发明目的是，提出一种多晶硅还原炉的结构及利用此还原炉进行还原的工作方法。采用交叉分布的吊装电极，改善了炉内物料分布的均匀性，容易控制还原炉内各个位置的温度，降低电耗并保证产品质量。

本发明的技术方案是，一种多晶硅还原的方法，其特征是采用以下多晶硅还原炉；还原炉包括底盘和炉体，所述炉体为底盘之上部，炉体为圆柱状加半球顶的反应腔室；底盘为圆盘状，原料气进口和尾气出口均布在底盘上，其特征是底盘上均布30-50对电极，所述一半电极在底盘上均匀竖直安装，另一半电极为吊装电极，与底盘上竖直安装电极交错分布，吊装电极的底端距底盘3-10cm；吊装电极的上端位置与圆柱状与半球顶交界处平齐，原料气进口通过高为3-10cm的进气管安装在底盘上。原料气进口和尾气出口均布在底盘的不同半径的圆周上，在一个半径的圆周上布置原料气进口时，在相邻的半径的圆周上布置尾气出口。吊装电极的上端平面位置设有温度传感器，控制原料气的流量使得传感器的温度达到910-935℃；尤其是温度低于910℃时增大原料气流量，温度在升高接近或超过925℃时减少原料混合气的流量。

炉体圆柱状与半球顶交界处夹装钛垫片引出平齐吊装电极的支架体，钛垫片引出钛支架体的为角钛型材。