专利名称：提高多晶硅生产的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硅的生产方法及装置，更具体地说涉及一种提高多晶 硅生产的方法及装置。
背景技术：
目前多晶硅的生产方法一般采用西门子改良工艺，将石英砂在电弧炉中冶炼提纯至98%并生成工业硅，再将工业硅粉碎并在300。C左右的条件 下用无水HC1与之在一个流化床反应器中反应，生成易溶解的SiHCl3，同 时形成气态混合物(H2、 HC1、 SiHCl3、 SiCl4、 Si)。对上述气态混合物 接着进一歩提纯、分解，净化提纯后的SiHCl3采用高温还原工艺，以高纯 的SiHCl3在H2气氛中还原沉积而生成多晶硅。上述化学气相沉积过程是在还原炉中进行的，该反应容器是密封的， 底盘上安装有出料口和进料口以及若干对电极，电极上连接直径5 10毫 米、长度1.5 2米的硅棒，每对电极上的两根硅棒又在另一端通过一较短 的硅棒相互连接(见图1)。对电极上施加12kV的高压时，硅棒被击穿 导电并加热至1050 110(TC发生反应，经氢还原，硅在硅棒的表面上沉积， 使硅棒的直径逐渐增大，最终达到150 200毫米左右。通常情况下，生 产上述直径为150 200毫米的高纯硅棒，所需的反应时间大约为200 300小时。因此，寻求一种能够提高上述生产工艺中硅的沉积速度，减少 反应时间的方法，成为多晶硅生产领域中的一个新方向。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种多晶硅的生产方法及其装置， 以提高硅的沉积速度，縮短反应时间。 '为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下在还原炉内用电加热硅芯，使SiHCl3在H2气氛中还原，所得的硅在硅芯的表面上沉积而生成多晶硅，由于生成多晶硅的速度与硅芯的表面积有关，因此本发明采用增大硅芯表面积的方法来提高生产多晶硅的速度。 根据上述多晶硅的生产方法，本发明提供了一种生产多晶硅的还原炉，包括炉罩l、底盘2、进料管3、出料管4、电极5和硅芯6，该还原炉是密闭的，进料管、出料管和电极安装在底盘上，硅芯连接在电极上， 所述的硅芯的表面积大于圆柱体硅棒的表面积。 本发明的生产方法中，所述的硅芯可以为片状。上述片状硅芯的横截面可以为扁平形(见图2a)、弧线形(见图2b、 图2c)、工字形(见图2d)、锯齿形(图2e)或其它可以增加硅芯表面 积的片状(见图2f、图2g、图2h、图2i)。本发明的生产方法中，所述的硅芯可以为管状。上述管状硅芯的横截面为封闭或不封闭的环形，所述的环形为圆环形 (见图2j、图2k)、环状矩形(见图21、图2m)、或任意不规则的形状 (见图2n)。本发明的生产方法中，所述的硅芯还可以是任意不规则形状的薄层。 本发明的生产方法中，所述的硅芯的厚度是均匀的或者不均匀的。 本发明上述多晶硅的生产方法及装置，与现有技术相比，具有显著的 进步。 '在本发明的生产方法及装置中，将现有技术中的圆形硅棒改进为片状 的硅芯，增加了硅芯的表面积。例如一根棒状的硅芯，其横截面直径为 10mm，长度为1.5米，则表面积为27rRL=47100mm2;而相同体积的硅， 若制作成厚度为lmm、长度相同的扁平形的薄片时，其宽度为78.5mm， 表面积为(lmm+78.5mm) X2X 1.5m=238500mm2;由此可见，在上述两 种情况下，体积相同的硅材料制作成片状硅芯，其表面积比棒状硅芯增大 了 500多倍。由于在反应原料的浓度保持不变的情况下，硅的沉积速度主要取决于 硅棒的表面积，因此本发明大幅度提高了硅的沉积速度，节约了生产时间， 提高了生产效率。
图l:现有技术中还原炉炉体剖面图。图2:本发明还原炉中硅芯的横截面形状示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明多晶硅的生产方法及其装置。 实施例11) 制作硅芯将硅芯制作成薄片，其横截面为扁平形(见图2a)。2) 将硅芯连接在还原炉底板的电极上，用12kV的电压对电极通电击 穿硅芯使硅芯通电加热至IIO(TC，通过进料口通入纯化的SiHCl3气体和H2气体，SiHCl3被H2还原，所得到的硅在片状硅芯的表面上沉积而生成么曰t;土 多曰日ftt 。实施例21) 制作硅芯将硅芯制作成薄片，其横截面为圆弧形(见图2b)。2) 将硅芯连接在还原炉底板的电极上，用12kV的电压对电极通电击 穿硅芯使硅芯通电加热至IIO(TC，通过进料口通入纯化的SiHCl3气体和H2气体，SiHCl3被H2还原，所得到的硅在片状硅芯的表面上沉积而生成汔曰；p土 多日日fl土 。实施例31) 制作硅芯将硅芯制作成管状，其横截面为封闭的圆环形(见图2j)。2) 将硅芯连接在还原炉底板的电极上，用12kV的电压对电极通电击 穿硅芯使硅芯通电加热至1100°C，通过进料口通入纯化的SiHCl3气体和 H2气体，SiHCl3被H2还原，所得到的硅在管状硅芯的表面及内表面上沉 积而生成多晶硅。实施例41) 制作硅芯将硅芯制作成横截面为"王"字型的片状(见图2f)。2) 将硅芯连接在还原炉底板的电极上，用12kV的电压对电极通电击 穿硅芯使硅芯通电加热至IIO(TC，通过进料口通入纯化的SiHCl3气体和 H2气体，SiHCl3被H2还原，所得到的硅在"王"字型片状硅芯的表面上 沉积而生成多晶硅。
权利要求
1.一种多晶硅的生产方法，在还原炉中用电加热硅棒，使SiHCl3在H2气氛中还原，所得到的硅在硅芯的表面上沉积而生成多晶硅，其特征在于增大硅芯的表面积。
2. —种i产多晶硅的还原炉，包括炉罩、底盘、进料管、出料管、电极 和硅芯，该还原炉是密闭的，进料口、出料口和电极安装在底盘上， 硅芯连接在电极上，其特征在于，所述的硅芯的表面积大于圆柱体的 表面积。
3. 根据权利要求2所述的生产多晶硅的还原炉，其特征在于所述的硅芯是 片状的。
4. 根据权利要求3所述的生产多晶硅的还原炉，其特征在于，所述片状硅 芯的横截面为扁平形、弧线形、工字形或锯齿形。
5. 根据权利要求2所述的生产多晶硅的还原炉，其特征在于，所述的硅芯 是管状的。
6. 根据权利要求5所述的生产多晶硅的还原炉，其特征在于，所述管状硅 芯的横截面为封闭或不封闭的环形。
7. 根据权利要求2所述的生产多晶硅的还原炉，其特征在于，所述的硅芯 是不规则形状的薄层。
8. 根据权利要求2所述的生产多晶硅的还原炉，其特征在于所述的硅芯的 厚度是均匀的或者不均匀的。
全文摘要
本发明提供了一种多晶硅的生产方法及装置，在还原炉内用电加热硅芯，使SiHCl<sub>3</sub>在H<sub>2</sub>气氛中还原，所得到的硅在硅芯的表面上沉积而生成多晶硅，本发明采用增大硅芯表面积的方法来提高生产多晶硅的速度。根据上述多晶硅的生产方法，本发明还提供了一种生产多晶硅的还原炉，包括炉罩、底板、进料口、出料口和硅芯，该还原炉是密闭的，进料口、出料口和电极安装在底板上，硅芯连接在电极上，其中所述的硅芯是片状的。在本发明的生产方法及装置中，将现有技术中的圆形硅棒改进为片状或管状或任意不规则薄层状的硅芯，增加了硅芯的表面积。由于在反应原料的浓度保持不变的情况下，硅的沉积速度主要取决于硅棒的表面积，因此本发明大幅度提高了硅的沉积速度，节约了生产时间，提高了生产效率。
文档编号C01B33/03GK101323449SQ20081004024
公开日2008年12月17日 申请日期2008年7月4日 优先权日2008年7月4日
发明者袁建中 申请人:上海通用硅晶体材料有限公司