專利名稱：多晶硅還原系統(tǒng)及其還原氣體原料的進料方式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及多晶硅還原系統(tǒng)。具體來說，涉及多晶硅還原系統(tǒng)中的還原氣體原料的進料方式或提供方法。
背景技術(shù)：
多晶硅是重要的半導體原料，目前其生產(chǎn)的主流工藝為改良西門子法。多晶硅還原是改良西門子法的一個重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其原料為三氯氫硅和氫氣。多晶硅的產(chǎn)出方式為在原有硅棒表面上沉積，隨著反應的進行，在硅棒表面沉積越多，硅棒的直徑越大，三氯氫硅和氫氣的消耗量也隨直徑的增大而增大。因此，在整個多晶硅沉積過程中，三氯氫硅氣體和氫氣進氣量的變化是非常大的。由于三氯氫硅和氫氣進氣量直接影響多晶硅在硅棒上沉積的速率，故需要對二者的進氣量進行靈活控制。同時，進料混合氣中三氯氫硅與氫氣的摩爾比也會影響沉積速率，因此，如何控制三氯氫硅氣體和氫氣進氣量，以及兩種氣體的摩爾比成為影響多晶硅還原的重要環(huán)節(jié)。此外，由于多晶硅還原的重要原料三氯氫硅常溫常壓下是以液態(tài)存在，經(jīng)過精餾提純的三氯氫硅也是以液態(tài)進入多晶硅還原工序，所以，選擇一種合適的三氯氫硅液體汽化方式成為多晶硅還原的關(guān)鍵之一。目前多晶硅還原系統(tǒng)進料方式主要有三種方式，分別是鼓泡式汽化、列管式汽化以及Liebig管式汽化。鼓泡式汽化方式是利用氫氣在三氯氫硅液相中鼓泡，同時外部熱源供熱，使三氯氫硅汽化，通過氫氣的鼓泡加速三氯氫硅的蒸發(fā)，得到氫氣和三氯氫硅的混合氣。鼓泡式汽化方式的工藝流程見圖1。該方式的優(yōu)點是由于加入氫氣，使得三氯氫硅變成氣相所需的熱量大為減少，若用蒸汽加熱，則對蒸汽的壓力品質(zhì)要求不高，一般0. 2Mpa即可；同時在輸送過程中，混合中的三氯化硅不會液化，保證了后續(xù)生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定。缺點鼓泡式汽化器內(nèi)含有兩種物質(zhì)組分，為確定其配比，需要分別控制溫度和壓力兩個參數(shù)。又因其后續(xù)生產(chǎn)工藝對混合氣體配比要求較高，在不同的生長時段配比需不斷變化，用此方式汽化不利于配比的頻繁調(diào)節(jié)；由于一臺鼓泡式汽化器同時為多臺還原爐供料，若其中一臺或多臺還原爐需要變動其配比，會影響到其它還原爐，不利于整個系統(tǒng)的生產(chǎn)穩(wěn)定；并且，每臺還原爐的進氣只能測混合氣流量，溫度和壓力稍有波動，組分組成就會發(fā)生變化。列管式汽化是將液相三氯氫硅在外部熱源加熱下直接汽化?？刂破箫柡蜌怏w的壓力，以一定的流量與氫氣充分混合，形成混合氣，參見圖2。該方式的優(yōu)點在于生產(chǎn)過程中其組分配比調(diào)節(jié)十分容易。缺點需要大量熱量使液體三氯氫硅變成氣態(tài)，若用蒸汽加熱，則對蒸汽的壓力品質(zhì)要求較高，一般需0. 6Mpa方可；且再輸送過程中很容易液化。Liebig管式汽化是將三氯氫硅液體與氫氣通過流量調(diào)節(jié)控制后，進入一種混合器，然后進入Liebig管，利用熱源提供熱量使三氯氫硅液體汽化，參見圖3。該方式的優(yōu)點在于在生產(chǎn)過程中其組分配比調(diào)節(jié)十分容易。但不能保證液態(tài)三氯氫硅完全被汽化
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠靈活控制進料配比并且使進料中的三氯氫硅能夠完全汽化的多晶硅生產(chǎn)還原進料方式。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種為至少兩個多晶硅還原爐分別直接提供多晶硅還原氣體原料的方法。該方法包括利用氫氣在三氯氫硅液體中鼓泡并同時進行外部加熱使三氯氫硅液體汽化而得到氫氣和三氯氫硅的摩爾比為固定值的混合氣體；將所述混合氣體分為第一路混合氣體和第二路混合氣體；另外提供氫氣并將其加熱后分為第一路加熱氫氣和第二路加熱氫氣；將第一路加熱氫氣與第一路混合氣體混合得到氫氣和三氯氫硅的摩爾比為第一預定值的多晶硅還原氣體原料后直接通入第一多晶硅還原爐；以及將第二路加熱氫氣與第二路混合氣體混合得到氫氣和三氯氫硅的摩爾比為第二預定值的多晶硅還原氣體原料后直接通入第二多晶硅還原爐；其中所述固定值小于所述第一預定值以及所述第二預定值。在本發(fā)明的方法中，第一預定值和第二預定值通常均在3. 5 1至4.5 1之間。 優(yōu)選固定值為3 1。在本發(fā)明的方法中，第一預定值和第二預定值可以相等也可以不等。在本發(fā)明的方法中，可以通過控制混合氣體的溫度和壓力來得到氫氣和三氯氫硅的摩爾比為固定值的混合氣體。在本發(fā)明的方法中，可以通過分別控制第一路加熱氫氣的流量以及第一路混合氣體的流量來得到氫氣和三氯氫硅的摩爾比為第一預定值的多晶硅還原氣體原料；并且可以通過分別控制第二路加熱氫氣的流量以及第二路混合氣體的流量來得到氫氣和三氯氫硅的摩爾比為第二預定值的多晶硅還原氣體原料。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種多晶硅還原系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括鼓泡式汽化器；氫氣加熱器；分別與鼓泡式汽化器和氫氣加熱器相連的多個靜態(tài)混合器；以及分別與相應的靜態(tài)混合器相連的多個多晶硅還原爐。本發(fā)明的多晶硅還原系統(tǒng)還可以包括與所述多個多晶硅還原爐均相連的尾氣回收系統(tǒng)。在本發(fā)明的多晶硅還原系統(tǒng)中，靜態(tài)混合器可以分別通過相應的流量調(diào)節(jié)閥與鼓泡式汽化器和氫氣加熱器相連。本發(fā)明利用氫氣在三氯氫硅液體中鼓泡，同時外部熱源加熱，使得三氯氫硅汽化， 通過氫氣鼓泡加速三氯氫硅的蒸發(fā)，最終得到三氯氫硅和氫氣的混合氣。通過控制鼓泡式汽化器的壓力和溫度，將鼓泡式汽化器混合氣出氣控制在一個較低的配比(氫氣與三氯氫硅的摩爾比)；再由側(cè)路氫氣通過氫氣加熱器加熱后與鼓泡式汽化器混合氣出氣在靜態(tài)混合器中充分混合至較高預定配比后直接進入相應的還原爐。


圖1是現(xiàn)有的采用鼓泡式汽化方式的多晶硅生產(chǎn)還原進料的流程圖。
4
圖2是現(xiàn)有的采用列管式汽化方式的多晶硅生產(chǎn)還原進料的流程圖。圖3是現(xiàn)有的采用Liebig管式汽化方式的多晶硅生產(chǎn)還原進料的流程圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的多晶硅生產(chǎn)還原進料的流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，下面詳細描述的實施例僅用于解釋和說明本發(fā)明，并非用于對其進行任何限制。參見圖4，本發(fā)明的多晶硅還原系統(tǒng)包括鼓泡式汽化器；氫氣加熱器；分別與鼓泡式汽化器和氫氣加熱器相連的多個靜態(tài)混合器(靜態(tài)混合器A、靜態(tài)混合器...)；以及分別與相應的靜態(tài)混合器相連的多個多晶硅還原爐(還原爐A、還原爐···)。靜態(tài)混合器可以分別通過相應的流量調(diào)節(jié)閥與鼓泡式汽化器和氫氣加熱器相連。另外，本發(fā)明的多晶硅還原系統(tǒng)還可以包括與多個多晶硅還原爐均相連的尾氣回收系統(tǒng)。下面描述本發(fā)明的多晶硅還原系統(tǒng)中的進料方式。本發(fā)明可以為至少兩個多晶硅還原爐分別直接提供多晶硅還原氣體原料，從而能夠滿足各還原爐的不同工藝要求。再次參見圖4，首先，三氯氫硅液體進入鼓泡式汽化器，然后再在鼓泡式汽化器中通入氫氣，利用氫氣在三氯氫硅液體中鼓泡并同時進行外部加熱使三氯氫硅液體汽化而得到氫氣和三氯氫硅的摩爾比為固定值例如31的混合氣體?？梢酝ㄟ^控制混合氣體的溫度和壓力來得到具有上述摩爾比的混合氣體。根據(jù)還原爐的數(shù)量，混合氣體可以相應分為多路例如第一路和第二路混合氣體。然后，將另外提供的(側(cè)路)氫氣通過氫氣加熱器進行加熱后同樣相應分為多路加熱氫氣例如第一路和第二路加熱氫氣。將第一路加熱氫氣通過調(diào)節(jié)閥A調(diào)節(jié)流量后進入(第一)靜態(tài)混合器A并將第一路混合氣體通過調(diào)節(jié)閥A調(diào)節(jié)流量后也進入靜態(tài)混合器A，使得靜態(tài)混合器A中的氫氣和三氯氫硅的摩爾比為第一預定值例如4 1，然后將從靜態(tài)混合器A出來的混合氣體原料直接通入(第一)多晶硅還原爐A。同樣，將第二路加熱氫氣通過相應的調(diào)節(jié)閥(圖示為調(diào)節(jié)閥...)調(diào)節(jié)流量后進入第二靜態(tài)混合器(圖示為靜態(tài)混合器...)并將第二路混合氣體通過相應的調(diào)節(jié)閥(圖示為調(diào)節(jié)閥...)調(diào)節(jié)流量后也進入第二靜態(tài)混合器，使得第二靜態(tài)混合器中的氫氣和三氯氫硅的摩爾比為第二預定值例如4. 5 1，然后將從第二靜態(tài)混合器出來的混合氣體原料直接通入第二多晶硅還原爐(圖示為還原爐···)。當然，從各個還原爐出來的尾氣可以直接通入尾氣回收系統(tǒng)。由上可知，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1)由于將鼓泡式汽化器混合氣出氣配比已經(jīng)調(diào)到較低值，如3 1(氫氣比三氯氫硅)，三氯氫硅只占其中的25 %，則將其汽化的熱量大幅度降低，若使用蒸汽則又降低了蒸汽的壓力品質(zhì)。2)鼓泡式汽化器混合氣出氣配比已調(diào)至低值，則在后續(xù)工段中，若需要配比較高則通入側(cè)路氫氣，與混合氣在靜態(tài)混合氣中均勻混合，重新調(diào)整配后進入還原爐。如若后續(xù)工段所需配比為4 1，只需在側(cè)路氫氣管路中通入1份氫氣，則可將配比調(diào)節(jié)為4 1。
3)由于鼓泡式汽化器為溫度和壓力雙重控制出氣配比，保證了出氣的完全汽化。4)由于氫氣比熱非常大，則輸送管路損失熱量對混合氣溫度來講影響極小，因此在輸送過程中三氯氫硅氣體不易出現(xiàn)液化現(xiàn)象，保證了后續(xù)生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定。5)本發(fā)明中鼓泡式汽化器、側(cè)路氫均同時為多臺還原爐供料，可根據(jù)每爐的生產(chǎn)情況，通過混合氣調(diào)節(jié)閥、側(cè)路氫調(diào)節(jié)閥隨時調(diào)節(jié)該爐所需配比，而不影響其他還原爐。
權(quán)利要求
1.一種為至少兩個多晶硅還原爐分別直接提供多晶硅還原氣體原料的方法，包括 利用氫氣在三氯氫硅液體中鼓泡并同時進行外部加熱使三氯氫硅液體汽化而得到氫氣和三氯氫硅的摩爾比為固定值的混合氣體；將所述混合氣體分為第一路混合氣體和第二路混合氣體； 另外提供氫氣并將其加熱后分為第一路加熱氫氣和第二路加熱氫氣； 將第一路加熱氫氣與第一路混合氣體混合得到氫氣和三氯氫硅的摩爾比為第一預定值的多晶硅還原氣體原料后直接通入第一多晶硅還原爐；以及將第二路加熱氫氣與第二路混合氣體混合得到氫氣和三氯氫硅的摩爾比為第二預定值的多晶硅還原氣體原料后直接通入第二多晶硅還原爐；其中所述固定值小于所述第一預定值以及所述第二預定值。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一預定值和所述第二預定值均在3.5 1至4.5 1 之間。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述固定值為3 1。
4.權(quán)利要求1的方法，所述第一預定值和所述第二預定值相等。
5.權(quán)利要求1的方法，所述第一預定值和所述第二預定值不等。
6.權(quán)利要求1的方法，其中通過控制混合氣體的溫度和壓力來得到氫氣和三氯氫硅的摩爾比為固定值的混合氣體。
7.權(quán)利要求1的方法，其中通過分別控制第一路加熱氫氣的流量以及第一路混合氣體的流量來得到氫氣和三氯氫硅的摩爾比為第一預定值的多晶硅還原氣體原料；并且通過分別控制第二路加熱氫氣的流量以及第二路混合氣體的流量來得到氫氣和三氯氫硅的摩爾比為第二預定值的多晶硅還原氣體原料。
8.一種多晶硅還原系統(tǒng)，包括 鼓泡式汽化器；氫氣加熱器；分別與鼓泡式汽化器和氫氣加熱器相連的多個靜態(tài)混合器；以及分別與相應的靜態(tài)混合器相連的多個多晶硅還原爐。
9.權(quán)利要求8的多晶硅還原系統(tǒng)，還包括與所述多個多晶硅還原爐均相連的尾氣回收系統(tǒng)。
10.權(quán)利要求8的多晶硅還原系統(tǒng)，其中靜態(tài)混合器分別通過相應的流量調(diào)節(jié)閥與鼓泡式汽化器和氫氣加熱器相連。
全文摘要
多晶硅還原系統(tǒng)及其還原氣體原料的進料方式。該多晶硅還原系統(tǒng)包括鼓泡式汽化器；氫氣加熱器；分別與鼓泡式汽化器和氫氣加熱器相連的多個靜態(tài)混合器；以及分別與相應的靜態(tài)混合器相連的多個多晶硅還原爐。本發(fā)明利用氫氣在三氯氫硅液體中鼓泡，同時外部熱源加熱，使得三氯氫硅汽化，通過氫氣鼓泡加速三氯氫硅的蒸發(fā)，最終得到三氯氫硅和氫氣的混合氣。通過控制鼓泡式汽化器的壓力和溫度，將鼓泡式汽化器混合氣出氣控制在一個較低的配比；再由側(cè)路氫氣通過氫氣加熱器加熱后與鼓泡式汽化器混合氣出氣在靜態(tài)混合器中充分混合至較高預定配比后直接進入相應的還原爐。
文檔編號C01B33/03GK102502647SQ20111033507
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者劉占卿, 齊林喜 申請人:內(nèi)蒙古盾安光伏科技有限公司