多晶硅棒倒炉分析

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1、多晶硅还原炉倒棒原因1引言多晶硅是制造集成电路衬底、太阳能电池等产品的主要原料。多晶硅可以用于制备单晶硅，其深加工产品广泛用于半导体工业中，作为人工智能、自动控制、信息处理、光硅转换等器件的基础材料。同时，由于能源危机和环境保护的要求，全球正积极开发利用可再生能源。太阳能因其清洁、安全、资源丰富，是可再生能源中最引人关注的。利用太阳能的一种主要方法就是通过光电压效应将太阳能转化为电能，硅太阳能电池即是基于光电压效应的装置，由于半导体工业和太阳能电池的发展，高纯度多晶硅的需求不断增加。目前国际上多晶硅生产工艺主要有改良西门子法

2、和硅烷法，其中70％以上采用改良西门子法。改良西门子法能兼容电子级和太阳能级多晶硅的生产，以技术成熟、适合产业化生产等特点，是目前多晶硅生产普遍采用的首选工艺。西门子法通过气相沉积法生产柱状多晶硅，为提高原料利用率和环境友好,改良西门子法在西门子法的基础上采用了闭环式生产工艺，该工艺将工业硅合成SiHCl3，再让SiHCl3在H2气氛下在还原炉中还原沉积得到多晶硅，多晶硅还原炉排出的尾气H2、SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4和HCl经过分离后再循环利用。国内多晶硅生产基本都实现了闭环工艺，生产多晶硅的能耗和成本大幅度

3、降低[2]，促使多晶硅迅速火爆发展起来。2 多晶硅还原炉多晶硅还原炉是西门子法生产多晶硅的核心设备之一，其基本结构如图1所示。多晶硅还原炉由底盘、混合气体进气管、混合尾气出气管、炉体冷却水进水管。炉体冷却水出水管、钟罩式双层炉体、电极、视镜孔、底盘冷却水进水管、底盘冷却水出水管、电极冷却水进水管、电极冷却水出水管（另外视孔一般还有冷却水设备，因为视孔一般是石英玻璃也需要冷却，还有一根视孔氢的管道吹扫视孔不然SI也要沉积在上面影响视镜的功能）以及其他附属部件组成，为减少设备材质对产品的污染，还原炉体采用306L不锈钢材料制成，

4、每对还原电极分正、负极均匀设置在底盘上，混合气体进气管分为多个喷口均匀设置在底盘上，混合气体尾气的出气口设置在底盘中心位置。多晶硅还原炉内部所发生的反应主要是：一定比例的氢气和高纯三氯氢硅气体在特定压力下通入多晶硅还原炉内，在直径为3~5mm、长度2.0~2.8m的导电硅棒上进行气相沉积反应生成多晶硅，还原电极温度(电极温度一般只有35-45℃，炉体中间的电极一般要高一点，一般我们是通过在视镜外面安装一个红外线测温仪，测硅棒的温度，在1000-1100度左右，这个温度就是反应温度，如果工艺控制不好视镜有时候会花掉，就可以根据

5、炉内硅棒的颜色来判断反应的温度)控制在1000~1100℃，经过一定时间后，生成直径约200mm(应该没有这么粗，我们一般110-150，200的话一根2.5m的硅棒可能有400-500公斤，取的时候不安全)左右、长度2.5m左右的多晶硅硅棒，在反应同时生成四氯化硅（STC）、二氯二氢硅（DOC，一般我们叫DCS）、氯化氢等副产物。3 多晶硅的倒棒及其危害多晶硅倒棒，工业生产中称为还原炉的倒炉，是指在还原炉内硅芯表面进行气相CVD沉积反应的生产过程至预期直径的产品硅棒出炉的这个操作过程中，硅芯缓慢的发生倾斜并在炉内最终倒塌这

6、一生产现象。多晶硅还原炉生产中发生倒棒现象是多晶硅生产企业所不愿看见的，特别是大型还原炉（18对棒/24对棒），还原炉的倒棒将会造成一系列的危害。还原炉发生倒棒现象将会导致没有完成一个完整的生产周期时间，硅棒没有长至预期的规格（150mm左右）而被迫强制进行停炉过程操作，继而重新安装硅芯进行下一炉的生产，在此过程中将造成企业的实际产量降低，设备受损及增加操作工人的劳动强度等，操作中发生的倒棒如下图2所示。若还原炉倒棒发生在硅棒沉积的开始阶段，因为在硅棒增长前期，硅棒的沉积生长较为缓慢，而后期硅棒增长较快，此时倒棒使得必须按照

7、停车步骤使得整个还原炉系统停车后，待炉内达到开炉条件状况下操作工人进行拆炉，拆卸并重新安装硅芯，进行下一个生产周期的操作。这将导致生产过程中降低有效的生产时间，使得企业的实际产量降低，造成现场操作工人繁重的劳动和很大的经济损失。若倒棒发生在后期即将停炉阶段，炉内的倒棒可能导致较为严重的后果，此时硅棒直径较大，在炉内的倒塌使得炽热的硅棒在侧倒过程中砸向钟罩炉子内壁，使得炉子的内壁遭到严重破坏，同时还可能使得炉子的电极受到外力的破坏，更换电极工作量非常大，需要耗费大量的人力物力，而且会耽误大量的工作时间，进而导致巨大的经济损失，

8、甚至有可能造成意外的事故及人身伤害。因此非常有必要对实际生产过程中还原炉生产过程中发生的倒棒现象进行总结分析，从而降低甚至避免这一现象的发生，减少劳动强度，提高生产效率，增加经济效益。· 4 多晶硅倒棒原因分析通过对实际生产中发生的还原炉的倒棒现象进行总结分析，认为造成还原炉倒棒的主要原因