專利名稱：多晶硅氫氣氣氛下還原爐啟動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多晶硅的還原技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及多晶硅的氫氣 氣氛下還原爐的啟動(dòng) 方法。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)大部分多晶硅還原爐的啟動(dòng)是在氮?dú)鈿夥障潞婵締?dòng)，這種啟動(dòng)方式安 全系數(shù)高，但是啟爐的成功率較低、啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，最大的缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生氧化夾層出多晶
娃廢品。德國(guó)MSA公司提供的在氮?dú)鈿夥障聠?dòng)，通過預(yù)加熱器鹵素?zé)舻臒崃堪压栊緭?穿，然后倒入后續(xù)電氣設(shè)備后再把預(yù)加熱器取出，操作過程復(fù)雜，不易控制。國(guó)內(nèi)有企業(yè)利用高壓在氫氣氣氛下采用三相擊穿的方式，但是需要增加過多的額 外設(shè)備，增加了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有多晶硅氫氣氣氛下還原爐啟動(dòng)方法存在的操作過程復(fù) 雜、不易控制或成本較高的問題，提供一種改進(jìn)的多晶硅還原爐啟動(dòng)方法，采用擊穿兩相烘 烤一相的方式，相比三相擊穿成本更低，相比預(yù)加熱器擊穿的方式，縮短啟爐時(shí)間，提高啟 爐成功率。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) 多晶硅氫氣氣氛下還原爐啟動(dòng)方法包括
將三組多晶硅排布成內(nèi)外兩個(gè)環(huán)形，將其中兩組多晶硅分別接入一相電源，高壓擊穿 此兩組多晶硅，再以此擊穿后兩組多晶硅的熱量烘烤另一組多晶硅，完成氫氣還原爐的啟 動(dòng)。更具體而言，分布成內(nèi)外兩個(gè)環(huán)形的三組多晶硅中，內(nèi)環(huán)的一組多晶硅接入一相 電源，外環(huán)的一半為另一組多晶硅接入另一相電源。一個(gè)實(shí)施方式是，所述接入電源的每組多晶硅中，分為第一和第二兩部分，在擊穿 過程中，先短接第一部分多晶硅，擊穿第二部分多晶硅后再將第一部分多晶硅接入電源繼 續(xù)通電高壓擊穿。一個(gè)實(shí)施方式是，所述啟動(dòng)方法中，在通電高壓擊穿多晶硅之前，在還原爐內(nèi)按內(nèi) 外兩個(gè)環(huán)形裝入多晶硅的硅芯后密封，充入氫氣到0. 04Mpa-0. IMpa，控制爐筒內(nèi)的水溫在 80-120°C。一個(gè)實(shí)施方式是，所述每組多晶硅的分部擊穿通過如下方法實(shí)現(xiàn)所述內(nèi)環(huán)的一 組多晶硅芯串聯(lián)后耦接于一相電源的輸出兩端，中間硅芯的連接端與此相電源的一個(gè)輸出 端之間連接有第一開關(guān)；所述外環(huán)一半的一組多晶硅芯串聯(lián)后耦接于另一相電源的輸出兩 端，中間硅芯的連接端與該相電源的一個(gè)輸出端之間連接有第二開關(guān)；
合上第一開關(guān)、第二開關(guān)，先進(jìn)行兩相的每相中一部分硅芯組的高壓擊穿操作；再斷開第一開關(guān)、第二開關(guān)，進(jìn)行兩相的每相中另一部分硅芯組的高壓擊穿操作。所述啟動(dòng)方法的過程中，爐內(nèi)總有一相電源連接的硅芯是擊穿狀態(tài)。
所述多晶硅的硅芯直徑在7_12mm之間，硅芯長(zhǎng)度小于或等于2. 8m。本發(fā)明采用上述方法，先擊穿兩相再烘烤另一相，可以減少設(shè)備投入，達(dá)到快速啟 動(dòng)的目前，而且采用一相電源耦接內(nèi)環(huán)硅芯組，另一相電源耦接半個(gè)外環(huán)的硅芯組，通過開 關(guān)的切換，先接通內(nèi)環(huán)和半個(gè)外環(huán)的硅芯組，使兩者高壓擊穿，再利用兩者擊穿后的熱量烘 烤另半個(gè)外環(huán)的硅芯組，加熱功率達(dá)到要求，可大幅縮短啟爐時(shí)間，短時(shí)間擊穿啟爐可以提 高啟爐的成功率；另外通過第一開關(guān)、第二開關(guān)的切換方式，在內(nèi)環(huán)或其中半個(gè)外環(huán)的硅芯 在通電過程中，接通第一開關(guān)或第二開關(guān)，可以使兩對(duì)硅芯先承受相對(duì)更高的電壓而加速 擊穿，擊穿后再進(jìn)行四對(duì)擊穿(此時(shí)因其中兩對(duì)擊穿，電阻較小，另兩對(duì)承受了更高的電壓， 可以更快地?fù)舸?，從而進(jìn)一步縮短啟爐時(shí)間。


圖1-圖2是本發(fā)明采用的電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明中硅芯組排布示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明的多晶硅還原爐啟動(dòng)方法，主要是將分別由多對(duì)硅芯構(gòu)成的多組多晶硅排 布成圖2所示的內(nèi)外兩個(gè)環(huán)形，其中內(nèi)環(huán)接入一相電源，外環(huán)的一半接入另一相電源，通過 這兩相電源擊穿此兩組多晶硅，再以此擊穿后的多晶硅烘烤外環(huán)另一半的多晶硅。為了實(shí)現(xiàn)此方法，采用圖1的電路結(jié)構(gòu)。氫氣氣氛下的還原爐啟動(dòng)電路包括圖1、圖2中所示的上、下兩個(gè)高壓變壓器，而 多組硅芯如圖3所示排布成內(nèi)、外兩個(gè)環(huán)形；圖1中的高壓變壓器耦接半個(gè)外環(huán)的硅芯組， 圖2中的高壓變壓器耦接內(nèi)環(huán)的硅芯組。如圖1、圖2所示，由于上、下高壓變壓器及其耦接的硅芯組結(jié)構(gòu)基本相同，下面先 以上面的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖1中，上面的高壓變壓器接入380V交流電，通過連接在101、102兩個(gè)端點(diǎn)的K0、 Kl做主開關(guān)，端點(diǎn)103、104之間連接有電壓表VI，105端連接有電流表Al，端點(diǎn)108、109之 間連接有電流表A2，端點(diǎn)105、107之間連接有電壓表V3，原邊繞組兩端連接有電壓表V2 ； 副邊繞組分兩組抽頭，中間共地，兩組抽頭分別從0. 5KV、0. 75KVU. 5KV、3KV、6KV五級(jí)遞 增，一組抽頭中的各級(jí)抽頭與副邊的一端通過開關(guān)K2-1、K3-1、K4-1、K5-1、K6-1連接，另一 組抽頭的各級(jí)抽頭與副邊的另一端通過開關(guān)K2-2、K3-2、K4-2、K5_2、K6-2連接，其中Kn-I 與Kn-2為同開同閉開關(guān)(η=2飛)。副邊繞組的兩端之間串聯(lián)有四對(duì)硅芯(此四對(duì)硅芯為圖 3中排布在半個(gè)外環(huán)上的硅芯，可以是上外半環(huán)或下外半環(huán)，或稱為第一外半環(huán)、第二外半 環(huán))，其中下面的兩對(duì)硅芯(圖中一個(gè)方框表示一對(duì)硅芯)并聯(lián)有第二開關(guān)Κ8/2，即中間兩對(duì) 硅芯的連接端與副邊繞組的一端之間連接有第二開關(guān)Κ8/2，各對(duì)硅芯之間的連接端及副邊 繞組的兩端分別通過開關(guān)與后續(xù)電路連接。圖1中，下面的高壓變壓器和內(nèi)環(huán)硅芯組的耦接與上面的高壓變壓器和上外半環(huán)硅芯組的耦接相同，其中下面兩對(duì)硅芯并聯(lián)有第一開關(guān)K8/1。一個(gè)實(shí)施例中，第一開關(guān)K8/1和第二開關(guān)K8/2為同開同閉的雙聯(lián)開關(guān)。采用上面的啟動(dòng)電路來啟動(dòng)還原爐的步驟是
1、還原爐內(nèi)裝上硅芯后密封，充入氫氣到0.04Mpa-0. IMpa ；
2、爐筒水溫要求控制在80-120度；
3、斷開圖1、圖2中最右邊的開關(guān)，使硅芯組與后續(xù)電路隔離，合上第一開關(guān)K8/1、第 二開關(guān)K8/2，先進(jìn)行兩相的每相中兩對(duì)硅芯組的高壓擊穿操作；
4、通過倒級(jí)開關(guān)Κη-1、Κη-2(η依次從η到6)倒級(jí)，把電流穩(wěn)定在20Α-80Α后倒入中 壓調(diào)功柜 ；
5、斷開第一開關(guān)Κ8/1、第二開關(guān)Κ8/2，進(jìn)行兩相的每相中四對(duì)硅芯組的高壓擊穿操 作，同樣通過倒級(jí)開關(guān)倒級(jí)開關(guān)Κη-1、Κη-2倒級(jí)，把電流穩(wěn)定在60Α-80Α后，倒入中壓調(diào)功 柜進(jìn)行正常的工藝規(guī)定操作。另一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)實(shí)際工況，還可以在內(nèi)環(huán)硅芯組的上面兩對(duì)硅芯的連接端 與副邊繞組的另一端連接第三開關(guān)Κ9，這樣，可以通過第三開關(guān)Κ9的接通進(jìn)一步加大單對(duì) 硅芯組的兩端電壓，使之加速擊穿。上述各實(shí)施例中，結(jié)合生產(chǎn)效果，為降低生產(chǎn)成本問題，根據(jù)電阻公式 Λ =-I,P為電阻率，I為長(zhǎng)度，《為橫截面積，可以選硅芯直徑7-12mm，長(zhǎng)度小于2. 8m。本發(fā)明的上述各實(shí)施例，不用擊穿三相硅芯組，只擊穿兩相，減少了設(shè)備投入和成 本。比如，同時(shí)使用硅芯直徑10mm，長(zhǎng)度2. 5m，當(dāng)兩相擊穿后，兩相硅棒電流都可以 升到90A，電壓在600V左右(并聯(lián)模式)，總功率216KW左右。而如果只擊穿一相，那么總 功率108KW，按照電氣的設(shè)計(jì)要求，加熱功率在50KW時(shí)可以擊穿。則實(shí)際情況要100KW， 但是使用過的還原爐內(nèi)壁拋光度下降使得爐內(nèi)熱量會(huì)損失15% 30%，也就是說實(shí)際只有 108X70%=75KW<108KW，因此擊穿時(shí)間要加長(zhǎng)。而采用兩相擊穿后烘烤一相，加熱功率明顯足夠，可以縮短啟爐時(shí)間，短時(shí)間內(nèi)擊 穿啟爐可以提高啟爐的成功率。另外，成功啟動(dòng)一爐多晶硅可節(jié)約生產(chǎn)成本5 10%以上。
權(quán)利要求
多晶硅氫氣氣氛下還原爐啟動(dòng)方法，其特征在于，包括將三組多晶硅排布成內(nèi)外兩個(gè)環(huán)形，將其中兩組多晶硅分別接入一相電源，高壓擊穿此兩組多晶硅，再以此擊穿后兩組多晶硅的熱量烘烤另一組多晶硅，完成氫氣還原爐的啟動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述多晶硅氫氣氣氛下還原爐啟動(dòng)方法，其特征在于，分布成內(nèi)外兩 個(gè)環(huán)形的三組多晶硅中，內(nèi)環(huán)的一組多晶硅接入一相電源，外環(huán)的一半為另一組多晶硅接 入另一相電源。
3.如權(quán)利要求2所述多晶硅氫氣氣氛下還原爐啟動(dòng)方法，其特征在于，所述接入電源 的每組多晶硅中，分為第一和第二兩部分，在擊穿過程中，先短接第一部分多晶硅，擊穿第 二部分多晶硅后再將第一部分多晶硅接入電源繼續(xù)通電高壓擊穿。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述多晶硅氫氣氣氛下還原爐啟動(dòng)方法，其特征在于，所述啟 動(dòng)方法中，在通電高壓擊穿多晶硅之前，在還原爐內(nèi)按內(nèi)外兩個(gè)環(huán)形裝入多晶硅的硅芯后 密封，充入氫氣到0. 04Mpa-0. IMpa，控制爐筒內(nèi)的水溫在80_120°C。
5.如權(quán)利要求3所述多晶硅氫氣氣氛下還原爐啟動(dòng)方法，其特征在于，所述每組多晶 硅的分部擊穿通過如下方法實(shí)現(xiàn)所述內(nèi)環(huán)的一組多晶硅芯串聯(lián)后耦接于一相電源的輸出 兩端，中間硅芯的連接端與此相電源的一個(gè)輸出端之間連接有第一開關(guān)；所述外環(huán)一半的 一組多晶硅芯串聯(lián)后耦接于另一相電源的輸出兩端，中間硅芯的連接端與該相電源的一個(gè) 輸出端之間連接有第二開關(guān)；合上第一開關(guān)、第二開關(guān)，先進(jìn)行兩相的每相中一部分硅芯組的高壓擊穿操作；再斷開第一開關(guān)、第二開關(guān)，進(jìn)行兩相的每相中另一部分硅芯組的高壓擊穿操作。
6.如權(quán)利要求4所述多晶硅氫氣氣氛下還原爐啟動(dòng)方法，其特征在于，所述啟動(dòng)方法 的過程中，爐內(nèi)總有一相電源連接的硅芯是擊穿狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求4所述多晶硅氫氣氣氛下還原爐啟動(dòng)方法，其特征在于，所述多晶硅的 硅芯直徑在7-12mm之間，硅芯長(zhǎng)度小于或等于2. 8m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多晶硅還原爐啟動(dòng)方法，涉及多晶硅的氫氣氣氛下還原爐的啟動(dòng)方法，目的是解決現(xiàn)有多晶硅氫氣氣氛下還原爐啟動(dòng)方法存在的操作過程復(fù)雜、不易控制或成本較高的問題，主要是將分別由多對(duì)硅芯構(gòu)成的多組多晶硅排布成內(nèi)外兩個(gè)環(huán)形，其中內(nèi)環(huán)接入一相電源，外環(huán)的一半接入另一相電源，通過這兩相電源擊穿此兩組多晶硅，再以此擊穿后的多晶硅烘烤外環(huán)另一半的多晶硅。
文檔編號(hào)C30B29/06GK101863475SQ20101023231
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者殷沛光, 翟貴林, 胡樂沙, 趙仕明, 陳強(qiáng), 雷建明 申請(qǐng)人:峨嵋半導(dǎo)體材料研究所