CN101775643A

CN101775643A - 一种整体“u”形硅芯的生产工艺

Info

Publication number: CN101775643A
Application number: CN200910227779A
Authority: CN
Inventors: 刘朝轩
Original assignee: 刘朝轩
Current assignee: Luoyang Jinnuo Mechanical Engineering Co Ltd
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2029-12-23
Also published as: CN101775643B

Abstract

一种整体“U”形硅芯的生产工艺，涉及硅芯拉制技术领域，具体包括以下步骤；将硅芯制成整体“U”形籽晶，将整体“U”形籽晶用上轴升降系统卡紧；将原料棒放置在下轴升降系统的料盘座上，原料棒接近高频加热线圈，操控高频加热线圈，加热原料棒端部；整体“U”形籽晶下降，其竖直段穿过高频加热线圈内孔，插入原料棒的熔区；整体“U”形籽晶缓缓上升，整体“U”形籽晶的两个籽晶头分别引导原料棒头部的熔态硅在籽晶端部结晶，在整体“U”形籽晶两头部持续拉制成硅芯；硅芯拉制到规定长度后，停炉，取出整体“U”形硅芯；采用本工艺拉制出的整体“U”形硅芯，有效降低了还原炉的设计、制造的复杂程度，降低多晶硅生产的单位能耗。

Description

一种整体“U”形硅芯的生产工艺

技术领域

本发明涉及硅芯拉制技术领域，尤其是涉及一种利用整体“U”形籽晶的籽晶头引导熔态硅在籽晶端部结晶，通过控制整体“U”形籽晶、原料棒的运动，最终直接拉制成整体“U”形硅芯的生产工艺。

背景技术

目前，在西门子法生产多晶硅的过程中普片采用的是搭接硅芯技术，它应用于多晶硅生产的一个环节——还原反应过程；还原反应是在一个密闭的还原炉中进行的，在装炉前先在还原炉内用多个硅芯搭接成若干个闭合回路，行话称为“搭桥”，每一个闭合回路的两个竖硅芯分别接在炉底上的两个电极上，两个电极分别接直流电源的正负极，一组搭接好的硅芯相当于一个大电阻，从而对硅芯进行加热，向密闭的还原炉内通入氢气和三氯氢硅，进行还原反应，这样，所需的多晶硅就会在硅芯表面生成。

如图1所示，每个闭合回路均由竖硅芯a(1)、横硅芯(2)、竖硅芯b(3)组成，其中图1显示的是横硅芯(2)搭接在竖硅芯a(1)、竖硅芯b(3)的“V”形口上，横硅芯(2)也可以搭接在竖硅芯a(1)、竖硅芯b(3)的“U”形口上。然而，不管采用哪种搭接技术都存在以下两种缺陷：1、搭接处接触面太小，造成搭接处接触不好电阻较大，还原反应时在此处得到的多晶硅质量较差，行话称为“拐弯料”；2、还原反应过程中，硅芯前后方向可以由U形或V形槽定位，但硅芯左右方向却无法定位，这样，在还原过程中容易造成硅芯倒伏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通过整体“U”形籽晶的竖直段结晶熔融态原料棒，直接拉制成整体“U”形硅芯的生产工艺，无需再次搭接单根硅芯，简化了工艺、提高了效率、节省生产成本，同时提升了产品质量。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种整体“U”形硅芯的生产工艺，具体包括以下步骤：

a)、将硅芯制成整体“U”形籽晶，具体见专利(1、一种整体“U”形硅芯结构，申请号为：200910066299；2、一种硅芯弯曲设备及其硅芯弯曲方法，申请号为：200910066297)记载内容；

b)、在一个密闭的保护气体环境中的硅芯炉内，将至少一根整体“U”形籽晶用上轴升降系统卡紧；所述整体“U”形籽晶即为专利(1、一种整体“U”形硅芯结构，申请号为：200910066299；2、一种硅芯弯曲设备及其硅芯弯曲方法，申请号为：200910066297)记载的，即整体“U”形籽晶仅为整体“U”形硅芯的两竖直段硅芯较短的形式；

c)、将原料棒放置在下轴升降系统的料盘座上，高频加热线圈下部；

d)、通过控制硅芯炉的下轴升降系统使原料棒接近高频加热线圈，以靠近高频加热线圈且不接触为上限；

e)、对高频加热线圈通高频电，加热原料棒上端部，使其形成熔区；

f)、控制上轴升降系统带动整体“U”形籽晶下降，使整体“U”形籽晶的竖直段穿过高频加热线圈内孔，插入原料棒的熔区；使籽晶端头熔融与原料棒端部熔区形成一体；

g)、通过控制上轴升降系统和下轴升降系统协调运动；使整体“U”形籽晶缓缓上升，整体“U”形籽晶的两个籽晶头分别引导原料棒头部的熔态硅在籽晶端部结晶，在整体“U”形籽晶两头部持续结晶拉制成硅芯；

h)、待硅芯拉制到规定长度后，停炉，从炉中取出整体“U”形硅芯。

所述的整体“U”形硅芯的生产工艺中的保护气体为氢气、氩气等。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

可以直接将本工艺方法拉制出的整体“U”形硅芯倒置在还原炉内，并将整体“U”形硅芯的两个端头接在还原炉的电极上，整个硅芯的电阻是均匀的，可使还原生产出的多晶硅的一级品率大大提高，同时可有效避免还原生产过程中的硅芯倒伏现象；通过采用本工艺方法拉制出的整体“U”形硅芯，有效降低了还原炉的设计、制造的复杂程度，降低多晶硅生产的单位能耗。

附图说明

图1为三根硅芯“V”形口搭接的硅芯桥的结构示意图；

图2为本发明的整体“U”形籽晶结构示意图；

图3为本发明的整体“U”形硅芯结构示意图；

图4为本发明的一根整体“U”形硅芯拉制状态示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为本发明的两根整体“U”形硅芯拉制状态示意图；

图7为本发明的整体“U”形籽晶另一种结构示意图；

图8为本发明的整体“U”形籽晶第三种结构示意图；

图9为本发明的整体“U”形籽晶第四种结构示意图；

图中：1、竖硅芯a；2、横硅芯；3、“V”形坡口；4、竖硅芯b；5、整体“U”形籽晶；6、整体“U”形硅芯；7、上轴升降系统；8、高频加热线圈；9、原料棒；10、下轴升降系统；11、双目高频加热线圈。

具体实施方式

参考下面的实施例，可以更详细地解释本发明；但是，需说明的是，本发明并不局限于下述实施例，只要通过整体“U”形籽晶，直接拉制成整体“U”形硅芯的工艺，均在本发明的保护范围之内。

实施例1：

如图4、图5所示，当在硅芯炉内拉制一根整体“U”形硅芯时，具体包括以下步骤；

a)、如图2所示，将硅芯制成一根整体“U”形籽晶5，具体见专利(1、一种整体“U”形硅芯结构，申请号为：200910066299；2、一种硅芯弯曲设备及其硅芯弯曲方法，申请号为：200910066297)记载内容；

b)、在一个密闭的氩气环境中的硅芯炉内，将一根整体“U”形籽晶5用上轴升降系统7卡紧；所述整体“U”形籽晶5即为专利(1、一种整体“U”形硅芯结构，申请号为：200910066299；2、一种硅芯弯曲设备及其硅芯弯曲方法，申请号为：200910066297)记载的，即整体“U”形籽晶5为整体“U”形硅芯6的两竖直段硅芯较短的形式；

c)、将两根原料棒9分别放置在下轴升降系统10的两个料盘座上，其中两根原料棒9分别置于两个高频加热线圈8的下部；

d)、通过控制硅芯炉的下轴升降系统10使两根原料棒9接近高频加热线圈8，以靠近高频加热线圈8且不接触为上限；

e)、对高频加热线圈8通高频电，加热原料棒9上端部，使其形成熔区；

f)、控制上轴升降系统7带动整体“U”形籽晶5下降，使整体“U”形籽晶5的两个竖直段分别穿过两个高频加热线圈8的内孔，并插入原料棒9的熔区；需注意的是，整体“U”形籽晶5下降时，不允许与高频加热线圈8发生接触引起打火现象；籽晶端头熔融与原料棒端部熔区形成一体；

g)、通过控制上轴升降系统7和下轴升降系统10协调运动；使整体“U”形籽晶5缓缓上升，整体“U”形籽晶5的两个籽晶头分别引导两个原料棒9头部的熔态硅在籽晶端部结晶，在整体“U”形籽晶5两头部持续结晶制成硅芯；

h)、待硅芯拉制到规定长度后，停炉，从炉中取出结晶后的整体“U”形硅芯6，如图3所示。

实施例2：

如图6所示，当在硅芯炉内拉制两根整体“U”形硅芯时，具体包括以下步骤；

a)、如图2所示，将硅芯制成两根整体“U”形籽晶5，具体见专利(1、一种整体“U”形硅芯结构，申请号为：200910066299；2、一种硅芯弯曲设备及其硅芯弯曲方法，申请号为：200910066297)记载内容；

b)、在一个密闭的氢气环境中的硅芯炉内，将两根整体“U”形籽晶5分别用上轴升降系统7卡紧；所述整体“U”形籽晶5即为专利(1、一种整体“U”形硅芯结构，申请号为：200910066299；2、一种硅芯弯曲设备及其硅芯弯曲方法，申请号为：200910066297)记载的，即整体“U”形籽晶5仅为整体“U”形硅芯6的两竖直段硅芯较短的形式；

c)、将两根原料棒9放置在下轴升降系统7的料盘座上，其中两根原料棒9分别置于两个双目高频加热线圈11的下部，具体见专利(1、可同时生产两根硅芯及其它晶体材料的高频线圈，专利号为：200810182000.2)记载内容；

d)、通过控制硅芯炉的下轴升降系统10使原料棒9分别接近两个双目高频加热线圈11，以靠近两个双目高频加热线圈11且不接触为上限；

e)、分别对两个双目高频加热线圈11通高频电，加热两根原料棒9上端部，使其形成熔区；

f)、控制上轴升降系统7带动两根整体“U”形籽晶5下降，使每根整体“U”形籽晶5的两个竖直段分别穿过双目两个高频加热线圈11对应的两个内孔，并插入原料棒9的熔区；籽晶端头熔融与原料棒端部熔区形成一体；

g)、通过控制上轴升降系统7和下轴升降系统10协调运动；使两根整体“U”形籽晶5缓缓上升，每根整体“U”形籽晶5的两个籽晶头分别引导一个原料棒9头部的熔态硅在籽晶端部结晶，在整体“U”形籽晶5两头部持续结晶制成硅芯；

Claims

1.一种整体“U”形硅芯的生产工艺，其特征是：所述生产工艺具体包括以下步骤；

a)、将硅芯制成整体“U”形籽晶(5)；

b)、在一个密闭的保护气体环境中的硅芯炉内，将至少一根整体“U”形籽晶(5)用上轴升降系统(7)卡紧；

c)、将原料棒(9)放置在下轴升降系统(10)的料盘座上，高频加热线圈(8)下部；

d)、通过控制硅芯炉的下轴升降系统(10)使原料棒(9)接近高频加热线圈(8)，以靠近高频加热线圈(8)且不接触为上限；

e)、对高频加热线圈(8)通入高频电，加热原料棒(9)上端部，使其形成熔区；

f)、控制上轴升降系统(7)带动整体“U”形籽晶(5)下降，使整体“U”形籽晶(5)的竖直段穿过高频加热线圈(8)内孔，插入原料棒(9)的熔区；籽晶端头熔融与原料棒端部熔区形成一体；

g)、通过控制上轴升降系统(7)和下轴升降系统(10)协调运动；使整体“U”形籽晶(5)缓缓上升，整体“U”形籽晶(5)的两个籽晶头分别引导原料棒头部的熔态硅在籽晶端部结晶，在整体“U”形籽晶(5)两头部持续拉制成硅芯；

h)、待硅芯拉制到规定长度后，停炉，从炉中取出结晶后的整体“U”形硅芯(6)。

2.根据权利要求1所述的整体“U”形硅芯的生产工艺，同时拉制两根及其以上整体“U”形硅芯(6)均在本发明权利要求之内，如图6所示。

3.根据权利要求1所述的整体“U”形籽晶(5)不仅只是图2一种形式，如图7所示，本发明给出整体“U”形籽晶(5)的结构为两个圆弧三个直线段的形式；如图8所示，本发明给出整体“U”形籽晶(5)的结构为三个圆弧四个直线段的形式；如图9所示，本发明给出整体“U”形籽晶(5)的结构为四个圆弧五个直线段的形式；这说明本发明可以产生出多种变化，由于变化较多，本发明并不在此一一详述；整体“U”形籽晶(5)的特征为：整体“U”形籽晶(5)至少有两个直线段，两直线段之间至少有一个圆弧，且直线和圆弧为一体结构。