CN103159215A - 一种空心硅芯的拉制方法 - Google Patents

Abstract

一种空心硅芯的拉制方法，包括用于融化晶体(11)的坩埚(10)和加热套(4)；用于拉制管状硅芯(3)的导模结构，所述拉制方法包括如下步骤：A、坩埚放料，B、加热坩埚融化晶体料，C、拉制管状硅芯，D、出成品；本发明所述空心硅芯在后续使用中，有效克服了现有实心方或圆硅芯直径较小的弊端，由相同重量的空心硅芯或略大于实心硅芯的空心硅芯，实现多晶棒的快速生长目的，本发明拉制硅芯的方法使用较为简单，大量节约了企业成本。

Description

一种空心硅芯的拉制方法

【技术领域】

本发明涉及一种空心硅芯，具体地说本发明涉及一种多晶硅或其它晶体材料的空心硅芯的拉制方法。

【背景技术】

已知的，在西门子法生产多晶硅的过程中硅芯搭接技术是一项非常重要的技术，它主要应用于多晶硅生产的一个环节、即还原反应过程。所述的还原反应过程的原理是：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硅芯搭接成若干个闭合回路，也就是行话中的“搭桥”；每个闭合回路都由两根竖硅芯和一根横硅芯形成“∏”字形结构；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，然后对硅芯进行加热，加热中一组搭接好的硅芯相当于一个大电阻，然后向密闭的还原炉内通入氢气和三氯氢硅，开始进行还原反应；这样，所需的多晶硅就会在硅芯表面生成。以上所述就是硅芯及其搭接技术在多晶硅生产中的应用。

在现有的西门子法生产多晶硅的过程中，由于所使用的硅芯直径通常为φ8mm左右的实心硅芯或经过线切割形成的方硅芯，搭接好的硅芯在正常还原反应过程中，生成的硅不断沉积在硅芯表面，硅芯的表面积也越来越大，反应气体分子对沉积面(硅芯表面)的碰撞机会和数量也随之增大，当单位面积的沉积速率不变时，表面积愈大则沉积的多晶硅量也愈多；因此在多晶硅生长时，还原反应时间越长，硅芯的直径越大，多晶硅的生长效率也越高，这样不仅可以大大提高生产效率，同时也降低了生产成本；但是现有的实心硅芯或方硅芯在还原中，都无法很好的克服由于搭接“实心硅芯或方硅芯”的硅芯强度较低，由此导致还原过程中所产生的硅芯倒伏现象，给生产带来不必要的麻烦和成本的增加；硅芯所述的倒伏现象是指硅芯在密闭的容器内进行生长，由于实心圆硅芯或方硅芯本身工艺所带来的后果是：

1)、实心硅芯；

实心硅芯的直径通常在8～10MM左右，由8～10MM生长至120～150MM为例，开始时生长较为缓慢，后期随着直径的加大，生长速度也随之加快；如果直接采用大直径的实心硅芯，则会造成硅芯本体的重量增加；并且在大直径实心硅芯的拉制过程中，由于要得到较大直径的硅芯，拉制速度要控制到很慢，生产效率低下；且生长过程中由于直径较大，拉直难度极高，并且每次仅可以少量的拉制，也就是拉制根数必将受到限制，对于加大直径问题现有技术中还有很多难点无法克服，同时大直径硅芯拉制所消耗的电能和保护性气体也随之增加，同时大直径硅芯还不便于后续加工和搬运；

2)、方硅芯；

目前市场上出现了线切割的方硅芯，由于是在线切割过程中，晶体受到金刚石线切割中的微震，使得成品方硅芯内出现较多肉眼难以察觉的微小裂痕，在硅芯生长通电的瞬间对于裂痕的冲击较大，使得硅芯生长过程中断裂或倒塌量大幅度增加，轻者导致该组硅芯无法生长，严重时导致停炉；那么采用大直径的硅芯进行搭接来实现多晶棒的快速生长及提高硅芯自身的强度就成了一个本领域技术人员难以克服的技术壁垒；然，对于如何加大硅芯直径也是本领域技术人员的长期诉求。

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种空心硅芯的拉制方法，本发明所述空心硅芯在后续使用中，有效克服了现有实心方或圆硅芯直径较小的弊端，由相同重量的空心硅芯或略大于实心硅芯的空心硅芯，实现多晶棒的快速生长目的，本发明拉制硅芯的方法使用较为简单，大量节约了企业成本。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种空心硅芯的拉制方法，包括用于融化晶体的坩埚和加热套；用于拉制管状硅芯的导模结构；所述用于融化晶体的坩埚和加热套，在坩埚的外部间隔设有加热套，坩埚的下部设有支撑体，模板设置在坩埚内，所述模板的模板上面设有环形槽，环形槽内设有贯通模板下部的液体晶体通路；对应模板上面环形槽的籽晶夹头上设有管状籽晶；

所述拉制方法包括如下步骤：

A、坩埚放料：

把干净的晶体料放入坩埚，所述晶体的高度不得超出模板的模板上面，将晶体料平整压实，然后将模板放置在坩埚内，所述模板的外缘面或上部面与定位机构连接，所述模板与定位机构随动；坩埚的支撑体使所述坩埚独立且不与加热套接触；

B、加热坩埚融化晶体料：

开启加热套对坩埚进行加热至坩埚内的晶体料融化，所述的晶体料融化为液体；

C、拉制管状硅芯：

仔晶夹头带着管状籽晶下降，管状籽晶的籽晶下端插入相匹配模板的环形槽中并插入环形槽内熔化的晶体料液体中，然后提升管状籽晶，坩埚内熔化的晶体料液会跟随管状籽晶上升，脱离了模板的环形槽晶体结晶形成管状硅芯；

D、出成品：

通过上述步骤晶体料液体便形成了一个新的管状硅芯体，所述管状籽晶在仔晶夹头夹带下缓慢上升，便可形成所需长度的成品管状硅芯；

E、重复上述步骤便可实现多次晶体拉制过程的管状硅芯拉制。

所述的空心硅芯的拉制方法，所述坩埚与加热套之间的间距为3～10公分。

所述的空心硅芯的拉制方法，在籽晶夹头或管状籽晶上设有间隙或通孔，由所述间隙或通孔形成提拉过程中的进气通路。

所述的空心硅芯的拉制方法，所述模板内设有环绕模板的冷却介质通道或所述模板为钨、钼、石墨中任一熔点高于晶体熔点的材质制作。

所述的空心硅芯的拉制方法，所述模板的外缘为圆形或多角形。

所述的空心硅芯的拉制方法，在模板的模板上面设置的环形槽相对的模板下面上设有环形通路，所述环形通路与环形槽之间打有多个孔，由所述孔形成液体晶体通路。

所述的空心硅芯的拉制方法，所述环形通路与环形槽之间的多个孔另一替换结构为环形通路与环形槽贯通，在环形槽下部的环形通路上设有至少两个连接环形通路外部壁和内部壁的连接点。

所述的空心硅芯的拉制方法，所述模板的模板上面设置的环形槽为至少一个。

所述的空心硅芯的拉制方法，所述模板的模板上面设置的环形槽为圆形或多角形。

所述的空心硅芯的拉制方法，模板的外缘面或上部面与定位机构连接，所述定位机构与加热套连接，加热套为具有上移或下移的动态设置。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下优越性：

本发明所述的空心硅芯的拉制方法，由于在模板上设置了环形槽，并且通过对应环形槽的上方设置了籽晶夹头，在籽晶夹头所夹持的管状籽晶由所述环形槽内牵引出的液体晶体变冷后形成所需的管状硅芯，也就是空心硅芯，所述管状硅芯在后续使用中，有效克服了现有实心方或圆硅芯直径较小的弊端，由相同重量的空心硅芯或略大于实心硅芯的空心硅芯，实现多晶棒的快速生长目的，本发明拉制硅芯的方法使用较为简单，大量节约了企业的生产成本，而且人工综合成本也相对较低，可有效的提高生产效率等优点，易于在多晶硅行业推广实施。

【附图说明】

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的模板立体结构示意图；

图3是本发明的模板结构示意图；

在图中：1、管状籽晶；2、籽晶下端；3、管状硅芯；4、加热套；5、定位机构；6、环形槽；7、液体晶体通路；8、模板；9、环形通路；10、坩埚；11、晶体；12、支撑体；13、模板上面；14、定位凹陷或凸起。

【具体实施方式】

下面结合实施例对本发明进行进一步的说明；下面的实施例并不是对于本发明的限定，仅作为支持实现本发明的方式，在本发明所公开的技术框架内的任意等同结构替换，均为本发明的保护范围；

结合附图1或2或3所述的空心硅芯的拉制方法，所述拉制方法包含设备，所述设备包含用于融化晶体11的坩埚10和加热套4；用于拉制管状硅芯3的导模结构；所述拉制管状硅芯3的导模结构主要是用于实现空心硅芯的形状；所述用于融化晶体11的坩埚10和加热套4，在坩埚10的外部间隔设有加热套4，所述坩埚10与加热套4之间的间距为3～10公分，坩埚10的下部设有支撑体12，模板8设置在坩埚10内，所述模板8的外缘为圆形或多角形，所述模板8的模板上面13设有环形槽6，环形槽6内设有贯通模板8下部的液体晶体通路7，设置液体晶体通路7的目的是为了使液体晶体顺利进入环形槽6内，进而实现空心硅芯的拉制；对应模板上面13环形槽6的籽晶夹头上设有管状籽晶1；

所述拉制方法包括如下步骤：

A、把干净的晶体11料放入坩埚10，所述晶体11的高度不得超出模板8的模板上面13，一旦晶体11的高度超出模板8的模板上面13，就无法拉制空心硅芯，将晶体料平整压实，然后将模板8放置在坩埚10内，所述模板8的外缘面或上部面与定位机构5连接，所述模板8的上端设置由定位凹陷或凸起14，所述定位凹陷或凸起14可以较好的使定位机构5与模板8连接，所述模板8与定位机构5随动；所述模板8还可以通过定位机构5与加热套4连接，通过加热套4的上下移动来实现模板8的上下移动，最终实现空心硅芯的拉制，坩埚10的支撑体12使所述坩埚独立且不与加热套4接触，不接触的原因是为了使加热器4对坩埚10产生感应加热；

B、开启加热套4对坩埚10进行加热至坩埚10内的晶体11料融化，所述的晶体11料融化为液体，应根据晶体11料的不同来设置温度；以多晶硅为例，多晶硅的晶体碎料融化温度在1800°左右，所以以1800°的融化点为宜并保持，坩埚内的晶体料融化为液体；

本发明考虑到所述模板8的耐热问题，可在模板8上设置环绕模板8的冷却介质通道，防止所述模板8融化，所述模板8或使用钨、钼、石墨中任一熔点高于晶体11熔点的材质制作；以便确保使用中，模板8不会融化进一步影响融化为液体的晶体料品质；在所述模板8的模板上面13上设置的环形槽6为至少一个，环形槽6的数量应当根据实际拉制需求设置为多个，相应的仔晶夹头和管状籽晶1的数量也可同步增加为相同数量；其中所述环形槽6还可根据工艺要求设置为为圆形或多角形。

C、仔晶夹头带着管状籽晶1下降，管状籽晶1的籽晶下端2插入相匹配模板8的环形槽6中并插入环形槽6内熔化的晶体料液体中，然后提升管状籽晶1，坩埚10内熔化的晶体11料液会跟随管状籽晶1上升，脱离了模板8的环形槽6晶体11结晶形成管状硅芯3；

本发明考虑到籽晶夹头通常采用石墨材质，当所述籽晶夹头为多块组合时，所述各部件之间必然具有间隙，由所述各部件之间的间隙形成拉制过程中的管状硅芯3和管状籽晶1中部气体流通，如所述籽晶夹头为一体结构时，可在籽晶夹头或管状籽晶1上打孔，由所述孔形成气体流通。

D、通过上述步骤晶体料液体便形成了一个新的管状硅芯3体，所述管状籽晶1在仔晶夹头夹带下缓慢上升，便可形成所需长度的成品管状硅芯3；

E、重复上述步骤便可实现多次晶体拉制过程的管状硅芯3拉制。

所述的空心硅芯的拉制方法，在模板8的模板上面13设置的环形槽6相对的模板下面上设有环形通路9，所述环形通路9与环形槽6之间打有多个孔，由所述孔形成液体晶体通路7。

所述的空心硅芯的拉制方法，所述环形通路9与环形槽6之间的多个孔另一替换结构为环形通路9与环形槽6贯通，在环形槽6下部的环形通路9上设有至少两个连接环形通路9外部壁和内部壁的连接点。

所述的空心硅芯的拉制方法，模板8的外缘面或上部面与定位机构5连接，所述定位机构5与加热套4连接，加热套4为具有上移或下移的动态设置。

本发明所述的空心硅芯的拉制方法，由于在模板8上设置了环形槽6，环形槽6可设置为圆形或多角形，并且通过对应环形槽6的上方设置了籽晶夹头，在籽晶夹头所夹持的管状籽晶1由所述环形槽6内牵引出的液体晶体变冷后形成所需的管状硅芯3，也就是空心硅芯，所述管状硅芯3在后续使用中，有效克服了现有实心方或圆硅芯直径较小的弊端，由相同重量的空心硅芯或略大于实心硅芯的空心硅芯，实现多晶棒的快速生长目的，本发明拉制硅芯的方法使用较为简单，大量节约了企业的生产成本，而且人工综合成本也相对较低，可有效的提高生产效率等优点，易于在多晶硅行业推广实施。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (10)

1.一种空心硅芯的拉制方法，包括用于融化晶体(11)的坩埚(10)和加热套(4)；用于拉制管状硅芯(3)的导模结构，其特征是：所述用于融化晶体(11)的坩埚(10)和加热套(4)，在坩埚(10)的外部间隔设有加热套(4)，坩埚(10)的下部设有支撑体(12)，模板(8)设置在坩埚(10)内，所述模板(8)的模板上面(13)设有环形槽(6)，环形槽(6)内设有贯通模板(8)下部的液体晶体通路(7)；对应模板上面(13)环形槽(6)的籽晶夹头上设有管状籽晶(1)；

所述拉制方法包括如下步骤：

A、坩埚放料：

把干净的晶体(11)料放入坩埚(10)，所述晶体(11)的高度不得超出模板(8)的模板上面(13)，将晶体料平整压实，然后将模板(8)放置在坩埚(10)内，所述模板(8)的外缘面或上部面与定位机构(5)连接，所述模板(8)与定位机构(5)随动；坩埚(10)的支撑体(12)使所述坩埚独立且不与加热套(4)接触；

B、加热坩埚融化晶体料：

开启加热套(4)对坩埚(10)进行加热至坩埚(10)内的晶体(11)料融化，所述的晶体(11)料融化为液体；

C、拉制管状硅芯：

仔晶夹头带着管状籽晶(1)下降，管状籽晶(1)的籽晶下端(2)插入相匹配模板(8)的环形槽(6)中并插入环形槽(6)内熔化的晶体料液体中，然后提升管状籽晶(1)，坩埚(10)内熔化的晶体(11)料液会跟随管状籽晶(1)上升，脱离了模板(8)的环形槽(6)晶体(11)结晶形成管状硅芯(3)；

D、出成品：

通过上述步骤晶体料液体便形成了一个新的管状硅芯(3)体，所述管状籽晶(1)在仔晶夹头夹带下缓慢上升，便可形成所需长度的成品管状硅芯(3)；

E、重复上述步骤便可实现多次晶体拉制过程的管状硅芯(3)拉制。

2.根据权利要求(1)所述的空心硅芯的拉制方法，其特征是：所述坩埚(10)与加热套(4)之间的间距为3～10公分。

3.根据权利要求1所述的空心硅芯的拉制方法，其特征是：在籽晶夹头或管状籽晶(1)上设有间隙或通孔，由所述间隙或通孔形成提拉过程中的进气通路。

4.根据权利要求1所述的空心硅芯的拉制方法，其特征是：所述模板(8)内设有环绕模板(8)的冷却介质通道或所述模板(8)为钨、钼、石墨中任一熔点高于晶体(11)熔点的材质制作。

5.根据权利要求1所述的空心硅芯的拉制方法，其特征是：所述模板(8)的外缘为圆形或多角形。

6.根据权利要求1所述的空心硅芯的拉制方法，其特征是：在模板(8)的模板上面(13)设置的环形槽(6)相对的模板下面上设有环形通路(9)，所述环形通路(9)与环形槽(6)之间打有多个孔，由所述孔形成液体晶体通路(7)。

7.根据权利要求6所述的空心硅芯的拉制方法，其特征是：所述环形通路(9)与环形槽(6)之间的多个孔另一替换结构为环形通路(9)与环形槽(6)贯通，在环形槽(6)下部的环形通路(9)上设有至少两个连接环形通路(9)外部壁和内部壁的连接点。

8.根据权利要求6或7所述的空心硅芯的拉制方法，其特征是：所述模板(8)的模板上面(13)设置的环形槽(6)为至少一个。

9.根据权利要求6或7所述的空心硅芯的拉制方法，其特征是：所述模板(8)的模板上面(13)设置的环形槽(6)为圆形或多角形。

10.根据权利要求1所述的空心硅芯的拉制方法，其特征是：模板(8)的外缘面或上部面与定位机构(5)连接，所述定位机构(5)与加热套(4)连接，加热套(4)为具有上移或下移的动态设置。

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