CN112718106B - 半导体用微硅粉的制备装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体用微硅粉的制备装置及方法，属于微硅粉制备技术领域，尤其涉及半导体用微硅粉的制备装置及方法。本发明包括研磨腔体、固定轴、上研磨盘以及下研磨盘，上研磨盘的顶部设置有第一环型凹槽，第一环型凹槽内设置有与第一齿纹啮合的第一齿轮，上研磨盘的研磨面设置有出料孔，固定轴内部设置有混合管道，混合管道的出料端与出料孔连通，混合管道的进料端分别与硅粉管道以及惰性气体管道连通，下研磨盘的下方设置有刮粉装置，研磨腔体的底部设置有微硅粉收集通道。相对于现有技术，本发明的通过通入惰性气体对硅粉进行研磨，解决了传统制备方法中微硅粉易氧化的问题，提高了微硅粉的产品质量。

Description

半导体用微硅粉的制备装置及方法

技术领域

本发明属于微硅粉制备技术领域，尤其涉及半导体用微硅粉的制备装置及方法。

背景技术

高纯微硅粉可用于半导体碳化硅材料制备和高纯颗粒硅生产以及其他需要高纯微硅粉的应用。随着电子信息产业和光伏产业迅猛发展，其市场需求量日益增加。

现有的传统的微硅粉制备方法有物理粉碎法和机械球磨法，但上述传统的微硅粉制备方法存在以下问题：①在粉碎研磨的过程中产生大量热量，且微硅粉易氧化，从而降低了微硅粉的产品质量；②在制备微硅粉的过程中需要加入研磨剂和研磨液等添加剂，且在研磨过程中机械设备表面会产生的磨损物，因此制备得到的微硅粉杂质含量较高，仍需经过一系列纯化处理，提高了处理难度，且增加了生产成本。

因此，亟需一种能提高微硅粉产品质量的技术方案。

发明内容

本发明目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供半导体用微硅粉的制备装置，以解决现有微硅粉因传统的微硅粉制备方法，导致产品质量低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

半导体用微硅粉的制备装置，包括研磨腔体，所述研磨腔体的顶部与固定轴的一端连接，所述固定轴的另一端与上研磨盘转动连接，所述上研磨盘的顶部设置有第一环型凹槽，所述第一环型凹槽的槽底设置有第一齿纹，所述第一环型凹槽内设置有与所述第一齿纹啮合的第一齿轮，所述第一齿轮与第一转动轴的一端传动连接，所述第一转动轴的另一端通过第一驱动装置设置在所述研磨腔体的内壁，所述上研磨盘的研磨面设置有出料孔，所述固定轴内部设置有混合管道，所述混合管道的出料端与所述出料孔连通，所述混合管道的进料端分别与硅粉管道以及惰性气体管道连通，所述上研磨盘的下方对应设置有下研磨盘，所述上研磨盘的研磨面与所述下研磨盘的研磨面相互朝向且之间具有间隙，所述下研磨盘的下方设置有刮粉装置，所述研磨腔体的底部设置有微硅粉收集通道，所述微硅粉收集通道的入口端设置有过滤结构并位于所述研磨腔体的底面。

作为本发明所述的半导体用微硅粉的制备装置的优选方案，所述下研磨盘的底部设置有第二环型凹槽，所述第二环型凹槽的槽底设置有第二齿纹，所述第二环型凹槽内设置有与所述第二齿纹啮合的第二齿轮，所述第二齿轮与第二转动轴的一端传动连接，所述第二转动轴的另一端通过第二驱动装置设置在所述研磨腔体的内壁。

作为本发明所述的半导体用微硅粉的制备装置的优选方案，所述上研磨盘的边缘向下弯折延伸形成挡料部，所述挡料部围设在所述下研磨盘的边缘周围，所述挡料部与所述下研磨盘的边缘之间具有间隙。

作为本发明所述的半导体用微硅粉的制备装置的优选方案，所述上研磨盘的研磨面具有内凹的凹陷部，所述出料孔设置在所述凹陷部。

作为本发明所述的半导体用微硅粉的制备装置的优选方案，所述上研磨盘的内部设置有第一冷却装置。

作为本发明所述的半导体用微硅粉的制备装置的优选方案，所述下研磨盘的内部设置有第二冷却装置。

作为本发明所述的半导体用微硅粉的制备装置的优选方案，所述上研磨盘的研磨面以及所述下研磨盘的研磨面均设置有含硅涂层。

作为本发明所述的半导体用微硅粉的制备装置的优选方案，所述刮粉装置的刮面以及所述研磨腔体的底面均设置有含硅涂层。

作为本发明所述的半导体用微硅粉的制备装置的优选方案，所述固定轴具有伸缩节。

作为本发明所述的半导体用微硅粉的制备装置的优选方案，还包括控制系统，所述控制系统分别与所述第一驱动装置、所述第二驱动装置、所述刮粉装置、所述固定轴、所述第一冷却装置以及所述第二冷却装置电连接。

控制系统及控制系统对各个部分运转状态的控制——所述控制系统用于控制上研磨盘和下研磨盘的间隙、旋转速率、转动状态以及研磨腔体底部的刮粉装置的旋转速率；上研磨盘和下研磨盘的转动状态包括上研磨盘和下研磨盘一动一静，或上研磨盘和下研磨盘均为旋转状态。

本发明目的之一至少具有以下有益效果：

1)本发明的通过通入惰性气体对硅粉进行研磨，解决了传统制备方法中微硅粉易氧化、团聚、吸湿、被污染等问题，提高了微硅粉的产品质量；再者，通入惰性气体能为研磨腔体提供微正压环境，有利于将研磨产生的热量带出上研磨盘和下研磨盘，防止微硅粉高温氧化；并且能通过惰性气体的气流将微硅粉输送至研磨腔体的底部；

2)本发明通过设置刮粉装置能避免微硅粉粘附在研磨腔体的底面，提高了制备装置的生产效率；

3)本发明通过齿轮啮合驱动研磨的方式，提高了研磨盘的扭矩力，从而提高了制备装置的研磨效率；

4)本发明可以根据需要调节制备不同粒径的高纯度微硅粉，可用于半导体碳化硅、氮化硅原料及其他需要高纯微硅粉的应用。

本发明目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供半导体用微硅粉的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

半导体用微硅粉的制备方法，使用上述本发明目的之一任一项所述的半导体用微硅粉的制备装置，并包括以下步骤：

步骤S1，硅粉通过惰性气体气流通入混合管道内，并从出料孔排出进入上研磨盘与下研磨盘之间的间隙中；

步骤S2，所述硅粉通过上研磨盘以及下研磨盘的研磨得到第一微硅粉；

步骤S3，所述第一微硅粉在惰性气体气流的带动进入研磨腔体的底部；

步骤S4，所述第一微硅粉经刮粉装置送至过滤结构处；

步骤S5，部分第一微硅粉通过过滤结构过滤得到第二微硅粉，所述第二微硅粉进入微硅粉收集通道；

其中，所述硅粉的粒径大于所述第一微硅粉的粒径，所述第一微硅粉的粒径大于所述第二微硅粉的粒径。

本发明目的之二至少具有以下有益效果：

1)本发明的通过通入惰性气体对硅粉进行研磨，解决了传统制备方法中微硅粉易氧化、团聚、吸湿、被污染等问题，提高了微硅粉的产品质量；再者，通入惰性气体能为研磨腔体提供微正压环境，有利于将研磨产生的热量带出上研磨盘和下研磨盘，防止微硅粉高温氧化；并且能通过惰性气体的气流将微硅粉输送至研磨腔体的底部；

2)本发明通过设置刮粉装置能避免微硅粉粘附在研磨腔体的底面，提高了制备装置的生产效率；

3)本发明可以根据需要调节制备不同粒径的高纯度微硅粉，可用于半导体碳化硅、氮化硅原料及其他需要高纯微硅粉的应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中A区域的放大图。

图中：

1-研磨腔体；

11-卡槽；

2-固定轴；

21-混合管道；22-伸缩节；

3-上研磨盘；

31-第一环型凹槽；32-第一冷却装置；33-挡料部；34-凹陷部；

4-第一驱动装置；

41-第一齿轮；42-第一转动轴；43-第一支架；

5-下研磨盘；

51-第二环型凹槽；52-第二冷却装置；

6-第二驱动装置；

61-第二齿轮；62-第二转动轴；63-第二支架；

7-刮粉装置；

8-微硅粉收集通道；

81-过滤结构；82-微硅粉容器。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式和说明书附图，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1～2所示，半导体用微硅粉的制备装置，包括研磨腔体1，研磨腔体1的顶部与固定轴2的一端连接，固定轴2的另一端与上研磨盘3转动连接，上研磨盘3的顶部设置有第一环型凹槽31，第一环型凹槽31的槽底设置有第一齿纹，第一环型凹槽31内设置有与第一齿纹啮合的第一齿轮41，第一齿轮41与第一转动轴42的一端传动连接，第一转动轴42的另一端通过第一驱动装置4设置在研磨腔体1内壁的卡槽11内，第一转动轴42通过第一支架43支撑固定，第一支架43设置在研磨腔体1的内壁上，上研磨盘3的研磨面设置有出料孔，固定轴2内部设置有混合管道21，混合管道21的出料端与出料孔连通，混合管道21的进料端分别与硅粉管道以及惰性气体管道连通，上研磨盘3的下方对应设置有下研磨盘5，上研磨盘3的研磨面与下研磨盘5的研磨面相互朝向且之间具有间隙，下研磨盘5的下方设置有刮粉装置7，研磨腔体1的底部设置有微硅粉收集通道8，微硅粉收集通道8的入口端设置有过滤结构81并位于研磨腔体1的底面，微硅粉收集通道8的出口端设置有微硅粉容器82。其中，刮粉装置7为通过电机驱动的旋转刮板，过滤结构81为过滤网，过滤网的目数可根据实际情况进行调节，第一驱动装置4为电机，惰性气体为氦气或氩气；上研磨盘3可采用电机控制，单研磨盘转动或双磨盘反向转动，实现硅粉研磨；上研磨盘3为可移动的装置，通过调整上研磨盘3下研磨盘5之间的间隙，从而调整硅粉粒径。

本实施例至少具有以下有益效果：

1)本实施例的通过通入惰性气体对硅粉进行研磨，解决了传统制备方法中微硅粉易氧化、团聚、吸湿、被污染等问题，提高了微硅粉的产品质量；再者，通入惰性气体能为研磨腔体1提供微正压环境，有利于将研磨产生的热量带出上研磨盘3和下研磨盘5，防止微硅粉高温氧化；并且能通过惰性气体的气流将微硅粉输送至研磨腔体1的底部；

2)本实施例通过设置刮粉装置7能避免微硅粉粘附在研磨腔体1的底面，提高了制备装置的生产效率；

3)本实施例通过齿轮啮合驱动研磨的方式，提高了研磨盘的扭矩力，从而提高了制备装置的研磨效率；

4)本实施例可以根据需要调节制备不同粒径的高纯度微硅粉，可用于半导体碳化硅、氮化硅原料及其他需要高纯微硅粉的应用。

优选地，下研磨盘5的底部设置有第二环型凹槽51，第二环型凹槽51的槽底设置有第二齿纹，第二环型凹槽51内设置有与第二齿纹啮合的第二齿轮61，第二齿轮61与第二转动轴62的一端传动连接，第二转动轴62的另一端通过第二驱动装置6设置在研磨腔体1的内壁，第二转动轴62通过第二支架63支撑固定，第二支架63设置在研磨腔体1的内壁上，第二驱动装置6为电机。通过上述设置，使下研磨盘5具有转动研磨功能，可配合上研磨盘3进行双磨盘反向转动，提高了制备装置的研磨效率。

优选地，上研磨盘3的边缘向下弯折延伸形成挡料部33，挡料部33围设在下研磨盘5的边缘周围，挡料部33与下研磨盘5的边缘之间具有间隙。通过上述设置，使上研磨盘3与下研磨盘5之间形成一个微硅粉流动通道，同时在挡料部33的作用下，使微硅粉向研磨腔体1的底部方向流动，提高了制备装置的研磨效率。

优选地，上研磨盘3的研磨面具有内凹的凹陷部34，出料孔设置在凹陷部34；通过上述设置，上研磨盘3与下研磨盘5之间具有气流的缓冲空间，避免惰性气体流速过快，导致硅粉研磨不充分，提高了微硅粉的产品质量。更优选地，凹陷部34位于上研磨盘3的中心。

优选地，上研磨盘3的内部设置有第一冷却装置32，第一冷却装置32为冷媒流动装置。通过上述设置，能降低上研磨盘3的研磨温度，避免硅粉氧化，提高了微硅粉的产品质量。

优选地，下研磨盘5的内部设置有第二冷却装置52，第一冷却装置32为冷媒流动装置。通过上述设置，能降低下研磨盘5的研磨温度，避免硅粉氧化，提高了微硅粉的产品质量。

优选地，上研磨盘3的研磨面以及下研磨盘5的研磨面均设置有含硅涂层；通过上述设置，降低研磨过程中对硅粉的污染。更优选地，含硅涂层为高纯多晶硅涂层、碳化硅涂层或者氮化硅涂层；根据实际情况，选择合适的涂层材料。

优选地，刮粉装置7的刮面以及研磨腔体1的底面均设置有含硅涂层。通过上述设置，降低研磨过程中对硅粉的污染。更优选地，含硅涂层为高纯多晶硅涂层、碳化硅涂层或者氮化硅涂层；根据实际情况，选择合适的涂层材料。

优选地，固定轴2具有伸缩节22。通过上述设置，使固定轴2具有高度调节功能，从而使制备装置能调节上研磨盘3和下研磨盘5之间的距离大小。

优选地，还包括控制系统，控制系统分别与第一驱动装置4、第二驱动装置6、刮粉装置7、固定轴2、第一冷却装置32以及第二冷却装置52电连接。通过上述设置，使制备装置具有控制调节功能；控制系统用于控制固定轴2的伸缩节22的伸缩长度，从而调节上研磨盘3与下研磨盘5之间的间隙；控制系统通过控制第一驱动装置4和第二驱动装置6的转动速率，从而调整上研磨盘3和下研磨盘5的旋转速率以及转动状态；控制系统用于控制刮粉装置7的旋转速率。

实施例2

半导体用微硅粉的制备方法，使用上述实施例1中任一项的半导体用微硅粉的制备装置，并包括以下步骤：

步骤S1，打开硅粉管道以及惰性气体管道，硅粉通过惰性气体气流通入混合管道21内，并从出料孔排出进入上研磨盘3与下研磨盘5之间的间隙中；

步骤S2，硅粉通过上研磨盘3以及下研磨盘5的研磨得到第一微硅粉；

步骤S3，第一微硅粉在惰性气体气流的带动进入研磨腔体1的底部；

步骤S4，第一微硅粉经刮粉装置7送至过滤结构81处；

步骤S5，部分第一微硅粉通过过滤结构81过滤得到第二微硅粉，第二微硅粉进入微硅粉收集通道8，并落入微硅粉容器82中；

步骤S6，将另一部分第一微硅粉取出，并将其返回硅粉管道。

其中，硅粉的粒径大于第一微硅粉的粒径，第一微硅粉的粒径大于第二微硅粉的粒径，硅粉的粒径为0.5mm-2mm，第一微硅粉的粒径为1um-0.5mm，第二微硅粉的粒径为0.1um-1um。

本实施例至少具有以下有益效果：

1)本实施例的通过通入惰性气体对硅粉进行研磨，解决了传统制备方法中微硅粉易氧化、团聚、吸湿、被污染等问题，提高了微硅粉的产品质量；再者，通入惰性气体能为研磨腔体1提供微正压环境，有利于将研磨产生的热量带出上研磨盘3和下研磨盘5，防止微硅粉高温氧化；并且能通过惰性气体的气流将微硅粉输送至研磨腔体1的底部；

2)本实施例通过设置刮粉装置7能避免微硅粉粘附在研磨腔体1的底面，提高了制备装置的生产效率；

3)本实施例可以根据需要调节制备不同粒径的高纯度微硅粉，可用于半导体碳化硅、氮化硅原料及其他需要高纯微硅粉的应用。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.半导体用微硅粉的制备装置，其特征在于：包括研磨腔体(1)，所述研磨腔体(1)的顶部与固定轴(2)的一端连接，所述固定轴(2)的另一端与上研磨盘(3)转动连接，所述上研磨盘(3)的顶部设置有第一环型凹槽(31)，所述第一环型凹槽(31)的槽底设置有第一齿纹，所述第一环型凹槽(31)内设置有与所述第一齿纹啮合的第一齿轮(41)，所述第一齿轮(41)与第一转动轴(42)的一端传动连接，所述第一转动轴(42)的另一端通过第一驱动装置(4)设置在所述研磨腔体(1)的内壁，所述上研磨盘(3)的研磨面设置有出料孔，所述固定轴(2)内部设置有混合管道(21)，所述混合管道(21)的出料端与所述出料孔连通，所述混合管道(21)的进料端分别与硅粉管道以及惰性气体管道连通，所述上研磨盘(3)的下方对应设置有下研磨盘(5)，所述上研磨盘(3)的研磨面与所述下研磨盘(5)的研磨面相互朝向且之间具有间隙，所述下研磨盘(5)的下方设置有刮粉装置(7)，所述研磨腔体(1)的底部设置有微硅粉收集通道(8)，所述微硅粉收集通道(8)的入口端设置有过滤结构(81)并位于所述研磨腔体(1)的底面，所述上研磨盘(3)的研磨面具有内凹的凹陷部(34)，所述出料孔设置在所述凹陷部(34)。

2.根据权利要求1所述的半导体用微硅粉的制备装置，其特征在于：所述下研磨盘(5)的底部设置有第二环型凹槽(51)，所述第二环型凹槽(51)的槽底设置有第二齿纹，所述第二环型凹槽(51)内设置有与所述第二齿纹啮合的第二齿轮(61)，所述第二齿轮(61)与第二转动轴(62)的一端传动连接，所述第二转动轴(62)的另一端通过第二驱动装置(6)设置在所述研磨腔体(1)的内壁。

3.根据权利要求1所述的半导体用微硅粉的制备装置，其特征在于：所述上研磨盘(3)的边缘向下弯折延伸形成挡料部(33)，所述挡料部(33)围设在所述下研磨盘(5)的边缘周围，所述挡料部(33)与所述下研磨盘(5)的边缘之间具有间隙。

4.根据权利要求1所述的半导体用微硅粉的制备装置，其特征在于：所述上研磨盘(3)的内部设置有第一冷却装置(32)。

5.根据权利要求1所述的半导体用微硅粉的制备装置，其特征在于：所述下研磨盘(5)的内部设置有第二冷却装置(52)。

6.根据权利要求1所述的半导体用微硅粉的制备装置，其特征在于：所述上研磨盘(3)的研磨面以及所述下研磨盘(5)的研磨面均设置有含硅涂层。

7.根据权利要求1所述的半导体用微硅粉的制备装置，其特征在于：所述刮粉装置(7)的刮面以及所述研磨腔体(1)的底面均设置有含硅涂层。

8.根据权利要求1所述的半导体用微硅粉的制备装置，其特征在于：所述固定轴(2)具有伸缩节(22)。

9.半导体用微硅粉的制备方法，其特征在于，使用权利要求1～8中任一项所述的半导体用微硅粉的制备装置，并包括以下步骤：

步骤S1，硅粉通过惰性气体气流通入混合管道(21)内，并从出料孔排出进入上研磨盘(3)与下研磨盘(5)之间的间隙中；

步骤S2，所述硅粉通过上研磨盘(3)以及下研磨盘(5)的研磨得到第一微硅粉；

步骤S3，所述第一微硅粉在惰性气体气流的带动进入研磨腔体(1)的底部；

步骤S4，所述第一微硅粉经刮粉装置(7)送至过滤结构(81)处；

步骤S5，部分第一微硅粉通过过滤结构(81)过滤得到第二微硅粉，所述第二微硅粉进入微硅粉收集通道(8)；

其中，所述硅粉的粒径大于所述第一微硅粉的粒径，所述第一微硅粉的粒径大于所述第二微硅粉的粒径。

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