DD226599A1

DD226599A1 - METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING SILICON DUES

Info

Publication number: DD226599A1
Application number: DD26713284A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Lehmann; Horst Kaden; Horst Waechtler; Miroslav Sasak; Vilem Smejkal; Roland Schubert; Frantisek Zatopek
Original assignee: Spurenmetalle Freiberg Veb Kom
Priority date: 1984-09-10
Filing date: 1984-09-10
Publication date: 1985-08-28
Also published as: DD226599B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur nahezu kontinuierlichen Herstellung endlos langer Silizium-Duennstaebe. Diese Silizium-Duennstaebe, auch Seelen genannt, werden zur Herstellung von polykristallinem Silizium benoetigt. Aus oekonomischen Gruenden werden sehr lange - 1 m Seelen, die moeglichst gerade sein und eine nur geringe Durchmessertoleranzabweichung aufweisen sollen, benoetigt. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass ein Silizium-Duennstab, der gleichzeitig die Ziehstange der Einrichtung darstellt, aus einer Kammer ueber eine Vakuum- und Gasdichtung herausgezogen wird, wobei zwei Zahnriemen von einander gegenueberliegenden Seiten elastisch und formschluessig an den Silizium-Duennstab angedrueckt werden und diesen in eine Translations- und in eine Rotationsbewegung versetzen. Der Zugmechanismus, der durch das Zahnriemenpaar gebildet wird, ist auf einem rotierenden Traegerflansch, der zugleich zur Abdichtung der Kammer dient, angebracht.The invention relates to a method and a device for the almost continuous production of endlessly long silicon Duennstaebe. These silicon Duennstaebe, also called souls, are required for the production of polycrystalline silicon. For economic reasons, very long - 1 m souls, which should be as straight as possible and have a small diameter tolerance deviation, are required. This goal is achieved in that a silicon dimming rod, which simultaneously represents the pulling rod of the device, is pulled out of a chamber via a vacuum and gas seal, wherein two toothed belts are pressed against each other from opposite sides elastically and formschlüssig to the silicon dowel and put this in a translational and in a rotational movement. The pulling mechanism, which is formed by the toothed belt pair, is mounted on a rotating Traegerflansch, which also serves to seal the chamber.

Description

a) Titel der Erfindunga) Title of the invention

"Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Silizium-Dünnstäten."Method and device for the production of silicon thinness.

b) Anwendungsgebiet der Erfindung.b) Field of application of the invention.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Torrichtung zur Herstellung von Silizium-Dünnstäben, insbesondere die Herstellung endlos langer oder, die nahezu kontinuierliche Herstellung einer Vielzahl von Silizium-Dünnstäben.The invention relates to a method and a gate direction for the production of thin silicon rods, in particular the production of endlessly long or, the almost continuous production of a plurality of silicon thin rods.

c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungen.c) Characteristic of the known technical solutions.

Zur Herstellung von polykristallinem Silizium werden Silizium-Dünnstäbe, auch Seelen genannt, benötigt. Bei allgemein bekannten Verfahren der Herstellung von polykristallinem Silizium kommt es hierbei zur thermischen Zersetzung der Halogensilane und zur Abscheidung des Siliziums an diesen Silizium-Dünnstäben, deren Durchmesser gewöhnlich 4 bis 6 mm beträgt. Aus ökonomischen Gründen ist es nötig, daß diese Silizium-Dünnstäbe eine bestimmte Länge erreichen, wobei es aus technologischen Gründen nötig ist, im maximalen Ausmaß ihre Geradlinigkeit und ihren konstanten Durchmesser einzuhalten. Bei der Herstellung von Silizium-Dünnstäben mit einer Länge von über 1 m ist dies jedoch ein erhebliches Problem. Allgemein erfolgt die Herstellung der Silizium-Dünnstäbe in einer evakuierten Kammer oder in einer mit Inertgas gefüllten Kammer so, daßTo produce polycrystalline silicon, silicon thin rods, also called souls, are needed. In well-known methods of producing polycrystalline silicon, this involves the thermal decomposition of the halosilanes and the deposition of silicon on these silicon thin rods, whose diameter is usually 4 to 6 mm. For economic reasons, it is necessary that these silicon thin rods reach a certain length, and it is necessary for technological reasons to comply with their straightness and their constant diameter to the maximum extent. However, this is a significant problem in the manufacture of silicon thin rods over 1 m in length. In general, the preparation of the silicon thin rods in an evacuated chamber or in a chamber filled with inert gas so that

10 9.2^-013693610 9.2 ^ -0136936

mit Hilfe einer Ziehstange die Seele aus einer Schmelze oder aus einem Mutterstab gezogen wird. Die Vergrößerung der Länge der Silizium-Dünnstäbe erfordert zwangsläufig auch eine Vergrößerung der länge der Ziehstange und damit ebenfalls der gesamten Anlage und außerdem auch den Einbau von Stützrorrichtungen zur Abstützung der langen Silizium-Dünnstäbe. Ss sind auch Verfahren bekannt, welche die Ziehstange durch einen Zug-Auf windemechanismus oder durch Kugellager ersetzen. Ebenfalls sind Einrichtungen zur Herstellung endlos langer Silizium-Dünnstäbe , gegebenenfalls zur kontinuierlichen Erzeugung einer größeren Anzahl von Silizium-Dünnstäben, zum Beispiel das US-Patent 3 254 468, welches die Dünnstäbe gleichzeitig als Ziehstangen der Vorrichtung verwendet, bekannt. Diese Lösung, bei der ein Zugmechanismus , der einen Silizium-Dünnstab in eine Schiebe- und Rotationsbewegung versetzt, durch ein Hollenpaar gebildet wird, welches elastisch von beiden, einander gegenüberliegenden Seiten an den Silizium-Dünnstab gedrückt wird, schützt den gezogenen Silizium-Dünnstab nicht dagegen, daß er aus der Achse geraten kann. Eine Unzulänglichkeit dieser Vorrichtung stellt ebenfalls die Dichtung der Kammer an der Stelle der Durchführung des Silizium-Dünnstabes vor, die Dichtung ist nämlich mit der Kammer der Einrichtung fest verbunden, und der Silizium-Dünnstab übt gegen diese nicht nur eine Schiebebewegung sondern auch eine Rotationsbewegung aus.With the help of a pulling rod, the soul is pulled out of a melt or from a mother rod. The increase in the length of the silicon thin rods inevitably requires an increase in the length of the pull rod and thus also the entire system and also the installation of Stützrorrichtungen for supporting the long thin silicon rods. Also known are methods which replace the pull rod by a pull-on wind mechanism or by ball bearings. Also known are devices for producing infinitely long silicon thin rods, optionally for continuously producing a larger number of silicon thin rods, for example US Pat. No. 3,254,468, which simultaneously uses the thin rods as drawing rods of the device. This solution, in which a pulling mechanism which sets a silicon thin rod in a sliding and rotating motion is formed by a pair of humps, which is pressed elastically from both sides opposite to the silicon thin rod, does not protect the pulled silicon thin rod against being able to get off the axis. An inadequacy of this device also presents the seal of the chamber at the location of passage of the silicon thimble, namely, the seal is fixedly connected to the chamber of the device, and the silicon thin rod exerts against it not only a sliding movement but also a rotational movement ,

d) Ziel der Erfindung.d) Object of the invention.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung endlos langer, beziehungsweise die kontinuierliche Herstellung einer Vielzahl von Silizium-Dünnstäben zu entwickeln. Die Dünnstäbe sollen einen konstanten Durchmesser haben und gerade sein. Das Verfahren soll weitestgehend automatisch betrieben werden.The aim of the invention is to develop a method and an apparatus for producing endlessly long, or the continuous production of a plurality of silicon thin rods. The thin rods should have a constant diameter and be straight. The procedure should be operated as far as possible automatically.

e) Darlegung des Wesens der Erfindung.e) Presentation of the essence of the invention.

Die angeführten Mangel werden durch die Lösung gemäß dieser Erfindung beseitigt. Die Grundlage der Erfindung ist die, daß ein Silizium-Dünnstab, der gleichzeitig die Ziehstange der Einrichtung darstellt, aus der Kammer über eine Vakuum- und Gasdichtung herausgezogen wird, wobei an den Silizium-Dünnstab zwei Zahnriemen von den einander gegenüberliegenden Seiten elastisch angedrückt werden, die den Silizium-Dünnstab in eine Translations- und Rotationsbewegung versetzen. Der Zugmechanismus ist auf einem rotierenden Srägerflansch angebracht, der die Öffnung in der oberen Fläche der Kammer der Einrichtung dicht verschließt. Mt dem rotierenden Trägerflan3ch sind eine oder mehrere elastische Dichtungen fest verbunden, welche die Durchführungsöffnung für den Silizium-Dünnstab abdichten sowie das Führungsrohr, dessen länge minimal 150 mm beträgt und dessen Innendurehmesser um 2 mm größer ist als der mittlere Durchmesser eines Silizium-Dünnstabes.The stated deficiencies are eliminated by the solution according to this invention. The basis of the invention is that a thin silicon rod, which simultaneously represents the pulling rod of the device, is withdrawn from the chamber via a vacuum and gas seal, wherein two toothed belts are elastically pressed against the silicon thin rod from the opposite sides, which translate the silicon thin rod into a translational and rotational motion. The pulling mechanism is mounted on a rotating beam flange which seals the opening in the upper surface of the chamber of the device. One or more elastic seals are tightly connected to the rotating support flange, which seal the passage opening for the thin silicon rod and the guide tube whose length is at least 150 mm and whose internal diameter is 2 mm greater than the average diameter of a silicon thin rod.

Es ist zweckmäßig, daß der Silizium-Dünnstab nach Erreichen der nötigen Länge automatisch abgetrennt und in ein Magazin gebracht wird. Ss ist ebenfalls zweckmäßig, 2 bis 4 Zugmechanismen zum Ziehen von Silizium-Dünnstäben anzuschließen.It is expedient that the silicon thin rod is automatically separated after reaching the necessary length and placed in a magazine. It is also appropriate to connect 2 to 4 pulling mechanisms for pulling silicon thin rods.

Der Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens und der vorgeschlagenen Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zum Ziehen von Silizium-Dünnstäben liegt darin, daß der Zugmechanismus, der durch das Zahnriemenpaar gebildet wird, welches flexibel und formschlüssig auf den Silizium-Dünnstab drückt, gemeinsam mit dem Führungsrohr am Trägerflansch, der rotiert, angebracht ist, verhindert die axiale Abweichung des Silizium-Dünnstabes im Verlaufe des Ziehens und ermöglicht somit die Herstellung von Silizium-Dünnstäben von beliebiger Länge mit engen Toleranzen der geometrischen Parameter. Die Kammerabdichtung an der Stelle der Durchführung des Silizium-Dünnstabes rotiertThe advantage of the proposed method and apparatus for carrying out the method of drawing silicon thin rods is that the pulling mechanism formed by the pair of toothed belts which flexibly and positively presses the thin silicon rod together with the guide tube on the support flange Rotary mounted, prevents the axial deviation of the silicon thin rod in the course of drawing and thus allows the production of silicon thin rods of any length with close tolerances of the geometric parameters. The chamber seal rotates at the point of passage of the silicon thimble

gemeinsam mit dem Silizium-Dünnstab, so daß sie gemeinsam nur die Translationsbewegung durchführen, was Funktionsstörungen der Dichtung auf Grund von Oberflächenunebenheiten des Silizium-Dünnstalbes und damit auch das unerwünschte Bindringen von Luft in die Kammer der Einrichtung verhindert.together with the silicon thin rod, so that together they perform only the translational movement, which prevents malfunction of the seal due to surface irregularities of the silicon thinner and thus also the unwanted binding of air into the chamber of the device.

Auf den beiliegenden Zeichnungen wird ein Beispiel der Vorrichtung zur Durchführung des Ziehverfahrens von Silizium-Dünnstäben gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Abbildung 1 enthält die schematisehe Darstellung der gesamten Einrichtung zur Herstellung von Silizium-Dünnstäben mit einem Zugmechanismus: In Abbildung 2 und 3 ist der Aufriß und der Grundriß des Zugmechanismus dargestellt. Wie aus Abbildung 1 ersichtlich ist, wird das Ziehen von Silizium-Dünnstäben 6 in einer Kammer unter Vakuum oder in einer mit Inertgas gefüllten Kammer 1 der Einrichtung durchgeführt, in deren unterem Teil sich eine Öffnung für die Welle 2 befindet, versehen mit Mechanismen, die ihre notations- und Schiebebewegung ermöglichen. Am oberen Ende der Welle 2 ist der Silizium-Mutterstab befestigt, der mit seinem oberen Ende bis an die Induktorebene reicht 5. Auf der oberen Eammerflache 1 befindet sich über der Öffnung für die Welle 2 die Öffnung zum Einsetzen des rotierenden Trägerflansches 7, welcher diese Öffnung dicht verschließt und der über ein Schneckengetriebe durch den Motor 12 angetrieben wird. Der rotierende Trägerflansch 7 ist fest mit dem Führungsrohr 11 verbunden, welches die Ablenkung von der Achse beim Silizium-Dünnstab 6 verhindert, mit der Dichtung der Durchführungsöffnung für den Silizium-Dünnstab 6 aus der Kammer 1 der Einrichtung, bestehend aus einer oder aus mehreren elastischen Dichtungen 10 und mit Zugmechanismus 8 dessen Zahnriemen flexibel von zwei sich gegenüberliegenden Seiten auf den Silizium-Dünnstab 6 drücken. Es ist klar, daß durch Einschalten des Motors 12, der den rotieren-In the accompanying drawings, an example of the apparatus for carrying out the silicon thin rod drawing method according to the present invention is shown. Figure 1 is a schematic representation of the entire silicon thin rod manufacturing apparatus with a pulling mechanism: Figures 2 and 3 show the elevation and plan of the pulling mechanism. As can be seen from Figure 1, the drawing of silicon thin rods 6 is performed in a chamber under vacuum or in an inert gas-filled chamber 1 of the device, in whose lower part there is an opening for the shaft 2, provided with mechanisms enable their notation and sliding movement. At the upper end of the shaft 2 of the silicon mother rod is fixed, which extends with its upper end to the Induktorebene 5. On the upper Eammerflache 1 is located above the opening for the shaft 2, the opening for insertion of the rotating support flange 7, which Closing opening and which is driven via a worm gear by the motor 12. The rotating support flange 7 is fixedly connected to the guide tube 11, which prevents the deflection from the axis of the silicon thin rod 6, with the seal of the passage opening for the silicon thin rod 6 from the chamber 1 of the device, consisting of one or more elastic Seals 10 and with tension mechanism 8 whose timing belt press flexibly from two opposite sides of the thin silicon rod 6. It will be appreciated that by turning on the motor 12 which rotates the

den Trägerflansch 7 antreibt, gleichzeitig mit dem Zugmechanismus 8 ebenfalls der Silizium-Dünnstab 6, die elastische Dichtung 10 sowie das führungsrohr 11 in Botationsbewegung versetzt werden. Die Iranslationsbewegung des Silizium-Dünnstabes 6 führt der Zugmechanismus 8 durch, dessen Punktion auf Abbildung 2 und Abbildung 3 zu sehen ist. Die Zahnriemen 9, auf der äußeren Fläche mit !Tuten versehen, die einen vorzüglichen Eontakt mit dem Silizium-Dünnstab 6 ermöglichen, werden durch den Motor 13.über antreibende Zahnräder 14 angetrieben. Die Laufbahn der Wirkung der Zahnriemen 9 auf den Silizium-Dünnstab 6 wird durch die getriebenen Zahnräder 15 begrenzt, wobei die ständige Spannung durch elastisch angebrachte Zahnräder 16 gesichert ist. Der elastische Druck der Zahnriemen 9 auf den Silizium-Dünnstab 6 wird durch Einwirken von mindestens einem Paar Zahnrollen 17, welche mit Hilfe von Federn 18, angebracht auf Hebeln 19 an Bolzen 20, bewirkt, welche die Zahnriemen 9 auf den Silizium-Dünnstab 6 drücken. Die Bewegung der Zahnrollen 17 in den Bolzen 20 wird begrenzt durch die Anschläge 21, welche die gleichachsige Lage des Zugmechanismus mit dem Führungsrohr 11 festlegen.drives the support flange 7, simultaneously with the tension mechanism 8 also the silicon thin rod 6, the elastic seal 10 and the guide tube 11 are placed in Botationsbewegung. The translation movement of the silicon thin rod 6 is carried out by the tension mechanism 8, the puncture of which can be seen in FIGS. 2 and 3. The toothed belts 9, provided on the outer surface with! Tuten that allow an excellent Eontakt with the silicon thin rod 6 are driven by the motor 13. Via driving gears 14. The track of the action of the timing belt 9 on the silicon thin rod 6 is limited by the driven gears 15, wherein the constant voltage is secured by elastically mounted gears 16. The elastic pressure of the toothed belt 9 on the silicon thin rod 6 is effected by the action of at least one pair of toothed rollers 17, which by means of springs 18, mounted on levers 19 on bolts 20, which press the toothed belt 9 on the silicon thin rod 6 , The movement of the toothed rollers 17 in the bolt 20 is limited by the stops 21, which define the equiaxed position of the pulling mechanism with the guide tube 11.

f) Ausführungsbeispielf) embodiment

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.

Vor Beginn des Ziehens wird der Silizium-Dünnstab 6, dessen Länge mindestens der Entfernung des oberen Endes des Zugmechanismus 8 vom Induktor 5 über den Zugmechanismus 8 vom Induktor 5 entspricht, über den Zugmechanismus 8, die elastische Dichtung 10 und das Führungsrohr 11 in die Kammer 1 der Torrichtung eingelegt. Hochfrequenzströme fließen durch den Induktor 5, induzieren am oberen Ende des Silizium-Mutterstabes 3 Wirbeiströme, die ihn erhitzen, bis es zu seinem Zerschmelzen kommt und zur Bildung des TropfensBefore the start of drawing, the silicon thin rod 6, the length of which at least corresponds to the distance of the upper end of the pulling mechanism 8 from the inductor 5 via the pulling mechanism 8 from the inductor 5, via the pulling mechanism 8, the elastic seal 10 and the guide tube 11 in the chamber 1 of the gate direction inserted. High-frequency currents flow through the inductor 5, inducing 3 Wirbeiströme at the top of the silicon mother rod, which heat him until it comes to its melting and the formation of the drop

der Schmelze 4. Der Silizium-Dünnstab 6 nähert sich dann dem tropfen der Schmelze 4,und nach ihrer Durchschmelzung kann mit dem Ziehen begonnen werden. Derthe melt 4. The silicon thin rod 6 then approaches the drop of the melt 4, and after its melting can be started with the pulling. The

"175 Silizium-Dünnsta"b 6 wird durch Anlassen des Motors 12, der den rotierenden Trägerflansch 7 antreibt, in eine Rotationsbewegung gesetzt und zwar mit einer Geschwindigkeit Ton 10 bis 50 Umdrehungen/Minute, und durch Inlassen des Motors 13, der die Zahnriemen 9 antreibt, mit einer Geschwindigkeit von 14 bis 22 mm/Minute in eine Translationsbewegung versetzt, über dem ETiveau des Induktors 5 kommt es zum Erstarren eines feiles des Tropfens der Schmelze 4 in Form des Sili'zium-Dünnstabes, dessen Durchmesser die Funktion der Geschwindigkeit seiner Translationsbewegung, der Translationsbewegung der Welle 2 und des Durchmessers des Silizium-Mutterstabes 3 ist. Palis ein Silizium-Mutterstab 3- mit größerem Durchmesser als 20 mm verwendet wird oder bei Benutzung des Induktors 5 nicht symmetrischer Form, ist es.von Vorteil, die Welle 2 mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 1*0 Umdrehungen/Minute rotieren zu lassen."175 Silicon Dünnsta" b 6 is set by starting the motor 12, which drives the rotating support flange 7 in a rotational movement at a speed Ton 10 to 50 revolutions / minute, and by letting the motor 13, the toothed belt drives at a speed of 14 to 22 mm / minute in a translational movement, above the ETiveau of the inductor 5, it comes to solidification of a file of the drop of the melt 4 in the form of Sili'zium thin rod, the diameter of the function of the speed of his Translational movement, the translational movement of the shaft 2 and the diameter of the silicon mother 3 bar. Palis is a silicon mother 3- larger diameter than 20 mm is used or when using the inductor 5 non-symmetrical shape, it is.advantages to rotate the shaft 2 at a speed of 1 to 1 * 0 revolutions / minute.

Die Anwendung der Erfindung ermöglicht die Herstellung endlos langer oder die nahezu kontinuierliche Herstellung einer größeren Zahl von Silizium-Dünnstäben beliebiger länge, mit engen Toleranzen der geometrischen Parameter, die beim bekannten Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Silizium durch Zersetzung von Halogensilanen auf Silizium-Seelen verwendet werden.The use of the invention makes it possible to produce endlessly or almost continuously producing a large number of silicon thin rods of any length, with close tolerances of the geometrical parameters used in the known process for the production of polycrystalline silicon by decomposition of halosilanes on silicon souls ,

Die Erfindung kann auch auf Vorrichtungen für das Floating-Verfahren von Silizium mit Induktionsheizung angebracht werden.The invention can also be applied to devices for the floating process of silicon with induction heating.

Claims

claim

1. A process for producing endlessly long silicon thin rods from a silicon melt or from a silicon storage rod, by applying and "fusing a thin silicon rod with the silicon melt, or the stock rod in a chamber, characterized in that the thin silicon rod, the same time pulling rod the system is led out of the chamber via a vacuum or gas seal by two toothed belts are pressed from two opposite sides positively and flexibly to the thin silicon rod, so that it is set in a translational and rotational movement.

2. A process for preparing an infinitely long thin silicon rods of claim 1, characterized in that the thin silicon rod is automatically cut off after reaching the required length and transported into a storage vessel, -

3. An apparatus for producing endlessly long silicon thin rods from a silicon melt or from a silicon mother rod, by preparing and fusing a silicon thin rod with the silicon melt or with the silicon mother rod in a chamber, dadur ch marked draft et that the tension mechanism (8), represented by a pair of toothed belts (9), resiliently mounted on a thin silicon rod (6) pressing on a rotating support flange (7) sealing the opening in the upper chamber surface (1) of the unit.

4. An apparatus for producing endlessly long silicon thin rods according to claim 3, characterized gekennzeic hnet, that the seal of the passage opening for the silicon thin rod (6), which is at the same time pulling rod of the system, from

one or more in the order successively arranged elastic seals (10) fixedly connected to the rotating Irägerflansch (7) "consists.

5. An apparatus for producing an infinitely long thin silicon rods by .Anspruch 3 and 4, characterized ge k hen zeic HNET that the rotating support flange (7) integral with the guide tube (11) is connected, must be a minimum of 150 mm "whose length and whose inner diameter is larger by 2 mm than the average diameter of the silicon thin rod (6).

6. An apparatus for producing endlessly long silicon thin rods according to item 4 and 5, characterized in that to a chamber (1) of the system 2 to 4 tension mechanisms (8) with rotating! Rägerflansehen (7) are connected.

Z. Page drawings