DE60311368T2

DE60311368T2 - Verfahren zur Verbesserung der Effizienz der Behandlung von Silicium

Info

Publication number: DE60311368T2
Application number: DE60311368T
Authority: DE
Inventors: Arvid Neil Sanford Arvidson; Todd Stanley Freeland Graham; Kathryn Elizabeth Midland Messner; Chris Tim Auburn Schmidt; Terence Lee Frankenmuth Horstman
Original assignee: Hemlock Semiconductor Corp
Current assignee: Hemlock Semiconductor Operations LLC
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2023-08-20
Also published as: KR100991110B1; EP1683584A2; US6874713B2; EP1683584B1; US20040251333A1; JP2004091321A; EP1391252B1; EP1391252A1; JP2010189274A; US20040035960A1; EP1683584A3; JP4585751B2; KR20040018176A; DE60329789D1; DE60311368D1; JP5346323B2; US7080742B2

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten von Silicium. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Verfahren zum Verarbeiten von polykristallinem Silicium in ein Ausgangsmaterial, das in einem Czochralski-artigen Verfahren nützlich ist.
Polykristallines Silicium kann unter Verwendung eines Verfahrens zur chemischen Dampfabscheidung (CDA) in einem Kaltwandglockengefäßreaktor hergestellt werden. Typischerweise kommt dieses Verfahren durch die CDA eines hochreinen Silans oder Chlorsilans auf einem erhitzten Substrat zustande. Das resultierende Produkt ist ein polykristallines Siliciumwerkstück wie ein Stab oder ein Band. Polykristallines Silicium kann verwendet werden, um monokristallines Silicium zu bilden. Die meisten Halbleiterchips, die in elektronischen Vorrichtungen verwendet werden, werden aus monokristallinem Silicium hergestellt, das durch ein Czochralski-artiges (CZ)-Verfahren hergestellt wird. In dem CZ-Verfahren wird ein monokristalliner Siliciumbarren durch das Schmelzen von polykristallinem Siliciumausgangsmaterial in einem Quarztiegel, das Stabilisieren des Tiegels und der Ausgangsschmelze bei einer Gleichgewichtstemperatur, das Eintauchen eines Saatkristalls in die Ausgangsschmelze, das Herausziehen des Saatkristalls, während die Ausgangsschmelze auf dem Saatkorn kristallisiert, um einen Einkristallbarren zu bilden, und das Herausziehen des Barrens während dieser wächst, hergestellt. Das Schmelzen kommt bei einer Temperatur von 1.412°C bis 1.420°C in einer Umgebung aus inertem Gas bei einem niedrigen absoluten Druck zustande. Der Tiegel wird kontinuierlich um eine im Allgemeinen vertikale Achse gedreht, während der Kristall wächst. Die Geschwindigkeit, mit der der Barren aus der Ausgangsschmelze gezogen wird, wird so ausgewählt, dass ein Barren mit einem gewünschten Durchmesser gebildet wird.
Jedoch werden polykristalline Siliciumwerkstücke üblicherweise verarbeitet, bevor sie verwendet werden, um monokristallines Silicium in dem CZ-Verfahren zu bil den. Die polykristallinen Siliciumwerkstücke werden üblicherweise in Stücke zerbrochen, die geeignete Größen zur Beladung des Tiegels aufweisen. Es können Mischungen aus Siliciumstücken mit verschiedenen Größenverteilungen verwendet werden, um die Füllmenge zu maximieren, die in den Tiegel geladen wird.
Ein Verfahren, durch das polykristalline Siliciumwerkstücke verarbeitet werden, ist ein mit der Hand verarbeitendes Verfahren. Die Arbeiter in einer Reinraumumgebung platzieren die polykristallinen Siliciumwerkstücke auf eine Arbeitsoberfläche mit geringer Verunreinigung und schlagen auf die polykristallinen Siliciumwerkstücke mit einem Schlagwerkzeug mit geringer Verunreinigung ein, um polykristalline Siliciumteile zu bilden.
Die Arbeiter sortieren dann händisch die polykristallinen Siliciumteile in wenigstens zwei Größenverteilungen und verpacken die sortierten polykristallinen Siliciumteile in hochreine Tüten.
Dieses Verfahren leidet an den Nachteilen, dass es arbeitsintensiv und teuer ist. Zudem leidet dieses Verfahren an dem Nachteil, dass jeder Arbeiter die Stücke etwas unterschiedlich bricht und sortiert, so dass sich das resultierende Produkt in der Größenverteilung von Arbeiter zu Arbeiter unterscheiden kann. Daher gibt es einen dauernden Bedarf an verbesserten Verfahren zur Herstellung und Sortierung polykristalliner Siliciumteile.
JP-9239319 offenbart eine Siebvorrichtung für gekörntes Material, die einen zylindrischen Rotor enthält, der eine Vielzahl von Vertiefungen enthält, die am äußeren Teil des Rotors positioniert sind. Der Durchmesser der Vertiefungen kann verändert werden, um gekörntes Material von unterschiedlichen Größen aufzunehmen.
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten von Silicium. Obwohl die unten beschriebene Erfindung im Detail in Bezug auf polykristallines Silicium beschrieben wird, würde ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass das hierin beschriebene Verfahren für polykristallines Silicium oder monokristallines Silicium oder Kombinationen derselben verwendet werden kann.
Alle Mengen, Verhältnisse und Prozentangaben sind Gewichtsangaben, es sei denn, dieses wird anderweitig angezeigt. Das Folgende ist eine Liste von Definitionen, wie sie hierin verwendet werden.
„Ein", „einer" und „eine" bedeuten jeweils ein/einer/eine oder mehrere. „Kombination" bedeutet, dass zwei oder mehrere Gegenstände durch irgendein Verfahren zusammengeführt werden.
Die Abkürzung „°C" bedeutet Grad Celsius.
Die Abkürzung „°F" bedeutet Grad Fahrenheit.
Die Abkürzung „K" bedeutet Kelvin.
Die Abkürzung „kg" bedeutet Kilogramm.
Die Abkürzung „mm" bedeutet Millimeter.
Die Abkürzung „m/s" bedeutet Meter pro Sekunde.
„Teilchengröße" bedeutet die längste gerade Linie zwischen zwei Punkten auf einem Teilchens. Zum Beispiel ist für kugelförmige Teilchen die Teilchengröße der Durchmesser.
Die Abkürzung „U.p.m." bedeutet Umdrehungen pro Minute.
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verarbeiten von Silicium. Das Verfahren umfasst die Herstellung verschiedener Größenverteilungen der polykristallinen Siliciumteile, die zur Verwendung in einem CZ-Verfahren geeignet sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, so wie es in Anspruch 1 dargestellt wird, ein Verfahren zum Verarbeiten von Silicium zur Verfügung gestellt, umfassend:

(1) Zerbrechen eines polykristallinen Siliciumwerkstückes in eine Mischung aus polykristallinen Siliciumteilen, wobei die polykristallinen Siliciumteile unterschiedliche Größen haben; und
(2) Trennen der Mischung aus polykristallinen Siliciumteilen in wenigstens zwei Größenverteilungen; worin Schritt (1) durch ein Verfahren durchgeführt wird, umfassend: (i) Erhitzen des polykristallinen Siliciumwerkstücks auf eine Temperatur von 316 bis 760°C (600 bis 1400°F), (ii) Besprühen des Produktes aus Schritt (i) mit einer Flüssigkeit aus einer Vielzahl von Düsen, und (iii) Ausweiten von Rissen in dem Produkt aus Schritt (ii) mit einer Trennvorrichtung.

Das Verfahren kann die Herstellung eines polykristallinen Siliciumwerkstückes durch ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren, das Zerbrechen des polykristallinen Siliciumwerkstückes in eine Mischung aus polykristallinen Siliciumteilen mit unterschiedlichen Größen und das Trennen der Mischung aus polykristallinen Siliciumteilen mit unterschiedlichen Größen in wenigstens zwei Größenverteilungen umfassen. Das polykristalline Siliciumwerkstück kann durch ein Temperaturschockverfahren zerbrochen werden. Alternativ dazu kann das Verfahren die Herstellung einer Mischung aus polykristallinen Siliciumteilen mit verschiedenen Größen unter Verwendung eines Fliessbettreaktorverfahrens und das Sortieren der Mischung aus polykristallinen Siliciumteilen mit verschiedenen Größen in wenigstens zwei Größenverteilungen umfassen. In dem Verfahren dieser Erfindung kann eine Mischung aus polykristallinen Siliciumteilen mit unterschiedlichen Größen, die entweder durch das chemische Dampfabscheidungsverfahren oder durch das Fliessbettreaktorverfahren hergestellt wurden, unter Verwendung eines rotierenden Kerbenklassifikators sortiert werden.
Die polykristallinen Siliciumwerkstücke, die in dem hierin beschriebenen Verfahren verwendet werden können, umfassen Stäbe und Bänder, die durch Verfahren hergestellt werden können, die auf dem Gebiet bekannt sind. Zum Beispiel können polykristalline Siliciumstäbe durch ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren hergestellt werden, das die chemische Dampfabscheidung eines hochreinen Chlorsilans oder Silangases auf ein erhitztes Substrat umfasst, siehe Handbook of Semiconductor Silicon Technology, herausgegeben von William C. O'Mara, Robert B. Herring und Lee P. Hunt, Noyes Publications, Park Ridge, New Jersey, USA, 1990, Kap. 2, S. 39–58.
Alternativ dazu können polykristalline Siliciumbänder durch ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren hergestellt werden, wie es von Chandra et al. in der WO 01/61070 A1 beschrieben wird.
Alternativ dazu können polykristalline Siliciumwerkstücke durch ein Fliessbettreaktorverfahren hergestellt werden, wie solchen, die durch die U.S. Patente 4,092,446 und 4,213,937 beschrieben werden. Die polykristallinen Siliciumwerkstücke, die durch das Fliessbettreaktorverfahren hergestellt werden, können geeignet in Größen überführt werden, um durch die unten beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen in Größenverteilungen sortiert zu werden (z. B. kann das Fliessbettreaktorverfahren direkt eine Mischung aus polykristallinen Siliciumteilen mit verschiedenen Größen herstellen, die kein Zerbrechen vor dem Sortieren erfordern).
Polykristalline Siliciumwerkstücke, die keine geeigneten Größen zur Sortierung aufweisen, können zerbrochen werden, um eine Mischung aus polykristallinen Siliciumwerkstücken mit unterschiedlichen Größen herzustellen, wobei die Größen zur Sortierung durch die unten beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen geeignet sind.
Die polykristallinen Siliciumwerkstücke können zum Beispiel durch das Schlagen mit einem gering verunreinigten Schlagwerkzeug zerbrochen werden, wie dem, das in der EP 0 539 097 A1 offenbart wird. Alternativ dazu können die polykristallinen Siliciumwerkstücke durch ein Temperaturschockverfahren zerbrochen werden, wie solchen, die in der GB 1 368 224 und der EP 0 329 163 B1 beschrieben werden.
Alternativ dazu können die polykristallinen Siliciumwerkstücke durch ein Temperaturschockverfahren zerbrochen werden, das das kontrollierte Erwärmen und Kühlen des polykristallinen Siliciumwerkstückes umfasst, wodurch Spannungsrisse in dem polykristallinen Siliciumwerkstück gebildet werden. Eine Trennvorrichtung kann zum Ausweiten der Risse verwendet werden und das polykristalline Siliciumwerkstück in eine Mischung aus polykristallinen Siliciumteilen mit unterschiedlichen Größen reduzieren.
In dem Temperaturschockverfahren wird das polykristalline Siliciumwerkstück auf eine festgelegte Temperatur erhitzt und das erhitzte polykristalline Silicium werkstück wird mit einer Sprühflüssigkeit gekühlt. Das polykristalline Siliciumwerkstück kann auf eine Temperatur von 316 bis 760°C (600 bis 1.400°F), alternativ auf 649 bis 760°C (1.200 bis 1.400°F), alternativ auf 316 bis 399°C (600 bis 750°F), alternativ auf 332 bis 399°C (630 bis 750°F), alternativ auf 343 bis 371°C (650 bis 700°F) erhitzt werden. Das polykristalline Siliciumwerkstück kann zum Beispiel mit Laser-, Infrarot- oder Mikrowellenenergie erhitzt werden. Verfahren und Vorrichtungen zum Erhitzen des polykristallinen Siliciumwerkstückes umfassen zum Beispiel solche, die in der JP 63-287565 und den U.S. Patenten 4,565,913 und 5,464,159 offenbart werden.
Vorrichtungen zum Erhitzen sind auf dem Gebiet bekannt und kommerziell verfügbar. Zum Beispiel wird ein geeigneter Mikrowellenbrennofen mit kontrollierter Atmosphäre zum Erhitzen von polykristallinem Silicium in 8 gezeigt und ist kommerziell von Microwave Materials Technologies, Inc., of Oak Ridge, Tennessee, USA (Modell 101) verfügbar. Der Mikrowellenbrennofen 800 mit kontrollierter Atmosphäre umfasst eine Kammer mit kontrollierter Atmosphäre 801, die elektrisch mit einem Steuerkasten 802 zur Steuerung der Temperatur innerhalb der Kammer 801 verbunden ist. Eine Mikrowellenzuführung 803 liefert Mikrowellenenergie an die Kammer 801 durch eine Wellenführungsanordnung 804. Die Kammer 801 hat die Sichtfelder 805 auf der Seite 806 und in der Tür 807. Ein Thermoelement 808 kann verwendet werden, um die Temperatur innerhalb der Kammer 801 zu messen.
Das erhitzte polykristalline Siliciumwerkstück wird unter Verwendung verschiedener hochreiner Flüssigkeiten, z. B. eines Gases oder einer Flüssigkeit, gekühlt. Geeignete Gase umfassen Luft, inerte Gase wie Stickstoff oder Kombinationen derselben. Geeignete Flüssigkeiten umfassen Wasser oder verflüssigtes inertes Gas. Wenn Wasser verwendet wird, kann deionisiertes, destilliertes oder anderweitig gereinigtes Wasser verwendet werden, um die Verunreinigung des Siliciums mit Verunreinigungen zu minimieren, die für den Kunden unerwünscht sind. Alternativ dazu können Lösungen von HF oder Ammoniumhydroxid in Wasser verwendet werden.
Die Flüssigkeit wird auf das erhitzte polykristalline Siliciumwerkstück aus einer Vielzahl von Düsen gesprüht. Die Größe und Form der gebildeten Siliciumteile hängt tendenziell von der Art der Düsen, der Position und der Orientierung der Düsen und der Fliessgeschwindigkeit der Flüssigkeit ab. Der Abstand der Düsen tendiert dazu, die Größenverteilung der Mischung der gebildeten Siliciumteile zu beeinflussen. Die Düsen können einen Abstand von 1 bis 6 Inch (1 Inch = 2,54 cm), alternativ dazu 2 bis 4 Inch, voneinander haben, um Teile mit der gewünschten Größe herzustellen. Die Orientierung der Düsen tendiert dazu, die Form der Siliciumteile zu beeinflussen. Ein flacher Lüfter und eine Rohrdüse, die senkrecht zu der Achse des Werkstückes orientiert sind, tendieren dazu, unregelmäßig geformte Teile zu produzieren. Eine axiale Orientierung tendiert dazu, regelmäßige keil- oder kuchenförmige Teile zu produzieren. Die Art der Düse und das Sprühmuster tendieren dazu, die Form der Teile zu beeinflussen. Ein kegelförmiges Sprühmuster tendiert dazu, eine Anzahl halbrunder Teile zu produzieren. Ein Sprühmuster in der Form eines flachen Fächers tendiert dazu, keilförmige Teile zu produzieren. Ein Fachmann auf dem Gebiet würde erkennen, dass die Größenverteilung und Form der Teile auch dazu tendiert, durch das Verfahren, das verwendet wurde, um das polykristalline Siliciumwerkstück herzustellen, sowie durch die dadurch gebildeten inneren Spannungen beeinflusst zu werden. Ein Fachmann auf dem Gebiet wäre in der Lage, Düsentypen und -orientierungen ohne unangemessenes Experimentieren auszuwählen.
Die Flüssigkeit wird so gesprüht, dass sie genügend Spannung erzeugt, um das polykristalline Siliciumwerkstück aufzureißen. Die Geschwindigkeit der zu verwendenden Flüssigkeit hängt von dem Verfahren zur Herstellung des polykristallinen Siliciumwerkstückes und der dadurch erzeugten inneren Spannungen, der Art der zu verwendenden Flüssigkeit, der Temperatur der zu verwendenden Flüssigkeit und der Temperatur des Werkstückes ab. Zum Beispiel kann, wenn Luft bei Raumtemperatur als die Flüssigkeit verwendet wird, die Geschwindigkeit größer als 60 m/s für polykristalline Siliciumwerkstücke sein, die von der Hemlock Semiconductor Corporation hergestellt und auf 700°C (973 K) erhitzt werden. Wenn Luft bei Raumtemperatur als die Flüssigkeit verwendet wird, ist die Geschwindigkeit größer als 130 m/s für polykristalline Siliciumwerkstücke, die von der Hemlock Semiconductor Corporation hergestellt und auf 600°C (873 K) erhitzt werden.
Wenn Wasser bei Raumtemperatur als die Flüssigkeit verwendet wird, ist die Geschwindigkeit größer als 1 m/s für polykristalline Siliciumwerkstücke bei 700°C (973 K). Wenn Wasser bei Raumtemperatur als die Flüssigkeit verwendet wird, ist die Geschwindigkeit größer als 2,5 m/s für polykristalline Siliciumwerkstücke, die von der Hemlock Semiconductor Corporation hergestellt und auf 600°C (873 K) erhitzt werden.
Das erhitzte polykristalline Siliciumwerkstück kann in einem Löschtank gekühlt werden. 9 ist eine Draufsicht eines Beispiels eines Löschtanks 900, der zum Kühlen des erhitzten polykristallinen Siliciumwerkstückes 901 verwendet werden kann. Das erhitzte polykristalline Siliciumwerkstück 901 wird in den Löschtank 900 auf die Stützen 902 gestellt. Die Stützen 902 können aus jeglichem Material hergestellt werden, das keine (oder eine geringe) Verunreinigung des erhitzten polykristallinen Siliciumwerkstückes 901 zur Folge haben wird. Das erhitzte polykristalline Siliciumwerkstück 901 wird mit einer Flüssigkeit aus den Düsen 903 besprüht. Die Flüssigkeit wird von dem Einlass 904 zu dem Auslass 905 geführt. 10 ist eine Querschnittsansicht des Löschtanks 900. Die 10 zeigt die Orientierung der Düsensätze 1003 in Bezug auf das erhitzte polykristalline Siliciumwerkstück 901. Die Flüssigkeit kann durch einen Satz Düsen 1003 oder durch mehr als einen Satz Düsen 1003 zu einem Zeitpunkt durchgeführt werden. Die Sätze der Düsen 1003 können entlang der Rohre 1001 angeordnet sein. Die Rohre 1001 laufen parallel zu dem erhitzen polykristallinen Siliciumwerkstück 901. Die Rohre 1001 sind 60°, 90°, 180° und 270° zur Senkrechten angeordnet. Jedoch würde ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass andere Anordnungen der Rohre und Düsen verwendet werden können.
Nach dem Kühlen kann das Werkstück gerissen aber noch intakt sein. Daher kann das gerissene polykristalline Siliciumwerkstück eine Trennvorrichtung erfordern, um die Risse auszuweiten und das gerissenene polykristalline Siliciumwerkstück auf eine Mischung von Siliciumteilen mit unterschiedlichen Größen zu reduzieren. Es kann jegliche Trennvorrichtung verwendet werden, die keine wesentliche Verunreinigung der Mischung der Siliciumteile bewirkt. Die Trennvorrichtung kann eine mechanische, Schall- oder vibrierende Trennvorrichtung sein. Eine geeignete mechanische Trennvorrichtung kann einen Hammer wie einen pneumatischen, elektrischen, magnetischen oder hydraulischen Hammer umfassen.
11 zeigt eine Querschnittsansicht einer geeigneten mechanischen Trennvorrichtung 1100 zur Verwendung in dieser Erfindung. Die mechanische Trennvorrichtung 1100 umfasst eine pneumatische Hammerkammer 1101 mit einem Deckel 1102. Ein gerissenes polykristallines Siliciumwerkstück 1103 kann in die Kammer 1101 auf den Stützen 1104 positioniert werden, die aus einem Material hergestellt sind, das keine (oder nur eine geringe) Verunreinigung des Siliciums bewirken wird. Die Anordnungen der pneumatischen Hämmer 1105, 1106 sind parallel zu der Längsachse des Werkstückes 1103 angeordnet und sind in einem Winkel von 25° über der Horizontalen positioniert. Die Hämmer in einer Anordnung 1105 können von den Hämmern in einer anderen Anordnung 1106 versetzt vorliegen, wie es die 12 zeigt, welche eine Draufsicht der pneumatischen Hammerkammer 1101 in 11 ist. Jedoch würde ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass die Anordnungen der Hämmer in einer Linie oder versetzt vorliegen können und dass unterschiedliche Anordnungen und Positionen der Anordnungen möglich sind.
Alternative Verfahren zur Fragmentierung des polykristallinen Siliciumwerkstückes umfassen solche, die in den U.S. Patenten 4,871,117; 5,464,159 und 6,024,306 und der JP 07-061808 A offenbart werden.
Die Mischung der polykristallinen Siliciumwerkstücke mit unterschiedlichen Größen kann durch eine Reihe von Verfahren in wenigstens zwei Größenverteilungen sortiert werden. Die Mischung kann mit der Hand oder durch eine Maschine sortiert werden. Zum Beispiel kann die Mischung der polykristallinen Siliciumteile unter Verwendung von Verfahren und Vorrichtungen, die auf dem Gebiet bekannt sind, sortiert werden, wie dem rotierenden Siliciumsieb, das in dem U.S. Patent 5,165,548 offenbart wird. Alternativ dazu kann die Mischung einem rotierenden Kerbenklassifikator zugeführt werden, der die Mischung in wenigstens zwei Größenverteilungen sortiert. Die Mischung kann dem Klassifikator durch jegliches geeignete Mittel wie einen Trichter, eine Rinne oder ein Förderband wie eine Eimer-, Band- oder Vibrationsförderanlage zugeführt werden.
Der rotierende Kerbenklassifikator kann eine Scheibe mit Einkerbungen entlang der umlaufenden Kante oder einen Zylinder mit Einkerbungen entlang der umlaufenden Kante enthalten. Die Einkerbungen entlang der umlaufenden Kante des Zylinders können sich in der Größe von einem ersten Ende des Zylinders bis zu einem zweiten Ende des Zylinders vergrößern. Der Zylinder kann massiv oder hohl sein. Alternativ dazu kann der Klassifikator eine Anordnung enthalten, die zwei oder mehrere Anordnungen umfasst, die eine oder mehrere Scheiben mit Einkerbungen entlang der umlaufenden Kante enthalten. Die Einkerbungen können unterschiedliche Größen von Disk zu Disk oder Anordnung zu Anordnung aufweisen.
Die Einkerbungen sind in ihrer Größe so angelegt, dass sie Siliciumteile einer festgelegten Größe oder kleiner abfangen und Siliciumteile mit einer größeren als der festgelegten Größe aussondern. Der Klassifikator kann eine einzelne Scheibe oder Zylinder mit Einkerbungen entlang der umlaufenden Kante umfassen, die gleich groß sind und die Größe ist derart, dass Siliciumteile einer festgelegten Größe oder kleiner abgefangen werden und Siliciumteile mit einer Größe, die größer als die festgelegte Größe ist, ausgesondert werden. Dies bildet zwei Größenverteilungen.
Alternativ dazu kann eine Anordnung, die eine Vielzahl von Scheiben enthält, verwendet werden, wobei die Scheiben Einkerbungen mit unterschiedlichen Größen auf verschiedenen Scheiben aufweisen. Die Scheiben können so angeordnet sein, dass die Mischung der Siliciumteile zuerst durch die Scheibe mit den kleinsten Einkerbungen und dann durch weitere Scheiben mit größer werdenden Einkerbungen geführt wird.
Ein Beispiel solch einer Anordnung 100, die eine Vielzahl von Scheiben 101 umfasst, wird in den 1 und 1a gezeigt. In den 1 und 1a hat die Anordnung 100 vier Anordnungen 102a, 102b, 102c und 102d der Scheiben 101 mit Einkerbungen 103 entlang den umlaufenden Kanten 104 davon. Mehrere gekerbte Scheiben 101 sind entlang eines Schafts 105 angeordnet, um die Anordnungen 102a–d zu bilden, wobei jede Anordnung durch eine Platte 106 am Ende blo ckiert ist. Die gekerbten Scheiben 101 und die Platten 106 werden auf dem Schaft 105 mittels der Sicherungsstäbe 107 relativ zueinander in Position gehalten, welche die Länge der Anordnung 100 in Längsrichtung verlängern.
Die Anzahl der Einkerbungen 103 an der umlaufenden Kante von jeder Scheibe 101 kann maximiert werden, um die effiziente Trennung der Mischung der Siliciumteile zu erleichtern. Die Scheiben 101, die jede der Anordnungen 102a–d bilden, sind in ihrer Größe derart festgelegt, dass sie Siliciumteile einer bestimmten Größe oder kleiner abfangen und Siliciumteile mit einer Größe, die größer als die bestimmte Größe ist, abstoßen. Die Tiefe von jeder Einkerbung 103 kann 40 bis 70% der Breite der Einkerbung oder alternativ dazu 55–65% auf der gleichen Basis betragen. Die Dicke von jeder Scheibe 101 kann derart gewählt werden, dass die Länge der Einkerbung 100 bis 120% der Breite der Einkerbung oder alternativ dazu 100 bis 110% auf der gleichen Basis beträgt. Jede Einkerbung 103 ist als die Hälfte eines Zylinders geformt (z. B. ein Zylinder, der durch seine Längsachse aufgeschnitten ist).
Alternativ dazu kann ein Zylinder mit Einkerbungen, die entlang der umlaufenden Kante ausgebildet sind, wobei die Einkerbungen entlang der Längsrichtung des Zylinders so positioniert sind, um sich von einem ersten Ende des Zylinders zu einem zweiten Ende des Zylinders zu vergrößern, verwendet werden. Die Einkerbungen bewirken die differentielle Trennung der Mischung aus Siliciumteilen nach Größe, während die Mischung entlang der Länge des Zylinders geführt wird.
Ein Beispiel solch eines Zylinders wird in 2 gezeigt. In 2 hat der Zylinder 200 ein erstes Ende 210, ein zweites Ende 220 und eine umlaufende Kante 230 dazwischen. An dem ersten Ende 210 hat der Zylinder 200 einen ersten Satz von Einkerbungen 201, die entlang der umlaufenden Kante des Zylinders 200 angeordnet sind. Jede Einkerbung 201 hat einen Durchmesser von einem halben Inch an der Oberfläche des Zylinders 200 und jede Einkerbung 201 erstreckt sich nach innen in der Form einer Hälfte eines Ellipsoids. Es gibt 15 Reihen der Einkerbungen 201. Die Reihen der Einkerbungen 201 sind zueinander versetzt. Der Zylinder 200 hat dann benachbart zu dem ersten Satz der Einkerbungen 201 einen zweiten Satz von Einkerbungen 202. Jede der Einkerbungen 202 hat einen Durchmesser von 1 Inch an der Oberfläche der Zylinder 200 und jede Einkerbung 202 erstreckt sich nach innen in der Form einer Hälfte eines Ellipsoids. Es gibt 5 Reihen der Einkerbungen 202. Die Reihen der Einkerbungen 202 liegen voneinander versetzt vor. Der Zylinder 200 hat benachbart zu dem zweiten Satz der Einkerbungen 202 einen dritten Satz von Einkerbungen 203. Jede der Einkerbungen 203 hat einen Durchmesser von 1½ Inch an der Oberfläche des Zylinders und jede Einkerbung 203 erstreckt sich nach innen in der Form einer Hälfte eines Ellipsoids. Es gibt 5 Reihen von Einkerbungen 203. Die Reihen der Einkerbungen 203 liegen voneinander versetzt vor. Der Zylinder 200 hat benachbart zu dem dritten Satz der Einkerbungen 203 einen vierten Satz von Einkerbungen 204. Jede der Einkerbungen 204 hat einen Durchmesser von 2 Inch an der Oberfläche des Zylinders und jede Einkerbung 204 erstreckt sich nach innen in der Form einer Hälfte eines Ellipsoids. Es gibt 5 Reihen der Einkerbungen 204. Die Reihen der Einkerbungen 204 liegen voneinander versetzt vor. Der Zylinder 200 hat benachbart zu dem vierten Satz der Einkerbungen 204 einen fünften Satz von Einkerbungen 205. Jeder der Einkerbungen 205 hat einen Durchmesser von 2½ Inch an der Oberfläche des Zylinders und jede Einkerbung 205 erstreckt sich nach innen in der Form einer Hälfte eines Ellipsoids. Es gibt 5 Reihen der Einkerbungen 205. Die Reihen der Einkerbungen 205 liegen voneinander versetzt vor. Der Zylinder 200 hat benachbart zu dem fünften Satz der Einkerbungen 205 einen sechsten Satz von Einkerbungen 206. Jeder der Einkerbungen 206 hat einen Durchmesser von 3 Inch an der Oberfläche des Zylinders und jede Einkerbung 206 erstreckt sich nach innen in der Form einer Hälfte eines Ellipsoids. Es gibt 5 Reihen der Einkerbungen 206. Die Reihen der Einkerbungen 206 liegen voneinander versetzt vor. Der Zylinder 200 hat benachbart zu dem sechsten Satz der Einkerbungen 206 einen siebten Satz von Einkerbungen 207. Jeder der Einkerbungen 207 hat einen Durchmesser von 3½ Inch an der Oberfläche des Zylinders und jede Einkerbung 207 erstreckt sich nach innen in der Form einer Hälfte eines Ellipsoids. Es gibt 5 Reihen der Einkerbungen 207. Die Reihen der Einkerbungen 207 liegen voneinander versetzt vor. Jeder Satz Einkerbungen ist 1½ Inch von dem nächsten Satz Einkerbungen entfernt angeordnet.
Die Zahl der Einkerbungen in dem Umfang von jeder Scheibe oder Zylinder ist nicht kritisch, sie kann aber maximiert werden, um eine effiziente Trennung der Mischung der Siliciumteile zu erleichtern. Das Versetzen der Reihen von Einkerbungen kann durchgeführt werden, um die Zahl der Einkerbungen zu maximieren. Die Form der Einkerbung kann zum Beispiel kubisch, zylindrisch, halbzylindrisch, ellipsoid, halbellipsoid oder keilförmig sein. Die Tiefe von jeder Einkerbung kann 40 bis 70% der Breite der Einkerbung gemessen an der umlaufenden Kante oder alternativ dazu 55 bis 65% auf der gleichen Basis sein. Ein Fachmann auf dem Gebiet wäre in der Lage, die Zahl der Einkerbungen, die Größe der Einkerbungen, den Abstand der Einkerbungen und die Anzahl der Sätze oder Anordnungen der Einkerbungen ohne übermäßiges Experimentieren zu variieren.
3 zeigt einen rotierenden Kerbenklassifikator mit der Anordnung 100, die in 1 gezeigt wird. Die Enden des Schafts 105 sind rotierend an einem Träger 108 fixiert, der auf einer Basis 109 aufliegt. Die Mittel zur rotierenden Befestigung des Schaftes 105 an den Träger 108 können übliche Lager sein. Die Anordnung 100 kann auf den Trägern 108 so positioniert sein, dass die Anordnung 100 eine Steigung von 5 bis 20° oder alternativ dazu 10 bis 12° über der Horizontalen aufweist. Die Steigung der Anordnung 100 ist so positioniert, um die Bewegung einer Mischung aus Siliciumteilen durch Schwerkraft entlang einer Rutschplatte 110 zu erleichtern. Die Träger 108 können in der Höhe einstellbar sein, um die Änderung der Steigung zu erleichtern. An dem oberen Ende des Schafts 105 ist ein Treibmechanismus 111 zur Übertragung einer Rotationsenergie auf die Anordnung 100 befestigt. Die Rotationsenergie kann durch jegliches geeignetes Mittel wie einen elektrischen Motor oder einen pneumatischen oder hydraulischen Antrieb bereitgestellt werden. Der Antriebsmechanismus 111 kann mit dem Schaft 105 direkt oder über geeignete Mittel wie ein Band, eine Kette, ein Getriebe oder Kombinationen derselben verbunden sein. Die Anordnung 100 kann mit einer Geschwindigkeit gedreht werden, die ausreicht, um eine Tangentialgeschwindigkeit von 15 bis 32 cm pro Sekunde zur Verfügung zu stellen.
Der Zuführverteiler 112 ist am oberen Ende der Anordnung 100 positioniert. Die Mischung der Siliciumteile kann mittels des Zuführverteilers 112 zu der Anordnung 102a zum Starten des Trennverfahrens geführt werden. Die Form des Zuführverteilers 112 ist nicht kritisch und kann eine Rinne sein, wie es in 3 gezeigt wird, oder jegliche andere sinnvolle Konstruktion zur Zuführung der Material teile zu einer rotierenden Anordnung, einschließlich aber nicht beschränkt auf, ein Trichter, ein Förderband, eine Rutschplatte oder eine Kombination derselben.
In 3 wird die Anordnung 100 in einem Sammelbehälter 113 positioniert gezeigt, der die äußeren Wände 114 und die Trennwände 115 umfasst. Die Trennwände 115 trennen den Sammelbehälter 113 in eine Anzahl von Kammern zur Trennung der Siliciumteile, die durch jede der Anordnungen 102a–d eingefangen wurden. In dem Sammelbehälter auf einer Achse, die im Allgemeinen parallel zum Schaft 105 vorliegt, ist auch eine Rutschplatte 110 positioniert. Eine Rutschplatte 110 kann an jeder Seite der Anordnung 100 positioniert sein. Die Rutschplatte 100 funktioniert so, dass sie die gravitationsbedingte Bewegung der Mischung aus Siliciumteilen entlang der Länge der Anordnung 100 ermöglicht. Die Rutschplatte 110 kann statisch fixiert sein oder sie kann in einer solchen Weise gehalten werden, um eine Vibration oder Bewegung zu ermöglichen, um die Bewegung der Siliciumteile entlang ihrer Länge zu erleichtern. Ein Fachmann auf dem Gebiet würde erkennen, dass die Anordnung 100 nicht in einer integralen Behältervorrichtung positioniert sein muss, wie es gezeigt wird, sondern getrennte Sammelbehälter aufweisen kann, die unter jeder Anordnung 102a–d positioniert sind. Die untere Behälterwand 114 und der Boden 109 haben darin verschließbare Anschlüsse 116 zur Entfernung der sortierten Siliciumteile aus den Kammern.
Die 4, 5, 6 und 7 zeigen einen rotierenden Kerbenklassifikator einschließlich des in 2 gezeigten Zylinders 200. Die 4 zeigt eine Vorderansicht des rotierenden Kerbenklassifikators 400. Die 5 zeigt eine Draufsicht auf den rotierenden Kerbenklassifikator 400. Die 6 zeigt eine linksseitige Ansicht des rotierenden Kerbenklassifikators 400. Die 7 zeigt eine rechtsseitige Ansicht des rotierenden Kerbenklassifikators 400. Der Zylinder 200 hat einen Schaft 403, der sich durch die Mitte der Längsrichtung des Zylinders 200 erstreckt. Der Zylinder 200 ist drehend auf einem Träger 401 durch den Schaft 403 befestigt. Der Träger 401 liegt auf einer Basis 402 auf. Die Mittel zur drehenden Befestigung des Schafts 403 an dem Träger 401 können übliche Lager sein. Der Zylinder 200 kann in den Trägern 401 so positioniert sein, dass der Zylinder 200 mit einer Steigung von 0 bis 20° oder alternativ dazu 5 bis 12° über der Horizontalen ansteigt. Die Steigung des Zylinders 200 ist so angeordnet, um die Bewe gung einer Mischung von Siliciumteilen entlang der Fördervorrichtung 404 zu erleichtern. Die Träger 401 können in der Höhe einstellbar sein, um die Änderung der Steigung zu erleichtern. An dem ersten Ende 405 des Schafts 403 ist der Antriebsmechanismus 407 zur Vermittlung von Rotationsenergie auf den Zylinder 200 befestigt. Die Rotationsenergie kann durch jegliches geeignete Mittel wie einen elektrischen Motor oder einen pneumatischen oder hydraulischen Antrieb geliefert werden. Der Antriebsmechanismus 407 kann mit dem Schaft 403 direkt oder durch jegliches geeignete Mittel wie ein Band, eine Kette, ein Getriebe oder Kombinationen derselben verbunden sein. Alternativ dazu wird ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass der Antriebsmechanismus direkt mit dem Zylinder durch jegliches geeignete Mittel verbunden sein kann, wie solchen, die oben beschrieben werden. Der Zylinder 200 kann mit einer Geschwindigkeit gedreht werden, die ausreichend ist, um eine Tangentialgeschwindigkeit von 15 bis 32 cm pro Sekunde zur Verfügung zu stellen.
Die Fördervorrichtung 404 beginnt an dem ersten Ende 210 des Zylinders 200 und läuft zu dem zweiten Ende 220 des Zylinders 200. Die Mischung der Siliciumteile kann mittels der Fördervorrichtung 404 zu dem ersten Ende 210 des Zylinders 200 zum Starten des Trennverfahrens gefördert werden. Die Fördervorrichtung 404 läuft längsseitig benachbart zu dem Zylinder 200 und fördert die Mischung der Siliciumteile entlang der Länge des Zylinders 200 von dem ersten Ende 210 zu dem zweiten Ende 220. Die Art der Fördervorrichtung 404 ist nicht kritisch und sie kann eine vibrierende Fördervorrichtung sein, wie es in 4 gezeigt wird, oder jegliche andere geeignete Konstruktion, einschließlich aber nicht eingeschränkt auf, eine Eimerfördervorrichtung oder ein Bandförderer zur Zuführung von Materialteilen zu einer rotierenden Anordnung. Ein Fachmann auf dem Gebiet würde erkennen, dass andere Konstruktionen verwendet werden könnten, um die Mischung der Siliciumteile entlang der Länge des Zylinders zu fördern, wie ein Trichter, eine Rinne, eine Rutschplatte oder Kombinationen derselben.
In 4 wird der Zylinder 200 hinter einem Sammelbehälter 408 positioniert gezeigt, der die äußeren Wände 409 und die Trennwände 410 umfasst. Die Trennwände 410 trennen den Sammelbehälter 408 in eine Anzahl von Kammern zur Trennung der Siliciumteile, die durch jeden Satz der Einkerbungen 201–207 ein gefangen werden. Ein Fachmann auf dem Gebiet würde erkennen, dass der Zylinder 200 alternativ dazu getrennte Sammelbehälter aufweisen kann, die unter jedem Satz der Einkerbungen 201–207 positioniert sind.
Das Verfahren dieser Erfindung ist zum Sortieren einer Mischung von Größen von Siliciumteilen in zwei oder mehrere Größenverteilungen nützlich. Das Verfahren ist zur Sortierung von für Halbleiter geeigneten Siliciumteilen zur Verwendung von zum Beispiel in einem Czochralski-artigen Verfahren zur Herstellung von hochreinem monokristallinen Silicium geeignet. Die Formen der Siliciumteile, die durch das Verfahren dieser Erfindung sortiert werden können, umfassen, sind aber nicht eingeschränkt auf, Klumpen, Schnitzel, Flocken, Kügelchen, Körner und Pulver.
Die Teilchengröße und die Gewichtsverteilung der Mischung der Siliciumteile mit unterschiedlichen Größen, die unter Verwendung des Verfahrens zu trennen sind, hängen von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich davon, ob ein Fliessbettreaktorverfahren verwendet wird, um die Mischung der Siliciumteile herzustellen, oder ob ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren verwendet, um ein polykristallines Siliciumwerkstück herzustellen, dem Verfahren, das verwendet wird, um die polykristallinen Siliciumwerkstücke zu zerbrechen und der endgültigen Verwendung der sortierten Siliciumteile. Jedoch kann eine Mischung aus Siliciumteilen, bei der bis zu 90% der Siliciumteile eine Teilchengröße von 0,1 bis 150 mm aufweisen, verwendet werden. Siliciumteile mit einer Teilchengröße von mehr als 150 mm können einem weiteren Brechen ausgesetzt werden, bevor sie dem Klassifikator zugeführt bzw. neu zugeführt werden.
Die Anzahl der Größenverteilungen, in die die Mischung der Siliciumteile getrennt wird, wird von den Erfordernissen der Endverwendung der Siliciumteile abhängen. Die Mischung der Siliciumteile wird in wenigstens zwei Größenverteilungen oder alternativ dazu in wenigstens drei Größenverteilungen getrennt. Zum Beispiel kann die Mischung der Siliciumteile wie folgt in wenigstens 7 Größenverteilungen getrennt werden: weniger als 10 mm, 10 bis 25 mm, 25 bis 45 mm, 45 bis 75 mm, 75 bis 100 mm, 100 bis 150 mm und größer als 150 mm. Optional können die Teile in einer oder mehreren der Größenverteilungen in einem Verhältnis kombiniert werden, das den Erfordernissen des Kunden entspricht.
Die hierin offenbarten Vorrichtungen können aus üblichen Ingenieurmaterialien hergestellt werden. Die Komponenten, die nicht mit dem Silicium in Kontakt kommen, können aus geeigneten Metallen wie Edelstahl, Eisen, Aluminium und Plastikarten konstruiert werden. Die Komponenten, die mit dem Silicium in Kontakt stehen, vermitteln keine oder nur eine geringe Oberflächenverunreinigung auf das Silicium. Daher können die Komponenten, die mit Silicium irgendwo in dem Verfahren in Kontakt stehen, aus wenig verunreinigenden Materialien wie ultrahochmolekulargewichtigem Polyethylen (UHMGPE), Polypropylen, Perfluoralkoxyharz (PFA), Polyurethan (PU), Polyvinylidenfluorid (PVDF), TEFLON^®, Wolframcarbid, Silicium und Keramik hergestellt werden. Die Kerbenscheiben und Zylinder können aus PVDF, UHMGPE oder Silicium bestehen.
Das Silicium kann optional ein oder mehrere Male in dem oben genannten Verfahren durch Verfahren, die auf dem Gebiet bekannt sind, gereinigt werden. Zum Beispiel kann das Siliciumwerkstück entweder vor oder nach dem Zerbrechen, entweder vor oder nach dem Sortieren der Mischung der Siliciumteile mit unterschiedlichen Größen in unterschiedliche Größenverteilungen oder Kombinationen davon gereinigt werden.
Zum Beispiel können die Siliciumteile durch das Verfahren gereinigt werden, das in dem U.S. Patent 5,851,303 offenbart wird, das das aufeinander folgende In-Kontakt-Bringen der Siliciumteile mit gasförmigen Wasserstofffluorid und dann mit einer wässrigen Lösung, die wenigstens ein halbes Prozent Wasserstoffperoxid enthält, und danach das Trocknen der zerbrochenen Stäbe umfasst. Alternativ dazu können die Siliciumteile durch anisotropes Ätzen an der Oberfläche gereinigt werden, wie es in dem kanadischen Patent Nr. 954425 oder dem U.S. Patent 4,971,654 beschrieben wird. Andere Verfahren zur Reinigung von Silicium umfassen solche, die in den U.S. Patenten 5,753,567; 5,820,688 und 6,309,467 beschrieben werden.
BEISPIELE
Diese Beispiele sind dazu vorgesehen, die Erfindung einem Fachmann auf dem Gebiet zu illustrieren und sollten nicht als beschränkend für den Umfang der Erfindung, wie er in den Ansprüchen dargestellt wird, interpretiert werden.
Beispiel 1
Es wird ein polykristalliner Siliciumstab durch ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren hergestellt. Der Stab ist in etwa zylindrisch in seiner Form und wiegt 15 bis 25 kg. Der Stab wird auf eine Temperatur von 365 bis 377°C (690 bis 710°F) in einem Mikrowellenraum erhitzt, wie oben beschrieben und in 8 gezeigt wird (von Microwave Materials Technologies, Inc., of Knoxville, Tennessee, USA). Der erhitzte Stab wird auf eine Sprühlöschvorrichtung übertragen, die oben beschrieben und in den 9 und 10 gezeigt wird. Der erhitzte Stab wird mit deionisiertem Wasser bei Raumtemperatur aus einer Vielzahl von Düsen besprüht. Der erhitzte Stab wird für 1 bis 5 Minuten besprüht und die Oberflächentemperatur verringert sich auf 52 bis 79°C (125 bis 175°F). Der Stab ist gerissen, aber immer noch intakt. Der gerissene Stab wird auf eine mechanische Trennvorrichtung, die oben beschrieben und in den 11 und 12 gezeigt wird, übertragen. Die mechanische Trennvorrichtung umfasst eine pneumatische Hammerkammer. Der gerissene polykristalline Siliciumstab wird mit einer Vielzahl pneumatischer Hämmer geschlagen und zerbricht. Die resultierende Mischung der Siliciumteile wird auf eine vibrierende Fördervorrichtung übertragen.
Die Mischung wird dem rotierenden Kerbenklassifikator 400 in den 4 bis 7 durch die vibrierende Fördervorrichtung 404 zugeführt. Die vibrierende Fördervorrichtung vibriert zwischendurch bei der Resonanzfrequenz der Mischung der Siliciumteile und bei niedrigeren Frequenzen zur Steuerung der Zuführgeschwindigkeit der Mischung der Siliciumteile. Der Zylinder 200 rotiert bei einer Geschwindigkeit von 5 bis 10 U.p.m. Die Mischung der Siliciumteile wird in fünf Größenverteilungen sortiert und in den Sammelbehältern 408 gesammelt.
ZEICHNUNGEN
1 ist eine dreidimensionale Ansicht einer Anordnung 100, die eine Vielzahl von Kerbenscheiben 102 zur Verwendung in einem rotierenden Kerbenklassifikator gemäß dieser Erfindung umfasst.
1a ist eine Endansicht der Anordnung 100 in 1.
2 ist eine Vorderansicht eines Zylinders 200 zur Verwendung in einem rotierenden Kerbenklassifikator gemäß dieser Erfindung.
3 ist eine Forderansicht eines rotierenden Kerbenklassifikators gemäß dieser Erfindung und umfasst die Anordnung 100 von 1.
4 ist eine Vorderansicht eines rotierenden Kerbenklassifikators gemäß dieser Erfindung und umfasst den Zylinder 200 von 2.
5 ist eine Draufsicht auf den rotierenden Kerbenklassifikator in 4.
6 ist eine linksseitige Ansicht des rotierenden Kerbenklassifikators in 4.
7 ist eine rechtsseitige Ansicht des rotierenden Kerbenklassifikators in 4.
8 ist ein Mikrowellenbrennofen mit kontrollierter Atmosphäre zum Erhitzen der polykristallinen Siliciumwerkstücke.
9 ist eine Draufsicht auf einen Löschtank zur Verwendung in dem Verfahren dieser Erfindung.
10 ist eine Querschnittsansicht des Löschtanks in 9.
11 ist eine Querschnittsansicht einer mechanischen Trennvorrichtung zur Verwendung in dem Verfahren dieser Erfindung.
12 ist eine Ansicht von oben auf eine pneumatische Hammerkammer in der mechanischen Trennvorrichtung der 11.

100: Anordnung
101: Scheiben
102a: Anordnung von Scheiben
102b: Anordnung von Scheiben
102c: Anordnung von Scheiben
102d: Anordnung von Scheiben
103: Einkerbungen
104: umlaufende Kanten der Scheiben
105: Schaft
106: Platte
107: Sicherungsstäbe
108: Träger
109: Basis
110: Rutschplatte
111: Antriebsmechanismus
112: Zufuhrverteiler
113: Sammelbehälter
114: äußere Wände
115: Trennwände
116: Anschlüsse
200: Zylinder
201: erster Satz von Einkerbungen
202: zweiter Satz von Einkerbungen
203: dritter Satz von Einkerbungen
204: vierter Satz von Einkerbungen
205: fünfter Satz von Einkerbungen
206: sechster Satz von Einkerbungen
207: siebter Satz von Einkerbungen
210: erstes Ende des Zylinders 200
220: zweites Ende des Zylinders 200
230: umlaufende Kante des Zylinders
400: rotierender Kerbenklassifikator
401: Träger
402: Basis
403: Schaft
404: Fördervorrichtung
405: erstes Ende des Schafts 403
407: Antriebsmechanismus
408: Sammelbehälter
409: äußere Wände
410: Trennwände
800: Mikrowellenbrennofen
801: Kammer mit kontrollierter Atmosphäre
802: Kontrollschrank
803: Mikrowellenzufuhr
804: Wellenführungsanordnung
805: Sichtfenster
806: Seite
807: Tür
808: Thermoelement
900: Löschtank
901: Werkstück
902: Träger
903: Düsen
904: Einlass
905: Auslass
1001: Rohre
1003: Sätze von Düsen
1100: mechanische Trennvorrichtung
1101: pneumatische Hammerkammer
1102: Deckel
1103: gerissenes polykristallines Siliciumwerkstück
1104: Träger
1105: Anordnung pneumatischer Hämmer
1106: Anordnung pneumatischer Hämmer

Claims

Ein Verfahren zum Verarbeiten von Silicium, umfassend: (1) Zerbrechen eines polykristallinen Siliciumwerkstückes in eine Mischung aus polykristallinen Siliciumteilen, wobei die polykristallinen Siliciumteile unterschiedliche Größen haben; und (2) Trennen der Mischung aus polykristallinen Siliciumteilen in wenigstens zwei Größenverteilungen; worin Schritt (1) durchgeführt wird durch ein Verfahren, umfassend: (i) Erhitzen des polykristallinen Siliciumwerkstücks auf eine Temperatur von 316 bis 760°C (600 bis 1400°F), (ii) Besprühen des Produktes aus Schritt (i) mit einer Flüssigkeit aus einer Vielzahl von Düsen, und (iii) Ausweiten von Rissen in dem Produkt aus Schritt (ii) mit einer Trennvorrichtung.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (i) mit Laser-, Infrarot- oder Mikrowellenenergie durchgeführt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das polykristalline Siliciumwerkstück auf eine Temperatur von 316 bis 399°C (600 bis 750°F) erhitzt wird.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Flüssigkeit, die in Schritt (ii) verwendet wird, ausgewählt ist aus gereinigtem Wasser, Lösungen von HF in Wasser oder Ammoniumhydroxid in Wasser.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Düsen so orientiert sind, dass sie unregelmäßig geformte polykristalline Siliciumteile erzeugen.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Düsen so orientiert sind, dass sie keil- oder kuchenförmige Teile erzeugen.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Düsentyp ausgewählt ist, um ein kegelförmiges Sprühmuster herzustellen.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Düsentyp ausgewählt ist, um ein Sprühmuster in Form eines flachen Fächers herzustellen.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Trennvorrichtung, die in Schritt (iii) verwendet wird, ausgewählt ist aus einer mechanischen, Schall- oder vibrierenden Trennvorrichtung.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei Schritt (2) unter Verwendung eines rotierenden Kerbenklassifikators durchgeführt wird.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, außerdem umfassend (3) einen Waschschritt, umfassend das Waschen des Siliciums, entweder vor oder nach dem Zerbrechen in Schritt (1), entweder vor oder nach dem Sortieren in Mischungen mit unterschiedlichen Größenverteilungen in Schritt (2) oder Kombinationen daraus.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Mischung aus polykristallinen Siliconteilen in mehr als zwei Größenverteilungen sortiert wird und außerdem umfassend (4) Mischen von zwei oder mehr der Größenverteilungen, um eine neue Größenverteilung zu bilden, um Kundenbedürfnisse zu erfüllen.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der rotierende Kerbenklassifikator eine rotierende Scheibe enthält, die eine über den Umfang laufende Kante mit einer oder mehreren Einkerbungen hat, die bezüglich der Größe so gearbeitet sind, dass sie Siliciumteilchen einer vorbestimmten Größe oder kleinere einfangen und Siliciumteilchen einer Größe, die größer ist als die vorbestimmte Größe, zurückwerten, wodurch die Mischung aus Siliciumteilchen in wenigstens zwei Größenverteilungen getrennt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei der rotierende Kerbenklassifikator mehr als eine rotierende Scheibe enthält, und wobei jede rotierende Scheibe eine oder mehrere Einkerbungen hat.
Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei die rotierenden Scheiben so angeordnet sind, dass die erste rotierende Scheibe die Einkerbungen mit der kleinsten Größe hat und die letzte rotierende Scheibe die Einkerbungen mit der größten Größe hat.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei mehr als ein rotierender Kerbenklassifikator in Reihe verwendet wird und wobei jede rotierende Scheibe Einkerbungen verschiedener Größen hat.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei Schritt (2) ausgeführt wird durch: (A) Zuführen einer Mischung aus Siliciumteilen zu einem rotierenden Kerbenklassifikator, wobei der rotierende Kerbenklassifikator einen rotierenden Zylinder mit einem über den Umfang laufenden Rand mit Einkerbungen, die in ansteigender Größe von einem ersten Ende des Zylinders zu einem zweiten Ende des Zylinders angeordnet sind, umfasst, wobei die Siliciumteile verschiedene Größen haben, wobei die Aussparungen bezüglich der Größe so ausgearbeitet sind, dass sie Siliciumteile einer vorbestimmten Größe oder kleinere einfangen und Siliciumteilchen einer Größe, die größer als die vorbestimmte Größe sind, zurückwerten, wobei die Mischung aus Siliciumteilchen dem ersten Ende des Zylinders zugeführt wird, und (B) Fördern der Mischung von Siliciumteilen entlang der Länge des Zylinders, wodurch ein Trennen der Mischung in eine Vielzahl von Größenverteilungen bewirkt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 17, wobei Schritt (A) unter Verwendung einer Fördereinrichtung durchgeführt wird, die ausgewählt ist aus einer Vibrationsfördereinrichtung, einem Becherbandförderer, einem Förderband oder einem Beschickungstrichter.
Das Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei Schritt (B) unter Verwendung einer Fördereinrichtung durchgeführt wird, die ausgewählt ist aus einer Vibrationsfördereinrichtung, einem Becherbandförderer, einem Förderband oder einem Beschickungstrichter.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei jede Aussparung eine Form hat, ausgewählt aus kubisch, zylindrisch, halbzylindrisch, ellipsoid, halbellipsoid oder keilförmig.