一种采用空心硅芯生长多晶硅的方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103160926 A (43)申请公布日 2013.06.19 CN 103160926 A *CN103160926A* (21)申请号 201110408314.1 (22)申请日 2011.12.09 C30B 29/06(2006.01) C30B 28/14(2006.01) C01B 33/035(2006.01) (71)申请人 洛阳金诺机械工程有限公司 地址 471009 河南省洛阳市国家高新技术开 发区金鑫路 2 号 (72)发明人 刘朝轩 王晨光 (54) 发明名称 一种采用空心硅芯生长多晶硅的方法 (57) 摘要 一种采用空心硅芯生长多晶硅的方。

2、法， 涉及 一种多晶硅的生长方法， 包括以下步骤， 将两根竖 硅芯管 (3) 的下端与底座 (5) 上部设置的插柱 (4) 或套管 (13) 或插柱 (4) 与套管 (13) 之间的 间隙连接， 两根竖硅芯管 (3) 的上端与横硅芯管 (2) 或方硅芯 (7) 或圆硅芯 (10) 的两边搭接， 获 取 “” 形导电回路 ； 本发明通过将两根竖硅芯管 的上端与横硅芯管或方硅芯或圆硅芯的两边通过 可行的搭接方式， 获取 “” 形导电回路， 实现了增 大硅芯表面面积的目的， 达到了多晶棒快速生长 的诉求。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和。

3、国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103160926 A CN 103160926 A *CN103160926A* 1/2 页 2 1. 一种采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 其特征是 ： 包括以下步骤， 将两根竖硅芯管 (3) 的下端与底座 (5) 上部设置的插柱 (4) 或套管 (13) 或插柱 (4) 与套管 (13) 之间的间 隙连接， 两根竖硅芯管(3)的上端与横硅芯管(2)或方硅芯(7)或圆硅芯(10)的两边搭接， 获取 “” 形导电回路。 2. 根据权利要求 1 所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 其特征是 。

4、： 所述两根竖硅 芯管 (3) 的下端与底座 (5) 上部设置的套管 (13) 连接， 在两底座 (5) 上部面中部分别设有 套管(13)， 所述套管(13)的内管壁(15)分别与两根竖硅芯管(3)下部的外缘面插接连接， 所述套管 (13) 的内管壁 (15) 与竖硅芯管 (3) 的外缘面紧密配合。 3. 根据权利要求 1 所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 其特征是 ： 所述两根竖硅 芯管 (3) 的下端与底座 (5) 上部设置的插柱 (4) 连接， 在两底座 (5) 上部面中部分别设有 插柱 (4)， 插柱 (4) 分别与两根竖硅芯管 (3) 的硅芯管孔 (6) 插接连接， 所述插柱 (。

5、4) 的外 缘面与竖硅芯管 (3) 的硅芯管孔 (6) 壁紧密配合。 4. 根据权利要求 1 所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 其特征是 ： 所述两根竖硅 芯管 (3) 的下端与底座 (5) 上部设置的插柱 (4) 与套管 (13) 之间间隙连接， 在两底座 (5) 上部面中部分别设有插柱 (4)， 插柱 (4) 外部的底座 (5) 上间隔设有套管 (13)， 所述两根竖 硅芯管 (3) 下部的插入插柱 (4) 与套管 (13) 之间的间隙内形成插接连接， 所述竖硅芯管 (3) 的外缘面或硅芯管孔 (6) 与插柱 (4) 的外缘面或套管 (13) 的管壁 (15) 紧密配合。 5.根据权利。

6、要求3或4所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 其特征是 ： 在插柱(4) 的上端设有尖头 (11) 或圆锥台 (14)。 6. 根据权利要求 1 所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 其特征是 ： 两根竖硅芯管 (3) 的上端与横硅芯管 (2) 的两边搭接， 在两根竖硅芯管 (3) 的上端相对面一侧分别设有 斜面， 所述横硅芯管(2)的两端下部分别设有对应两根竖硅芯管(3)斜面的斜面， 在横硅芯 管 (2) 的两个斜面上分别设有口部小的豁口， 在两根竖硅芯管 (3) 的斜面上分别设有端部 大的插块， 横硅芯管 (2) 的豁口与两根竖硅芯管 (3) 的插块连接形成榫卯对接 (1) 结构。 7.。

7、 根据权利要求 1 所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 其特征是 ： 两根竖硅芯管 (3) 的上端与横硅芯管 (2) 的两边搭接， 在两根竖硅芯管 (3) 的上端相对面一侧分别设有 斜面， 所述横硅芯管(2)的两端下部分别设有对应两根竖硅芯管(3)斜面的斜面， 在横硅芯 管 (2) 的两个斜面上分别设有端部大的插块， 在两根竖硅芯管 (3) 的斜面上分别设有口部 小的豁口， 横硅芯管 (2) 的插块与两根竖硅芯管 (3) 的豁口连接形成另一替换的榫卯对接 (1) 结构。 8. 根据权利要求 1 所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 其特征是 ： 两根竖硅芯管 (3) 的上端与方硅芯 (7) 。

8、的两边搭接， 在两根竖硅芯管 (3) 的上端分别设有 “V” 形槽 (8)， 所述方硅芯 (7) 两边的一个角分别与两根竖硅芯管 (3) 上端的两 “V” 形槽 (8) 搭接。 9. 根据权利要求 1 所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 其特征是 ： 两根竖硅芯管 (3)的上端与方硅芯(7)的两边搭接， 在两根竖硅芯管(3)的上端分别设有上部敞口的口字 型槽， 所述方硅芯 (7) 的两边三个面分别与两根竖硅芯管 (3) 上端的口字型的槽底部及其 两个面搭接。 10. 根据权利要求 1 所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 其特征是 ： 两根竖硅芯管 (3)的上端与圆硅芯(10)的两边搭接， 。

9、在两根竖硅芯管(3)的上端分别设有 “U” 形槽(12)， 权 利 要 求 书 CN 103160926 A 2 2/2 页 3 所述圆硅芯 (10) 的两边分别与两根竖硅芯管 (3) 上端的 “U” 形槽 (12) 搭接。 权 利 要 求 书 CN 103160926 A 3 1/4 页 4 一种采用空心硅芯生长多晶硅的方法 【技术领域】 0001 本发明涉及一种多晶硅的生长方法， 具体地说本发明涉及一种采用空心硅芯生长 多晶硅的方法。 【背景技术】 0002 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。

10、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。 0003 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。

11、径通常为 8mm 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。

12、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 ： 0004 1)、 实心硅芯 ； 0005 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。

13、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 ； 0006 2)、 方硅芯 ； 0007 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。 说 明 书 CN 103160926 A 4 2/4 页 5 0008 那么采用大直径的硅芯进行搭接来实现多晶。

14、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。 0009 尤其是发明人对于空心硅芯拉制研发的成功， 使得空心硅芯与实心硅芯在重量基 本相等的情况下， 直径远大于实心硅芯的， 本人经过检索目前还没有对于空心硅芯生长多 晶硅的方法和装置出现。 【发明内容】 0010 为了克服背景技术中的不足， 本发明公开了一种采用空心硅芯生长多晶硅的方 法， 本发明所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法通过将两根竖硅芯管的上端与横硅芯管 或方硅芯或圆硅芯的两边通过可行的搭接方式， 获取 “” 形导电回路， 实现了增大硅芯表 。

15、面面积的目的， 达到了多晶棒快速生长的诉求。 0011 为了实现上述发明的目的， 本发明采用如下技术方案 ： 0012 一种采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 包括以下步骤， 将两根竖硅芯管的下端与 底座上部设置的插柱或套管或插柱与套管之间的间隙连接， 两根竖硅芯管的上端与横硅芯 管或方硅芯或圆硅芯的两边搭接， 获取 “” 形导电回路。 0013 所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 所述两根竖硅芯管的下端与底座上部设 置的套管连接， 在两底座上部面中部分别设有套管， 所述套管的内管壁分别与两根竖硅芯 管下部的外缘面插接连接， 所述套管的内管壁与竖硅芯管的外缘面紧密配合。 0014 所述的采用空心。

16、硅芯生长多晶硅的方法， 所述两根竖硅芯管的下端与底座上部设 置的插柱连接， 在两底座上部面中部分别设有插柱， 插柱分别与两根竖硅芯管的硅芯管孔 插接连接， 所述插柱的外缘面与竖硅芯管的硅芯管孔壁紧密配合。 0015 所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 所述两根竖硅芯管的下端与底座上部设 置的插柱与套管之间间隙连接， 在两底座上部面中部分别设有插柱， 插柱外部的底座上间 隔设有套管， 所述两根竖硅芯管下部的插入插柱与套管之间的间隙内形成插接连接， 所述 竖硅芯管的外缘面或硅芯管孔与插柱的外缘面或套管的管壁紧密配合。 0016 所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 在插柱的上端设有尖头或圆锥台。。

17、 0017 所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 两根竖硅芯管的上端与横硅芯管的两边 搭接， 在两根竖硅芯管的上端相对面一侧分别设有斜面， 所述横硅芯管的两端下部分别设 有对应两根竖硅芯管斜面的斜面， 在横硅芯管的两个斜面上分别设有口部小的豁口， 在两 根竖硅芯管的斜面上分别设有端部大的插块， 横硅芯管的豁口与两根竖硅芯管的插块连接 形成榫卯对接结构。 0018 所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 两根竖硅芯管的上端与横硅芯管的两边 搭接， 在两根竖硅芯管的上端相对面一侧分别设有斜面， 所述横硅芯管的两端下部分别设 有对应两根竖硅芯管斜面的斜面， 在横硅芯管的两个斜面上分别设有端部大的插块，。

18、 在两 根竖硅芯管的斜面上分别设有口部小的豁口， 横硅芯管的插块与两根竖硅芯管的豁口连接 形成另一替换的榫卯对接结构。 0019 所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 两根竖硅芯管的上端与方硅芯的两边搭 接， 在两根竖硅芯管的上端分别设有 “V” 形槽， 所述方硅芯两边的一个角分别与两根竖硅芯 说 明 书 CN 103160926 A 5 3/4 页 6 管上端的两 “V” 形槽搭接。 0020 所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 两根竖硅芯管的上端与方硅芯的两边搭 接， 在两根竖硅芯管的上端分别设有上部敞口的口字型槽， 所述方硅芯的两边三个面分别 与两根竖硅芯管上端的口字型的槽底部及其两个。

19、面搭接。 0021 所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 两根竖硅芯管的上端与圆硅芯的两边搭 接， 在两根竖硅芯管的上端分别设有 “U” 形槽， 所述圆硅芯的两边分别与两根竖硅芯管上端 的 “U” 形槽搭接。 0022 通过上述公开内容， 本发明的有益效果是 ： 0023 本发明所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 通过将两根竖硅芯管的上端与横 硅芯管或方硅芯或圆硅芯的两边通过可行的搭接方式进行搭接， 获取了 “” 形导电回路， 由于本发明的两根竖硅芯管为管状结构， 同步设置了相匹配的连接底座， 稳定性得到了保 证， 通过所述两根竖硅芯管实现了增大硅芯表面面积的目的， 获得了多晶棒快速生长的技。

20、 术支持。 【附图说明】 0024 图 1 是本发明竖硅芯管与横硅芯管的搭接结构示意图 ； 0025 图 2 是图 1 的 A 向视图 ； 0026 图 3 是本发明竖硅芯管与方硅芯的搭接结构示意图 ； 0027 图 4 是图 3 的 B 向视图 ； 0028 图 5 是本发明竖硅芯管与圆硅芯的搭接结构示意图 ； 0029 图 6 是图 5 的 C 向视图 ； 0030 图 7 是本发明夹持座单独设置插柱结构示意图 ； 0031 图 8 是本发明夹持座同时设置套管和插柱实施例结构示意图 ； 0032 图 9 是本发明夹持座同时设置套管和插柱另一实施例结构示意图 ； 0033 图 10 是本发明。

21、夹持座设置套管的实施例结构示意图 ； 0034 在图中 ： 1、 榫卯对接 ； 2、 横硅芯管 ； 3、 竖硅芯管 ； 4、 插柱 ； 5、 底座 ； 6、 硅芯管孔 ； 7、 方硅芯 ； 8、“V” 形槽 ； 9、 下切面 ； 10、 圆硅芯 ； 11、 尖头 ； 12、“U” 形槽 ； 13、 套管 ； 14、 圆锥台 ； 15、 管壁。 【具体实施方式】 0035 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 ； 0036 结合附图 1 10 中所述的。

22、采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 包括以下步骤， 将两 根竖硅芯管 3 的下端与底座 5 上部设置的插柱 4 或套管 13 或插柱 4 与套管 13 之间的间隙 连接， 两根竖硅芯管 3 的上端与横硅芯管 2 或方硅芯 7 或圆硅芯 10 的两边搭接， 获取 “” 形导电回路。 0037 结合附图 7 10 中给出的结构， 所述两根竖硅芯管 3 的下端与底座 5 上部设置的 套管 13 连接， 在两底座 5 上部面中部分别设有套管 13， 所述套管 13 的内管壁 15 分别与两 说 明 书 CN 103160926 A 6 4/4 页 7 根竖硅芯管 3 下部的外缘面插接连接， 所述套管 13。

23、 的内管壁 15 与竖硅芯管 3 的外缘面紧 密配合 ； 或所述两根竖硅芯管 3 的下端与底座 5 上部设置的插柱 4 连接， 在两底座 5 上部面 中部分别设有插柱 4， 插柱 4 分别与两根竖硅芯管 3 的硅芯管孔 6 插接连接， 所述插柱 4 的 外缘面与竖硅芯管 3 的硅芯管孔 6 壁紧密配合 ； 或所述两根竖硅芯管 3 的下端与底座 5 上 部设置的插柱4与套管13之间间隙连接， 在两底座5上部面中部分别设有插柱4， 插柱4外 部的底座5上间隔设有套管13， 所述两根竖硅芯管3下部的插入插柱4与套管13之间的间 隙内形成插接连接， 所述竖硅芯管 3 的外缘面或硅芯管孔 6 与插柱 4。

24、 的外缘面或套管 13 的 管壁 15 紧密配合。 0038 其中， 在插柱 4 的上端设有尖头 11 或圆锥台 14， 以便于两根竖硅芯管 3 下部的插 入。 0039 结合附图 1 或 2 所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 两根竖硅芯管 3 的上端 与横硅芯管2的两边搭接， 在两根竖硅芯管3的上端相对面一侧分别设有斜面， 所述横硅芯 管 2 的两端下部分别设有对应两根竖硅芯管 3 斜面的斜面， 在横硅芯管 2 的两个斜面上分 别设有口部小的豁口， 在两根竖硅芯管3的斜面上分别设有端部大的插块， 横硅芯管2的豁 口与两根竖硅芯管 3 的插块连接形成榫卯对接 1 结构 ； 或两根竖硅芯管 。

25、3 的上端与横硅芯 管 2 的两边搭接， 在两根竖硅芯管 3 的上端相对面一侧分别设有斜面， 所述横硅芯管 2 的两 端下部分别设有对应两根竖硅芯管 3 斜面的斜面， 在横硅芯管 2 的两个斜面上分别设有端 部大的插块， 在两根竖硅芯管3的斜面上分别设有口部小的豁口， 横硅芯管2的插块与两根 竖硅芯管 3 的豁口连接形成另一替换的榫卯对接 1 结构。 0040 结合附图 3 或 4 中给出的结构， 两根竖硅芯管 3 的上端与方硅芯 7 的两边搭接， 在 两根竖硅芯管 3 的上端分别设有 “V” 形槽 8， 所述方硅芯 7 两边的一个角分别与两根竖硅芯 管 3 上端的两 “V” 形槽 8 搭接 。

26、； 或两根竖硅芯管 3 的上端与方硅芯 7 的两边搭接， 在两根竖 硅芯管 3 的上端分别设有上部敞口的口字型槽， 所述方硅芯 7 的两边三个面分别与两根竖 硅芯管 3 上端的口字型的槽底部及其两个面搭接形成另一替换结构。 0041 结合附图 5 或 6 中给出的结构， 两根竖硅芯管 3 的上端与圆硅芯 10 的两边搭接， 在两根竖硅芯管 3 的上端分别设有 “U” 形槽 12， 所述圆硅芯 10 的两边分别与两根竖硅芯管 3 上端的 “U” 形槽 12 搭接。 0042 实施本发明所述的采用空心硅芯生长多晶硅的方法， 将两根竖硅芯管 3 的下端与 底座 5 上部设置的插柱 4 或套管 13 。

27、或插柱 4 与套管 13 之间的间隙连接， 两根竖硅芯管 3 的上端与横硅芯管 2 或方硅芯 7 或圆硅芯 10 的两边搭接， 获取 “” 形导电回路 ； 通过前述 搭接方式本发明具有装配可靠、 使用便捷等优点， 克服了现有技术中的硅芯易断问题， 使得 还原炉装配硅芯较为稳定， 使得启炉和生产初期倒棒的问题得以克服， 确保开炉成功率的 大幅度上升， 本发明生产多晶硅可以有效地降低生产成本， 也同时提高了生产效率 ； 可以保 证在电传导中的接触效果达到设计要求， 避免因接触不良出现局部温升过高 ； 同样可避免 因接触不良出现局部温升过高。 0043 本发明未详述部分为现有技术。 0044 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。 说 明 书 CN 103160926 A 7 1/4 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103160926 A 8 2/4 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103160926 A 9 3/4 页 10 图 5 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103160926 A 10 4/4 页 11 图 8 图 9 图 10 说 明 书 附 图 CN 103160926 A 11 。