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CN111646475A - 一体式石墨底座和电子级多晶硅生产系统 - Google Patents

一体式石墨底座和电子级多晶硅生产系统 Download PDF

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CN111646475A CN202010493187.9A CN202010493187A CN111646475A CN 111646475 A CN111646475 A CN 111646475A CN 202010493187 A CN202010493187 A CN 202010493187A CN 111646475 A CN111646475 A CN 111646475A
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张超
贠俊辉
胡艳仓
娄成军
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China ENFI Engineering Corp
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China ENFI Engineering Corp
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    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/021Preparation
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Abstract

本发明公开了一体式石墨底座和一种电子级多晶硅生产系统。其中,一体式石墨底座包括:本体、卡瓣结构、间隙和电极配置孔。卡瓣结构设在本体上部,与本体为一体式结构;卡瓣结构包括多个子卡瓣,多个子卡瓣之间形成有间隙;电极配置孔设在本体下部。卡瓣结构与石墨底座本体为一体式结构,避免了分体石墨底座各配件组装时产生的石墨粉尘污染问题,不会导致因引入石墨粉尘而造成的电子级多晶硅产品品质下降问题。同时,由于电子级多晶硅对纯度要求极高,因此分体式的石墨结构回收利用效率要求少于两炉次,且分体石墨基底加工工序繁多,综合分析,该一体式石墨底座具有明显的经济优势;另外,该一体式石墨底座还具有优良的结构稳定性。

Description

一体式石墨底座和电子级多晶硅生产系统
技术领域
本发明涉及多晶硅生产技术领域,具体而言,本发明涉及一体式石墨底座和电子级多晶硅生产系统。
背景技术
多晶硅是微电子行业和光伏产业的“基石”,是信息产业和新能源产业最基础的原材料,另外也是生产单晶硅的直接原料,是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。随着新能源及光伏产业的迅速发展,带动着多晶硅产业的高速增长。其中,电子级多晶硅作为战略性原材料,为集成电路半导体器件基础材料的最前端。
但长期以来,电子级多晶硅生产仍主要集中于美国、德国和日本等少数几家多晶硅企业,其中美国Hemlock约生产11000吨、德国Wacker约8000吨、日本Tokuyama约为5500吨、日本住友约为2500吨、日本三菱约为2000吨、REC为844吨。2018年,我国加大支持集成电路产业发展的力度,电子级多晶硅需求量进一步扩大,国家强基工程和集成电路产业投资基金支持国内厂家着力开展电子级多晶硅国产化研究及产业化,电子级多晶硅国产化供应将逐步成为现实。
电子级多晶硅产品纯度要求极为苛刻,目前,我国电子级多晶硅生产采用改良西门子法生产,生产过程中要求严格的高纯环境,生长用设备中尽可能使用高纯、比面积小的配件,以减少污染物的引入。其中,石墨底座作为承载硅芯和电极之间必备的连接元件,同时也是电子级多晶硅中杂质碳引入的途径之一。目前的石墨底座主要由3个配件组合而成:石墨卡瓣、石墨帽、石墨底座,使用时,将石墨卡瓣装入石墨帽,然后组装石墨底座与石墨帽,将石墨卡瓣顶紧,石墨底座与石墨帽通过螺纹连接。该结构存在以下问题:1、螺纹连接的时候在各配件缝隙间易藏有石墨粉尘,污染电子级多晶硅;2、比表面积大,石墨件的Ⅲ族或Ⅴ族杂质在多晶硅生长过程中挥发至硅棒上,使硅棒纯度下降;3、处理后容易残留水渍及其他物质;4、强度及稳定性欠佳。因此改进石墨底座的结构,显得尤为重要。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一体式石墨底座和电子级多晶硅生产系统。该一体式石墨底座中卡瓣与底座本体成型为一体,可以解决现用石墨底座易导致的电子级多晶硅制品低品质及底座稳定性及强度差的问题。
在本发明的一个方面,本发明提出了一种一体式石墨底座。根据本发明的实施例,该一体式石墨底座包括:本体;卡瓣结构,所述卡瓣结构设在所述本体上部,并与所述本体为一体式结构;所述卡瓣结构包括多个子卡瓣,所述多个子卡瓣之间形成有间隙;电极配置孔,所述电极配置孔设在所述本体下部。
根据本发明实施例的一体式石墨底座,其石墨卡瓣结构与石墨底座本体为一体式结构,避免了分体石墨底座各配件组装时产生的石墨粉尘污染问题,不会导致因引入石墨粉尘而造成的电子级多晶硅产品品质下降问题。同时,由于电子级多晶硅对纯度要求极高,因此分体式的石墨结构回收利用效率要求少于两炉次,且分体石墨基底加工工序繁多,石墨需求量大,综合分析,该一体式石墨底座具有明显的经济优势;另外,该一体式石墨底座还具有优良的结构稳定性。
另外,根据本发明上述实施例的一体式石墨底座还可以具有如下附加的技术特征:
在本发明的一些实施例中,所述多个子卡瓣等间距分布。
在本发明的一些实施例中,所述子卡瓣包括4个。
在本发明的一些实施例中,所述间隙的宽度为0.5~1.5mm。
在本发明的一些实施例中,所述间隙的深度为30~55mm。
在本发明的一些实施例中,所述电极配置孔的内径为30~65mm。
在本发明的一些实施例中,所述电极配置孔的深度为30~35mm。
在本发明的另一方面,本发明提出了一种电子级多晶硅生产系统。根据本发明的实施例,该电子级多晶硅生产系统包括:上述实施例的一体式石墨底座。该电子级多晶硅生产系统通过采用上述实施例的一体式石墨底座,具有更佳的稳定性和可靠性,且可以生产品质更佳的电子级多晶硅产品。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1是根据本发明一个实施例的一体式石墨底座的纵切面的剖面示意图;
图2是根据本发明一个实施例的一体式石墨底座的俯视图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
发明人在对生产电子级多晶硅用石墨底座的研究中发现,目前的石墨底座主要由3个配件组合而成:石墨卡瓣、石墨帽、石墨底座,使用时,将石墨卡瓣装入石墨帽,然后组装石墨底座与石墨帽,将石墨卡瓣顶紧,石墨底座与石墨帽通过螺纹连接。该结构存在以下问题:1、螺纹连接的时候在各配件缝隙间易藏有石墨粉尘,污染电子级多晶硅;2、比表面积大,石墨件的Ⅲ族或Ⅴ族杂质在多晶硅生长过程中挥发至硅棒上,使硅棒纯度下降;3、处理后容易残留水渍及其他物质;4、强度及稳定性欠佳。因此改进石墨底座的结构,显得尤为重要。
鉴于此,在本发明的一方面,本发明提出了一种一体式石墨底座。根据本发明的实施例,参考图1和2,该一体式石墨底座包括:本体1、卡瓣结构2、间隙3和电极配置孔4。其中,卡瓣结构2设在本体1上部,并与本体1为一体式结构;卡瓣结构2包括多个子卡瓣,多个子卡瓣之间形成有间隙3;电极配置孔4设在本体1下部。
根据本发明实施例的一体式石墨底座,其石墨卡瓣结构与石墨底座本体为一体式结构,避免了分体石墨底座各配件组装时产生的石墨粉尘污染问题,不会导致因引入石墨粉尘而造成的电子级多晶硅产品品质下降问题。同时,由于电子级多晶硅对纯度要求极高,因此分体式的石墨结构回收利用效率要求少于两炉次,且分体石墨基底加工工序繁多,石墨需求量大,综合分析,该一体式石墨底座具有明显的经济优势;另外,该一体式石墨底座还具有优良的结构稳定性。
下面进一步对根据本发明实施例的一体式石墨底座进行详细描述。
根据本发明的一些实施例,上述多个子卡瓣等间距分布。由此,可以进一步提高石墨底座整体结构的稳定性。
上述多个子卡瓣的具体个数并不受特别限制,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。根据本发明的一些实施例,参考图2,上述子卡瓣包括4个(即子卡瓣2a、子卡瓣2b、子卡瓣2c及子卡瓣2d)。由此,可以进一步提高石墨底座整体结构的稳定性。
根据本发明的一些实施例,使用时将石墨基座底部电极配置孔4插入电极固定,之后将硅芯插入石墨基座上部的子卡瓣2a、子卡瓣2b、子卡瓣2c、子卡瓣2d围成的间隙3固定,即可进行下个工序。
根据本发明的一些实施例,上述间隙3的宽度可以为0.5~1.5mm,例如0.5mm、0.75mm、1.0mm、1.25mm、1.5mm等。由此,可以进一步提高多个子卡瓣对硅芯的固定效果,
根据本发明的一些实施例,上述间隙3的深度可以为30~55mm,例如30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm等。由此,可以进一步提高多个子卡瓣对硅芯的固定效果,
根据本发明的一些实施例,上述电极配置孔4的内径可以为30~65mm,例如30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm等。由此,可以进一步提高石墨基座在电极上的固定效果。
根据本发明的一些实施例,上述电极配置孔4的深度可以为30~35mm。由此,可以进一步提高石墨基座在电极上的固定效果。
在本发明的另一方面,本发明提出了一种电子级多晶硅生产系统。根据本发明的实施例,该电子级多晶硅生产系统包括:上述实施例的一体式石墨底座。该电子级多晶硅生产系统通过采用上述实施例的一体式石墨底座,具有更佳的稳定性和可靠性,且可以生产品质更佳的电子级多晶硅产品。
另外,需要说明的是,该电子级多晶硅生产系统具有前文针对一体式石墨底座所描述的全部特征和优点,在此不再一一赘述。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种一体式石墨底座,其特征在于,包括:
本体;
卡瓣结构,所述卡瓣结构设在所述本体上部,并与所述本体为一体式结构;所述卡瓣结构包括多个子卡瓣,所述多个子卡瓣之间形成有间隙;
电极配置孔,所述电极配置孔设在所述本体下部。
2.根据权利要求1所述的一体式石墨底座,其特征在于,所述多个子卡瓣等间距分布。
3.根据权利要求1所述的一体式石墨底座,其特征在于,所述子卡瓣包括4个。
4.根据权利要求1所述的一体式石墨底座,其特征在于,所述间隙的宽度为0.5~1.5mm。
5.根据权利要求1所述的一体式石墨底座,其特征在于,所述间隙的深度为30~55mm。
6.根据权利要求1所述的一体式石墨底座,其特征在于,所述电极配置孔的内径为30~65mm。
7.根据权利要求1所述的一体式石墨底座,其特征在于,所述电极配置孔的深度为30~55mm。
8.一种电子级多晶硅生产系统,其特征在于,包括:权利要求1~7任一项所述的一体式石墨底座。
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