[发明专利]硅芯棒及用于多晶硅生长的硅芯结构

说明书

技术领域

本发明涉及西门子法生产多晶硅技术，特别涉及多晶硅生产中的多晶硅还原技术，具体是一种新型的硅芯棒及应用该硅芯棒的硅芯结构。

背景技术

目前，多晶硅生产大部分采用西门子法生产工艺，其工作原理是：在1080℃左右的高纯硅芯上用高纯氢(H₂)还原高纯三氯氢硅(SiHCl₃)生成多晶硅，并定向沉积在硅芯上。还原反应是在CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)还原炉中进行，其方法是：在CVD还原炉中将硅芯棒搭接为硅芯，用于多晶硅生长，搭接方式一般是采用在两根竖硅芯棒(成对使用，每根长度约1.5m～3m)的上方搭接一根与竖硅芯棒一样材质的横硅芯棒(如附图1、图2所示)，在搭接好的竖硅芯的下方用石墨组件固定，石墨组件固定在铜电极上，两个铜电极之间由电极连接板连接，每组硅芯通常由三对以上的硅芯串联组成，每组两端的铜电极为电源引入部分，从而组成一组加热回路。硅芯棒既是加热组件又是多晶硅沉积载体，这样在硅芯棒表面温度达到1080℃的情况下，SiHCl₃在H₂作用下发生还原反应，生成多晶硅，均匀地沉积在硅芯棒表面。该种生产工艺，要求硅芯温度均匀一致，温度约在1080℃左右，以保证多晶硅均匀快速地生长。

目前国内较常用的硅芯棒其截面形状大多为：圆形或方形或矩形，或采用薄型板材，国外也有使用其他截面形状的硅芯棒，如：附图3所示的十字形、附图4所示的圆管形。但截面为圆形和方形的硅芯，其表面积小，即多晶硅的初期沉积面积很小，这大大影响了多晶硅的初期生长速率和转换率，同时也增加了多晶硅的生长电耗；截面为十字形或圆管型的硅芯虽然其初期沉积面积增大，提高了多晶硅生长初期的生长速率和转换率，但由于此类硅芯会产生横梁搭接不均匀而导致硅芯表面温度不均匀，从而使还原生产不能正常进行；而板型硅芯由于薄型板材本身的剪切力弱，横梁搭接困难，易形成搭接点接触，使还原生产不能正常进行。此外，现有的硅芯搭接结构，搭接面积很小，造成搭接处接触不好电阻较大，易引起还原反应初期局部过热，引起倒棒(硅芯倒伏)，影响还原生产的稳定性。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种新型的硅芯棒及新型的用于多晶硅生长的硅芯结构，其能大大加快多晶硅的沉积速率和转化率，提高产能，降低能耗，并且强度高，能实现多晶硅沉积的稳定性及提高产品质量。

本发明的新型的硅芯棒是通过如下技术方案来实现的：一种硅芯棒，为长条状，其特征是：其横截面为具有至少一个弧状弯曲部的弯曲状。

本发明通过将硅芯棒设计为上述的形状，使得硅芯棒的表面积增大，在利用其进行多晶硅生产时，较大的表面积使得多晶硅在反应初期的沉积面积增大，有利于提高多晶硅的初期生长速率和转换率。本发明中硅芯棒的横截面形状可以为单一的弧状结构，如月牙形或半圆弧形，也可以具有多个弧状结构，如S形或波浪形等。

进一步的技术方案是，所述硅芯棒的厚度一般为0.5mm-5mm，优选厚度为1.55mm。该种厚度的硅芯棒不仅易于得到高的电阻值，满足硅芯棒电阻要求，有利于生产的稳定进行，而且保证了硅芯棒的强度，有利于还原生产的稳定，从用料上也省料，有利于降低材料成本。

为了适合还原炉热场、气体流程的布置及便于多晶硅沉积，所述硅芯棒的宽度为20mm-100mm，优选宽度为50mm。

本发明中的用于多晶硅生长的硅芯结构所采用的技术方案是：一种用于多晶硅生长的硅芯结构，包括两根竖硅芯棒，横向搭接在两根竖硅芯棒顶端的横硅芯棒，所述横硅芯棒和竖硅芯棒的横截面均为具有至少一个弧状弯曲部的弯曲状，所述两根竖硅芯棒的顶端具有与所述横硅芯棒外表面形状相适配的形状。

本发明的硅芯结构由于其采用了特殊设计的横截面形状的硅芯棒，并在竖硅芯棒的搭接处进行了适配的设计，使得搭接面接触均匀，不易引起局部过热，同时，搭接面积大大增加，增强了搭接强度，硅芯结构整体更加稳定可靠，大大降低了倒棒的几率，使还原生产更加稳定。

所述的横硅芯棒和竖硅芯棒的厚度为0.5mm-5mm，优选厚度为1.55mm。

所述硅芯棒的宽度为50mm。

本发明的有益效果是：本发明可直接利用现有还原炉，仅仅通过硅芯棒形状上的改变及硅芯搭接结构的改善，就实现了多晶硅沉积的稳定性、沉积速率和转化率大大提高的目的。