[发明专利]硅芯制备系统及制备方法

说明书

本发明涉及硅芯制备系统及制备方法，属于多晶硅生产技术领域，尤其涉及硅芯制备系统及制备方法技术领域。本发明包括混合气供应单元、混合气提纯单元、混合气纯度检测单元、还原炉、硅芯制备单元以及控制系统。相对于现有技术，本发明通过设置混合气提纯单元和混合气纯度检测单元，使混合气进行提纯以及纯度检测，从而提高了多晶硅棒的纯度；同时本发明通过在还原炉设置红外摄像机和控制系统，使控制系统能通过红外摄像机实时获取硅棒表面温度、硅棒直径以及硅棒表面粗糙度，从而使还原炉能根据硅棒表面温度、硅棒直径以及硅棒表面粗糙度，调整还原炉内气相沉积反应的温度、通入的电流大小、混合气中含硅气体和氢气的混合比例以及混合气通气量。

技术领域

本发明属于多晶硅生产技术领域，尤其涉及硅芯制备系统及制备方法技术领域。

背景技术

多晶硅是制造半导体器件和太阳能电池等产品的主要原材料，还可以用于制备单晶硅，其深加工产品被广泛用于半导体工业中，作为人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等器件的基础材料。同时，由于能源危机和低碳经济的呼吁，全球正在积极开发利用可再生能源。太阳能由于其清洁、安全、资源丰富，在可再生能源中最引人关注。利用太阳能的一种方法是通过光电效应将太阳能转化为电能。硅太阳能电池是最普遍采用的基于光电压效应的装置。此外，由于半导体工业和太阳能电池的发展，对高纯度多晶硅的需求正不断增加。目前全球90％以上多晶硅生产采用改良西门子法，在化学气相沉积(CVD)反应器内安装多根细硅芯作为载体，搭建硅芯横梁形成导电回路。反应器运行时在硅芯内加载电流，以电加热的方式维持硅棒表面在一定的温度范围，满足通入炉内的含硅气体与还原气体反应条件，在硅棒表面沉积单质硅，实现多晶硅棒的生长。

一般的，制备多晶硅的CVD反应器使用的细硅芯载体通过直拉单晶硅棒切割工艺以及多晶硅母料区熔拉制制备。直拉单晶硅棒切割工艺将多晶硅料熔融，引晶拉制成大直径单晶或准单晶硅棒，纵向切割制备相应规格的硅芯。区熔拉制工艺将多晶硅棒母料局部熔融，引晶拉制相应规格的细圆硅芯。两者共同之处在于需要将原生硅棒熔融后，引晶拉制成相应规格的硅棒。熔融状态下的硅化学性质活泼，易与接触物质反应引入污染，且杂质易扩散渗入行成体杂质。此外，直拉、区熔过程存在杂质分凝现象，即杂质含量在制备硅芯的上、下端存在浓度梯度，硅芯质量不均匀，使得最终多晶硅产品等级分类繁琐。而还原炉内多晶硅制备的载体细硅芯在成品中无法完全分离，因此细硅芯的杂质含量以及含硅气体与还原气体的纯度直接影响产品多晶硅棒的品质以及多晶硅棒的致密度。

因此，亟需一种制备能切割成硅芯的高纯致密多晶硅棒的技术方案。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供硅芯制备系统，以解决现有多晶硅棒纯度不高、致密度不够、存在热应力的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

硅芯制备系统，包括：

混合气供应单元，所述混合气供应单元设有供应输出端；

混合气提纯单元，所述混合气提纯单元设有供应输入端、检测输出端以及回流输入端，所述供应输入端与所述供应输出端连接；

混合气纯度检测单元，所述混合气纯度检测单元设有检测输入端、沉积输出端以及回流输出端，所述检测输入端与所述检测输出端连接，所述回流输出端与所述回流输入端连接；

还原炉，所述还原炉设有沉积输入端、加热装置以及用于监测硅棒的红外摄像机，所述沉积输入端与所述沉积输出端连接；

硅芯制备单元，所述硅芯制备单元设有切割装置；

控制系统，所述控制系统分别与所述混合气供应单元、所述混合气提纯单元、所述混合气纯度检测单元、所述还原炉以及所述硅芯制备单元电连接。

作为本发明所述的硅芯制备系统的优选方案，所述还原炉还设置有视镜口，所述视镜口与所述红外摄像机对应设置。