[发明专利]一种石墨坩埚单瓣块体再生利用的切割模具及其切割方法

说明书

技术领域

本发明属于直拉法生产单晶硅技术领域，涉及一种石墨坩埚单瓣块体再生利用的切割模具，本发明还涉及利用该切割模具进行石墨坩埚单瓣块体再生利用的方法。

背景技术

单晶硅的生长方法主要以Czochralski法(直拉法)为代表。组成直拉法单晶炉热场主要部件有单瓣块体拼成的石墨坩埚、隔热体、加热器、热屏、保温筒、埚托、保温盖等。

以下文本中的单瓣块体是指现有多瓣石墨坩埚所使用的能够实现拼接的圆周弧度为120°或90°或其他角度的单瓣块体。石墨坩埚主要作用是支撑和保护盛装多晶硅原料的石英坩埚，其形状通常包括近似圆柱体形状的侧壁和适当角度的径向斜切的底部，一般由2-6瓣等分块体组成，多瓣块体在接口处连接起来组成一套完整的坩埚，多瓣块体内壁连接处的弯曲部称为R部位。

在直拉法工艺中，单晶炉内温度高于1400℃，石英坩埚(成分为SiO₂)在高温下软化，与多晶硅原料发生反应由此生成SiO气体。SiO气体继续与石墨坩埚反应，生成一氧化碳、碳化硅等，从而造成对单瓣块体的腐蚀。石英坩埚和单瓣块体接触部分发生氧化反应，其反应方程式如下：

SiO₂+Si＝2SiO，SiO+2C＝SiC+CO，SiO₂+C＝SiO+CO。

同时各瓣块体的接缝处存有断面，上述反应产生的混合气体和SiO从断面中穿过，由于SiO会与石墨反应，使得单瓣块体接缝处的R部位严重减薄，当R部位厚度小于1厘米时，为防止发生漏硅，就需要将石墨坩埚替换下来，使用寿命短，加大了生产成本。

目前关于解决单瓣块体R部位腐蚀的问题已有相关技术报道。比如专利号201020653402.9，公开号CN201901726U，公开日2011.07.20，公开了一种在单瓣块体接缝上覆盖石墨纸的方法延长石墨坩埚的寿命。专利号201110148718.1，公开号CN102168301A，公开日2011.08.31，公开了一种由石墨粉和乙醇混合而成的石墨涂层，均匀涂在石墨埚块体接缝处R部位，减轻R部位的腐蚀，延长石墨坩埚的使用寿命。专利号201010583556.X，公开号CN102094235A，公开日2011.06.15，公开了一种单瓣块体接缝处打排气孔的方式，将产生的一氧化硅、一氧化碳气体等从气孔排除，减少对R部位的腐蚀，增加石墨坩埚使用寿命。

上述现有的方法均是通过提前预防的方式减轻石墨坩埚的腐蚀，延长坩埚使用寿命，但使用效果有限，不能对减薄报废的石墨坩埚进行回收利用。

发明内容

本发明公开了一种石墨坩埚单瓣块体再生利用的切割模具，解决了现有技术中石墨坩埚单瓣块体R部位腐蚀后直接报废整个单瓣块体，使得石墨坩埚单瓣块体使用寿命短，生产成本较大的问题。

本发明还公开了利用该切割模具进行石墨坩埚单瓣块体再生利用的方法。

本发明采用的技术方案是，一种石墨坩埚单瓣块体再生利用的切割模具，在底板上固定设置有内模与外模，所述外模与内模圆心重合，内模上安装有多个微调销钉紧固坩埚块体。

本发明采用的另一技术方案是，一种石墨坩埚单瓣块体再生利用的方法，将单晶硅生产过程中因R部位腐蚀减薄报废的石墨坩埚单瓣块体的两个连接断面，沿圆心向内壁旋转10°～30°角，从断面平行方向将R部位减薄的竖直断面切除，重新拼合组成一套360°角的石墨坩埚，实现石墨坩埚的再生利用。

本发明的有益效果是，通过将石墨坩埚的单瓣块体侵蚀变薄的R部位竖直断面切除，使得单瓣块体之间的接缝处厚度变厚，继续起到支撑石英坩埚的作用，能够延长单瓣块体使用寿命10～20炉。本发明方法操作简单，实施方便，成本低廉；不受单瓣块体结构限制，适用于任何具有类似圆周结构组合的石墨坩埚单瓣块体；不受热场尺寸限制，适用于任何尺寸热场石墨坩埚单瓣块体的切割。本发明方法所用的切割模具结构简单，操作方便。

附图说明

图1是本发明方法的单瓣块体倒立状态进行切割的示意图；

图2是本发明的单瓣块体切割模具示意图；

图3是本发明方法对3瓣坩埚的单瓣块体切除R部位示意图；

图4是本发明方法将3瓣坩埚的单瓣块体切除R部位后拼接为4瓣坩埚的组合示意图；

图5是本发明方法将4瓣坩埚的单瓣块体切除R部位后拼接为6瓣坩埚的组合示意图。