Procedimiento y dispositivo para la producción de varillas finas de silicio.

Procedimiento para la producción de varillas finas de silicio,

que comprende las siguientes etapas: a) habilitaciónde una varilla de silicio; b) corte secuencial de tablas de un grosor determinado a partir de la varilla por medio de undispositivo de aserrado, en donde la varilla es girada axialmente entre dos cortes consecutivos en cada caso en 90º oen 180º de manera que de cuatro cortes consecutivos tienen lugar por pares en cada caso dos de los cuatro cortes encaras radialmente enfrentadas de la varilla o en donde el corte de las tablas tiene lugar simultáneamente al mismotiempo en caras radialmente enfrentadas de la varilla; c) aserrado de las tablas cortadas para formar varillas finas conuna sección transversal rectangular

Procedimiento y dispositivo para la producción de varillas finas de silicio.

Objeto de la invención es un procedimiento así como un dispositivo para la producción de varillas finas de silicio.

Varillas finas de silicio se utilizan para la deposición de silicio policristalino.

El silicio policristalino (abreviado: polisilicio) sirve como material de partida en la preparación de silicio monocristalino por medio de estirado en crisol (proceso de Czochralski o CZ) o mediante fusión por zonas (proceso de zona flotante o FZ) . Este silicio monocristalino es separado en discos (obleas) y, después de una pluralidad de tratamientos mecánicos, químicos y químico-mecánicos, se utiliza en la industria de los semiconductores para la producción de elementos componentes electrónicos (chips) .

Sin embargo, en particular el silicio policristalino se utiliza en una medida creciente para la producción de silicio mono-

o multi-cristalino por medio de procesos de estirado o de colada, sirviendo este silicio mono- o multi-cristalino para el acabado de celdas solares para la industria fotovoltaica.

El silicio policristalino, denominado también a menudo polisilicio, se prepara habitualmente por medio del proceso Siemens. En este caso, en un reactor en forma de campana (“reactor Siemens”) las varillas finas a base de silicio se calientan mediante el paso directo de corriente eléctrica y se introduce un gas de reacción que contiene un componente que contiene silicio, e hidrógeno.

En calidad de componentes con contenido en silicio entran en consideración, por ejemplo, compuestos halogenados de silicio tales como compuestos clorados de silicio, en particular clorosilanos. El componente con contenido en silicio se introduce en el reactor junto con hidrógeno. A temperaturas de más de 1000 ºC se deposita silicio sobre las varillas finas. En tal caso, resulta finalmente una varilla con silicio policristalino. En el documento DE 1 105 396 se describen los principios básicos del proceso Siemens.

En relación con la producción de varillas finas, a partir del documento DE 1 177 119 se conoce depositar silicio sobre un cuerpo de soporte a base de silicio, a continuación de ello, separar una parte y utilizar esta parte separada de nuevo como cuerpo de soporte para la deposición de silicio. La separación puede tener lugar mecánicamente, p. ej. mediante serrado, o electrolíticamente mediante un chorro de líquido. La división mecánica tiene lugar en la dirección longitudinal. Los planos de corte pueden disponerse en ángulo entre sí a través del eje geométrico de la varilla de silicio. Se propone también, mediante cortes realizados en paralelo, atravesar la varilla de silicio paralelamente a su eje, cortar bandas o tiras que deben servir como soportes para nuevos procesos de deposición. Cortes paralelos de este tipo pueden realizarse simultáneamente en una única etapa de trabajo.

El documento US 2010/0077897 A1 da a conocer un dispositivo para la producción de varillas finas, en el que una varilla de silicio puede ser dividida primeramente a lo largo de su eje en una pluralidad de planchas o bien tablas, en donde estas planchas o bien tablas son cortadas de nuevo a continuación en dirección axial con el fin de reducir su grosor. El dispositivo prevé también una pluralidad de hojas de sierra dispuestas horizontalmente que hacen posible dividir en una etapa de trabajo una pluralidad de esas planchas o bien tablas. Esencialmente, se trata de evitar durante el serrado de las planchas curvaturas y deterioros, afianzando las mismas durante el aserrado sobre una mesa y sustentándolas en el lado frontal.

También se conoce crear varillas finas por medios de diferentes procesos de aserrado o corte a partir de varillas de silicio producidas previamente por medio del proceso Siemens.

Las condiciones del proceso para la deposición de polisilicio en el proceso Siemens se ajustan habitualmente, por motivos de rentabilidad, de manera que resulte una tasa de deposición lo más elevada posible.

En este caso, se producen entonces varillas de polisilicio con un gran diámetro, p. ej. mayor que 100 mm. Este tipo de varillas presentan, sin embargo, elevadas tensiones térmicas que podrían causar problemas durante el tratamiento mecánico ulterior.

En el caso de una realización inadecuada del proceso en los procedimientos de aserrado y corte habituales, las varillas se pueden romper. Las varillas finas creadas pueden estirarse y luego son inadecuadas para el posterior empleo en el proceso Siemens.

Los procedimientos conocidos por el estado de la técnica para la creación de varillas finas a partir de varillas de polisilico con un gran diámetro, las cuales presentan considerables tensiones térmicas, conducen a que se produzca una rotura ya sea de la pieza de trabajo cortada o de la varilla de polisilicio a cortar. En casos menos drásticos se forman a menudo desconchados que asimismo son indeseados y, por lo tanto, deben evitarse.

En el documento WO 2010/039570 A2 se describe que las tensiones que resultan en la producción de varillas a partir de polisilicio en el proceso Siemens pueden eliminarse de nuevo mediante tratamiento térmico (recocido) . Las tensiones que resultan durante la deposición se eliminan de este modo con éxito, de manera que la varilla puede continuar siendo tratada sin más para la producción de varillas finas con los procedimientos de aserrado y de corte conocidos del estado de la técnica.

Un inconveniente de este procedimiento estriba, sin embargo, en que debe asumirse un considerable esfuerzo tanto desde un punto de vista energético como también mediante dispositivos adicionales con el fin de preparar las varillas para el corte de varillas finas.

Adicionalmente, durante el recocido de las varillas existe el riesgo de que impurezas superficiales se difundan en el interior del grueso del material y, de esta forma, impurifiquen al producto final. Con el fin de evitar esto, sería necesaria una etapa de purificación adicional (tal como una etapa de ataque químico) directamente antes de la etapa de recocido, lo cual, sin embargo, significaría un esfuerzo adicional considerable.

En el documento DE 100 19 601 B4 se describe un procedimiento en el que varillas de polisilicio que presentan una tensión térmica son cortadas transversalmente al eje longitudinal de manera que no se formen desconchados ni grietas. En tal caso, las varillas son giradas durante el corte en torno a su propio eje longitudinal, mientras que un útil de corte tronza la varilla desde el exterior. En tal caso no se generan, sin embargo, varillas finas, sino varillas previas para FZ o varillas de carga posterior para el CZ.

Por lo tanto, la misión de la invención consistía en evitar los inconvenientes arriba descritos en la producción de varillas finas como consecuencia de tensiones térmicas en las varillas de silicio, sin tener que recurrir a complejos tratamientos térmicos.

El problema se resuelve mediante un procedimiento para la producción de varillas finas de silicio, que comprende las siguientes etapas: a) habilitación de una varilla de silicio; b) corte secuencial de tablas de un grosor determinado a partir de la varilla por medio de un dispositivo de aserrado, en donde la varilla es girada axialmente entre dos cortes consecutivos en cada caso en 90º o en 180º de manera que de cuatro cortes consecutivos tienen lugar por pares en cada caso dos de los cuatro cortes en caras radialmente enfrentadas de la varilla o en donde el corte de las tablas tiene lugar simultáneamente al mismo tiempo en caras radialmente enfrentadas de la varilla; c) aserrado de las tablas cortadas para formar varillas finas con una sección transversal rectangular.

El problema se resuelve también mediante un procedimiento para la producción de varillas finas de silicio, que comprende las etapas: a) habilitación de una varilla de silicio; b) creación de una pluralidad de cortes verticales a lo largo de toda la longitud de la varilla por medio de un primer dispositivo de aserrado, estando distanciados entre sí los distintos cortes, teniendo lugar la distancia de los cortes y la profundidad de los cortes conforme a la longitud deseada de los cantos de una varilla fina a crear con una sección transversal rectangular; c) creación de un corte horizontal en dirección longitudinal de la varilla por medio de un segundo dispositivo de aserrado, con el fin separar de la varilla varillas finas con una sección transversal rectangular; en donde las etapas b) y c) se realizan secuencialmente varias veces consecutivas, y la varilla es girada axialmente entre dos cortes sucesivos conforme a c) en cada caso en 90º o en 180º, de modo que de cuatro cortes consecutivos... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de varillas finas de silicio, que comprende las siguientes etapas: a) habilitación de una varilla de silicio; b) corte secuencial de tablas de un grosor determinado a partir de la varilla por medio de un dispositivo de aserrado, en donde la varilla es girada axialmente entre dos cortes consecutivos en cada caso en 90º o en 180º de manera que de cuatro cortes consecutivos tienen lugar por pares en cada caso dos de los cuatro cortes en caras radialmente enfrentadas de la varilla o en donde el corte de las tablas tiene lugar simultáneamente al mismo tiempo en caras radialmente enfrentadas de la varilla; c) aserrado de las tablas cortadas para formar varillas finas con una sección transversal rectangular.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que en el caso del dispositivo de aserrado se trata de una sierra de cinta o de una sierra de alambre o de útiles de corte que contienen uno o varios árboles.

3. Procedimiento para la producción de varillas finas de silicio, que comprende las etapas: a) habilitación de una varilla de silicio; b) creación de una pluralidad de cortes verticales a lo largo de toda la longitud de la varilla por medio de un primer dispositivo de aserrado, estando distanciados entre sí los distintos cortes, teniendo lugar la distancia de los cortes y la profundidad de los cortes conforme a la longitud deseada de los cantos de una varilla fina a crear con una sección transversal rectangular; c) creación de un corte horizontal en la dirección longitudinal de la varilla por medio de un segundo dispositivo de aserrado, con el fin separar de la varilla varillas finas con una sección transversal rectangular; en donde las etapas b) y c) se realizan secuencialmente varias veces consecutivas, y la varilla es girada axialmente entre dos cortes sucesivos conforme a c) en cada caso en 90º o en 180º, de modo que de cuatro cortes consecutivos conforme a c) , por pares en cada caso dos de los cuatro cortes tengan lugar en caras radialmente enfrentadas de la varilla.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el primer dispositivo de aserrado comprende uno o varios árboles con hojas de sierra.

5. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el primer dispositivo de aserrado comprende varios láseres conducidos en líquido.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 3 a 5, en el que el segundo dispositivo de aserrado comprende una sierra de cinta o una sierra de alambre o útiles de corte que contienen uno o varios árboles.

7. Dispositivo para crear varillas finas a partir de una varilla de silicio mediante aserrado, que contiene una primera unidad que comprende una pluralidad de útiles de corte, un tubo con ranuras así como un líquido refrigerante para el enfriamiento de los útiles de corte, introduciéndose los útiles de corte en las ranuras del tubo, una segunda unidad que comprende toberas para la incorporación de líquido refrigerante adicional en la ranura de corte de la pieza de trabajo a mecanizar, así como una tercera unidad que comprende una sierra de cinta o una sierra de alambre o útiles de corte que contienen uno o varios árboles.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, en el que los útiles de corte de la primera unidad comprenden hojas de sierra que están incorporadas en uno o en varios árboles.