專利名稱：用于提純半導(dǎo)體材料的包括等離子體焰炬的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料的提純，尤其涉及硅的提純，以通過光伏效應(yīng)形成產(chǎn)生電 力的單元。
背景技術(shù)：
通常，預(yù)供光伏技術(shù)使用的硅主要由微電子工業(yè)的廢料形成，因?yàn)橛糜诠夥鼞?yīng)用 的硅可以包含比微電子中通常需要的雜質(zhì)含量(10_9)的臨界值更小的雜質(zhì)比例(10_6級)。希望有另一種硅源來制造適合光伏產(chǎn)品的硅。尤其是，微電子工業(yè)廢料具有不足 以滿足光伏技術(shù)需求的危險(xiǎn)。當(dāng)前嘗試提純冶金應(yīng)用制造的硅，以得到純度適合光伏技術(shù)的硅。冶金術(shù)中使用 的硅可以包含百分之幾的雜質(zhì)，例如鐵、鈦、硼、磷等。為了從半導(dǎo)體材料移除雜質(zhì)中的一些，特別是硼，可以在熔爐中熔化半導(dǎo)體材料 塊并通過使用具有掠過半導(dǎo)體材料熔體的自由面的火焰的等離子體焰炬提純?nèi)刍陌雽?dǎo) 體材料。半導(dǎo)體材料提純是通過引入等離子體反應(yīng)氣體得到的，該等離子體反應(yīng)氣體與存 在于熔化的半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)起反應(yīng)以形成氣態(tài)化合物。當(dāng)半導(dǎo)體材料是硅時(shí)，該反應(yīng) 氣體還可以與半導(dǎo)體材料起反應(yīng)以形成氣態(tài)化合物，例如硅氧化物(Si02、Si0)。必須排出 由提純半導(dǎo)體材料產(chǎn)生的氣態(tài)化合物和通過凝結(jié)這些化合物形成的粒子，以避免它們再次 污染半導(dǎo)體材料。一般，將提純系統(tǒng)設(shè)置在其中產(chǎn)生中性氣體或者例如氬和氦的中性氣體態(tài)化混合 物的大氣的外殼中。為了排出由半導(dǎo)體材料提純產(chǎn)生的氣態(tài)化合物和通過凝結(jié)這種化合物 形成的粒子，可以定期更換外殼中的大氣。這種方法的缺點(diǎn)在于它需要大量氣體，這很昂
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貝οEFD出版的專利FR2869028描述了用于制造半導(dǎo)體材料塊的裝置，其包括在提 純步驟中在熔化的半導(dǎo)體材料的自由表面的平面處能限定稱為密封容積(confinement volume)的外殼的大氣部分的密封系統(tǒng)，其中限定了由提純半導(dǎo)體材料產(chǎn)生的氣態(tài)化合物 和通過凝結(jié)這些化合物形成的粒子。然后在密封容積的平面處僅進(jìn)行氣態(tài)化合物和對應(yīng)的 粒子的排出。對于該目的，密封系統(tǒng)可以包括出現(xiàn)在密封容積中的一個(gè)或多個(gè)吸入口，密封 容積中的大氣被來自外殼其余部分的中性氣體更換。優(yōu)勢在于僅有密封容積被由半導(dǎo)體材 料提純產(chǎn)生的氣態(tài)化合物和通過凝結(jié)這種化合物形成的粒子污染，以及在外殼中僅有少量 的中性氣體或中性氣態(tài)化合物必須被定期更換。這種裝置的缺點(diǎn)在于，密封容積中的大氣用凝結(jié)成直徑可以從幾微米變?yōu)閹缀撩?的粒子的、并且可以在密封容積中保持懸浮或沉積在密封系統(tǒng)的壁上的氣態(tài)化合物來極深 地填滿。由于密封系統(tǒng)的內(nèi)壁溫度與氣態(tài)化合物的凝結(jié)溫度之間的差異大，所以在密封容 積中形成的粒子都將更大。在密封容積中可以得到粒子的有效密度。通過這種密度，當(dāng)盡 可能大地減少用中性氣體或中性氣態(tài)化合物更換密封容積時(shí)，似乎難以提供存在于密封容 積中的氣態(tài)化合物和粒子的適當(dāng)吸力。
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凝結(jié)氣態(tài)化合物和/或在密封系統(tǒng)的壁上沉積懸浮粒子會(huì)造成部分地或完全地 封閉密封系統(tǒng)的吸入口。因此必須經(jīng)常地清洗該密封系統(tǒng)，尤其是在必須將密封系統(tǒng)拆卸 下來清洗的情況下，將導(dǎo)致高成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種用于提純半導(dǎo)體材料、特別是硅的裝置，該裝置包括等離子 體焰炬和用于限定由半導(dǎo)體材料提純產(chǎn)生的氣態(tài)化合物和懸浮粒子的系統(tǒng)，其中降低了氣 態(tài)化合物的凝結(jié)和/或粒子在密封系統(tǒng)的壁上的沉積，能夠使該裝置的操作簡易。根據(jù)另一目的，該裝置具有特別簡單的結(jié)構(gòu)和小容積。根據(jù)另一目的，該裝置還能夠連續(xù)不斷地清洗用于吸入存在于密封容積中的氣態(tài) 化合物和粒子的系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)這些目的中的全部或部分以及其他目的，本發(fā)明的一方面提供了一種用 于提純半導(dǎo)體材料的、包括包含至少一種中性氣體的大氣的至少一個(gè)外殼的裝置。該裝置 包括在外殼中預(yù)要(intended to)包含熔融狀態(tài)的半導(dǎo)體材料的熔爐；預(yù)要移除熔爐中熔 化的半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)的等離子體焰炬；以及預(yù)要在熔爐與等離子體焰炬之間限定密封容 積的密封系統(tǒng)，該密封系統(tǒng)包括用于排出由提純?nèi)刍墓璁a(chǎn)生的氣態(tài)化合物和/或粒子的 系統(tǒng)。該排出系統(tǒng)包括具有圓柱形部分的至少一個(gè)吸力開口，該圓柱形部分延伸到漸變進(jìn) 密封容積的喇叭口形部分。根據(jù)一實(shí)施例，該裝置包括用于清洗吸力開口的系統(tǒng)，其能夠在等離子體焰炬操 作期間對開口實(shí)施清洗操作。根據(jù)一實(shí)施例，密封系統(tǒng)包括在密封容積外圍的第一環(huán)狀部分，該第一環(huán)狀部分 包括內(nèi)部側(cè)壁，喇叭口形部分出現(xiàn)在該內(nèi)部側(cè)壁的平面處。根據(jù)一實(shí)施例，該裝置包括在與喇叭口形部分相對的一側(cè)上繼續(xù)延伸開口的空心 管，該管的長度大于環(huán)狀部分的直徑。根據(jù)一實(shí)施例，等離子體焰炬沿第一方向定位，該管是直線的并且沿第二方向延 伸，該第二方向相對于第一方向傾斜的角度范圍在20°和90°之間。根據(jù)一實(shí)施例，外殼包括蓋子，在與該蓋子相對的一側(cè)第一環(huán)狀部分具有表面，該 裝置包括在第一環(huán)狀部分的外圍分布的多個(gè)爪，每個(gè)爪被連接到所述表面和該蓋子。根據(jù)一實(shí)施例，該密封系統(tǒng)還包括環(huán)繞等離子體焰炬的第一材料的第二環(huán)狀部 分；和與第一材料不同的第二材料的第三環(huán)狀部分，該第三環(huán)狀部分環(huán)繞第二環(huán)狀部分并 且包括預(yù)要面向半導(dǎo)體材料的壁，第一環(huán)狀部分環(huán)繞第三環(huán)狀部分。根據(jù)一實(shí)施例，第三環(huán)狀部分由至少兩個(gè)相互連接的部分形成。根據(jù)一實(shí)施例，喇叭口形部分與包含第三環(huán)狀部分的壁的平面相切。根據(jù)一實(shí)施例，喇叭口形部分除了在最接近和最遠(yuǎn)離第三環(huán)狀部分的壁的那部分 上之外，喇叭口形部分在所有點(diǎn)上與第一環(huán)狀部分的內(nèi)壁相切。


在結(jié)合附圖對特定實(shí)施例進(jìn)行的以下非限制性描述中，將詳細(xì)論述本發(fā)明的前述 和其他目的、特征和優(yōu)勢，其中
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圖1是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體材料提純裝置的實(shí)例的局部截面圖的正視圖；圖2是圖1的截面圖的部分放大圖；圖3和圖4分別是圖1的提純裝置的密封系統(tǒng)的元件的底視圖和正視圖；圖5、圖6和圖7是圖3的元件的詳細(xì)截面圖和透視圖；圖8是圖1的裝置的密封系統(tǒng)的其他元件的分解透視圖；以及圖9是圖8的元件的正視截面圖。
具體實(shí)施例方式在不同的附圖中相同的元件用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示。為了清楚，在不同的附圖中 僅示出了本發(fā)明必須要理解的裝置的那些元件。在以下描述中，相對于軸D使用的術(shù)語“上 面的”、“下面的”、“向上的”和“向下的”，軸D認(rèn)為是垂直的。然而應(yīng)該清楚，軸D可以關(guān)于 垂直方向略微傾斜。現(xiàn)在將描述用于提純硅的半導(dǎo)體材料提純裝置的實(shí)例，尤其是獲得直接用于形成 光伏產(chǎn)品的具有足夠純度級的硅塊和/或獲得與直接用于形成光伏產(chǎn)品所需的純度級相 比具有更低純度級的并且隨后將要被處理的硅塊以具有用于光伏技術(shù)的足夠級純度。圖1示出了用于制造硅塊的裝置10的實(shí)施例的元件。在圖1的左手部分中，裝置 10以正視圖示出，并且在圖1的右手部分中，裝置10以沿包括軸D的平面的截面示出。圖 2是裝置10的詳細(xì)視圖。該裝置包括由例如沒有示出的側(cè)壁組成的、在其上端由蓋子12 封閉的外殼。穿過外殼的側(cè)壁可以提供開口，該開口沒有示出，并且該開口能夠使外殼的內(nèi) 部容積與外部相通。該裝置可以包括在開口水平面處的密封門以緊密地隔離外殼的內(nèi)部容 積。根據(jù)變形，該外殼可以與例如擔(dān)任引入用的或者將物體放入該裝置以及從該裝置取出 物體用的入口/出口鎖角色的次級外殼相通。蓋子12由環(huán)繞軸D旋轉(zhuǎn)對稱的幾部分形成。根據(jù)本實(shí)施例，蓋子12包括通過兩 個(gè)平行的錐形壁18、19相互連接的外部環(huán)狀部分14和內(nèi)部環(huán)狀部分16。相比外部環(huán)狀部 分14，內(nèi)部環(huán)狀部分16位于根據(jù)軸D的更低位置。內(nèi)部環(huán)狀部分16限定了中心開口 20。 開口 20被局部覆蓋內(nèi)部環(huán)狀部分16的環(huán)狀盤22、布置在盤22和內(nèi)部環(huán)狀部分16之間的 密封件24局部遮蔽。環(huán)狀部分22通過向上延伸的并且限定開口 28的軸D的圓柱部分26 繼續(xù)延伸。操作時(shí)，在外殼的內(nèi)部使由中性氣體或例如氬的中性氣態(tài)化合物形成的大氣有利 地保持在略大于大氣壓力的壓力下，以避免氧侵入到外殼中。裝置10包括用于更換外殼中 的大氣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)沒有示出。熔爐30設(shè)置在外殼中。例如是硅基或石墨基熔爐。熔爐30可以具有圓形或矩形 底部。如果是例如加熱熔爐型或冷卻熔爐型的熔爐，則例如基于用粘土混合的石墨或者基 于碳化硅提供內(nèi)部硅石基反向熔爐。根據(jù)另一實(shí)例，它是在里面上用氮化硅涂覆的石英熔 爐。它還可以是在由ApollonSolar，Cyberstar和EFD遞交的US專利申請2006/0144326 中描述的熔爐。在以下描述中，考慮了外徑能夠達(dá)到幾十乃至大約幾百厘米的圓柱形熔爐 30。裝置10可以包括用于替換外殼內(nèi)部的熔爐30的系統(tǒng)，該系統(tǒng)沒有示出。作為實(shí) 例，該替換系統(tǒng)可以對應(yīng)于用其上布置有熔爐30的盤形成的并且經(jīng)由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠在外
5殼內(nèi)部沿垂直方向移動(dòng)的升運(yùn)器。該升運(yùn)器可以由例如預(yù)先存儲(chǔ)的控制程序自動(dòng)控制。根 據(jù)變形，替換系統(tǒng)可以對應(yīng)于機(jī)械臂。裝置10可以包括用于加熱熔爐30的、能夠使置于熔爐30中的硅塊熔化的系統(tǒng)， 該系統(tǒng)沒有示出。例如，它是包括環(huán)繞熔爐30的側(cè)面感應(yīng)線圈的加熱系統(tǒng)。感應(yīng)等離子體焰炬40，沒有詳細(xì)示出，設(shè)置在熔爐30的上面。感應(yīng)等離子體焰炬 40與諸如氫、氧、氯、氮等反應(yīng)氣體(未示出)的噴射器相聯(lián)系。感應(yīng)等離子體焰炬40包括 軸D的圓柱形噴嘴42，該圓柱形噴嘴42在由圓柱形壁26限定的開口 28中延伸并且超出開 口 28向下突出至由內(nèi)部環(huán)狀壁16限定的開口 20中。裝置10包括用于例如以球的形式向熔爐30供應(yīng)冶金級硅厚塊的系統(tǒng)，該系統(tǒng)沒 有示出。它可以是可伸縮的進(jìn)料斗。附圖標(biāo)記44標(biāo)明了包含在熔爐30中的硅熔體，附圖 標(biāo)記46標(biāo)明了硅熔體44的自由上表面。外殼包括在外殼內(nèi)部的由保護(hù)屏52和吸力環(huán)54形成的密封系統(tǒng)50。保護(hù)屏52 包括稱為嵌件的、具有軸D的并且環(huán)繞等離子體焰炬40的噴嘴42的端部的內(nèi)部環(huán)狀部分 56，和稱為擋板的、具有軸D的并且環(huán)繞嵌件56的外部環(huán)狀部分58。擋板58包括垂直于軸 D并且與包含在熔爐30中的硅熔體44的自由平面46相對的基本平坦的平面60。通過多 個(gè)螺絲釘62 (此后將要進(jìn)一步詳細(xì)描述)使擋板58連接到蓋子12的內(nèi)部環(huán)狀部分16，圖 1和2中示出了單個(gè)螺絲釘62。吸力環(huán)54包括由平坦的下表面65和軸D的圓柱形內(nèi)部側(cè) 壁66組成的環(huán)狀體64，壁66的直徑略大于熔爐30的外徑。環(huán)狀體64在其上面的部分中 包括向軸D延伸的同時(shí)局部覆蓋擋板58的邊68。當(dāng)熔爐30接近吸力環(huán)54時(shí)，吸力環(huán)54、 擋板58、嵌件56和熔爐30在熔爐30的上面部分中限定了密封容積69。作為實(shí)例，沿軸D 的吸力環(huán)54的高度為幾厘米。吸力環(huán)54的主體64被多個(gè)開口 70橫穿過，圖1和2示出了單個(gè)開口 70。每個(gè)開 口 70包括軸D'的圓柱形中心部分72，圓柱形中心部分72在一側(cè)由軸D'的較大直徑的圓 柱形部分74繼續(xù)延伸，以及在相對的一側(cè)由喇叭口形部分76繼續(xù)延伸。圓柱形部分74通 過肩部78連接到圓柱形部分72，并且出現(xiàn)在主體64的上外邊緣的平面處。喇叭口形部分 76出現(xiàn)在主體64的內(nèi)部側(cè)壁66上，并且基本上正切于內(nèi)部側(cè)壁66的下邊緣。裝置10包括用于每個(gè)開口 70的吸入管80。在本實(shí)施例中，該裝置包括吸力環(huán)54 中的兩個(gè)開口 70和兩個(gè)聯(lián)合的吸入管80。每個(gè)吸入管80包括其外徑基本與圓柱形部分 74的直徑一致并在較大外徑的第二管狀部分84中延伸的第一管狀部分82。第一管狀部分 82穿入到相應(yīng)開口 70的圓柱形部分74中并且鄰接肩部78。管80是空心的，第一管狀部 分82和第二管狀部分84被軸D‘的、直徑與開口 70的圓柱形部分72的直徑一致的圓柱形 開口 86橫穿。蓋子12的外部環(huán)狀部分14包括用于讓管80穿過的開口 88。壁89在與熔 爐30相對的蓋子12的側(cè)面上嵌入管80。使與吸力環(huán)54相對的吸入管80的端部連接到抽 氣系統(tǒng)，該抽氣系統(tǒng)沒有示出。每個(gè)吸入管80具有大于給定的臨界值并且至少大于吸力環(huán) 54的直徑的長度，以在管80的兩個(gè)端部之間得到吸入氣體的足夠的溫度梯度。作為實(shí)例， 管80由石墨、碳-碳型復(fù)合材料或者純不銹鋼制成。吸力環(huán)54通過爪90連接到蓋子12。每個(gè)爪90包括用螺絲釘92擰到吸力環(huán)54 的第一端部和擰到蓋子12的外部環(huán)狀部分14的第二端部。更具體地，在本實(shí)施例中，每個(gè) 爪90包括平行于軸D延伸的平面中心部分94并且在其端部由在基本垂直于軸D的方向上延伸的下端部分96和上端部分98繼續(xù)延伸。下端部分96在吸力環(huán)54的下面延伸并且通 過圖1和2中沒有示出的螺絲釘使其連接在吸力環(huán)54上，上端部分98在基本上平行于蓋 子12的外部環(huán)狀部分14的方向上延伸，通過相應(yīng)的螺絲釘92將其擰到蓋子12的外部環(huán) 狀部分14。提純方法的實(shí)例包括給熔爐30供應(yīng)硅厚塊，其中為了該目的可以將熔爐30從吸 力環(huán)54移走，并用加熱系統(tǒng)使熔爐30中的硅厚塊熔化。然后使熔爐30靠近吸力環(huán)54，熔 爐30的上邊緣例如與吸力環(huán)54的下表面65基本相切。然后熔爐30、吸力環(huán)54、擋板58 和嵌件56在硅熔體44的自由表面46的上方限定了密封容積69。然后開起等離子體焰炬 40來提純?nèi)刍墓琛⒂晒杼峒儺a(chǎn)生的氣態(tài)化合物和通過凝結(jié)這種化合物形成的粒子吸入 到吸力環(huán)54的開口 70中，用來自外殼的其余部分的并且例如穿過分離熔爐30與吸力環(huán)54 的縫隙100滲入的中性氣體來更換大氣。吸入到密封容積中的氣體在那里產(chǎn)生了微小低氣 壓，該低氣壓將限制由硅提純產(chǎn)生的氣態(tài)化合物和通過凝結(jié)這種化合物形成的粒子泄漏到 密封單元69的外面而進(jìn)入到外殼的其余部分中。根據(jù)變形，通過等離子體焰炬40可以直 接進(jìn)行熔爐30中硅厚塊的熔化。根據(jù)另一變形，當(dāng)熔爐30保持在靠近吸力環(huán)54的固定位 置時(shí)，如圖1所示，實(shí)施供應(yīng)硅厚塊及硅熔化的階段。圖3是吸力環(huán)54的實(shí)施例的簡化底視圖。圖4是圖3沿線A-A的截面圖，圖5、6 和7分別是沿包含軸D和D'的平面的截面圖、沿垂直于軸D的平面的截面圖、以及在開口 70中之一的平面處的吸力環(huán)54的放大透視圖。如圖3所示，吸力環(huán)54包括形狀復(fù)雜的外 部側(cè)壁102以滿足對吸力環(huán)54的體積、機(jī)械強(qiáng)度等方面的限制。在本實(shí)施例中，主體54僅 包括彼此完全相反的兩個(gè)吸力開口 70。然而應(yīng)該清楚，主體54可以包括多于兩個(gè)的吸力開 口。作為實(shí)例，吸力環(huán)54由石墨或碳-碳型復(fù)合材料、或者純不銹鋼制成。吸力環(huán)54在其下表面65上包括出現(xiàn)在外部側(cè)壁102上的凹槽104或凹口。每個(gè) 凹槽104形成了預(yù)要容納爪90中之一的下部分96的殼體。平行于軸D延伸的開口 106跨 過其整個(gè)厚度橫穿吸力環(huán)54并且出現(xiàn)在每個(gè)凹槽104的水平面處。用于連接爪90的下部 分96的螺絲釘設(shè)置在開口 106中，爪90的下部分96夾在螺絲釘頭與吸力環(huán)54之間。螺絲 釘?shù)淖杂啥藦呐c爪90的下部分96相對的吸力環(huán)54的側(cè)面上的開口 106突出，并且通過螺 栓在該端部保持突出。沿軸D的每個(gè)凹槽104的深度大于相應(yīng)爪90的下部分96的厚度， 使得爪90不會(huì)沿軸D從吸力環(huán)54的下表面65突出。這能夠減少由吸力環(huán)54和爪90形 成的結(jié)構(gòu)的總體積。申請人:指出，在密封系統(tǒng)50的壁上凝結(jié)由提純半導(dǎo)體材料產(chǎn)生的氣態(tài)化合物或 在密封系統(tǒng)50的壁上沉積通過凝結(jié)這種氣態(tài)化合物形成的懸浮粒子的最大風(fēng)險(xiǎn)是在密封 容積69中出現(xiàn)的每個(gè)開口 70的端部位置。為了降低這種風(fēng)險(xiǎn)，每個(gè)開口 70的暴露端部與 喇叭口形部分76—致。喇叭口形部分76可以具有可變曲率半徑的相對復(fù)雜的形狀。作為 實(shí)例，在圖5的截面平面中，喇叭口形部分76的下部分110是基本延長圓柱形開口 72的直 線，并且與側(cè)壁66不相切(在側(cè)壁66與下部分110之間的連接的平面處的曲率半徑基本上 為零)。在圖5的截面平面中，喇叭口形部分76的上部分112具有在圓柱形開口 72的直徑 的1/3和4/3之間變化的曲率半徑，該上部分112與圓柱形開口 72相切，并且與壁66不相 切(在側(cè)壁66與上部分112之間的連接的平面處的曲率半徑基本上為零)。更具體地，在 圖5的平面中，在壁66上的端部處，喇叭口形部分76的上部分112與擋板58的表面60相
7切。在圖6的平面中，垂直于軸D并且在基本中間高度處切割開口 70的喇叭口形部分76， 喇叭口形部分76的側(cè)面部分113、114與側(cè)壁66相切，并且具有在圓柱形開口 72的直徑的 1/3與3/4之間變化的曲率半徑。通常，在圖5的平面中除了在喇叭口形部分76的最頂部 和最底部位置之外，喇叭口形部分76總是與側(cè)壁66相切，并且在與側(cè)壁66連接的平面位 置處具有從高端和低端向側(cè)端部增加的曲率半徑。此外，喇叭口形部分76總是與圓柱形開 口 72相切。在本實(shí)施例中，開口 70和86是直線并且沿軸D'成一條直線。此外，軸D'關(guān)于 軸D傾斜幾十度角，例如大約45°。這將使利用清洗系統(tǒng)清洗開口 70、86變輕松，該清洗系 統(tǒng)包括例如用液壓或氣動(dòng)制動(dòng)器移動(dòng)的并且提供有能清洗開口 70、86的內(nèi)壁的尖端的桿， 該桿穿過開口 86的上端引入并且設(shè)置在開口 86和70中直到它穿過開口 70出現(xiàn)。作為實(shí) 例，該清洗桿是中空的以使得在清洗操作期間能使氣體在開口 86、70中流動(dòng)。因此在該裝 置工作時(shí)能夠?qū)嵤┣逑床僮?。在兩次清洗操作之間，可以將清洗桿布置在分離開口 70、86 的殼體中以避免妨礙氣體在開口 70、86中流動(dòng)。因此在不需要拆卸密封系統(tǒng)50的情況下 能夠方便地實(shí)施清洗操作。使用直線開口 70、86還能限制損耗。圖8和9分別是保護(hù)屏52的放大透視圖和截面圖。在本實(shí)施例中，嵌件56符合由 化學(xué)惰性的、耐熱性的、非導(dǎo)電性材料形成的單片元件。由于由等離子體焰炬40的操作引 起的有效熱應(yīng)力，這能夠避免與等離子體焰炬40的任何耦合以及嵌件56的任何退化。作 為實(shí)例，嵌件56可以由硅石、用硅石覆蓋的氧化鋁、石墨等制成。根據(jù)變形，嵌件56可以由 相互連接的幾部分形成。嵌件56符合被由第一圓柱形壁120限定的、位于嵌件56的上部 分中的開口 118橫穿的環(huán)狀元件，該開口 118具有略大于等離子體焰炬40的噴嘴42的外 徑的直徑，通過肩部122、然后通過向下開口的錐形壁124使圓柱形壁120向下繼續(xù)延伸。 等離子體焰炬40的噴嘴42在圓柱形部分120中延伸，使噴嘴42的端部處于錐形壁124的 平面處。在等離子體焰炬40操作期間嵌件56用作屏并且保護(hù)擋板58不受強(qiáng)溫度梯度影 響。這使得能夠免除形成擋板58的材料的其他特性。在本實(shí)施例中，擋板58由兩個(gè)部分58A、58B形成。部分58A、58B由在高溫時(shí)隨著 時(shí)間具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和關(guān)于包含在熔爐30中的半導(dǎo)體材料的化學(xué)惰性的材料形成。 例如，部分58A、58B由石墨、碳-碳復(fù)合材料或者流態(tài)硅土制成。當(dāng)裝配部分58A、58B時(shí)， 擋板58具有被開口 128橫穿的平面環(huán)126的形狀，該開口 128由通過向底部開口的錐形壁 132向下繼續(xù)延伸的圓柱形壁130限定。在與熔爐30相對的擋板58的一側(cè)上環(huán)狀凸緣134 從盤126突出。凸緣134的內(nèi)徑略大于嵌件56的外徑。圓柱形壁130的直徑小于嵌件56 的外徑，以使圓柱形壁130和凸緣134限定肩部135。嵌件56靠在肩部135上，凸緣134確 保對準(zhǔn)嵌件56。將擋板58分成不同的部分將使擋板58的裝配變得容易。此外，當(dāng)擋板58 由導(dǎo)電性材料形成時(shí)，可以將部分58A、58B相互電隔離以避免在擋板58中出現(xiàn)電流。擋板 58被開口 140(圖9示出了單個(gè)開口 140)橫穿，每個(gè)開口由用肩部146連接的兩個(gè)不同直 徑的圓柱形部分142、144形成，較大直徑部分朝向硅熔體44。將包括螺桿150和頭152的 螺絲釘148設(shè)置在開口 140中，桿150朝上以使頭152緊靠肩部146。將螺桿150擰入在蓋 子12的內(nèi)部環(huán)狀部分16的平面處提供的螺紋開口中。因此擋板58靠在螺絲釘150的頭 152 上。優(yōu)選地，形成擋板58的材料是不良熱導(dǎo)體。在提純步驟中這將緩和與硅熔體44
8的自由表面46相對的擋板58的表面60的溫度升高。作為實(shí)例，當(dāng)擋板58由石墨制成、硅 熔體44的溫度為約1，500°C時(shí)，表面60可以達(dá)到約1，200°C至1，300°C的溫度。當(dāng)擋板58 由復(fù)合材料制成時(shí)，擋板58的表面60可以達(dá)到更高的溫度。擋板58的表面60與由提純 半導(dǎo)體材料產(chǎn)生的氣態(tài)化合物相接觸，表面60處于高溫的事實(shí)能夠降低在表面60上凝結(jié) 氣態(tài)化合物的風(fēng)險(xiǎn)，并且能夠使在該壁上捕獲懸浮粒子變得更難。 已描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到各種變更和修改。尤其 是，擋板58、或至少它的一部分以及吸力環(huán)54可以對應(yīng)相同的元件。
9
權(quán)利要求
一種用于提純半導(dǎo)體材料(44)的裝置(10)，該裝置包括包含至少一種中性氣體的大氣的至少一個(gè)外殼，以及在該外殼中包括熔爐(30)，該熔爐預(yù)要包含熔融狀態(tài)的半導(dǎo)體材料；等離子體焰炬(40)，該等離子體焰炬預(yù)要從熔爐中熔化的半導(dǎo)體材料中移除雜質(zhì)；以及密封系統(tǒng)(50)，該密封系統(tǒng)預(yù)要在熔爐與等離子體焰炬之間限定密封容積(69)，該密封系統(tǒng)包括用于排出由提純?nèi)刍墓璁a(chǎn)生的氣態(tài)化合物和/或粒子的系統(tǒng)(54)，其特征在于排出系統(tǒng)包括具有圓柱形部分(72)的至少一個(gè)吸力開口(70)，所述圓柱形部分(72)延伸到漸變進(jìn)密封容積的喇叭口形部分(76)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提純裝置，包括用于清洗吸力開口(70)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠 在等離子體焰炬(40)操作期間在開口上實(shí)施清洗操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的提純裝置，其中密封系統(tǒng)(50)包括在密封容積(69)外 圍的第一環(huán)狀部分(54)，該第一環(huán)狀部分(54)包括內(nèi)部側(cè)壁(66)，喇叭口形部分(76)出 現(xiàn)在該內(nèi)部側(cè)壁的平面處。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的提純裝置，包括在與喇叭口形部分(76)相對的 一側(cè)上繼續(xù)延伸開口(70)的空心管(80)，該管的長度大于環(huán)狀部分的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提純裝置，其中等離子體焰炬(40)沿第一方向(D)定位，管 (80)是直線的并且沿第二方向(D')延伸，該第二方向相對于第一方向傾斜的角度范圍在 20°和90°之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提純裝置，其中外殼包括蓋子(12)，在與該蓋子相對的一側(cè) 第一環(huán)狀部分(54)具有表面(65)，該裝置包括在第一環(huán)狀部分(54)的外圍分布的多個(gè)爪 (90)，每個(gè)爪被連接到所述表面和該蓋子。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提純裝置，其中該密封系統(tǒng)(50)還包括第一材料的第二環(huán)狀部分(56)，該第二環(huán)狀部分環(huán)繞等離子體焰炬(40)；以及與第一材料不同的第二材料的第三環(huán)狀部分(58)，該第三環(huán)狀部分環(huán)繞第二環(huán)狀部分 并且包括預(yù)要面向半導(dǎo)體材料(44)的壁(60)，第一環(huán)狀部分(54)環(huán)繞第三環(huán)狀部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提純裝置，其中第三環(huán)狀部分(58)由至少兩個(gè)相互連接的部 分(58A、58B)形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的提純裝置，其中喇叭口形部分(76)與包含第三環(huán)狀部分 (58)的壁(60)的平面相切。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的提純裝置，其中喇叭口形部分(76)除了在最 接近和最遠(yuǎn)離第三環(huán)狀部分(58)的壁(60)的那部分上之外，喇叭口形部分(76)在所有點(diǎn) 上與第一環(huán)狀部分(54)的內(nèi)壁(66)相切。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于提純半導(dǎo)體材料(44)的設(shè)備(10)，其至少包括包含至少一種惰性氣體的大氣的室。該設(shè)備包括在室中，熔爐(30)，該熔爐預(yù)要包含熔融狀態(tài)的半導(dǎo)體材料；等離子體焰炬(40)，該等離子體焰炬預(yù)要從熔爐中熔化的半導(dǎo)體材料移除雜質(zhì)；以及密封系統(tǒng)(50)，該密封系統(tǒng)預(yù)要在熔爐與等離子體焰炬之間限定密封容積(69)，該密封系統(tǒng)包括用于排出由提純?nèi)刍墓璁a(chǎn)生的氣態(tài)化合物和/或粒子的裝置(54)。該排出裝置包括具有圓柱形部分(72)的至少一個(gè)吸力開口(70)，所述圓柱形部分(72)延伸到漸變進(jìn)密封容積的喇叭口形部分(76)。
文檔編號C30B11/00GK101970351SQ200880125922
公開日2011年2月9日 申請日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者伊曼紐爾·弗拉奧, 克里斯蒂安·特拉斯, 帕斯卡·里瓦特, 弗朗索瓦·庫科, 艾蒂安·格羅西耶 申請人:易孚迪感應(yīng)設(shè)備有限公司;原子能與替代能源委員會(huì);國立科學(xué)研究中心;菲赫貝姆簡化股份公司