多晶硅提純或鑄錠環(huán)節(jié)中應(yīng)用的具有排雜功能的坩鍋及多晶硅提純或鑄錠方法
【專利摘要】多晶硅提純或鑄錠環(huán)節(jié)中應(yīng)用的具有排雜功能的坩鍋，包括柱狀的鍋體，在鍋體的側(cè)壁上設(shè)有溢流孔，在鍋體的外側(cè)位于溢流孔的下部設(shè)有收集槽；溢流孔的底邊距鍋體內(nèi)側(cè)底面的高度H＝H液＋（H固－H液）20%，其中H液為多晶硅液態(tài)時(shí)在鍋體內(nèi)的液面高度，H固為多晶硅在鍋體內(nèi)結(jié)晶后的高度。步驟如下：向鍋體內(nèi)裝入多晶硅料，裝爐進(jìn)行真空預(yù)抽；進(jìn)入第一階段加熱并完全熔化；長(zhǎng)晶；退火，消除晶體內(nèi)應(yīng)力；冷卻，隨爐冷卻至400℃，出爐；出爐冷卻至室溫；取出硅錠并收集溢出硅料。運(yùn)行過(guò)程中將頂層的雜質(zhì)富集區(qū)，在液態(tài)狀態(tài)下去除，減小硅錠成型后雜質(zhì)富集區(qū)的反滲透，提高硅錠整體利用率。
【專利說(shuō)明】多晶硅提純或鑄錠環(huán)節(jié)中應(yīng)用的具有排雜功能的坩鍋及多晶娃提純或鑄錠方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多晶硅提純或鑄錠環(huán)節(jié)中所用的坩鍋和利用該坩鍋對(duì)多晶硅提純或鑄錠的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前多晶硅鑄錠時(shí)所使用的裝置包括坩鍋，坩鍋多為長(zhǎng)方體形狀，即有四個(gè)側(cè)面和一個(gè)底面圍成的箱體，將多晶硅料裝入坩鍋內(nèi)，然后置于爐體內(nèi)側(cè)的石墨底座上，在爐體內(nèi)位于坩鍋周邊設(shè)有程控發(fā)熱體。多晶硅料受熱后形成液態(tài)，然后結(jié)晶形成鑄錠。多晶硅在液態(tài)時(shí)頂部硅料是雜質(zhì)密集區(qū)，硅錠在凝固成型后雜質(zhì)會(huì)從頂部高濃度區(qū)域向底部濃度區(qū)域擴(kuò)散，從而影響硅錠利用率。通常方法是在硅錠成型后，用專業(yè)的切割機(jī)設(shè)備將頂部高雜質(zhì)區(qū)切除，具有如下缺點(diǎn):1、硅錠凝固成型后由于雜質(zhì)擴(kuò)散作用，雜質(zhì)區(qū)隨時(shí)間的增加而擴(kuò)大，切除的高度也隨之增加，利用率隨之降低；2、需要專業(yè)的設(shè)備切除頂部雜質(zhì)高濃度區(qū)，增加生產(chǎn)運(yùn)行成本；3、現(xiàn)階段也有去除液態(tài)頂部雜質(zhì)的方法，但是設(shè)備的改造量大不易于實(shí)現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、在多晶硅長(zhǎng)晶過(guò)程中可將上部雜質(zhì)密集區(qū)域的液態(tài)硅料排出、鑄錠后不產(chǎn)生高密度雜質(zhì)區(qū)、無(wú)需切割、降低成本、提高質(zhì)量的多晶硅提純或鑄錠環(huán)節(jié)中所用的坩鍋和利用該坩鍋對(duì)多晶硅提純或鑄錠的方法，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0004]本發(fā)明的多晶硅提純或鑄錠環(huán)節(jié)中應(yīng)用的具有排雜功能的坩鍋，包括柱狀的鍋體，在鍋體的側(cè)壁上設(shè)有溢流孔，在鍋體的外側(cè)位于溢流孔的下部設(shè)有收集槽；所述的溢流孔的底邊距鍋體內(nèi)側(cè)底面的高度H = Ha+ (Hg-Ha)20%，其中所述的HaS多晶硅液態(tài)時(shí)在鍋體內(nèi)的液面高度，H @為多晶硅在鍋體內(nèi)結(jié)晶后的高度。
[0005]所述的鍋體為四棱柱狀，所述的溢流孔和收集槽分布在鍋體的每個(gè)側(cè)面上，溢流孔為圓孔。
[0006]本發(fā)明的利用前述的坩鍋對(duì)多晶硅進(jìn)行提純或鑄錠的方法，步驟如下:
(I)、向鍋體內(nèi)裝入多晶硅料，填裝硅料達(dá)到溢流孔高度后填裝的硅料直徑應(yīng)大于溢流孔直徑；
⑵、裝爐進(jìn)行真空預(yù)抽；
⑶、當(dāng)真空值到程序設(shè)定值，系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備自檢，無(wú)問(wèn)題后點(diǎn)擊自動(dòng)運(yùn)行進(jìn)入第一階段加熱；
⑷、加熱階段完成后程序自動(dòng)進(jìn)入熔化階段，程序檢測(cè)到硅料完全熔化后，報(bào)警提示，人工確認(rèn)完全熔化后進(jìn)入下一階段；
(5)、長(zhǎng)晶階段，程序自動(dòng)運(yùn)行，直到程序檢測(cè)到硅料頂部出現(xiàn)晶體，報(bào)警提示，人工確認(rèn)頂部長(zhǎng)晶后進(jìn)入下一階段，長(zhǎng)晶過(guò)程中自溢流孔向收集槽內(nèi)排出雜質(zhì)含量高的液態(tài)硅；
(6)、退火階段，消除晶體內(nèi)應(yīng)力；
(7)、冷卻階段，隨爐冷卻至400°C，打開(kāi)爐腔出爐；
(8)、出爐冷卻至室溫；
⑶、取出硅錠并收集溢出硅料。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下技術(shù)效果:
1、利用多晶硅材料本身的物理特性，不需要添加物也沒(méi)有廢棄物產(chǎn)生；
2、方法易于實(shí)現(xiàn)，不用對(duì)現(xiàn)有定向設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模改造，只通過(guò)對(duì)坩堝的局部改動(dòng)，如加工溢流孔和設(shè)置收集槽，即可達(dá)到排雜目的；長(zhǎng)晶過(guò)程中將頂層的雜質(zhì)富集區(qū)，在液態(tài)狀態(tài)下通過(guò)溢流孔去除，減小硅錠成型后雜質(zhì)富集區(qū)的反滲透，提高硅錠整體利用率；
3、適用性強(qiáng)，適用于定向凝固方法，如提純和鑄錠；
4、不需要特殊的工藝配合，容易在生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)；
5、排雜硅料可回收利用，再次循環(huán)熔煉，降低成本。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本發(fā)明中坩鍋的主視示意圖；
圖2是本發(fā)明中坩鍋的立體示意圖；
圖3是本發(fā)明中裝入多晶硅材料的坩鍋置于爐體內(nèi)進(jìn)行鑄定的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0009]如圖1、2所示:本發(fā)明多晶硅提純或鑄錠環(huán)節(jié)中應(yīng)用的具有排雜功能的坩鍋，包括柱狀的鍋體2，在鍋體2的側(cè)壁上加工有溢流孔7，在鍋體2的外側(cè)位于溢流孔7的下部設(shè)有收集槽8。溢流孔7的底邊距鍋體2內(nèi)側(cè)底面的高度H = Ha+ (Hg-Ha) 20%，其中
HaSS晶硅液態(tài)時(shí)在鍋體內(nèi)的液面高度，H @為多晶硅在鍋體內(nèi)結(jié)晶后的高度。
[0010]鍋體2為四棱柱狀，溢流孔7和收集槽8分布在鍋體2的每個(gè)側(cè)面上，溢流孔7為圓孔。
[0011]本發(fā)明的利用上述的坩鍋對(duì)多晶硅進(jìn)行提純或鑄錠的方法，步驟如下:
(I)、向鍋體內(nèi)裝入多晶硅料，填裝硅料達(dá)到溢流孔高度后填裝的硅料直徑應(yīng)大于溢流孔直徑；
⑵、裝爐進(jìn)行真空預(yù)抽，如圖3所示:3為爐體，在爐體3的內(nèi)側(cè)下部設(shè)有石墨底座4，坩鍋2置于石墨底座4上，在爐體3的內(nèi)側(cè)位于坩鍋2的周圍有與程控系統(tǒng)相接的發(fā)熱體I。
[0012]⑶、當(dāng)真空值到程序設(shè)定值，系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備自檢，無(wú)問(wèn)題后點(diǎn)擊自動(dòng)運(yùn)行進(jìn)入第一階段加熱；
⑷、加熱階段完成后程序自動(dòng)進(jìn)入熔化階段，形成液態(tài)硅5，程序檢測(cè)到硅料完全熔化后，報(bào)警提示，人工確認(rèn)完全熔化后進(jìn)入下一階段；
(5)、長(zhǎng)晶階段，程序自動(dòng)運(yùn)行，直到程序檢測(cè)到硅料頂部出現(xiàn)晶體，報(bào)警提示，人工確認(rèn)頂部長(zhǎng)晶，形成固態(tài)硅6后進(jìn)入下一階段，長(zhǎng)晶過(guò)程中自溢流孔7向收集槽8內(nèi)排出雜質(zhì)含量高的液態(tài)硅；
(6)、退火階段，消除晶體內(nèi)應(yīng)力；(7)、冷卻階段，隨爐冷卻至400°C，打開(kāi)爐腔出爐；
(8)、出爐冷卻至室溫；
⑶、取出硅錠并收集溢出硅料。
[0013]具體實(shí)例:
如圖1、2、3所示:以GT DSS450為例，鑄錠重量450Kg，坩堝尺寸840mmX 840mmX 420mm ； P 液=2.42g/cm3, P Θ =2.33 g/cm3。
[0014]多晶硅在坩鍋內(nèi)液態(tài)時(shí)液面高度H液=V液/S底=Μ/ρ液/ S底=263mm 多晶娃在樹(shù)鍋內(nèi)結(jié)晶后鑄定聞度H固=V固/S底=M/ Pg/ S底=273μπ
溢流孔7的底邊距離坩鍋2內(nèi)側(cè)的底面高度H= Ha+ (H0-Ha)20%,即溢流孔7的底邊位置在距坩堝2內(nèi)側(cè)底面265mm。當(dāng)硅料完全熔化時(shí)液面達(dá)到263mm，底部開(kāi)始定向長(zhǎng)晶時(shí)，液面將逐漸上升，當(dāng)達(dá)到鉆孔位置265mm時(shí)硅液通過(guò)溢流孔7流到收集槽8中。溢流孔7的高度可由生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制排硅量，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益與生產(chǎn)成本的平衡點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種多晶硅提純或鑄錠環(huán)節(jié)中應(yīng)用的具有排雜功能的坩鍋，包括柱狀的鍋體(2)，其特征在于:在鍋體(2)的側(cè)壁上設(shè)有溢流孔(7)，在鍋體(2)的外側(cè)位于溢流孔(7)的下部設(shè)有收集槽(8 );所述的溢流孔(7 )的底邊距鍋體(2)內(nèi)側(cè)底面的高度H = Ha+(H@—H*) 20%，其中所述的Ha為多晶硅液態(tài)時(shí)在鍋體內(nèi)的液面高度，H0為多晶硅在鍋體內(nèi)結(jié)晶后的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅提純或鑄錠環(huán)節(jié)中應(yīng)用的具有排雜功能的坩鍋，其特征在于:所述的鍋體(2)為四棱柱狀，所述的溢流孔(7)和收集槽(8)分布在鍋體(2)的每個(gè)側(cè)面上，溢流孔(7)為圓孔。
3.一種利用如權(quán)利要求1或2所述的坩鍋對(duì)多晶硅進(jìn)行提純或鑄錠的方法，其特征在于:步驟如下: (1)、向鍋體內(nèi)裝入多晶硅料，填裝硅料達(dá)到溢流孔高度后填裝的硅料直徑應(yīng)大于溢流孔直徑； ⑵、裝爐進(jìn)行真空預(yù)抽； ⑶、當(dāng)真空值到程序設(shè)定值，系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備自檢，無(wú)問(wèn)題后點(diǎn)擊自動(dòng)運(yùn)行進(jìn)入第一階段加熱； ⑷、加熱階段完成后程序自動(dòng)進(jìn)入熔化階段，程序檢測(cè)到硅料完全熔化后，報(bào)警提示，人工確認(rèn)完全熔化后進(jìn)入下一階段； (5)、長(zhǎng)晶階段，程序自動(dòng)運(yùn)行，直到程序檢測(cè)到硅料頂部出現(xiàn)晶體，報(bào)警提示，人工確認(rèn)頂部長(zhǎng)晶后進(jìn)入下一階段，長(zhǎng)晶過(guò)程中自溢流孔向收集槽內(nèi)排出雜質(zhì)含量高的液態(tài)硅； (6)、退火階段，消除晶體內(nèi)應(yīng)力； (7)、冷卻階段，隨爐冷卻至400°C，打開(kāi)爐腔出爐； (8)、出爐冷卻 至室溫； ⑶、取出硅錠并收集溢出硅料。
【文檔編號(hào)】C30B28/06GK104131337SQ201410339742
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】譚毅, 林海洋, 溫書濤, 石爽, 姜大川 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)