高壓吹氣分離高雜質(zhì)熔硅的裝置及其方法
【專利摘要】高壓吹氣分離高雜質(zhì)熔硅的裝置及其方法，在爐體內(nèi)下部設(shè)有石墨底座，在石墨底座上配有裝入多晶硅料的坩堝，在爐體內(nèi)位于坩堝周邊設(shè)有與系統(tǒng)控制裝置相接的加熱體，在爐體上方有與供氣裝置相接的吹氣管，吹氣管的出氣端頭朝向坩堝內(nèi)側(cè)的底面并分布在坩堝的中心與坩堝內(nèi)側(cè)面之間。向坩堝內(nèi)裝入多晶硅料，關(guān)閉爐體的腔室，抽高真空，真空度小于0.1Pa；加溫熔化；長晶；通過供氣裝置利用吹氣管向硅液頂部先后吹熱和冷的保護(hù)氣體，使熔硅向坩堝的中心和邊緣聚集，形成凸起，然后凝固，冷卻至出爐溫度后出爐，去除高密雜質(zhì)的凸起部分。具有提高出成率和降低成本的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】高壓吹氣分離高雜質(zhì)熔硅的裝置及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多晶硅的提純和鑄錠用裝置及方法，特別是一種高壓吹氣分離高雜質(zhì)熔硅的裝置及其方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在多晶硅的提純或鑄錠環(huán)節(jié)中，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。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，出成率隨之降低；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，后期處理頂部高雜質(zhì)區(qū)成本高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種多晶硅在提純和鑄錠過程中硅液凝固時(shí)其表面可形成凸起、并滯后凝固、凸起部位可聚集雜質(zhì)的高壓吹氣分離高雜質(zhì)熔硅的裝置及其方法，以方便去除具有高密雜質(zhì)的凸起部分，提高出成率，降低成本。
[0004]本發(fā)明的高壓吹氣分離高雜質(zhì)熔硅的裝置，包括爐體，在爐體內(nèi)下部設(shè)有石墨底座，在石墨底座上配有裝入多晶硅料的坩鍋，在爐體內(nèi)位于坩鍋周邊設(shè)有與系統(tǒng)控制裝置相接的加熱體，在爐體上方有與供氣裝置相接的吹氣管，吹氣管的出氣端頭朝向坩鍋內(nèi)側(cè)的底面并分布在坩鍋的中心與坩鍋內(nèi)側(cè)面之間。
[0005]本發(fā)明的利用高壓吹氣分離高雜質(zhì)熔硅的裝置對(duì)多晶硅進(jìn)行加熱凝固除雜方法，步驟如下:
1、向樹鍋內(nèi)裝入多晶娃料，關(guān)閉爐體的腔室，抽聞?wù)婵?，真空度小?.1Pa ；
2、檢查設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)，確認(rèn)無誤后開始運(yùn)行程序；
3、溫度達(dá)到1420-1480°C后，進(jìn)入保溫狀態(tài)，保溫時(shí)間為1_2小時(shí)，直到出現(xiàn)硅料完全熔化現(xiàn)象后，即通過觀察窗看見硅料完全處于液態(tài)，進(jìn)入長晶階段
4、長晶階段，通過石英棒每一個(gè)小時(shí)測量一次固液界面高度，并控制固液界面的生長速度；
5、當(dāng)固液界面位置到達(dá)距硅液頂部3-8厘米的位置時(shí)，設(shè)定程序控溫降低固液界面的生長速度，通過供氣裝置利用吹氣管7向硅液頂部吹熱的保護(hù)氣體，使熔硅向坩堝的中心和邊緣聚集，形成凸起，待熔硅液面穩(wěn)定，無飛濺，無波動(dòng)現(xiàn)象，再通過供氣裝置利用吹氣管7吹入冷的保護(hù)氣體，使凸起的熔硅迅速凝固，所述的冷的保護(hù)氣體的溫度為室溫，熱的保護(hù)氣體的溫度為700°C _1450°C，氣體壓力均控制在0.2MPa-lMpa之間；
6、冷卻階段，硅錠冷卻到設(shè)定溫度出爐；
7、去除高密雜質(zhì)的凸起部分。
[0006]利用本發(fā)明的除雜裝置對(duì)多晶硅進(jìn)行提純和鑄錠，在硅碇最后凝固階段，通過向頂部吹熱的保護(hù)性氣體，將熔硅向坩堝中心和邊緣推排，當(dāng)熔硅在中心和邊緣聚集后，隨后再通過高壓吹氣管吹冷的保護(hù)性氣體，中心和邊緣聚集的熔硅加快散熱迅速凝固。硅碇出爐后，不需要專業(yè)設(shè)備進(jìn)行切割，只要用鎢錘將最后凝固的高雜質(zhì)區(qū)敲掉即可，提高了出成率，降低了成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0008]如圖1所示:本發(fā)明的高壓吹氣分離高雜質(zhì)熔硅的裝置，包括爐體3，在爐體3內(nèi)下部設(shè)有石墨底座4，在石墨底座4上配有裝入多晶硅料的坩鍋2，在爐體3內(nèi)位于坩鍋2周邊設(shè)有與系統(tǒng)控制裝置相接的加熱體I，在爐體3上方有與供氣裝置相接的帶控制閥8的吹氣管7，吹氣管7的出氣端頭朝向坩鍋2內(nèi)側(cè)的底面并分布在坩鍋2的中心與坩鍋內(nèi)側(cè)面之間。
[0009]本發(fā)明的利用高壓吹氣分離高雜質(zhì)熔硅的裝置對(duì)多晶硅進(jìn)行加熱凝固除雜方法，步驟如下:
1、向坩鍋2內(nèi)裝入多晶硅料，坩鍋置于石墨底座4上，關(guān)閉爐體3的腔室，抽高真空，真空度小于0.1Pa ；
2、檢查設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)，確認(rèn)無誤后開始運(yùn)行程序，加溫；
3、溫度達(dá)到1420-1 480°C后，進(jìn)入保溫狀態(tài)，保溫時(shí)間為1_2小時(shí)，直到出現(xiàn)硅料完全熔化現(xiàn)象后，即通過爐體頂部觀察窗看見硅料完全處于液態(tài)，進(jìn)入長晶階段；
4、長晶階段，通過石英棒每一個(gè)小時(shí)測量一次固液界面高度，并控制固液界面的生長速度；
5、當(dāng)固液界面6位置到達(dá)距硅液頂部3-8厘米的位置時(shí)，設(shè)定程序控溫降低固液界面的生長速度，控制高壓吹氣管7同時(shí)向熔硅液面5頂部吹熱的惰性保護(hù)氣體，這時(shí)由于熔硅表面壓強(qiáng)不均，造成熔硅向坩堝2中心和邊緣聚集，待狀態(tài)穩(wěn)定后，即通過觀察口看到熔硅液面穩(wěn)定，無飛濺，無劇烈波動(dòng)現(xiàn)象，再換吹冷的惰性保護(hù)氣體使聚集在邊緣的熔硅迅速凝固。冷熱氣體是一種氣氛，不同的就是冷氣的溫度是室溫，熱氣的溫度是700°C -1450°C的氣體。兩種氣體壓力控制在0.2MPa-lMpa之間；
6、冷卻階段，硅錠冷卻到設(shè)定溫度出爐
7、去除高密雜質(zhì)的凸起部分。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓吹氣分離高雜質(zhì)熔硅的裝置，包括爐體(3)，在爐體(3)內(nèi)下部設(shè)有石墨底座(4)，在石墨底座(4)上配有裝入多晶硅料的坩鍋(2)，在爐體(3)內(nèi)位于坩鍋(2)周邊設(shè)有與系統(tǒng)控制裝置相接的加熱體(1)，其特征在于:在爐體(3)上方有與供氣裝置相接的吹氣管(7)，吹氣管(7)的出氣端頭朝向坩鍋(2)內(nèi)側(cè)的底面并分布在坩鍋(2)的中心與坩鍋內(nèi)側(cè)面之間。
2.一種利用權(quán)利要求1所述的高壓吹氣分離高雜質(zhì)熔硅的裝置對(duì)多晶硅進(jìn)行加熱凝固除雜方法，其特征在于:步驟如下: .1、向樹鍋(2)內(nèi)裝入多晶娃料，關(guān)閉爐體(3)的腔室，抽聞?wù)婵?，真空度小?.1Pa ； .2、檢查設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)，確認(rèn)無誤后開始運(yùn)行程序；
3.溫度達(dá)到1420-1480°C后，進(jìn)入保溫狀態(tài)，保溫時(shí)間為1_2小時(shí)，直到出現(xiàn)硅料完全熔化現(xiàn)象后，即通過觀察窗看見硅料完全處于液態(tài)，進(jìn)入長晶階段
4.長晶階段，通過石英棒每一個(gè)小時(shí)測量一次固液界面高度，并控制固液界面的生長速度；
5.當(dāng)固液界面位置到達(dá)距硅液頂部3-8厘米的位置時(shí)，設(shè)定程序控溫降低固液界面的生長速度，通過供氣裝置利用吹氣管7向硅液頂部吹熱的保護(hù)氣體，使熔硅向坩堝(2)的中心和邊緣聚集，形成凸起，待熔硅液面穩(wěn)定，無飛濺，無波動(dòng)現(xiàn)象，再通過供氣裝置利用吹氣管7吹入冷的保護(hù)氣體，使凸起的熔硅迅速凝固，所述的冷的保護(hù)氣體的溫度為室溫，熱的保護(hù)氣體的溫度為 700°C _1450°C，氣體壓力均控制在0.2MPa-lMpa之間；
6.、冷卻階段，硅錠冷卻到設(shè)定溫度出爐；
7.去除高密雜質(zhì)的凸起部分。
【文檔編號(hào)】C30B28/06GK104131344SQ201410339744
【公開日】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, 姜大川, 林海洋, 溫書濤 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)