[发明专利]基于电子束熔炼利用引锭杆制造多晶硅的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅的制造技术，更详细地，涉及一种基于电子束熔炼使用引锭杆来制造多晶硅的方法和装置，从而提高硅精炼效率。

背景技术

硅的纯度通常用2N、3N、6N、11N等来表示。这里，‘N’前面的数字表示重量百分比（wt%）中9的个数，例如2N表示99%的纯度，6N表示99.9999%的纯度，11N表示99.999999999%的纯度。

半导体级硅需要达到11N的超高纯度。但是，如现有技术所知，用作光伏电池的原材料并且具有相对低的5N~7N的纯度的硅，提供与具有11N的高纯度硅近似的光转换效率。

半导体级硅通过化学气化过程生产。然而，这种硅生产过程除了生产成本高之外，还产生大量的污染物质并且生产效率低。

因此，所述硅生产过程不适于生产用作光伏电池的原料的半导体级硅，并且已经积极地努力尝试了开发能够用低成本来实现高纯度硅的批量生产的冶金精炼过程。

生产用于光伏电池的高纯度硅的冶金精炼过程的例子包括：真空精炼过程、湿精炼过程、氧化过程、单向凝固精炼过程等。这些精炼过程中的一部分现在已被商用化。

具体地，基于诸如真空精炼和单向凝固精炼等金属熔炼的硅制造技术，由于其特性控制容易，并在在操作过程中由杂质引起的污染少等优点，因此已经积极地对这些技术进行研究。

这里，真空精炼过程是将原料金属熔炼并且从熔融的金属中除去沸点和蒸汽压比硅低的杂质的过程，单向凝固精炼过程是在硅从液体向固体的相变过程中，使杂质沿固体和液体之间界面移动（偏析）的过程。

发明内容

本发明提供一种基于电子束熔炼利用引锭杆来制造高纯度的多晶硅的装置，以提高硅精炼效率。

本发明还提供一种基于电子束熔炼利用引锭杆来制造高纯度的多晶硅的方法，该方法能够通过控制所述引锭杆而使金属杂质的去除效率最大化。

根据本发明的一个方面，一种多晶硅制造装置，包括：真空室；第一电子枪和第二电子枪，布置在所述真空室的上侧，从而将电子束照射到所述真空室中；硅熔炼单元，放置在与所述第一电子枪对应的第一电子束照射区域上，并且粉末状原料硅被供给到该硅熔炼单元并且被所述第一电子束熔炼；以及单向凝固单元，放置在与第二电子枪对应的第二电子束照射区域上，所述单向凝固单元中设置有起熔块（start block），沿着向下方向驱动该起熔块，以便沿着向下方向传送所述熔融硅，并且所述单向凝固单元的下部形成有冷却通道，使得所述熔融硅从所述熔融硅的下部到上部凝固和被铸造，所述起熔块包括引锭杆，该引锭杆具有与该引锭杆的上部接合的硅扣。

根据本发明的另一个方面，一种多晶硅制造方法，包括：将粉末状原料硅供给到硅熔炼单元，并且通过对所述原料硅照射电子束来熔炼所供给的原料硅；持续供给和熔炼所述原料硅，使得熔融硅从所述硅熔炼单元溢出；通过单向凝固单元接收从所述硅熔炼单元溢出的所述熔融硅，通过驱动具有硅材料的起熔块沿向下方向传送所述熔融硅，然后从所述熔融硅的下部到上部使所述熔融硅凝固，以形成精炼硅锭；以及切除所述精炼硅锭的上部，以从所述硅锭中去除金属杂质。

附图说明

通过下面结合附图对实施例的详细描述，本发明的上述和其它方面、特征和优点将变得明显。

图1是根据本发明一个实施例的基于电子束熔炼制造多晶硅的装置的示意图；

图2是根据本发明一个实施例的包括引锭杆的起熔块的剖视图；

图3是根据本发明一个实施例的多晶硅制造方法的流程图；

图4示出可应用于本发明的由电子束图案形成的固/液界面的一个例子；

图5是通过应用具有与硅扣接合的石墨引锭杆的起熔块来制备的铸造出的多晶硅锭的截面；

图6是通过应用具有石墨引锭杆但没有硅扣的起熔块来制备的铸造出的多晶硅锭的截面；

图7是根据本发明一个例子制备的多晶硅锭的照片；以及

图8是根据本发明一个例子制备的多晶硅锭的杂质边界附近的截面的照片。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的实施例。应该理解，本发明不限于下面的实施例，并且本发明还可由不同的方式实现，所述实施例是为了使本发明的公开完整，并使本领域的技术人员完整地理解本发明而提供的。本发明的范围只由所附权利要求书其及等同物限定。在整个说明书中用相同的附图标记表示相同的部件。

下面将参照附图描述根据本发明实施例的基于电子束熔炼利用引锭杆制造多晶硅的装置及方法。