[发明专利]高压吹气分离高杂质熔硅的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅的提纯和铸锭用装置及方法，特别是一种高压吹气分离高杂质熔硅的装置及其方法。

背景技术

在多晶硅的提纯或铸锭环节中，顶部硅料是杂质密集区，硅锭在凝固成型后杂质会从顶部高浓度区域向底部浓度区域扩散，从而影响硅锭利用率。硅锭凝固成型后由于杂质扩散作用，杂质区随时间的增加而扩大，切除的高度也随之增加，出成率随之降低；通常方法是在硅锭成型后，用专业的切割机设备将顶部高杂质区切除，后期处理顶部高杂质区成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种多晶硅在提纯和铸锭过程中硅液凝固时其表面可形成凸起、并滞后凝固、凸起部位可聚集杂质的高压吹气分离高杂质熔硅的装置及其方法，以方便去除具有高密杂质的凸起部分，提高出成率，降低成本。

本发明的高压吹气分离高杂质熔硅的装置，包括炉体，在炉体内下部设有石墨底座，在石墨底座上配有装入多晶硅料的坩锅，在炉体内位于坩锅周边设有与系统控制装置相接的加热体，在炉体上方有与供气装置相接的吹气管，吹气管的出气端头朝向坩锅内侧的底面并分布在坩锅的中心与坩锅内侧面之间。

本发明的利用高压吹气分离高杂质熔硅的装置对多晶硅进行加热凝固除杂方法，步骤如下：

1、向坩锅内装入多晶硅料，关闭炉体的腔室，抽高真空，真空度小于0.1Pa；

2、检查设备各项参数，确认无误后开始运行程序；

3、温度达到1420-1480℃后，进入保温状态，保温时间为1-2小时，直到出现硅料完全熔化现象后，即通过观察窗看见硅料完全处于液态，进入长晶阶段

4、长晶阶段，通过石英棒每一个小时测量一次固液界面高度，并控制固液界面的生长速度；

5、当固液界面位置到达距硅液顶部3-8厘米的位置时，设定程序控温降低固液界面的生长速度，通过供气装置利用吹气管7向硅液顶部吹热的保护气体，使熔硅向坩埚的中心和边缘聚集，形成凸起，待熔硅液面稳定，无飞溅，无波动现象，再通过供气装置利用吹气管7吹入冷的保护气体，使凸起的熔硅迅速凝固，所述的冷的保护气体的温度为室温，热的保护气体的温度为700℃-1450℃，气体压力均控制在0.2MPa-1Mpa之间；

6、冷却阶段，硅锭冷却到设定温度出炉；

7、去除高密杂质的凸起部分。

利用本发明的除杂装置对多晶硅进行提纯和铸锭，在硅碇最后凝固阶段，通过向顶部吹热的保护性气体，将熔硅向坩埚中心和边缘推排，当熔硅在中心和边缘聚集后，随后再通过高压吹气管吹冷的保护性气体，中心和边缘聚集的熔硅加快散热迅速凝固。硅碇出炉后，不需要专业设备进行切割，只要用钨锤将最后凝固的高杂质区敲掉即可，提高了出成率，降低了成本。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示：本发明的高压吹气分离高杂质熔硅的装置，包括炉体3，在炉体3内下部设有石墨底座4，在石墨底座4上配有装入多晶硅料的坩锅2，在炉体3内位于坩锅2周边设有与系统控制装置相接的加热体1，在炉体3上方有与供气装置相接的带控制阀8的吹气管7，吹气管7的出气端头朝向坩锅2内侧的底面并分布在坩锅2的中心与坩锅内侧面之间。

本发明的利用高压吹气分离高杂质熔硅的装置对多晶硅进行加热凝固除杂方法，步骤如下：

1、向坩锅2内装入多晶硅料，坩锅置于石墨底座4上，关闭炉体3的腔室，抽高真空，真空度小于0.1Pa；

2、检查设备各项参数，确认无误后开始运行程序，加温；

3、温度达到1420-1480℃后，进入保温状态，保温时间为1-2小时，直到出现硅料完全熔化现象后，即通过炉体顶部观察窗看见硅料完全处于液态，进入长晶阶段；

4、长晶阶段，通过石英棒每一个小时测量一次固液界面高度，并控制固液界面的生长速度；

5、当固液界面6位置到达距硅液顶部3-8厘米的位置时，设定程序控温降低固液界面的生长速度，控制高压吹气管7同时向熔硅液面5顶部吹热的惰性保护气体，这时由于熔硅表面压强不均，造成熔硅向坩埚2中心和边缘聚集，待状态稳定后，即通过观察口看到熔硅液面稳定，无飞溅，无剧烈波动现象，再换吹冷的惰性保护气体使聚集在边缘的熔硅迅速凝固。冷热气体是一种气氛，不同的就是冷气的温度是室温，热气的温度是700℃-1450℃的气体。两种气体压力控制在0.2MPa-1Mpa之间；

6、冷却阶段，硅锭冷却到设定温度出炉

7、去除高密杂质的凸起部分。