[发明专利]一种基于分层式装料方式的再生多晶硅铸锭工艺

说明书

本发明涉及基于分层式装料方式的再生多晶硅铸锭工艺，其特征在于步骤如下：在坩埚底部铺设原生多晶硅层；在原生多晶硅层上铺设多层硅废料层，所述硅废料层由下至上按照硅废料等级从低到高排列，所述硅废料等级根据硅废料的电阻率平均值进行划分，电阻率平均值越低，硅废料等级越低；在顶部铺设一层原生多晶硅层；加热铸锭。本发明通过分层式装料使电阻最低、杂质浓度最高的硅料最后熔化，减少了高浓度杂质对硅锭质量的影响。

技术领域

本发明属于晶硅铸锭技术领域，特别涉及硅废料的分级再生。

背景技术

常规再生多晶硅锭生产中，通常将不同电阻级别的硅废料投放在一起，尽量搅拌均匀后装入坩埚进行铸锭生产。由于单炉硅锭的质量达到850Kg，因此这种装料方式不可能混料均匀。这必然导致硅锭中局部区域杂质浓度过高，从而对硅锭的少子寿命、缺陷密度等产生影响，因此需要研究一种新型的装料方式用于再生多晶硅铸锭。

多晶硅铸锭工艺主要可以分为四个阶段：加热熔化、结晶生长、退火、降温出炉。对于定向凝固铸锭炉，加热熔化是从坩埚顶部的多晶硅开始熔化。顶部多晶硅熔化后会沿着多晶硅料之间的间隙向底部渗透，随着多晶硅料的熔化，底部的多晶硅熔液增多。而由于多晶硅料的密度低于硅熔液密度，因此当底部的多晶硅熔液达到一定量时，未熔化的多晶硅料就会浮在多晶硅熔液上，从而将装料时位于下部的多晶硅料抬起到顶部。

结晶生长阶段是从底部向上结晶生长，这样当大部分硅锭已经结晶时顶部还处于熔融状态。从杂质分凝的角度看，熔液中的杂质浓度随着硅锭的结晶而增加，这必然导致硅锭中的杂质浓度从底向上逐渐增加，不利于提高硅锭的质量。因此，需要研究一种新型的装料方式来降低结晶过程中硅锭的杂质浓度。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于分层式装料方式的再生多晶硅铸锭工艺。

为了实现本发明目的，本发明提供的基于分层式装料方式的再生多晶硅铸锭工艺，其特征在于步骤如下：

步骤1、在坩埚底部铺设原生多晶硅层；

步骤2、在原生多晶硅层上铺设多层硅废料层，所述硅废料层由下至上按照硅废料等级从低到高排列，所述硅废料等级根据硅废料的电阻率平均值进行划分，电阻率平均值越低，硅废料等级越低；

步骤3、在顶部铺设一层原生多晶硅层；

步骤4、加热铸锭。

此外，本发明还提供了基于硅废料的再生多晶硅铸锭分层式装料方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、在坩埚底部铺设原生多晶硅层；

步骤2、在原生多晶硅层上铺设多层硅废料层，所述硅废料层由下至上按照硅废料等级从低到高排列，所述硅废料等级根据硅废料的电阻率平均值进行划分，电阻率平均值越低，硅废料等级越低；

步骤3、在顶部铺设一层原生多晶硅层。

本发明中的硅废料等级的划分方法可采用中国发明专利申请CN112195513A中的等级划分方法。

由于硅溶液密度大于硅晶体，在熔化过程中硅晶体浮于硅熔液上的原理，并根据双电源铸锭炉从顶部开始熔化的特点，设计了依据硅废料电阻的大小从底部到顶部逐层摆放的装料方式。

从底部到顶部分别放置电阻最高的原生多晶硅、电阻最低的硅废料、电阻次低的硅废料和电阻最高的原生多晶硅。在加热熔化阶段，顶部的原生多晶硅首先熔化，并流到坩埚底部，接着坩埚底部的原生多晶硅也开始熔化，由于硅液密度更大，硅废料漂浮与硅液之上，电阻次低的硅废料更靠近炉子的顶部于是更早的熔化，而杂质含量较高的电阻最低的硅废料则被顶至坩埚最上方，熔化得最慢。通过这样分层摆放硅废料的方式使电阻最低、杂质浓度最高的硅料最后熔化，减少了高浓度杂质对硅锭质量的影响。

附图说明