CN102037163A - 使用低等硅原料制成半导体晶锭的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了硅晶锭生成技术使用低级硅原料在一坩埚设备内由低级硅原料形成熔融硅并对坩埚设备内的熔融硅进行定向凝固。所述定向凝固形成一定量的固化硅和一定量的熔融硅。本发明的方法和系统包括将坩埚设备内的所述一定量的熔融硅的至少一部分去除，同时保留所述一定量的固化硅。对所述一定量的固化硅的定向凝固进行控制，同时去除受污染的熔融硅，能够形成一具有比低等硅原料更高级的硅的硅晶锭。

Description

使用低等硅原料制成半导体晶锭的方法和系统

技术领域

本发明涉及半导体材料(例如硅)的制造中使用的方法和系统，更具体地，本发明涉及一种使用低纯度半导体原料制成高纯度半导体晶锭的方法和系统。

背景技术

由于光伏(PV)行业的迅速发展，硅的消耗量越来越大，已经超过了传统应用如集成电路(IC)中的消耗量。目前，太阳能电池行业与集成电路行业对硅的需求开始形成竞争。无论在集成电路行业还是太阳能电池行业中，现有的制造技术都需要一种精练的、高纯度的硅原料作为原始材料。

太阳能电池的原材料范围包括从单晶的、电子级(electronic-grade)(EG)硅，到纯度相对低一些的冶金级硅(MG)。电子级(EG)硅制成的太阳能电池效率接近理论极限(但是价格高昂)，而冶金级(MG)硅通常不能用于生产工作的太阳能电池。早期的使用多晶硅制成的太阳能电池效率相对较低，在6％左右。效率是衡量入射到电池上、由此收集并转换成电流的能量的标准。但是，也有可能存在对太阳能电池制造业有用的其它半导体材料。

目前，商业用电池是使用更高纯度的原料和改进的处理技术制成的，其效率为24％。这些工程方面的进步使得该行业的效率达到了单晶硅太阳能电池效率的理论极限值13％。事实上，90％的商业用太阳能电池都是采用晶体硅制成的。

决定用于太阳能电池制造业的硅原材料其质量的因素有多种。这些因素包括，例如，过渡金属、掺杂物的量和分布。过渡金属对多晶硅太阳能电池的效率构成主要障碍。多晶硅太阳能电池可容纳浓度达到10¹⁶cm^-3的过渡金属如铁(Fe)、铜(Cu)、或者镍(Ni)，因为多晶硅中的金属通常是电子活性较小的杂质或者沉淀物，且一般位于结构缺陷(structural defects)(例如晶粒边界)处而不会自动熔融。

PV行业使用的低等原材料，如(UMG)高级冶金硅，通常被制成具有相应低质量的多晶(mc)硅晶锭或者硅片。高浓度的杂质使得多晶(mc)硅晶锭或者硅片的质量较低，最终导致太阳能电池的性能降低。杂质再结合多晶硅(mc-Si)的结构缺陷，使得太阳能电池性能的降低尤为严重。在这方面，最严重的缺点之一就是晶内错位(intra-granular dislocations)，这些主要是在晶体的冷却阶段中释放未受控制的应力时引起的。

通过各种净化技术，比如往熔融硅(molten Si)中通入活性气体，可以提取出非金属杂质包括碳(C)和掺杂物(通常为B和P)。一般来说，数个净化步骤/技术的组合可使mc-Si在结晶后达到可接受的质量级别。由于每增加一个净化步骤就会增加成本，因此人们希望尽可能使用低质量的原材料。结果，原材料通常包含大量的C或/和P。如果C的浓度超过结晶时的熔融度，碳化硅(SiC)沉淀就会形成晶体/晶锭，而且SiC会使mc-Si大量降解(degrade)。

在结晶即将结束时，金属杂质会大量增加。如果定向凝固从熔融硅的底部开始，如布里奇曼铸造过程中所发生的那样，处于凝固过程中的mc-Si在各个晶锭顶层会受到严重的污染。由于硅中大多数质量降解的金属在晶体硅中的扩散相对较快，这些金属在晶锭冷却的过程中能部分扩散回到凝固的硅中，导致各个晶锭更深部分的进一步降解。这使得使用后续的渐渐降温(extendedramp-down)进行原位晶锭退火不可能，至少在超过大约1050℃(此时金属扩散特别快)的温度范围内。另一方面，该温度范围可能有利于进行原位退火以改进多晶硅晶锭中的晶体结构和减少多晶硅晶锭中的冻结压力。

如果该工艺过程持续直至熔融硅的凝固完成，那么金属杂质会扩散回硅晶锭中。若不发生扩散，则硅晶锭会具有更高的纯度。这种反扩散导致晶锭中在反扩散没发生时可用的一些硅变得无法使用。目前还没有一种处理方法能够解决这个问题。

因此，有必要寻找一种硅晶锭原料来满足太阳能电池行业对硅的需求，而不会跟IC行业对硅的需求产生竞争。

还需要提供硅晶锭，这种硅晶锭使用昂贵的更高纯度的原材料和/或昂贵的处理技术，能够形成具有目前可达到的效率的商用太阳能电池。

还需要一种能够产出更高质量的硅晶锭的工序，该工序通过使用低等硅原料来降低成本。

另外，还需要一种方法和系统，在经济上以及效率上能够解决硅晶锭形成的最后阶段中杂质反扩散的问题。

发明内容

此处所公开的技术用于形成最终可用于制造太阳能电池的硅晶锭。本发明公开了一种方法及系统，通过使用较低纯度的半导体原材料，生成包含更高纯度的半导体原材料的硅晶锭。例如，使用此处公开的工序得到的硅晶锭，能够得到具有改进性能/成本比率的太阳能晶片和太阳能电池。而且，本发明公开的方法可轻易并高效地同去除与金属相关的缺陷和晶片级改造过程相结合，以生成高效率PV太阳能电池。

根据本公开的主题的一个方面，提供了一种半导体晶锭形成方法和相关系统，使用低等硅原料在坩埚设备内形成熔融硅(molten silicon)。该处理方法和系统使熔融硅定向凝固，以在坩埚设备内形成硅晶锭。定向凝固形成一定量的固化硅和一定量的熔融硅。该方法和系统包括从坩埚设备中移除至少一部分一定量的熔融硅，同时保留坩埚设备中一定量的固化硅。该处理方法和系统进一步控制一定量的固化硅的定向凝固以形成具有比低等硅原料更高硅等级的硅晶锭。此处公开了用于移除受污染的熔融硅的多种途径。

本公开主题的这些以及其它优点，以及其它新颖的特征，在此处的描述中是显而易见的。本发明内容不是对权利要求的综合性描述，而是对本主题部分功能的简要概述。对于本技术领域人员来说，在下文中的附图以及详细描述的基础上得出其它系统、方法、特征和优点也是轻而易举的。

附图说明

为使本发明的特征、性质及优点将变得更为明显，下面结合附图来详细阐述本发明，附图中的标号代表文中自始至终相应的部分，其中：

图1为描述了一般公知的太阳能电池生产工艺的现有技术的流程图；

图2，相反地，示出了结合本发明的启示的一般整个太阳能电池的生产工艺；

图3为工艺环境的一个实施例的示意图，该工艺环境中可获得本发明的结果；

图4为根据本发明的由低等硅原料获得更高纯度的硅晶锭工艺流程图；

图5和图6为本发明的熔融硅去除工艺的一个实施例；

图7和图8示出了本发明可应用的熔融硅预处理的多种形式；

图9至图11为可应用于本发明的熔融硅去除工艺的一个可选实施例；

图12和图13为本发明范围内的熔融硅去除工艺的另一个可选实施例；以及

图14和图15从不同角度示出了可实现本发明的坩埚设备。

具体实施方式

本发明的方法和系统提供了使用低纯度或者高杂质度的硅或者半导体原料生产具有更高纯度的硅或者半导体晶锭的半导体晶锭制造工艺。本发明公开的工艺过程通过将先前的各自独立的工艺步骤结合以及更有效地利用硅晶锭形成过程中固有的冷却阶段，省略了一个熔化工艺过程。本发明包括一在晶锭形成时去除熔融硅、保留硅晶锭的方法。与形成的硅晶锭相比，本发明公开的主题中去除的熔融硅中通常具有更多的杂质。

将污染较严重的熔融硅去除能够避免金属杂质反过来又污染已形成的硅晶锭。在不考虑这些杂质的反扩散的情况下，可以实现对硅晶锭工艺进行更进一步的控制和改进。例如，可以将晶锭置于高温环境下以避免应力，否则这些存在于系统中的应力会导致系统无法避免金属杂质的反扩散。随着应力减小，各晶锭中结构缺陷中与应力相关的构造也会减小，因而能够进一步改善晶锭的质量。

由于可以使用低级原料来实现硅晶锭的定向凝固，最终的优势是整体成本的降低。与现有的使用低纯度原料通过定向凝固技术制成的晶锭相比，采用本发明的工艺方法和系统制成的晶锭具有更高的质量。此处描述了几个技术优势和成果，其中某些值得注意的优势包括减少半导体晶锭中的金属以及非金属杂质的能力，这对太阳能电池制造是有用的。另一个具体的优势就是能够避免非金属(主要是B、P和C)在由UMG-Si原料制成的晶锭的表面区域形成高浓度区。

作为本发明的铺垫，图1描述了公知的始于步骤12的工艺流程10。在步骤12处，MG硅或者其它低级硅进入已知的晶片形成工艺流程10。已知的工艺流程10在步骤14处从MG硅中提取高级硅。高级硅提取步骤14为高成本工艺过程，经过该步骤能够得到EG硅。EG硅为用于制造步骤16中的晶锭的硅原料种类。已知的工艺流程10包括硅晶锭切片步骤，通常使用线锯(wire-saw)以获得步骤18中的硅晶片。所获得的硅晶片然后进入太阳能电池形成过程20。

图2概括地描述了太阳能电池形成工艺流程30的新颖方面，其中本发明表现出极大的优势。工艺流程30包括在步骤32处使用MG硅，该MG硅在某种程度上被净化成RMG硅或者UMG硅。所达到的硅的质量仍处于低级硅34的程度。相应地，与硅质量14相比，硅质量36涉及的成本更低。同样，与硅质量14相比，步骤36中的低级硅的金属以及其他杂质含量更高。步骤38处可能形成硅晶锭。步骤40表示硅晶片的形成，即，将硅晶锭切片。公开的太阳能电池形成工艺流程30可引入晶片处理步骤40，同样也叫预处理过程，该步骤开始于电池处理步骤之前。最后，太阳能电池形成于步骤42。

在工艺流程30的步骤34和36中，本发明的启示会影响硅晶锭的形成。为了详细说明本发明的启示所应用的工艺环境，图3示出了工艺环境50。在图3中，坩埚54中含有熔融硅52。加热区域58环绕坩埚54的侧边和底部。隔热腔60结合坩埚54进一步建立一工艺环境，用于控制温度并建立一工艺氛围。水冷却系统62处于隔热腔60外围，摄像机64可插入隔热腔60中以观察熔融硅52。

工艺环境50具有高度66，坩埚54纵向贯穿。但是，改进的具有半径70的工艺控制下降装置(dropping mechanism)68，可垂直向下移动至底部框架72内，以便更迅速地、或者以更多不同的能指导加热区域控制的方式将坩埚54的不同部分暴露在不同温度的加热区域58内。工艺环境50提供了一密封的真空生长箱，其压强低于1×10^-3托，并采用氩(argon)进行多次循环清洗至压强达到10psig，以去除生长箱中过剩的氧。可通过一并联电路中的多圈感应线圈以及一调谐电容组对加热区域58加热。

图4为本发明公开的硅晶锭形成过程一例示性流程图80。以步骤82开始，硅晶锭形成过程80将低等硅原料装入一坩埚，例如坩埚54或者下述实施例中不同的坩埚。步骤84处，通过加热处理由低等硅原料形成了熔融硅。一旦坩埚中形成了一定数量的熔融硅，步骤86中就判断这些熔融硅是否是以预定的途径形成的，从而确定是否需要将其去除。如果是，下一步测试88则确定坩埚中是否需要添加更多的低等硅原料。

基本上，由于熔融硅52的定向凝固会形成较高级的硅晶锭，步骤88中的确定是为了保证逐渐被污染的熔融硅最终以其熔融状态具有其去除的途径。通过去除所述被污染的处于熔融状态的熔融硅52，能够防止污染品反扩散至高纯度硅晶锭中，这点在下文中会详细描述。

现在，只要低等硅原料的量足够，且熔融硅52存在于坩埚54中，预先处理熔融硅52的可选的工艺或者一套工艺是可以实现的。这种预处理过程可包括上述步骤的一个或者一组合，用于从低级硅中提取杂质。

所述多种熔融硅预处理过程可包括一气泡成核(nucleation)步骤90、一超声能量搅拌步骤92、或者上述步骤的组合，或如省略94所描述的包括电磁能转移至熔融硅的更多步骤。此外，如箭头96所示，这些步骤可跳过。步骤98进一步显示，所述预处理过程可包括一往熔融硅52中添加各种添加剂的步骤。

接下来，本发明公开的工艺包括熔融硅52定向凝固的初始化，于步骤100开始形成硅晶锭。由于熔融硅的定向凝固形成了硅晶锭，硅发生从液体到固体的物相变化。由于该物相变化，坩埚54内的硅的体积扩大，提升了熔融硅和固化硅组合物的高度，如步骤102所示。由于坩埚中硅的高度不断增加，因此会分离熔融硅。该分离过程由于如下文所述的坩埚52的一个或者多个实施例的物理特征而产生。

随着熔融硅从晶体硅中分离，如步骤104所指，与形成熔融硅的硅原料相比，坩埚52中剩余的硅具有更高的纯度。提取熔融硅的同时将浓度更高的杂质也一并提取。其结果是，从本质上消除或者大幅度减少熔融硅52中的杂质重新扩散回到硅晶锭中的可能性。

由于杂质反扩散的可能性降低，步骤106可以进行。在步骤106处，晶锭形成工艺80减少了处于较快的冷却工艺中的硅晶锭中的结晶应力(crystallizationstress)。在较慢的冷却工艺中较少关注杂质反扩散，能顾及到控制结晶硅冷却的速率，以释放结晶应力。最终硅晶锭中减少的结晶应力进一步生成一更高纯度的硅晶锭，如步骤108所示。

图5和图6进一步详细描述了工艺流程80的步骤102，其中固体或者结晶形式的硅的体积膨胀有利于去除渐增的受污染的熔融硅。图5中示出了过程状态110，包括一坩埚112，为去除熔融硅提供了途径。坩埚112将硅晶锭部分116和熔融硅118都包含在处理容腔(process volume)114中。分界面120将硅晶锭部分116和熔融硅118分离开来。坩埚112进一步包括间隔墙122，用于分离熔融硅流量124与处理量114。

图6示出了硅晶锭形成工艺80中的处于状态130时逐渐上升的分界面120。因此，随着固化硅116的体积膨胀，分界面120同时上升，熔融硅118的污染程度也逐渐增加。其结果是，熔融硅上升至间隔墙122的较低高度甚至超过该高度。也就是说，间隔墙122的较低高度成为一去除熔融硅118的途径132。如下文所述，途径132可以多种方式形成。但是，图5和图6中的实施例的方式可取且简单，易于实现将熔融硅118从坩埚12中的硅晶锭形成处理量114中去除。

为更清楚地描述本发明公开的工艺能怎样对熔融硅118进行预处理，图7和图8分别示出了气泡成核的使用和气泡成核与超声能量搅拌的组合，便于在定向凝固早期过程中提取杂质。因此，参照图7，处理状态140，其中充气管142可插入熔融硅118中。熔融硅118可接收充气管中一定量的气体，例如氧气、氮气、氢气、水蒸汽、CO₂或者含氯气体例如HCl、或者上述气体与其它气体的组合。这些气体与杂质作用溶解于熔融硅118中，并形成从熔融硅中蒸发的易挥发化合物。这使得在硅晶锭形成工艺80的后续定向凝固步骤100中能产生更纯的硅晶锭部分116(图5)。

图8示出了状态150中的一熔融硅118进行预处理过程98的实施例，其中一超声能量源152可与充气管142连接。也就是说，充气管142不但可作为传递成核气泡144的导管，而且可用作超声能量传递路径，用于将能量从超声能量源152传输至熔融硅118中。通过从低级硅中提取杂质，此处熔融硅118的预处理进一步提升了熔融硅部分116的纯度。

图9至图11示出了去除受污染的熔融硅的其它途径。具体地，图9中，连同坩埚一起，例如坩埚54，可存在硅晶锭部分116和熔融硅118以及分界面120。因为，如上文所述，随着硅晶锭部分116的增加，杂质集中在熔融硅118中。图9的实施例显示了一种用于去除受污染的熔融硅188的途径。

图9至图11使出了工艺阶段130，其中的可渗透毛毡装置(porous felt device)132提供一原料，该原料的融化温度要比熔融硅118的融化温度高得多。通过将可渗透毛毡装置132降低至熔融硅118中，来吸收熔融硅118。图10的处理状态134中的可渗透毛毡装置132已吸收了全部的熔融硅118或者熔融硅118中相当大一部分，以此将受污染的熔融硅118移出坩埚54。图11示出了工艺阶段136中将可渗透毛毡装置132以及受污染的熔融硅118移出坩埚54的过程。

图12和13描述了本发明的另一实施例，其中移除熔融硅118的途径包括一可移动的流量阀装置。具体地，图12描述了一坩埚142实施例的工艺阶段140，包括一由二部分构成的流量阀组件144。流量阀组件144包括阀杆146，阀杆146通过坩埚插入间隔墙(interstitial wall)152的纹孔外口148和纹孔内口150。当阀杆146插入纹孔外口148和纹孔内口150时，熔融硅118流量154为空。

当硅晶锭部分116形成时，坩埚处理容腔152内的熔融硅118形成于分界面120和纹孔内口150之上。只要硅晶锭部分大约达到纹孔内口150的高度，阀杆146就从纹孔内口150中缩回。

图13示出了过程状态160，其中阀杆146从纹孔内口150中缩回且处于纹孔外口148中，以便为熔融硅118留出一流入流量容腔154的通道。熔融硅118通过纹孔内口150的途径流入流量容腔154，将受污染的熔融硅118从处理容腔152中移除，能有效防止后续处理步骤中污染品的反扩散。

存在一个或者多个坩埚的实施例，这些实施例提供了如上述附图所描述的途径。因此，除了上述的坩埚，图15和16显示了适于实现本发明目的的坩埚设备170的另一实施例。具体地，坩埚设备170可包括处理容腔172，用于容纳低等硅原料并对硅晶锭部分进行加工处理。内墙174可环绕处理容腔172。流量容腔176环绕内墙174，外墙178环绕流量容腔176。

图16进一步描述了坩埚设备170，包括如上所述的具有阀杆146的流量阀组件144，阀杆146穿过外墙178的流量容腔外孔180和工艺环境172内孔182。按如上所述方式操作流量阀组件144，不同之处在于：由于流量容腔176围绕内墙174，缩回阀杆146时会导致熔融硅环绕内墙174。

总之，本发明提供给了一种方法和系统，用于形成一硅晶锭，包括在一坩埚设备中由低等硅原料形成熔融硅，以及在坩埚设备内对熔融硅执行定向凝固形成硅晶锭。定向凝固形成一定量的固化硅和一定量的熔融硅。所述方法和系统包括移除坩埚设备中至少一部分一定量的熔融硅，同时保留一定量的固化硅。控制一定量的固化硅的定向凝固，以形成一具有比低等硅原料高级的硅的硅晶锭。这种控制包括延长一定量的固化硅进行定向凝固的持续时间，以减少硅晶锭结晶过程中产生的原料应力(material stress)。

比如通过将气泡成核引入熔融硅、将超声能量或者电磁能量传输至熔融硅内并将熔融硅与用于辅助从熔融硅中提取杂质的添加剂结合，所述方法和系统可对熔融硅进行预处理(pre-condition)，以提取低等硅原料中的杂质。

本发明的多个实施例包括通过将一定量的熔融硅经与坩埚设备连通的通道引导流出，实现从坩埚设备中移除至少一部分一定量的熔融硅。所述通道的实施例可包括一用于分隔第一容腔与第二容腔的较低间隔墙，坩埚设备的第一容腔内含一定量的固化硅以及一定量的熔融硅。该实施例中，所述较低间隔墙进一步具有一高度，该高度大约与定向凝固过程中一定量的固化硅与一定量的熔融硅之间预定的分界面高度相当。较低间隔墙允许至少一部分一定量的熔融硅从第一容腔中流入第二容腔中，从而将一定量的熔融硅与一定量的固化硅分离。

另一实施例将一定量的熔融硅引导流入所述环绕第一容腔的第二容腔中。另一通道包括一毛毡装置，用于吸收可能已经被一定量的固化硅所浸没的一定量的熔融硅。所述熔融硅由毛毡装置吸收，并以此将一定量的熔融硅中被吸收的部分去除。该途径包括一排水管道(drain conduit)以及一与之结合的插头装置来控制一定量的熔融硅通过排水管道的流量，进一步还包括可控地安装插头设备的步骤，以控制一定量的熔融硅从坩埚中流出的流量。

本发明的另一实施例提供了一用于分隔坩埚的第一容腔和第二容腔的排水管道。一插头装置协助控制一定量的熔融硅通过排水管道的流量。进一步可控地安装插头设备，以控制熔融硅从坩埚第一容腔中流入第二容腔的流量，从而分离熔融硅。第二容腔可环绕第一容腔。

使用本发明的方法和系统，能够改进低等半导体原料的特性，例如高级冶金硅(UMG)中所发生的那样。这种改进使得UMG硅能够用于生产太阳能电池、用于太阳能发电及相关用途。此外，本发明的方法和系统有利于使用UMG或者其它非电子级半导体原料生产半导体太阳能电池。本发明的方法和系统可用于生产具有更高质量的太阳能电池，且有利于大量生产。

利用此处所描述的工艺和系统特征及功能，可由低纯度的硅原料生成一具有更高纯度的硅晶锭。虽然此处结合本发明公开的启示对不同实施例进行了详细描述，但是本领域技术人员可以结合这些启示设计出不同的实施例。因此，上述对优选实施例的描述使得本领域技术人员能够制造或者使用本发明。本发明的实施例的各种其他改变对本领域技术人员是显而易见的，此处所定义的一般性原则也可不加创新地用于其它实施方式。因此，本发明的保护范围不限于实施例所描述的范围，而是对应于与此处公开的原则和新颖性特征一致的最广的范围。

Claims (30)

1.一种使用低级硅原料形成硅晶锭的方法，所述硅晶锭包含比所述低级硅原料更高级的硅，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

在一坩埚设备内由低级硅原料形成熔融硅；在坩埚设备内对所述熔融硅进行定向凝固以形成一硅晶锭，所述定向凝固形成一定量的固化硅以及一定量的熔融硅；将坩埚设备内至少一部分一定量的熔融硅去除，保留所述一定量的熔融硅；以及控制所述一定量的固化硅的定向凝固过程以形成一具有比低级硅原料更高级的硅的硅晶锭。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法进一步包括延长所述一定量的固化硅的定向凝固的持续时间，以减少所述硅晶锭的结晶过程中产生的材料应力。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法进一步包括对所述熔融硅进行预处理的步骤，以提取所述低级硅中的杂质。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述熔融硅进行预处理的步骤进一步包括向所述熔融硅中导入气泡的步骤。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述熔融硅进行预处理的步骤进一步包括使用气体将气泡成核导入所述熔融硅的步骤，所述气体包括氧气、氮气、氢气、水蒸汽、CO₂或者含氯气体中的一种或者多种。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述熔融硅进行预处理的步骤进一步包括向所述熔融硅中传输超声能量或者电磁能量的步骤，以改善所述熔融硅中杂质的提取。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述熔融硅进行预处理的步骤进一步包括将一添加剂与所述熔融硅结合，用于辅助从所述熔融硅中提取杂质。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法进一步包括一从坩埚设备中去除所述一定量的熔融硅中至少一部分的步骤，该步骤通过将所述一定量的熔融硅经过与所述坩埚设备相连的通道引导流出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述通道包括一用于分隔所述坩埚设备的第一容腔与坩埚设备的第二容腔的较低间隔壁，所述坩埚设备的第一容腔内含一定量的固化硅以及一定量的熔融硅；所述较低间隔墙进一步具有一高度，该高度大约与定向凝固过程中一定量的固化硅与一定量的熔融硅之间预定的分界面高度相当；以及所述较低间隔墙允许至少一部分一定量的熔融硅从第一容腔中流入第二容腔中，从而将一定量的熔融硅与一定量的固化硅分离。

10.根据权利9所述的方法，其特征在于：所述第二容腔环绕第一容腔，且进一步包括一将所述一定量的熔融硅的至少一部分引导流入环绕第一容腔的第二容腔内的步骤。

11.根据权利1所述的方法，其特征在于：所述通道包括一毛毡装置，用于吸收可能已经被一定量的固化硅所浸没的一定量的熔融硅，并进一步包括以下步骤：

将所述毛毡装置浸入所述一定量的熔融硅；

允许所述一定量的熔融硅中至少一部分由所述毛毡装置吸收；以及

将所述包含一定量的熔融硅中被吸收的部分的毛毡装置从所述坩埚设备内移除。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述通道包括一排水管道(drainconduit)以及一与之结合的插头装置来控制一定量的熔融硅通过排水管道的流量，进一步还包括可控地安装插头设备的步骤，以控制一定量的熔融硅从坩埚中设备流出的流量，以此将所述一定量的熔融硅中至少一部分与所述一定量的固化硅分离。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述通道包括用于所述分隔坩埚的第一容腔和第二容腔的排水管道，以及一用于协助控制一定量的熔融硅通过排水管道的流量的插头装置，并进一步包括可控地安装插头设备的步骤，以控制所述一定量的熔融硅从坩埚第一容腔中流入第二容腔的流量，从而将所述一定量的熔融硅中至少一部分与所述一定量的固化硅分离。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述第二容腔环绕第一容腔，并进一步包括将所述一定量的熔融硅中至少一部分引导流入所述环绕第一容腔的第二容腔内的步骤。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述控制步骤进一步包括将晶锭置于高温环境下以避免应力的步骤，以及将去除步骤以消除所述硅晶锭中的应力相关的结构缺陷，以改进硅晶锭的质量。

16.一种使用低级硅原料形成一硅晶锭的系统，所述硅晶锭包含比所述低级硅原料高级的硅，其特征在于：所述系统包括：

一坩埚设备，用于容纳并加热低等硅原料，所述低等硅原料用于在所述加热过程中形成熔融硅；

温度控制装置，用于对所述熔融硅执行定向凝固，以在所述坩埚设备内形成

一硅晶锭，所述定向凝固形成一定量的固化硅和一定量的熔融硅；

一移除机构，用于从所述坩埚设备中将所述一定量的熔融硅中至少一部分移除，并保留所述一定量的固化硅；以及

所述温度控制装置进一步用于控制所述一定量的固化硅的定向凝固，以形成具有比所述低级硅原料更高级的硅的硅晶锭。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于：所述系统进一步包括对所述熔融硅进行预处理的装置，以提取所述低级硅中的杂质。

18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于：所述系统进一步包括一与所述坩埚设备相连的气泡成核源，通过将气泡导入所述熔融硅内对所述熔融硅进行预处理。

19.根据权利要求16所述的系统，其特征在于：将气泡导入所述熔融硅内的气泡成核源所使用的气体包括氧气、氮气、氢气、、水蒸汽、CO₂或者含氯气体中的一种或者多种。

20.根据权利要求16所述的系统，其特征在于：所述系统进一步包括一与所述坩埚设备相连的超声能量源，用于将一超声能量传输至所述熔融硅内，以增强所述熔融硅中杂质的提取。

21.根据权利要求16所述的系统，其特征在于：所述熔融硅的预处理步骤进一步包括将所述熔融硅与一添加剂结合的步骤，用于辅助从所述熔融硅中提取杂质。

22.根据权利要求16所述的系统，其特征在于：所述温度控制装置进一步包括延长所述一定量的固化硅的所述定向凝固的持续时间的装置，以减少所述硅晶锭结晶过程中产生的原料应力。

23.根据权利要求16所述的系统，其特征在于：所述系统进一步包括一与所述坩埚设备相连的通道，通过引导所述一定量的熔融硅经所述通道流出，实现将一定量的熔融硅的至少一部分从所述坩埚设备中去除。

24.根据权利要求23所述的系统，其特征在于：所述通道包括一较低间隔墙，用于分隔所述坩埚设备的第一容腔与第二容腔，

所述坩埚设备的第一容腔包含所述一定量的固化硅和所述一定量的熔融硅；

所述较低间隔墙进一步具有一高度，该高度大约与定向凝固过程中一定量的固化硅与一定量的熔融硅之间预定的分界面高度相当；以及

所述较低间隔墙允许至少一部分一定量的熔融硅从所述坩埚设备的第一容腔中流入第二容腔中，从而将所述一定量的熔融硅与所述一定量的固化硅分离。

25.根据权利要求23所述的系统，其特征在于：所述第二容腔围绕所述第一容腔，用于将所述一定量的熔融硅中至少一部分引导流入所述围绕第一容腔中的第二容腔中。

26.根据权利要求23所述的系统，其特征在于：所述通道包括：

一毛毡装置，用于吸收可能已经被一定量的固化硅所浸没的一定量的熔融硅的至少一部分；以及

用于将所述包含一定量的熔融硅中被吸收的部分的毛毡装置从所述坩埚设备内移除的机构。

27.根据权利要求16所述的系统，其特征在于：所述通道包括一排水管道以及一与之结合的插头装置来控制所述一定量的熔融硅通过排水管道的流量，用于可控地安装插头设备，以控制一定量的熔融硅从坩埚中设备流出的流量，以此将所述一定量的熔融硅中至少一部分与所述一定量的固化硅分离。

28.根据权利要求16所述的系统，其特征在于：所述通道包括一用于分隔所述坩埚的第一容腔和第二容腔的排水管道，以及一插头装置，用于协助控制所述一定量的熔融硅通过排水管道的流量，以可控地安装插头设备，控制熔融硅从第一容腔中流入第二容腔的流量，从而将所述一定量的熔融硅的至少一部分与所述一定量的固化硅分离。

29.根据权利要求26所述的系统，其特征在于：所述第二容腔环绕所述第一容腔，以将所述一定量的熔融硅的至少一部分引导流入环绕第一容腔的第二容腔内。

30.根据权利要求16所述的系统，其特征在于：所述温度控制装置进一步用于控制所述硅晶锭的温度，通过在取出所述一定量的熔融硅后将所述硅晶锭置于高温环境下，来去除所述硅晶锭中应力相关的结构缺陷，从而提高硅晶锭的质量。

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