CN104131343B - 局部加热凝固多晶硅除杂装置及除杂方法 - Google Patents
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Abstract
局部加热凝固多晶硅除杂装置，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，所述的炉体上方竖直安装有滑道，与滑道相配有齿条，齿条连接有支架，炉体上方设有电机，电机的输出轴安装有齿轮，齿轮与所述的齿条相啮合，支架上通过固定环连接有竖直设置的运动轴，运动轴的下端连接有与系统控制装置相接的加热碳筒。除杂方法如下：向炉体内的坩锅中加入多晶硅料，关闭并抽真空；开始运行程序；温度达到1420‑1480℃后保温；长晶阶段；利用加热碳筒局部加热并随液面上升，直至硅料完全长晶；出炉。提高了出成率，降低了成本。
Description
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，特别是一种局部加热凝固多晶硅除杂装置及除杂方法。
背景技术
在多晶硅提纯或铸锭环节中，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凝固温度出现差异、固液界面可形成凸起、凸起部位可聚集杂质的局部加热凝固多晶硅除杂装置及除杂方法，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。
本发明的局部加热凝固多晶硅除杂装置，包括包括炉体，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，所述的炉体上方竖直按装有滑道，与滑道相配有齿条，齿条连接有支架，炉体上方设有电机，电机的输出轴安装有齿轮，齿轮与所述的齿条相啮合，支架上通过固定环连接有竖直设置的运动轴，运动轴的下端连接有与系统控制装置相接的加热碳筒。
所述的滑道、齿轮、齿条、电机为两组，并相对于支架对称设置，测量固液界面高度的石英玻璃棒位于所述的运动轴和所述的加热碳筒的中心孔内。
本发明的对多晶硅局部加热凝固除杂方法，步骤如下：
⑴、向炉体内的坩锅中加入多晶硅料，关闭炉体腔室，抽真空，真空度小于0.1Pa；
⑵、检查设备各项参数，确认无误后开始运行程序；
⑶、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，通过炉体顶部观察窗看见硅料完全处于液态，后进入长晶阶段；
⑷、长晶阶段，通过石英棒伸入液态硅中并接触固液界面，每一个小时测量一次固液界面高度，通过温度控制固液界面的生长速度；
⑸、当固液界面位置到达距硅液顶部3-8厘米的位置时，设定程序降低固液界面的生长速度，用电机的运行调整支架及加热碳筒的高度位置，使加热碳筒在距离硅液上方0.5-2厘米处，通过调整加热碳筒内的电流控制加热碳筒对硅液面的局部加热温度，加热碳筒保持在1450-1500℃之间；
⑹、测定固液界面生长速率，每小时通过石英棒触底后测量石英棒上部空余量，计算出一小时固液界面生长高度，从而确定生长速率后，将加热碳筒通过电机向上提升速率设定为晶体生长速率的1.5-2倍，启动程序直至硅料完全生长好，即通过炉体顶部观察窗看见硅料完全处于固态；
⑺、冷却阶段，硅锭冷却到设定温度出炉。
利用本发明的装置对多晶硅提纯或铸锭时，在硅料完全熔化后长晶阶段通过碳筒加热使热场分布不均匀，硅料定向生长方向是重力的反方向，而原热场是垂直于硅料生长方向均匀分布的并已达到一种平衡。在提纯炉原热场中有一根可运动的加热碳筒。当加热碳筒一旦进入均匀热场就会打破这种平衡，使碳筒附近局部受热。因为分凝作用一些杂质容易处于在硅熔液中，所以最后凝固的硅料中会含有大量杂质，即局部熔硅受热延迟凝固，高杂质区熔硅会向局部受热区域聚集、凝固，最后凝固部分形成的突起易于处理，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：3为炉体，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。炉体3上方竖直固定按装有滑道，与滑道相配有齿条12，齿条12可相对于滑道上下滑动。齿条12连接有支架14，炉体3上方设有与系统控制装置相接的电机10，电机10的输出轴安装有齿轮11，齿轮11与齿条12相啮合。支架14上通过固定环13连接有竖直设置的运动轴8，运动轴8的下端固定连接有与系统控制装置相接的内嵌控温偶的加热碳筒7。滑道、齿轮11、齿条12、电机10为两组，并相对于支架14对称设置。测量固液界面高度的石英玻璃棒9位于所述的运动轴8和加热碳筒7的中心孔内。
本发明的对多晶硅局部加热凝固除杂方法，步骤如下：
⑴、向炉体3内的坩锅2中加入多晶硅料，关闭炉体腔室，抽真空，真空度小于0.1Pa；
⑵、检查设备各项参数，确认无误后开始运行程序；
⑶、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，通过炉体顶部观察窗看见硅料完全处于液态，后进入长晶阶段；
⑷、长晶阶段，通过石英棒9伸入液态硅中并接触固液界面，每一个小时测量一次固液界面6高度，因为这个固液生长界面通过调整热场是一直向上生长的，固液生长界面的生长速率与热场降温速率线性关系，通过控制热场的设定温度能间接控制硅料固液生长界面的生长速率，故可每一个小时测量一次固液界面高度，并通过以上原理控制固液界面的生长速度，实现了通过温度控制固液界面的生长速度；
⑸、当固液界面6位置到达距硅液面5 3-8厘米的位置时，设定程序降低固液界面的生长速度，电机10的运行，可通过齿轮11、齿条12带动支架14及加热碳筒7在高度方向上移动，使加热碳筒7在距离硅液上方0.5-2厘米处，通过调整加热碳筒7内的电流控制加热碳筒7对硅液面的局部加热温度，加热碳筒保持在1450-1500℃之间；
⑹、测定固液界面生长速率，每小时通过石英棒9触底后测量石英棒上部空余量，计算出一小时固液界面生长高度，从而确定生长速率后，将加热碳筒7通过电机10向上提升速率设定为晶体生长速率的1.5-2倍，启动程序直至硅料完全生长好，即通过炉体3顶部观察窗看见硅料完全处于固态；
⑺、冷却阶段，硅锭冷却到设定温度出炉。
硅锭由于不均匀热场，碳筒加热区域延迟凝固，使熔硅凝固的方向发生了改变，造成熔硅以碳筒为中心，形成向心凝固，由于硅材料的热缩冷胀最后形成高杂质硅的凸起，去除该凸起非常方便。
Claims (3)
1.一种局部加热凝固多晶硅除杂装置，包括包括炉体（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），其特征在于：所述的炉体（3）上方竖直安装有滑道，与滑道相配有齿条（12），齿条（12）连接有支架（14），炉体（3）上方设有电机（10），电机（10）的输出轴安装有齿轮（11），齿轮（11）与所述的齿条（12）相啮合，支架（14）上通过固定环（13）连接有竖直设置的运动轴（8），运动轴（8）的下端连接有与系统控制装置相接的加热碳筒（7）。
2.根据权利要求1所述的局部加热凝固多晶硅除杂装置，其特征在于：所述的滑道、齿轮（11）、齿条（12）、电机（10）为两组，并相对于支架（14）对称设置，测量固液界面高度的石英玻璃棒（9）位于所述的运动轴（8）和所述的加热碳筒（7）的中心孔内。
3.一种利用权利要求2所述的除杂装置对多晶硅局部加热凝固除杂方法，其特征在于：步骤如下：
⑴、向炉体（3）内的坩锅（2）中加入多晶硅料，关闭炉体腔室，抽真空，真空度小于0.1Pa；
⑵、检查设备各项参数，确认无误后开始运行程序；
⑶、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，通过炉体顶部观察窗看见硅料完全处于液态，后进入长晶阶段；
⑷、长晶阶段，通过石英棒（9）伸入液态硅中并接触固液界面，每一个小时测量一次固液界面高度，通过温度控制固液界面的生长速度；
⑸、当固液界面位置到达距硅液顶部3-8厘米的位置时，设定程序降低固液界面的生长速度，用电机（10）的运行调整支架（14）及加热碳筒（7）的高度位置，使加热碳筒（7）在距离硅液上方0.5-2厘米处，通过调整加热碳筒（7）内的电流控制加热碳筒（7）对硅液面的局部加热温度，加热碳筒保持在1450-1500℃之间；
⑹、测定固液界面生长速率，每小时通过石英棒（9）触底后测量石英棒上部空余量，计算出一小时固液界面生长高度，从而确定生长速率后，将加热碳筒（7）通过电机（10）向上提升速率设定为晶体生长速率的1.5-2倍，启动程序直至硅料完全生长好，即通过炉体（3）顶部观察窗看见硅料完全处于固态；
⑺、冷却阶段，硅锭冷却到设定温度出炉。
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