CN105502405A - 一种多晶硅晶圆炉内碳素保温毡表面除磷的方法 - Google Patents

Abstract

一种多晶硅晶圆炉内碳素保温毡表面除磷的方法，其特征在于，将空置的多晶硅晶圆炉抽真空，炉内气压稳定在5~50Pa，保压0.5~1h后开始以5~8℃/min的升温速率将炉内温度缓慢升至1500~1700℃，当炉内温度升至1000~1200℃后，开始通入高纯氩气，氩气流量为300~500ml/min，炉内气压仍稳定在5~50Pa，当炉内温度升至1500~1700℃后，保温保压1~2h后，开始通入高纯氯气，氯气流量为500~1000ml/min，通入高纯氯气后，加大真空泵抽力，将炉内气压降低到10^-1~1Pa，保温保压5~10h后，停止通入高纯氯气，15~30min后开始降温，继续通入氩气直到炉内温度下降至200~400℃。该法利用真空状态下气体高速扩散，可以对炉腔进行全面除杂，进而充分去除碳素保温毡表面杂质磷，且除杂方法简单有效，时间短。

Description

一种多晶硅晶圆炉内碳素保温毡表面除磷的方法

技术领域

本发明涉及一种除磷的方法，特别涉及一种多晶硅晶圆炉内碳素保温毡表面除磷的方法。

背景技术

随着能源的短缺和人们环保意识的加强，近几年太阳能电池及光伏产业得到快速发展。商业化太阳能电池中硅基材料占90%以上，硅材料的纯度直接关系到电池的转换效率和寿命，硅材料的成本直接影响到电池组件的成本，因此，众多科研人员正在研制低成本、低污染、低能耗生产高纯硅的技术。

磷（P）是影响太阳能级以及电子级多晶硅电学性能的最主要杂质之一，P杂质由于其分凝系数大（k=0.35），因此无法用定向凝固法有效去除。但由于P杂质的饱和蒸汽压大，在1700K时(略高于硅的熔点)，P的蒸气压为2.25×10⁸Pa，硅的蒸汽压压为0.0689Pa，目前最有效的除P技术是利用真空熔炼和电子束熔炼。在熔融状态、真空环境下，饱和蒸汽压大的杂质很容易从液态硅中挥发出来从而被去除。真空条件下的气液不平衡保证了P杂质的连续去除，因此在参数合适的条件下，绝大部分的P杂质可以被有效去除。

无论是真空熔炼或是电子束熔炼，都是利用硅与磷饱和蒸汽压不同，将挥发出来的磷蒸汽通过机械泵抽出熔炼炉内。这两种熔炼方法可以有效去除硅原料中磷杂质，使得硅原料中磷杂质极大降低，这是解决了多晶硅的一次污染。多晶硅生产商实际生产过程会出现这样的问题，前几炉经过真空熔炼或电子束熔炼后生产的多晶硅中P杂质含量达到所需要求，但之后生产得到的多晶硅P杂质则会有所增加，多晶硅产品出现质量不稳定的情况，这一问题也是困扰许多希望制备电子级多晶硅的厂商。对于硅原料中P杂质的一次污染，真空熔炼和电子束熔炼是极为有效的除杂技术，但是对于外来源的P杂质的二次污染，这两种技术则显得束手无策。

多晶硅生产商所使用的高温熔炼炉都含有碳素热场材料，包括有石墨发热体，C/C盖板、碳素保温毡等，而高温熔炼炉内碳素保温毡主要起到的作用就是隔绝冷热交换，避免热量流失，集中加热。但是由于碳素保温毡的多孔特性，其亦是一种极好的气体吸附材料。从硅中挥发出来的P蒸汽大部分会通过真空系统排出炉内，但是仍有一部分会被碳素石墨毡吸附，碳素保温毡表面的P杂质吸附量逐渐增加时，又会在新一次的熔炼过程挥发出来，进入到硅熔液中，造成二次污染。因此，对于避免多晶硅提炼生产过程中二次P杂质污染的研究刻不容缓。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，旨在提供一种多晶硅晶圆炉内碳素保温毡表面除磷的方法，其特征在于，包括以下顺序步骤：

（1）多晶硅晶圆炉生产铸锭硅5~10炉后，不再放料炼硅，将空置的多晶硅晶圆炉抽真空，炉内气压稳定在5~50Pa后，保压0.5~1h后开始升温；

（2）以5~8℃/min的升温速率将炉内温度缓慢升至1500~1700℃；

（3）随着炉内温度不断上升，炉内杂质元素开始加快挥发速率，炉内气压会出现上升，炉内气压大于50Pa时，加大真空泵抽力，将炉内稳定在5~50Pa；

（4）当炉内温度升至1000~1200℃后，开始通入高纯氩气，氩气流量为300~500ml/min，炉内气压仍稳定在5~50Pa；

（5）当炉内温度升至1500~1700℃后，保温保压1~2h后，开始通入高纯氯气，氯气流量为500~1000ml/min，氯气高速扩散到碳素保温毡表面及内部，与附着在保温毡上的磷杂质反应形成三氯化磷气体随氩气被抽出多晶硅晶圆炉；

（6）通入高纯氯气后，加大真空泵抽力，将炉内气压降低到10^-1~1Pa，保温保压5~10h后，停止通入高纯氯气，15~30min后开始降温，继续通入氩气直到炉内温度下降至200~400℃；

（7）至此，多晶硅晶圆炉内碳素保温毡表面磷杂质得到有效去除。

本发明具有的优点：1、通过高纯氯气与吸附杂质磷反应形成气体排出炉内，可以充分去除碳素保温毡表面杂质磷；2、利用真空状态下气体高速扩散，可以对炉腔进行全面除杂；3、除杂方法简单有效，时间短。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例1

（1）多晶硅晶圆炉生产铸锭硅5炉后，不再放料炼硅，将空置的多晶硅晶圆炉抽真空，炉内气压稳定在10Pa后，保压1h后开始升温；

（2）以8℃/min的升温速率将炉内温度缓慢升至1550℃；

（3）随着炉内温度不断上升，炉内杂质元素开始加快挥发速率，炉内气压会出现上升，炉内气压大于50Pa时，加大真空泵抽力，将炉内稳定在10Pa；

（4）当炉内温度升至1100℃后，开始通入高纯氩气，氩气流量为400ml/min，炉内气压仍稳定在10Pa；

（5）当炉内温度升至1550℃后，保温保压1h后，开始通入高纯氯气，氯气流量为800ml/min，氯气高速扩散到碳素保温毡表面及内部，与附着在保温毡上的磷杂质反应形成三氯化磷气体随氩气被抽出多晶硅晶圆炉；

（6）通入高纯氯气后，加大真空泵抽力，将炉内气压降低到10^-1Pa，保温保压50h后，停止通入高纯氯气，30min后开始降温，继续通入氩气直到炉内温度下降至200℃；

（7）至此，多晶硅晶圆炉内碳素保温毡表面磷杂质得到有效去除。

实施例2

（1）多晶硅晶圆炉生产铸锭硅10炉后，不再放料炼硅，将空置的多晶硅晶圆炉抽真空，炉内气压稳定在20Pa后，保压1h后开始升温；

（2）以5℃/min的升温速率将炉内温度缓慢升至1650℃；

（3）随着炉内温度不断上升，炉内杂质元素开始加快挥发速率，炉内气压会出现上升，炉内气压大于50Pa时，加大真空泵抽力，将炉内稳定在20Pa；

（4）当炉内温度升至1200℃后，开始通入高纯氩气，氩气流量为500ml/min，炉内气压仍稳定在20Pa；

（5）当炉内温度升至1650℃后，保温保压1.5h后，开始通入高纯氯气，氯气流量为1000ml/min，氯气高速扩散到碳素保温毡表面及内部，与附着在保温毡上的磷杂质反应形成三氯化磷气体随氩气被抽出多晶硅晶圆炉；

（6）通入高纯氯气后，加大真空泵抽力，将炉内气压降低到10^-1Pa，保温保压10h后，停止通入高纯氯气，30min后开始降温，继续通入氩气直到炉内温度下降至300℃；

（7）至此，多晶硅晶圆炉内碳素保温毡表面磷杂质得到有效去除。

上述仅为本发明的两个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种多晶硅晶圆炉内碳素保温毡表面除磷的方法，其特征在于，包括以下顺序制备步骤：

（1）多晶硅晶圆炉生产铸锭硅5~10炉后，不再放料炼硅，将空置的多晶硅晶圆炉抽真空，炉内气压稳定在5~50Pa后，保压0.5~1h后开始升温；

（2）以5~8℃/min的升温速率将炉内温度缓慢升至1500~1700℃；

（3）随着炉内温度不断上升，炉内杂质元素开始加快挥发速率，炉内气压会出现上升，炉内气压大于50Pa时，加大真空泵抽力，将炉内稳定在5~50Pa；

（4）当炉内温度升至1000~1200℃后，开始通入高纯氩气，氩气流量为300~500ml/min，炉内气压仍稳定在5~50Pa；

（5）当炉内温度升至1500~1700℃后，保温保压1~2h后，开始通入高纯氯气，氯气流量为500~1000ml/min，氯气高速扩散到碳素保温毡表面及内部，与附着在保温毡上的磷杂质反应形成三氯化磷气体随氩气被抽出多晶硅晶圆炉；

（6）通入高纯氯气后，加大真空泵抽力，将炉内气压降低到10^-1~1Pa，保温保压5~10h后，停止通入高纯氯气，15~30min后开始降温，继续通入氩气直到炉内温度下降至200~400℃；

（7）至此，多晶硅晶圆炉内碳素保温毡表面磷杂质得到有效去除。