[发明专利]清洗多晶硅块的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种清洗多晶硅块的方法。

背景技术

多晶体硅，简称多晶硅，现在已经在工业上大量生产而作为光伏应用和晶片制作的单晶生产的原材料等。在所有的应用中，都需要高纯度的原材料。

通常高纯硅是通过热分解因此易于通过蒸馏方法纯化的挥发性硅化合物，例如，三氯硅烷而获得。硅以多晶体形式，以具有典型直径70~300mm而长度500~2500mm的棒状形式沉积。

这些多晶硅棒绝大部分都随后通过坩埚拉制（切克劳斯基法或CZ法）的方法进一步加工处理而得到单晶，或用于生产光伏应用的多晶基础材料。在这两种情况下，都需要高纯熔融硅。为此目的，固体硅在坩埚中熔融。

多晶硅棒在熔融之前通常通过金属破碎工具，如钳或辊式破碎机、锤或凿子将其粉碎。

然而，在粉碎过程中，高纯硅会被外来原子污染。这些污染尤其是金属碳化物或金刚石残余物，以及金属杂质。

因此，硅块在进一步加工处理和/或封装用于更高价值的应用，例如单晶拉制之前要进行清洗。这通常在一个或多个化学湿清洗步骤中完成。

这涉及使用不同化学品和/或酸的混合物，而再次尤其是从表面除去附着的外来原子。

EP0905796B1要求保护生产具有低金属浓度的硅的方法，其特征在于这种硅在至少一个阶段的初步清洗中用氧化性清洗液清洗，这种氧化性清洗液包含化合物氢氟酸（HF）、盐酸（HCl）和过氧化氢（H₂O₂），而在另一个阶段的主清洗中用含有硝酸（HNO₃）和氢氟酸（HF）的清洗溶液进行清洗，并在另一个阶段用氧化性的清洗溶液进行清洗而实现亲水化作用。

由于酸夹带于漂洗水中，由于与金属颗粒发生化学反应以及因为在HF/HNO₃蚀刻中硅的溶解，则酸被消耗。

为了维持特定的酸浓度，因此，需要不断进一步计量供应新鲜酸。

与硅晶片的清洗不一样，要清洗的大块材料，由于不同尺寸级别的多晶硅块，而具有不断变化的表面。

多晶硅能够分级成块尺寸，其每一个此后都定义为硅块表面上两点之间的最长距离（=最大长度），如下：

·块尺寸1（CS1）以mm计：约3~15；

·块尺寸2（CS2）以mm计：约10~40；

·块尺寸3（CS3）以mm计：约20~60；

·块尺寸4（CS4）以mm计：约40~110；

·块尺寸5（CS5）以mm计：约110~170；

·块尺寸6（CS6）以mm计：约150~230。

不同块尺寸的比表面积为：

·CS6：约0.05cm²/g；

·CS5：约0.5cm²/g；

·CS4：约1cm²/g；

·CS3：约2cm²/g；

·CS2：约5cm²/g；

·CS1：约10cm²/g。

在HF/HNO₃混合物或HF/HCl/H₂O₂溶液（cf.EP0905796B1）中的新鲜酸剂量在CS6至块尺寸1之间1~2000L/h不等。

另外对于相等块尺寸的多晶硅，不同批次之间比表面积变化至少20%。另外这里，酸耗量和因此的所需剂量批次与批次之间是不同的。

这就意味着，进一步的剂量，甚至在一个（批次）多晶硅块和相同的块尺寸的情况下，必须不断进行调节才能保持清洗浴条件恒定。

为了确保设想用于半导体工业应用的多晶硅清洗中稳定的工作状态，实验表明，计量系统必须具有10%或更佳的精度。

人工进一步剂量（计量供应）（手动操作）是非常复杂的而几乎不能确保这种计量精度。

因此，对于具体块尺寸级别，进一步的剂量（计量供应）要一直进行调节而与该块尺寸级别内具有最大比表面积的批料一致。

因此，该批具体块尺寸绝大多数一直要过量进行，这不可避免地导致较高的酸耗量而使工艺过程经济上不太可行。

另外，能够实施这种进一步剂量（计量供应）的基本自动化调节。

在化学品装置中使用闭环控制回路进行温度调节、填充水平调节、流量调节或pH调节等等。

惯常的闭合回路控制系统是基于所调节参数的连续测定结果的。