[发明专利]硅锭线锯切割工艺中硅颗粒的回收方法

说明书

技术领域

本发明适用于涉及线锯切割硅锭工艺的所有行业，尤其是包括在电子和光伏领域中广泛应用到的由高纯度硅锭切割成高纯度硅片的线锯切割工艺。

背景技术

目前，在大多硅锭切割工艺中使用的是线据切割技术。更准确地说，它的原理是通过一张由平行钢线组成的高速运动的钢线网带动附着在钢丝上的切割砂浆对硅碇进行摩擦，从而达到切割效果。在整个过程中，钢线通过十几个导线轮的引导，在主线辊上形成一张线网，而待加工工件通过工作台的下降实现工件的给进。常用的切割砂浆由磨料和切割液组成。磨料可以是碳化硅（SiC）微粉,刚玉（corundum）,或金刚石。切割液可以是硅油(Silicon oil)或聚乙二醇(PEG,Polyethylene Glycol).这种广泛使用的的切割过程产生大量的由微粒硅混合着浆料和金属粉尘组成的切割废料。常常有多达40%的高纯度（指半导体或光伏纯度）的硅锭在切割过程中被浪费。由此带来重大的经济损失。线锯工艺的优化，包括对所施加的切割力以及经济效益的优化，决定了线锯过程中所使用的钢线的尺寸，主要是钢线直径，其范围可以从几十微米到当前广泛应用的150微米。随着硅片在多种应用中厚度不断减小的趋势，由于线锯切割过程导致的高纯度硅的损失比例也会进一步增加。

目前，回收线锯切割过程的损失的高纯度微粒硅(比如说光伏纯度或半导体纯度)的主要困难在于以下几个方面：

-摩擦剂碳化硅和高纯度微粒硅的有效分离，以及解决金属颗粒和离子的污染问题。虽然碳化硅的密度（3.21克/厘米^3）和硅的密度（2.33克/厘米^3）不是非常接近，然而，用传统的物理方法，如离心分离或过滤，不能达到两者之间完全的分离。这主要是由于碳化硅和微粒硅的大小都具有非常广泛的尺寸分布，从几十纳米到几十微米。这个缺点可以清楚地从专利WO2011026473A1，WO2010111291A2，US2010068115A1等的描述中看到。专利WO2010/003456提出了将由切割废液沉积后形成的废料饼用酸处理，然后再压实的方法以回收硅。然而，作者并没有以令人信服的方法解决在回收的微粒硅中碳化硅污染的问题。WO2009/084068谈到用连续沉淀和溢流的方法回收微粒硅，却仍然没有能够达到光伏或者半导体工艺所需的纯度。WO2006137098A1提出一种改进的方法，水力旋流法，即利用碳化硅相对高的密度，以回收大颗粒的碳化硅。可是，微粒硅仍然不能从剩下的相对小尺寸的碳化硅中有选择地被完全分离。

-高昂的回收成本。正如前面提到的，成本相对经济的方法，如过滤或离心分离，不能使碳化硅和硅完全分离。而其替代方法，则通常涉及高温处理步骤，从而导致高昂的回收成本。比如说，在专利WO2010127669A1中，切割废液沉积后形成的废料饼在与特定的化学物反应后，通过蒸馏的方式得到纯化后的微粒硅。在TW279393中，提出了一种使微粒硅在温度相对高的酸性环境下纯化的方式。而且，除了成本高的缺点以外，这些回收方法并不能保证回收后的微粒硅的高纯度。专利CN101525136B中提出的雾化方法存在同样的问题。此方法能够降低磷酸盐的杂质含量，但是对于其它金属及离子杂质却没能有效地分离。与传统的用还原石英的方法得到的光伏或者半导体纯度的硅的方法相比，用气化，蒸发或重熔的方法回收切割废液沉积后形成的废料饼中的微粒硅，不仅在回收成本上没有优势，而且还往往不能保证回收到的微粒硅具有在光伏或者半导体应用中所需的高纯度。

-方法缺乏通用性。对于新兴的切割技术，比如说基于金刚线的线锯工艺，由于不同的切割液(通常由水和多种表面活性剂以及有机添加物混合而成)和线材(通常由铁，钴，和铜构成)组成，很难找到一个通用的，对所有的线切割技术都有效的高纯度微粒硅的回收方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅锭线锯切割工艺中硅颗粒的回收方法，该方法使硅锭线锯切割过程所产生的硅颗粒从浆砂以及金属和离子污染中被重新分离，并且其可在硅锭重结晶过程中被有效地重新利用，从而大大降低光伏发电或半导体应用的生产成本。

为了实现本发明的以上目的，采用如下技术方案：

一种硅锭线锯切割工艺中硅颗粒的回收方法，其包括以下步骤：

（1）将硅锭线锯切割工艺的废液沉积以形成废料饼；

（2）采用预处理溶液对废料饼进行预处理，所述预处理溶液的组成为：