[发明专利]一种多晶硅逆向凝固装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅逆向凝固装置及方法，属于多晶硅生产领域。

背景技术

目前定向凝固提纯工业硅中，铸锭由底部到顶部提纯，杂质富集在顶部，生产中需要把富集杂质的顶部切除。由于富集杂质的顶部存在反向扩散而导致需要切除的顶部铸锭占有比例比理论的高很多，继而导致出成率大大降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种多晶硅逆向凝固装置。

一种多晶硅逆向凝固装置，包括炉体、真空系统、充气系统、定向凝固熔炼系统、顶部升降机构、底部升降机构，

所述顶部升降机构包括顶部升降旋转装置，顶部升降旋转装置的下端固定顶部连接杆，顶部连接杆的另一端固定籽晶盘；

所述顶部升降旋转装置位于炉体的外部，所述顶部连接杆穿过炉体的上表面；所述籽晶盘位于定向凝固熔炼系统中硅液承装装置的上方。

本发明所述多晶硅逆向凝固装置所述真空系统与充气系统的选择与设置为本领域的现有技术。

本发明所述顶部升降旋转装置和底部升降旋转装置为可控速升降装置，其选择与设置为本领域的现有技术。

本发明所述多晶硅逆向凝固装置优选籽晶盘设有水冷装置。

本发明所述多晶硅逆向凝固装置优选所述定向凝固熔炼系统包括托盘和设于托盘上的硅液承装装置，在硅液承装装置的外侧面设置加热体，加热体外侧设有保温套；保温套的外侧设有加热感应线圈。

本发明所述多晶硅逆向凝固装置优选所述底部升降机构包括底部升降旋转装置，底部升降旋转装置的上端固定底部连接杆，底部连接杆的另一端固定托盘；

所述底部升降旋转装置位于炉体的外部，所述底部连接杆穿过炉体的下表面。

本发明所述多晶硅逆向凝固装置优选所述托盘所用材料为石墨或水冷铜，且在托盘上表面设有保温层。

本发明所述多晶硅逆向凝固装置优选所述籽晶盘下端面设有用于固定籽晶的夹持装置，或籽晶盘下端面固定圆柱形水冷铜或水冷钼突起部。

本发明所述多晶硅逆向凝固装置优选所述硅液承装装置为石英坩埚外套石墨坩埚所构成的双层坩埚。

本发明的另一目的是提供利用上述装置生产多晶硅的方法。

一种多晶硅逆向凝固方法，包括下述步骤：

①备料阶段：将工业硅放置在硅液承装装置中；设置籽晶盘；

②熔炼阶段：打开真空系统，使炉体的真空度达到0.1～10Pa，真空达到要求后利用加热感应线圈对加热体进行加热，升温至500～900℃时充入氩气量至炉体内的压力为40000～60000Pa，最后升温至1650℃～1500℃保温，确保硅液承装装置内的硅料完全融化；

③定向凝固阶段：将籽晶盘下降，下降速率为0.05～100mm/min，确保籽晶和硅液液面接触后开始定向凝固提纯；控制籽晶盘的上升速度为0.05～100mm/min，同时控制托盘的下降速度为0.05～100mm/min，在该下降过程中调整硅液（500）的温度为1420℃～1480℃，确保晶体沿着籽晶继续向下生长；当硅液剩余至初始的5%～25%时，控制籽晶盘上升，使所得硅芯离开硅液液面，等硅芯冷却至室温后，取出硅芯；

所述步骤①中所述籽晶盘按下述方法设置：使用端面设有加持装置的籽晶盘（103），在籽晶盘（103）中装上籽晶，籽晶成圆环分布；或使用下端面固定圆柱形水冷铜或水冷钼突起部的籽晶盘（103）。

上述方法中，优选籽晶通过夹持的方式固定于籽晶盘103。

采用顶部向底部定向凝固的方法，在凝固预定高度后，富集杂质的液体不再进行定向凝固，并且与已经凝固的进行隔离，没有反扩散，大大提高出成率。

本发明的有益效果为：本发明提供的装置和方法主要应用于硅定向凝固提纯，与现有技术中提供设备不同之处在于，现在通用的定向凝固的方法是由底部向顶部凝固，而本设备采用新的方法，保证硅由顶部向下凝固，当凝固后期富集杂质硅液不再进行定向凝固，抑制反扩散同时提高生产效率和产品的出成率，凝固速度为0.05～3mm/mim、产品纯度为当1000ppmw以上含量的的金属杂质可以提纯到0.1～10ppmw甚至更低，并且可以抑制反扩散保证剩余的5%～25%硅液的金属杂质（铁、铝、钙等）与已经凝固的部分分离，不会像有底向上定向凝固方式存在在高温下扩散的现象，提高定向提纯的硅料的出成率。

附图说明

本发明附图1幅，

图1为一种多晶硅逆向凝固装置的示意图；