[发明专利]电子束顶部局部加热凝固多晶硅除杂装置及多晶硅加热凝固除杂方法

说明书

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，特别是一种电子束顶部局部加热凝固多晶硅除杂装置及多晶硅加热凝固除杂方法。

背景技术

在多晶硅的提纯或铸锭环节中，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电子束顶部局部加热凝固多晶硅除杂装置及多晶硅加热凝固除杂方法，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。

本发明的电子束顶部局部加热凝固多晶硅除杂装置，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，在炉体上部安装有电子枪，电子枪工作时产生的电子束刚好指向坩锅的内侧。

本发明的利用电子束顶部局部加热凝固多晶硅除杂装置对多晶硅进行加热凝固除杂方法，步骤如下：

⑴、向坩锅内装入多晶硅料，并坩锅置于石墨底座上，关闭炉门，抽高真空，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后，并通过观察窗看见硅料完全处于液态，进入长晶阶段；

⑷ 、长晶阶段，通过石英棒每一个小时测量一次固液界面高度，并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，设定程序控温降低固液界面的生长速度，调整电子枪的电子束束斑直径使束斑照射在硅液液面上并照射面积占硅液液面的1/3，通过调整束斑和束流大小，使固液界面形成凸形，即进入以束斑为中心的向心生长过程，束流大小控制在300-500mA之间；

 ⑹、冷却阶段，硅锭冷却到设定温度出炉；

⑺、割除凸出部分的高密杂质区部分。

利用本发明的除杂装置对多晶硅进行提纯和铸锭，硅液在长晶过程中在电子束的作用下，产生不均匀热场，束斑照射区域延迟凝固，使熔硅凝固的方向发生了改变，造成熔硅以束斑为中心，形成向心凝固，由于硅材料的热缩冷胀，硅锭顶部高杂质区最后凝固形成突起，提纯成型后突起的高杂质去易于处理掉。电子束为局部区域提供热源，高效易于控制，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：本发明的电子束顶部局部加热凝固多晶硅除杂装置，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，在炉体3上部安装有电子枪7，电子枪7工作时产生的电子束刚好指向坩锅2的内侧。

本发明的利用上述的除杂装置对多晶硅进行加热凝固除杂方法，步骤如下：

⑴、 向坩锅2内装入多晶硅料，并坩锅2置于石墨底座4上，关闭炉体3的炉门，抽高真空，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后，并通过观察窗看见硅料完全处于液态，进入长晶阶段；

⑷、长晶阶段，通过石英棒每一个小时测量一次固液界面6高度，并控制固液界面的生长速度；

⑸、当固液界面6位置到达距硅液顶部3-8厘米的位置时，设定程序控温降低固液界面的生长速度，调整电子枪7产生的电子束8的束斑直径使束斑照射在硅液液面上并照射面积占硅液液面的1/3，通过调整束斑和束流大小，使固液界面形成凸形5，即进入以束斑为中心的向心生长过程，束流大小控制在300mA或350mA或400mA或450mA或500mA，即在300-500mA之间均可；

 ⑹、冷却阶段，硅锭冷却到设定温度出炉；

⑺、割除凸出部分的高密杂质区部分。