多晶硅提纯或铸锭环节中应用的具有排杂功能的坩锅及多晶硅提纯或铸锭方法技术

多晶硅提纯或铸锭环节中应用的具有排杂功能的坩锅，包括柱状的锅体，在锅体的侧壁上设有溢流孔，在锅体的外侧位于溢流孔的下部设有收集槽；溢流孔的底边距锅体内侧底面的高度H＝H液＋（H固－H液）20%，其中H液为多晶硅液态时在锅体内的液面高度，H固为多晶硅在锅体内结晶后的高度。步骤如下：向锅体内装入多晶硅料，装炉进行真空预抽；进入第一阶段加热并完全熔化；长晶；退火，消除晶体内应力；冷却，随炉冷却至400℃，出炉；出炉冷却至室温；取出硅锭并收集溢出硅料。运行过程中将顶层的杂质富集区，在液态状态下去除，减小硅锭成型后杂质富集区的反渗透，提高硅锭整体利用率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】多晶硅提纯或铸锭环节中应用的具有排杂功能的坩锅，包括柱状的锅体，在锅体的侧壁上设有溢流孔，在锅体的外侧位于溢流孔的下部设有收集槽；溢流孔的底边距锅体内侧底面的高度H＝H液＋（H固－H液）20%，其中H液为多晶硅液态时在锅体内的液面高度，H固为多晶硅在锅体内结晶后的高度。步骤如下：向锅体内装入多晶硅料，装炉进行真空预抽；进入第一阶段加热并完全熔化；长晶；退火，消除晶体内应力；冷却，随炉冷却至400℃，出炉；出炉冷却至室温；取出硅锭并收集溢出硅料。运行过程中将顶层的杂质富集区，在液态状态下去除，减小硅锭成型后杂质富集区的反渗透，提高硅锭整体利用率。【专利说明】多晶硅提纯或铸锭环节中应用的具有排杂功能的坩锅及多晶娃提纯或铸锭方法
本专利技术涉及一种多晶硅提纯或铸锭环节中所用的坩锅和利用该坩锅对多晶硅提纯或铸锭的方法。
技术介绍
目前多晶硅铸锭时所使用的装置包括坩锅，坩锅多为长方体形状，即有四个侧面和一个底面围成的箱体，将多晶硅料装入坩锅内，然后置于炉体内侧的石墨底座上，在炉体内位于坩锅周边设有程控发热体。多晶硅料受热后形成液态，然后结晶形成铸锭。多晶硅在液态时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。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，具有如下缺点:1、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，利用率随之降低；2、需要专业的设备切除顶部杂质高浓度区，增加生产运行成本；3、现阶段也有去除液态顶部杂质的方法，但是设备的改造量大不易于实现。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构简单、在多晶硅长晶过程中可将上部杂质密集区域的液态硅料排出、铸锭后不产生高密度杂质区、无需切割、降低成本、提高质量的多晶硅提纯或铸锭环节中所用的坩锅和利用该坩锅对多晶硅提纯或铸锭的方法，克服现有技术的不足。 本专利技术的多晶硅提纯或铸锭环节中应用的具有排杂功能的坩锅，包括柱状的锅体，在锅体的侧壁上设有溢流孔，在锅体的外侧位于溢流孔的下部设有收集槽；所述的溢流孔的底边距锅体内侧底面的高度H = Ha+ (Hg-Ha)20%，其中所述的HaS多晶硅液态时在锅体内的液面高度，H @为多晶硅在锅体内结晶后的高度。 所述的锅体为四棱柱状，所述的溢流孔和收集槽分布在锅体的每个侧面上，溢流孔为圆孔。 本专利技术的利用前述的坩锅对多晶硅进行提纯或铸锭的方法，步骤如下:(I)、向锅体内装入多晶硅料，填装硅料达到溢流孔高度后填装的硅料直径应大于溢流孔直径；⑵、装炉进行真空预抽；⑶、当真空值到程序设定值，系统进行设备自检，无问题后点击自动运行进入第一阶段加热；⑷、加热阶段完成后程序自动进入熔化阶段，程序检测到硅料完全熔化后，报警提示，人工确认完全熔化后进入下一阶段；(5)、长晶阶段，程序自动运行，直到程序检测到硅料顶部出现晶体，报警提示，人工确认顶部长晶后进入下一阶段，长晶过程中自溢流孔向收集槽内排出杂质含量高的液态硅；(6)、退火阶段，消除晶体内应力；(7)、冷却阶段，随炉冷却至400°C，打开炉腔出炉；(8)、出炉冷却至室温；⑶、取出硅锭并收集溢出硅料。 本专利技术与现有技术相比具有如下技术效果:1、利用多晶硅材料本身的物理特性，不需要添加物也没有废弃物产生；2、方法易于实现，不用对现有定向设备进行大规模改造，只通过对坩埚的局部改动，如加工溢流孔和设置收集槽，即可达到排杂目的；长晶过程中将顶层的杂质富集区，在液态状态下通过溢流孔去除，减小硅锭成型后杂质富集区的反渗透，提高硅锭整体利用率；3、适用性强，适用于定向凝固方法，如提纯和铸锭；4、不需要特殊的工艺配合，容易在生产线上实现；5、排杂硅料可回收利用，再次循环熔炼，降低成本。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术中坩锅的主视示意图；图2是本专利技术中坩锅的立体示意图；图3是本专利技术中装入多晶硅材料的坩锅置于炉体内进行铸定的结构示意图。 【具体实施方式】 如图1、2所示:本专利技术多晶硅提纯或铸锭环节中应用的具有排杂功能的坩锅，包括柱状的锅体2，在锅体2的侧壁上加工有溢流孔7，在锅体2的外侧位于溢流孔7的下部设有收集槽8。溢流孔7的底边距锅体2内侧底面的高度H = Ha+ (Hg-Ha) 20%，其中HaSS晶硅液态时在锅体内的液面高度，H @为多晶硅在锅体内结晶后的高度。 锅体2为四棱柱状，溢流孔7和收集槽8分布在锅体2的每个侧面上，溢流孔7为圆孔。 本专利技术的利用上述的坩锅对多晶硅进行提纯或铸锭的方法，步骤如下:(I)、向锅体内装入多晶硅料，填装硅料达到溢流孔高度后填装的硅料直径应大于溢流孔直径；⑵、装炉进行真空预抽，如图3所示:3为炉体，在炉体3的内侧下部设有石墨底座4，坩锅2置于石墨底座4上，在炉体3的内侧位于坩锅2的周围有与程控系统相接的发热体I。 ⑶、当真空值到程序设定值，系统进行设备自检，无问题后点击自动运行进入第一阶段加热；⑷、加热阶段完成后程序自动进入熔化阶段，形成液态硅5，程序检测到硅料完全熔化后，报警提示，人工确认完全熔化后进入下一阶段；(5)、长晶阶段，程序自动运行，直到程序检测到硅料顶部出现晶体，报警提示，人工确认顶部长晶，形成固态硅6后进入下一阶段，长晶过程中自溢流孔7向收集槽8内排出杂质含量高的液态硅；(6)、退火阶段，消除晶体内应力；(7)、冷却阶段，随炉冷却至400°C，打开炉腔出炉；(8)、出炉冷却至室温；⑶、取出硅锭并收集溢出硅料。 具体实例:如图1、2、3所示:以GT DSS450为例，铸锭重量450Kg，坩埚尺寸840mmX 840mmX 420mm ； P 液=2.42g/cm3, P Θ =2.33 g/cm3。 多晶硅在坩锅内液态时液面高度H液=V液/S底=Μ/ρ液/ S底=263mm 多晶娃在樹锅内结晶后铸定闻度H固=V固/S底=M/ Pg/ S底=273μπ溢流孔7的底边距离坩锅2内侧的底面高度H= Ha+ (H0-Ha)20%,即溢流孔7的底边位置在距坩埚2内侧底面265mm。当硅料完全熔化时液面达到263mm，底部开始定向长晶时，液面将逐渐上升，当达到钻孔位置265mm时硅液通过溢流孔7流到收集槽8中。溢流孔7的高度可由生产工艺进行调节，从而控制排硅量，达到经济效益与生产成本的平衡点。【权利要求】1.一种多晶硅提纯或铸锭环节中应用的具有排杂功能的坩锅，包括柱状的锅体(2)，其特征在于:在锅体(2)的侧壁上设有溢流孔(7)，在锅体(2)的外侧位于溢流孔(7)的下部设有收集槽(8 );所述的溢流孔(7 )的底边距锅体(2)内侧底面的高度H = Ha+(H@—H*) 20%，其中所述的Ha为多晶硅液态时在锅体内的液面高度，H0为多晶硅在锅体内结晶后的高度。2.根据权利要求1所述的多晶硅提纯或铸锭环节中应用的具有排杂功能的坩锅，其特征在于:所述的锅体(2)为四棱柱状，所述的溢流孔(7)和收集槽(8)分布在锅体(2)的每个侧面上，溢流孔(7)为圆孔。3.一种利用如权利要求1或2所述的坩锅对多晶硅进行提纯或铸锭的方法，其特征在于:步骤如下: (1)、向锅体内装入多晶硅料，填装硅料达本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅提纯或铸锭环节中应用的具有排杂功能的坩锅，包括柱状的锅体（2），其特征在于：在锅体（2）的侧壁上设有溢流孔（7），在锅体（2）的外侧位于溢流孔（7）的下部设有收集槽（8）；所述的溢流孔（7）的底边距锅体（2）内侧底面的高度H＝H液＋（H固－H液）20%，其中所述的H液为多晶硅液态时在锅体内的液面高度，H固为多晶硅在锅体内结晶后的高度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭毅，林海洋，温书涛，石爽，姜大川，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21