用于提纯半导体材料的包括等离子体焰炬的设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于提纯半导体材料（４４）的设备（１０），其至少包括包含至少一种惰性气体的大气的室。该设备包括：在室中，熔炉（３０），该熔炉预要包含熔融状态的半导体材料；等离子体焰炬（４０），该等离子体焰炬预要从熔炉中熔化的半导体材料移除杂质；以及密封系统（５０），该密封系统预要在熔炉与等离子体焰炬之间限定密封容积（６９），该密封系统包括用于排出由提纯熔化的硅产生的气态化合物和／或粒子的装置（５４）。该排出装置包括具有圆柱形部分（７２）的至少一个吸力开口（７０），所述圆柱形部分（７２）延伸到渐变进密封容积的喇叭口形部分（７６）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体材料的提纯，尤其涉及硅的提纯，以通过光伏效应形成产生电 力的单元。
技术介绍
通常，预供光伏技术使用的硅主要由微电子工业的废料形成，因为用于光伏应用 的硅可以包含比微电子中通常需要的杂质含量(10_9)的临界值更小的杂质比例(10_6级)。希望有另一种硅源来制造适合光伏产品的硅。尤其是，微电子工业废料具有不足 以满足光伏技术需求的危险。当前尝试提纯冶金应用制造的硅，以得到纯度适合光伏技术的硅。冶金术中使用 的硅可以包含百分之几的杂质，例如铁、钛、硼、磷等。为了从半导体材料移除杂质中的一些，特别是硼，可以在熔炉中熔化半导体材料 块并通过使用具有掠过半导体材料熔体的自由面的火焰的等离子体焰炬提纯熔化的半导 体材料。半导体材料提纯是通过引入等离子体反应气体得到的，该等离子体反应气体与存 在于熔化的半导体材料中的杂质起反应以形成气态化合物。当半导体材料是硅时，该反应 气体还可以与半导体材料起反应以形成气态化合物，例如硅氧化物(Si02、Si0)。必须排出 由提纯半导体材料产生的气态化合物和通过凝结这些化合物形成的粒子，以避免它们再次 污染半导体材料。一般，将提纯系统设置在其中产生中性气体或者例如氩和氦的中性气体态化混合 物的大气的外壳中。为了排出由半导体材料提纯产生的气态化合物和通过凝结这种化合物 形成的粒子，可以定期更换外壳中的大气。这种方法的缺点在于它需要大量气体，这很昂虫贝οEFD出版的专利FR2869028描述了用于制造半导体材料块的装置，其包括在提 纯步骤中在熔化的半导体材料的自由表面的平面处能限定称为密封容积(confinement volume)的外壳的大气部分的密封系统，其中限定了由提纯半导体材料产生的气态化合物 和通过凝结这些化合物形成的粒子。然后在密封容积的平面处仅进行气态化合物和对应的 粒子的排出。对于该目的，密封系统可以包括出现在密封容积中的一个或多个吸入口，密封 容积中的大气被来自外壳其余部分的中性气体更换。优势在于仅有密封容积被由半导体材 料提纯产生的气态化合物和通过凝结这种化合物形成的粒子污染，以及在外壳中仅有少量 的中性气体或中性气态化合物必须被定期更换。这种装置的缺点在于，密封容积中的大气用凝结成直径可以从几微米变为几毫米 的粒子的、并且可以在密封容积中保持悬浮或沉积在密封系统的壁上的气态化合物来极深 地填满。由于密封系统的内壁温度与气态化合物的凝结温度之间的差异大，所以在密封容 积中形成的粒子都将更大。在密封容积中可以得到粒子的有效密度。通过这种密度，当尽 可能大地减少用中性气体或中性气态化合物更换密封容积时，似乎难以提供存在于密封容 积中的气态化合物和粒子的适当吸力。3凝结气态化合物和/或在密封系统的壁上沉积悬浮粒子会造成部分地或完全地 封闭密封系统的吸入口。因此必须经常地清洗该密封系统，尤其是在必须将密封系统拆卸 下来清洗的情况下，将导致高成本。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种用于提纯半导体材料、特别是硅的装置，该装置包括等离子 体焰炬和用于限定由半导体材料提纯产生的气态化合物和悬浮粒子的系统，其中降低了气 态化合物的凝结和/或粒子在密封系统的壁上的沉积，能够使该装置的操作简易。根据另一目的，该装置具有特别简单的结构和小容积。根据另一目的，该装置还能够连续不断地清洗用于吸入存在于密封容积中的气态 化合物和粒子的系统。为了实现这些目的中的全部或部分以及其他目的，本专利技术的一方面提供了一种用 于提纯半导体材料的、包括包含至少一种中性气体的大气的至少一个外壳的装置。该装置 包括在外壳中预要(intended to)包含熔融状态的半导体材料的熔炉；预要移除熔炉中熔 化的半导体材料的杂质的等离子体焰炬；以及预要在熔炉与等离子体焰炬之间限定密封容 积的密封系统，该密封系统包括用于排出由提纯熔化的硅产生的气态化合物和/或粒子的 系统。该排出系统包括具有圆柱形部分的至少一个吸力开口，该圆柱形部分延伸到渐变进 密封容积的喇叭口形部分。根据一实施例，该装置包括用于清洗吸力开口的系统，其能够在等离子体焰炬操 作期间对开口实施清洗操作。根据一实施例，密封系统包括在密封容积外围的第一环状部分，该第一环状部分 包括内部侧壁，喇叭口形部分出现在该内部侧壁的平面处。根据一实施例，该装置包括在与喇叭口形部分相对的一侧上继续延伸开口的空心 管，该管的长度大于环状部分的直径。根据一实施例，等离子体焰炬沿第一方向定位，该管是直线的并且沿第二方向延 伸，该第二方向相对于第一方向倾斜的角度范围在20°和90°之间。根据一实施例，外壳包括盖子，在与该盖子相对的一侧第一环状部分具有表面，该 装置包括在第一环状部分的外围分布的多个爪，每个爪被连接到所述表面和该盖子。根据一实施例，该密封系统还包括环绕等离子体焰炬的第一材料的第二环状部 分；和与第一材料不同的第二材料的第三环状部分，该第三环状部分环绕第二环状部分并 且包括预要面向半导体材料的壁，第一环状部分环绕第三环状部分。根据一实施例，第三环状部分由至少两个相互连接的部分形成。根据一实施例，喇叭口形部分与包含第三环状部分的壁的平面相切。根据一实施例，喇叭口形部分除了在最接近和最远离第三环状部分的壁的那部分 上之外，喇叭口形部分在所有点上与第一环状部分的内壁相切。附图说明在结合附图对特定实施例进行的以下非限制性描述中，将详细论述本专利技术的前述 和其他目的、特征和优势，其中4图1是根据本专利技术的半导体材料提纯装置的实例的局部截面图的正视图；图2是图1的截面图的部分放大图；图3和图4分别是图1的提纯装置的密封系统的元件的底视图和正视图；图5、图6和图7是图3的元件的详细截面图和透视图；图8是图1的装置的密封系统的其他元件的分解透视图；以及图9是图8的元件的正视截面图。具体实施例方式在不同的附图中相同的元件用相同的附图标记标示。为了清楚，在不同的附图中 仅示出了本专利技术必须要理解的装置的那些元件。在以下描述中，相对于轴D使用的术语“上 面的”、“下面的”、“向上的”和“向下的”，轴D认为是垂直的。然而应该清楚，轴D可以关于 垂直方向略微倾斜。现在将描述用于提纯硅的半导体材料提纯装置的实例，尤其是获得直接用于形成 光伏产品的具有足够纯度级的硅块和/或获得与直接用于形成光伏产品所需的纯度级相 比具有更低纯度级的并且随后将要被处理的硅块以具有用于光伏技术的足够级纯度。图1示出了用于制造硅块的装置10的实施例的元件。在图1的左手部分中，装置 10以正视图示出，并且在图1的右手部分中，装置10以沿包括轴D的平面的截面示出。图 2是装置10的详细视图。该装置包括由例如没有示出的侧壁组成的、在其上端由盖子12 封闭的外壳。穿过外壳的侧壁可以提供开口，该开口没有示出，并且该开口能够使外壳的内 部容积与外部相通。该装置可以包括在开口水平面处的密封门以紧密地隔离外壳的内部容 积。根据变形，该外壳可以与例如担任引入用的或者将物体放入该装置以及从该装置取出 物体用的入口/出口锁角色的次级外壳相通。盖子12由环绕轴D旋转对称的几部分形成。根据本实施例，盖子12包括通过两 个平行的锥形壁18、19相互连接的外部环状部分14和内部环状部分16。相比外部环状部 分14，内部环状部分16位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提纯半导体材料（４４）的装置（１０），该装置包括包含至少一种中性气体的大气的至少一个外壳，以及在该外壳中包括：熔炉（３０），该熔炉预要包含熔融状态的半导体材料；等离子体焰炬（４０），该等离子体焰炬预要从熔炉中熔化的半导体材料中移除杂质；以及密封系统（５０），该密封系统预要在熔炉与等离子体焰炬之间限定密封容积（６９），该密封系统包括用于排出由提纯熔化的硅产生的气态化合物和／或粒子的系统（５４），其特征在于：排出系统包括具有圆柱形部分（７２）的至少一个吸力开口（７０），所述圆柱形部分（７２）延伸到渐变进密封容积的喇叭口形部分（７６）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕斯卡里瓦特，伊曼纽尔弗拉奥，克里斯蒂安特拉斯，弗朗索瓦库科，艾蒂安格罗西耶，
申请(专利权)人：易孚迪感应设备有限公司，原子能与替代能源委员会，国立科学研究中心，菲赫贝姆简化股份公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]