[發明專利]一種基于分層式裝料方式的再生多晶硅鑄錠工藝

有效

• 申請號: 202110487732.8
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113186596B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 王強;宋帥迪;王松
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 蔡晶晶

本發明涉及基于分層式裝料方式的再生多晶硅鑄錠工藝，其特征在于步驟如下：在坩堝底部鋪設原生多晶硅層；在原生多晶硅層上鋪設多層硅廢料層，所述硅廢料層由下至上按照硅廢料等級從低到高排列，所述硅廢料等級根據硅廢料的電阻率平均值進行劃分，電阻率平均值越低，硅廢料等級越低；在頂部鋪設一層原生多晶硅層；加熱鑄錠。本發明通過分層式裝料使電阻最低、雜質濃度最高的硅料最后熔化，減少了高濃度雜質對硅錠質量的影響。

技術領域

本發明屬于晶硅鑄錠技術領域，特別涉及硅廢料的分級再生。

背景技術

常規再生多晶硅錠生產中，通常將不同電阻級別的硅廢料投放在一起，盡量攪拌均勻后裝入坩堝進行鑄錠生產。由于單爐硅錠的質量達到850Kg，因此這種裝料方式不可能混料均勻。這必然導致硅錠中局部區域雜質濃度過高，從而對硅錠的少子壽命、缺陷密度等產生影響，因此需要研究一種新型的裝料方式用于再生多晶硅鑄錠。

多晶硅鑄錠工藝主要可以分為四個階段：加熱熔化、結晶生長、退火、降溫出爐。對于定向凝固鑄錠爐，加熱熔化是從坩堝頂部的多晶硅開始熔化。頂部多晶硅熔化后會沿著多晶硅料之間的間隙向底部滲透，隨著多晶硅料的熔化，底部的多晶硅熔液增多。而由于多晶硅料的密度低于硅熔液密度，因此當底部的多晶硅熔液達到一定量時，未熔化的多晶硅料就會浮在多晶硅熔液上，從而將裝料時位于下部的多晶硅料抬起到頂部。

結晶生長階段是從底部向上結晶生長，這樣當大部分硅錠已經結晶時頂部還處于熔融狀態。從雜質分凝的角度看，熔液中的雜質濃度隨著硅錠的結晶而增加，這必然導致硅錠中的雜質濃度從底向上逐漸增加，不利于提高硅錠的質量。因此，需要研究一種新型的裝料方式來降低結晶過程中硅錠的雜質濃度。

發明內容

本發明的目的在于，克服上述現有技術的缺陷，提供一種基于分層式裝料方式的再生多晶硅鑄錠工藝。

為了實現本發明目的，本發明提供的基于分層式裝料方式的再生多晶硅鑄錠工藝，其特征在于步驟如下：

步驟1、在坩堝底部鋪設原生多晶硅層；

步驟2、在原生多晶硅層上鋪設多層硅廢料層，所述硅廢料層由下至上按照硅廢料等級從低到高排列，所述硅廢料等級根據硅廢料的電阻率平均值進行劃分，電阻率平均值越低，硅廢料等級越低；

步驟3、在頂部鋪設一層原生多晶硅層；

步驟4、加熱鑄錠。

此外，本發明還提供了基于硅廢料的再生多晶硅鑄錠分層式裝料方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、在坩堝底部鋪設原生多晶硅層；

步驟2、在原生多晶硅層上鋪設多層硅廢料層，所述硅廢料層由下至上按照硅廢料等級從低到高排列，所述硅廢料等級根據硅廢料的電阻率平均值進行劃分，電阻率平均值越低，硅廢料等級越低；

步驟3、在頂部鋪設一層原生多晶硅層。

本發明中的硅廢料等級的劃分方法可采用中國發明專利申請CN112195513A中的等級劃分方法。

由于硅溶液密度大于硅晶體，在熔化過程中硅晶體浮于硅熔液上的原理，并根據雙電源鑄錠爐從頂部開始熔化的特點，設計了依據硅廢料電阻的大小從底部到頂部逐層擺放的裝料方式。

從底部到頂部分別放置電阻最高的原生多晶硅、電阻最低的硅廢料、電阻次低的硅廢料和電阻最高的原生多晶硅。在加熱熔化階段，頂部的原生多晶硅首先熔化，并流到坩堝底部，接著坩堝底部的原生多晶硅也開始熔化，由于硅液密度更大，硅廢料漂浮與硅液之上，電阻次低的硅廢料更靠近爐子的頂部于是更早的熔化，而雜質含量較高的電阻最低的硅廢料則被頂至坩堝最上方，熔化得最慢。通過這樣分層擺放硅廢料的方式使電阻最低、雜質濃度最高的硅料最后熔化，減少了高濃度雜質對硅錠質量的影響。

附圖說明