[其他]利用空氣環境用冶金級硅粒子生產半導體級硅球產品

無效

• 申請號: 86100377
• 申請日: 1986-02-15
• 公開（公告）號: CN86100377A
• 公開（公告）日: 1987-08-26
• 發明（設計）人: 朱爾斯·D·李維;米勒德·J·詹遜
• 申請（專利權）人: 德克薩斯儀器公司
• 主分類號: C30B29/60
• 分類號: C30B29/60
• 代理公司: 上海專利事務所
• 代理人: 顏承根

本發明涉及一種用冶金級硅粒子形太陽電池級的單晶硅球的方法。

在如太陽電池、集成電路、晶體管等半導體器件的生產中，所使用的基本材料是高純度的硅。太陽電池級的不如半導體級的那么純，但它用于太陽電池是足夠的。

因此有必要使用許多標準的和眾所周知的方法中的任一種來凈化冶金級硅。由于凈化所需的技術成本高，對于地面太陽電池來說一個基本問題就是太陽電池級硅造價太高。因此在工藝上希望能提供使用現有的自然硅資源生產太陽電池級的單質硅，而用此方法生產要比用已知技術生產來得便宜。

根據本發明，提出了一種能由冶金級硅提供太陽電池級單晶硅球的方法，該方法的生產成本是從冶金級硅制備太陽電池級硅的現有成本的幾分之一。雖然所有的討論都針對硅，但這里可以用鍺或砷化鎵代替硅。

簡要地說，根據本發明，所提供的任何形成的冶金級硅都是以在體積上近似地對應于直徑大約為0.25-1.00mm的球體的不規則的小粒子形式出現。雖然用該方法生產非球形要滿意些但較好的粒子形狀是球狀的。可以用許多方法中的一種提供冶金級的適當尺寸的硅原料。例如以眾所周知的方法將冶金級硅粉碎并通過合適的篩網提供在預定粒度范圍內的粒子，這種粒度范圍一般是為了提供上述型式的粒子體積而預先確定的。硅原料也可以用如在美國專利號4，188，177所描述的霧化方法之一進行生產。然后根據李維（Levine）等專利號4，430，150的工藝規程將所要尺寸的粒子分離并進行起始處理，在此過程中使用空氣環境取代了氧氣O₂或氧化亞氮N₂O的環境。

當李維（Levine）等揭示了在加熱爐中用氧氣或氧化亞氮氣體作為氧化環境并建議其它氣體可以適用，就是沒有提到空氣。也應注意到在半導體材料的制備中空氣基本上從來沒有作為氧化環境氣體被使用過，這是由于其中含有雜質和污染物，盡管其已有可行性。已經發現在現在的方法中使用空氣環境所得到的優良結果在于粒子的球狀化要比以前的工藝環境中來的更快。由空氣帶到粒子上的污染物很快地移動到表面層上，然后很容易地同移到表面層上的其他雜質一起被清除掉。因此對李維（Levine）等的專利中作為雜質吸收器的表面層的認識就允許用空氣環境。這是另外的沒有預期到的結果。與用純氧氣或氮氣相反用空氣作為環境的優點在于沒有必要對加熱爐進行清潔或可以很快地清潔，運轉周期因而實際上縮短。且加熱爐內的壓力與外界環境壓力相同，因此不需要可加壓操作的或設計成與從外界環境來的污染物隔離的昂貴的加熱器。李維（Levine）等的專利號4，430，150在這里列為參考。

根據在李維（Levine）等的專利中所提出的過程，需要在該粒子上涂覆以不同材料如氧化硅的表面層或形成該表面層的涂層，然后將每個表面層內的材料熔化，其后在反應氣體存在下冷卻，這樣融熔材料凝固成單晶結構，圍繞單晶結構留有表面層。當李維（Levine）等的專利只涉及單晶硅形成的時候，申請者現已在此確定根據在以上提到的李維（Levine）等的專利中所提供的方法形成單晶硅的期間，不同材料的表面層起吸收的作用并吸收位于其中所用的太陽電池級硅上的雜質或從冶金級硅粒子上帶來的雜質。接著表面層用腐蝕清除掉。因此已發現，在重復的基礎上運用李維（Levine）等的專利的概念，在帶有慢冷卻周期的每個再熔化操作后對表面層進行清除，冶金級硅可以被用作一種原料，將硅最終純化到所需純度等級以便提供太陽電池級單晶硅球。這種球在太陽電池領域中大量地使用。只是因為氧化物的再熔化步驟產生了單晶材料，最大量的雜質在單晶上從核心被掃到表面層上才使這些方法成為可能。否則，雜質將集中在晶粒邊緣，因為通常它們不達到表面層，就無法用腐蝕清除他們。