[发明专利]重掺硅中磷、砷、锑、硼的去除方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种重掺硅中磷、砷、锑、硼的去除方法及其装置。

背景技术

最近几年人类对化石类能源的稀缺性和不可再生性的认识不断提高，一种绿色环保可再生的新能源一太阳能光伏产业得到了飞速发展，伴随着太阳能硅电池的发展，做为原材料的多晶硅严重短缺，价格更是从不到20$/Kg增加到200$/Kg以上，硅原料的短缺和太阳能光发电的价格居高不下严重影响到光伏产业的发展。

在半导体工业中，作为高档次分立器件的抛光片的衬底材料，重掺杂的硅单晶一直占有一定的市场份额，而在加工这种产品的过程中会产生重掺的埚底料、头尾料、边角料、破碎片等，这些废弃料由于在硅中存在大量的掺杂剂，不能直接用于太阳能硅片的原料。

生产重掺的硅单晶的原料是高纯半导体多晶硅，纯度高达9个9，在这些重掺废弃料中，除了高浓度的掺杂剂外，金属杂质和其它杂质的含量都很低，只要将这些原料中的过量的掺杂剂除去，就可以把它们用于太阳能硅片的生产。

直拉单晶炉是生产硅单晶的设备之一，从功能来分，它包括炉体、真空和气体系统，晶体和坩埚的升降、悬转传动系统，热场和电气控制系统等。炉体包括炉膛和传动系统，炉膛又分为主室和副室。主室具有水冷的炉壁，是晶体的生长场所，加热系统置于其中，主室和副室之间用隔离阀分开，主室和副室之间各有真空泵和气体进口，当晶锭长至一定长度而断苞后，可将晶锭提升至副室，冷却后将晶锭取走，重新进行拉晶，也可以通过这种方式实现再装料拉晶。传动装置包括籽晶轴和坩埚轴的升降、悬转控制、驱动装置。

硅单晶生产过程为：高纯硅多晶装于石英坩埚中，用石墨加热器加热熔化后，下降籽晶轴至液面，温度合适后，籽晶轴一边悬转一边提升，经过引晶、放肩、等径生长、收尾几个阶段，生长出直拉硅单晶。

硅单晶再经过头尾切割、滚圆的单晶锭加工，切片、磨片、化腐、抛光的硅片加工，以及外延生长，最终生产出半导体集成电路和分立器件用的抛光硅片和外延硅片。

硅单晶材料按电阻率分可以分为重掺和轻掺，轻掺电阻率大于0.1Ω.cm，可直接做为生产太阳能电池硅片的原料，重掺电阻率小于0.1Ω.cm，硅中含有高浓度的掺杂剂。生产太阳能硅单晶与生产半导体硅单晶原理和过程都相同，原料熔化后由于蒸发和扩散，硅中的掺杂剂浓度会有一定程度的降低，而在这一过程中，通过控制蒸发温度和时间再辅以吹气鼓泡加速蒸发，从而达到大量降低掺杂剂浓度的目的，使重掺的废料变为太阳能电池用的硅片的原料。

发明内容

本发明的目的是提供一种重掺硅中磷、砷、锑、硼的去除方法及其装置。

重掺硅中磷、砷、锑、硼的去除方法是将半导体工业中废弃的重掺硅的埚底料、头尾料、边角料、破碎片，在高温下加热熔化，通过在硅熔体中通惰性气体He、Ne、Ar，用吹气鼓泡促进蒸发的方法，降低硅中掺杂剂的磷、砷、锑、硼的浓度，以达到将半导体重掺硅用于太阳能硅的原料。

重掺硅中磷、砷、锑、硼的去除装置具有直拉单晶炉，直拉单晶炉包括主室和副室，在主室内设有坩埚轴系统和加热系统，坩埚轴系统设有坩埚，坩埚具有石墨坩埚，石墨坩埚内设有石英坩埚，副室内设有籽晶轴系统，籽晶轴系统具有籽晶轴，在主室的石英坩埚内设有吹气装置，吹气装置具有一根或多根吹气主管，吹气主管下端设有取样勺插口，取样勺插口上插有取样勺，吹气主管上端固定在吹气管固定架上，吹气管固定架与籽晶轴相连接，吹气主管上端与连接软管或波纹管一端相连接，连接软管或波纹管另一端与进气口相连接。

所述的吹气主管下端垂直设有多个带出气孔的吹气支管。

本发明通过在普通的直拉硅单晶炉上附加一个吹气鼓泡装置和取样勺，采用控制蒸发温度和吹气鼓泡时间，可实现对硅中杂质的有效控制和随时检测，当N型杂质总浓度小于5×10¹⁶atms/cm³，或P型杂质总浓度小于1×10¹⁷atms/cm³，对应电阻率大于0.1Ω.cm时，半导体重掺硅的废弃料，可用于拉制太阳能硅单晶的原料。本发明简单易行，操作方便，可实现废弃硅的循环利用，有广阔的应用前景。

附图说明

图1是带有重掺硅中磷、砷、锑、硼的去除装置的直拉单晶炉结构示意图；

图2是本发明的吹气管固定架结构示意图；

图3是本发明的吹气装置结构示意图；

图中：主室1、副室2、石英坩埚3、籽晶轴4、吹气主管5、取样勺插口6、取样勺7、吹气管固定架8、连接软管或波纹管9、进气口10、吹气支管11。

具体实施方式