[发明专利]用于提纯半导体材料的包括等离子体焰炬的设备

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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(SiO₂、SiO)。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，这很昂贵。

EFD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。

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。

发明内容

本发明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，本发明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。