一種太陽能級直拉矽單晶堝底料清洗方法

2023-05-28 09:36:06

專利名稱：一種太陽能級直拉矽單晶堝底料清洗方法
一種太陽能級直拉矽單晶堝底料清洗方法技術領域
本發明屬於矽料的提純技術領域，具體涉及一種太陽能級直拉矽單晶堝底料清 洗方法。
背景技術：
直拉矽單晶堝底料是在單晶拉制過程中殘留在石英坩堝底部的矽料，每爐堝底 料約有2公斤，佔投爐料的3%以上。堝底料存在著兩個缺點一是在單晶拉制過程中， 金屬雜質往往會富集到底部堝底料中；二是堝底料和石英坩堝直接接觸，粘附有石英難 於去除。這樣的堝底料難以直接用作拉制太陽能級單晶矽的原料，這就要求堝底料的電 阻率大於0.5Ω · cm,少子壽命大於2yS/cm。但是若不加以利用，則會造成巨大的浪 費，因此，有必要尋找一個恰當的方法清洗掉或者部分清洗掉堝底料中的金屬雜質，完 全去除底部粘附的石英，使其可以達到一般用作太陽能級矽單晶原料，從而有效利用這 部分堝底料，以使其經濟價值最大化。發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述問題，提供一種實用、高效的太陽能級 單晶矽堝底料的清洗方法。
本發明所要解決的技術問題可以通過以下技術方案來實現一種太陽能級直拉矽單晶堝底料的清洗方法，其特徵在於，包括如下步驟(1)把堝底料放入耐氫氟酸的浸泡桶內，倒入氫氟酸至液面超過堝底料料層高度 3-5cm,封口，浸泡3-4天以去除石英得除石英矽料A ；(2)把步驟1的除石英矽料A置於酸洗筐內，在酸洗槽內倒入硝酸與氫氟酸的混配 液，然後將置有除石英矽料A的酸洗筐浸入酸洗槽內的硝酸與氫氟酸的混配液中，用不 鏽鋼坩堝鉗翻動矽料，待有大量棕紅色煙霧產生，矽料表面光亮時，將處理好的矽料連 同酸洗筐一起移至盛有大量純水的容器內進行浸泡；浸泡過程充分攪拌，每次浸泡的時 間為8-10分鐘，每次浸泡結束後，放掉水，如此重複，直至流出的純水電導率小於等於 2 μ s/cm得到洗滌後的矽料B，烘乾。
本發明還可以在步驟(2)中增加一超聲清洗步驟，該超聲清洗步驟是將步 驟(2)經純水洗滌後的矽料B裝入超聲波清洗容器內，放入純水掩蓋洗滌後的矽料B， 加溫至60°C進行超聲波振動清洗，超聲波頻率為60KHz，每次清洗時間為15η ι，直至 超聲波清洗容器中純水電導率小於等於2 μ s/cm。
所述步驟(2)中，硝酸與氫氟酸的體積比視除石英矽料A的大小決定，大塊料 按4-10 1，中塊料按10-20 1小塊料按20-30 1。
本發明的原理如下堝底料和石英坩堝接觸的部位通常會粘附有石英，首先採取用氫氟酸浸泡的方式將 石英去除，化學反應方程式為Si02+HF — H2SiF6+H20(1)金屬離子+HF+Si02 —氟矽酸鹽+H2O (2) 副反應為Si+HF —SiF4 +H2 (3)反應(1)的反應速率遠遠大於反應(3)，堝底料經49%的氫氟酸浸泡4天後矽料 損耗小於0.1%。
經氫氟酸浸泡後堝底料表層上會粘附有少量的氟矽酸鹽和氫氟酸殘液等物質， 可通過混酸氧化-絡合反應，脫除2 μm左右的矽層來徹底清洗，化學反應方程式如下Si+2HN03=Si02+2HN02(4)2HN02=N0+N02+H20(5)Si02+6HF=H2SiF6+2H20(6)H2SiF6=2HF+SiF4 丨(7)總反應Si+2HN03+4HF=SiF4 +NO +NO2 +3Η20由於混酸反應時放出大量的熱量，使溶液溫度較高，加速了氟矽酸的分解，促進了 上述反應的進行。通過上述反應，矽料表面的氟矽酸鹽以及石英被清洗乾淨，隨後使用 電子級純水衝洗掉表面殘留的混酸等物質，就可以得到符合拉制太陽能級單晶矽要求的 原料。
本發明將堝底料通過氫氟酸浸泡去除石英和表面附著的少量金屬離子；再通過 混酸清洗，去除矽料表面殘留的氟矽酸和氟矽酸鹽；然後經純水浸泡、超聲波衝洗掉表 面的酸液殘留。處理後的堝底料完全可以達到太陽能級矽單晶原料的要求。
具體實施方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下 面結合實施例，進一步闡述本發明。
實施例1:電阻率為0.5-3 Ω · cm的大塊堝底料(塊徑大於IOcm)，其清洗按 如下步驟進行(1)氫氟酸浸泡，堝底料放入浸泡桶內，把氫氟酸倒入直至液面超過料層3-5cm,然 後封口，浸泡4天去掉石英；(2)酸洗，將69%的硝酸與49%的氫氟酸按5: 1的體積比混配，配製20L混酸溶 液。浸泡好的堝底料一籃裝料量<2Kg。反應開始時，即用不鏽鋼坩堝鉗翻動矽料，待 反應逐漸加劇有大量紅棕色氣體冒出，用坩堝鉗夾取一塊矽料微微露出混酸液面觀察， 待矽料表面光亮時，矽料清洗已乾淨。這時把矽料連同酸洗筐，大塊料用不鏽鋼勺子將 矽料迅速從腐蝕液中移至盛有大量純水的容器內進行浸泡；浸泡過程充分攪拌，每次浸 泡的時間為8-10分鐘，每次浸泡結束後，放掉水，如此重複，直至流出的純水電導率小 於等於2 μ s/cm得到洗滌後的矽料B。
洗滌後將矽料B中的大料水擦乾後裝盤進烘箱，中小料放入離心機甩幹後再裝 盤進烘箱，烘乾，檢驗合格後通過拉晶實驗得到矽片的尾部電阻率為0.9 Ω · cm,少子 壽命12 μ s,氧含量8Χ 1017atm/cm 3，碳含量1.1 X 1016atm/cm"3符合太陽能級單晶矽片的 要求。
實施例2:電阻率為0.5-3 Ω · cm的中塊堝底料(塊徑為3_10cm)，其清洗按 如下步驟進行(1)氫氟酸浸泡，堝底料放入浸泡桶內，把氫氟酸倒入直至液面超過料層3-5cm,然 後封口，浸泡4天去掉石英；(2)酸洗，將69%的硝酸與49%的氫氟酸按18: 1的體積比混配，配製20L混酸 溶液。浸泡好的堝底料一籃裝料量<2Kg。反應開始時，即用不鏽鋼坩堝鉗翻動矽料，待 反應逐漸加劇有大量紅棕色氣體冒出，用坩堝鉗夾取一塊矽料微微露出混酸液面觀察， 待矽料表面光亮時，矽料清洗已乾淨。這時把矽料連同酸洗筐迅速從腐蝕液中移至盛有 大量純水的容器內進行浸泡；浸泡過程充分攪拌，每次浸泡的時間為8-10分鐘，每次浸 泡結束後，放掉水，如此重複，直至流出的純水電導率小於等於2yS/Cm得到洗滌後的 矽料B，烘乾。
洗滌後將矽料B中的大料水擦乾後裝盤進烘箱，中小料放入離心機甩幹後再裝 盤進烘箱，烘乾，檢驗合格後通過拉晶實驗得到矽片的尾部電阻率為1.3 Ω · cm,少子 壽命10 μ s,氧含量9Χ 1017atm/cm 3，碳含量1.4X l(^6atm/cm_3符合太陽能級單晶矽片的 要求。
實施例3:電阻率為0.5-3 Ω · cm的小塊堝底料(塊徑為0.2_3cm)，其清洗按 如下步驟進行(1)氫氟酸浸泡，堝底料放入浸泡桶內，把氫氟酸倒入直至液面超過料層3-5cm,然 後封口，浸泡4天去掉石英；(2)酸洗，將69%的硝酸與49%的氫氟酸按25 1的體積比混配，配製20L混酸 溶液。浸泡好的堝底料一籃裝料量<2Kg。反應開始時，即用不鏽鋼漏勺翻動矽料，待 反應逐漸加劇有大量紅棕色氣體冒出，用不鏽鋼漏勺取出少量矽料微微露出混酸液面觀 察，待矽料表面光亮時，矽料清洗已乾淨。這時把矽料連同酸洗筐，迅速從腐蝕液中移 至盛有大量純水的容器內進行浸泡；浸泡過程充分攪拌，每次浸泡的時間為8-10分鐘， 每次浸泡結束後，放掉水，如此重複，直至流出的純水電導率小於等於2yS/Cm得到洗 滌後的矽料B；(3)超聲，將上述經純水浸泡和洗滌後的矽料B裝入超聲波清洗容器內，放入純水 至離超聲波容器上口約3 cm處，加溫至6 Q°C以加速汙物顆粒或者離子的擴散速度， 提高清洗效率，使用超聲波進行振動清洗，清洗15分鐘，換水，重複上述步驟，總共3 次。
清洗過程中，用電導率儀測試超聲波中純水確認其電導率小於等於2yS/Cm。如 果超聲清洗3次後仍沒有達到電導率小於等於2 μ s/cm,增加超聲清洗次數直至超聲波中 純水電導率s/cm。
超聲後將大料水擦乾後裝盤進烘箱，中小料放入離心機甩幹後再裝盤進烘箱， 烘乾，檢驗合格後通過拉晶實驗得到矽片的尾部電阻率為0.8 Ω - cm,少子壽命10μ8， 氧含量9.8Χ 1017atm/Cm3，碳含量1.9 X l(^6atm/Cm_3符合太陽能級單晶矽片的要求。
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和本發明的優點。本行業的技 術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說 明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要 求書及其等同物界定。
權利要求
1.一種太陽能級直拉矽單晶堝底料清洗方法，其特徵在於，包括如下步驟(1)把堝底料放入耐氫氟酸的浸泡桶內，倒入氫氟酸至液面超過堝底料料層高度 3-5cm,封口，浸泡3-4天以去除石英得除石英矽料A ；(2)把步驟1的除石英矽料A置於酸洗筐內，在酸洗槽內倒入硝酸與氫氟酸的混配 液，然後將置有除石英矽料A的酸洗筐浸入酸洗槽內的硝酸與氫氟酸的混配液中，用不 鏽鋼坩堝鉗翻動矽料，待有大量棕紅色煙霧產生，矽料表面光亮時，將處理好的矽料連 同酸洗筐一起移至盛有大量純水的容器內進行浸泡；浸泡過程充分攪拌，每次浸泡的時 間為8-10分鐘，每次浸泡結束後，放掉水，如此重複，直至流出的純水電導率小於等於 2 μ s/cm得到洗滌後的矽料B，烘乾。
2.根據權利要求1所述的太陽能級直拉矽單晶堝底料清洗方法，其特徵在於，在步驟 (2)中增加一超聲清洗步驟，該超聲清洗步驟是將步驟(2)經純水洗滌後的矽料B裝入超聲波清洗容器內，放入純水掩蓋洗滌後的矽料B，加溫至60°C進行超聲波振動清 洗，超聲波頻率為60KHz，每次清洗時間為15min，直至超聲波清洗容器中純水電導率小 於等於2 μ s/cm。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能級直拉矽單晶堝底料清洗方法,通過氫氟酸浸泡去除石英和表面附著的少量金屬離子；再通過混酸清洗，去除矽料表面殘留的氟矽酸和氟矽酸鹽；然後經純水浸泡、超聲波衝洗掉表面的酸液殘留。經本發明處理後的堝底料完全可以達到太陽能級矽單晶原料的要求。
文檔編號C03C15/00GK102020426SQ20101061525
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月30日 優先權日2010年12月30日
發明者汪賀杏 申請人:上海九晶電子材料股份有限公司