多晶硅块及其制造方法技术

本发明专利技术涉及多晶硅块及其制造方法。所述多晶硅块为方形并且在其表面上具有小于200pptw的金属含量和小于50ppta的掺杂剂含量。所述制造方法包括：提供多晶硅棒，将所述多晶硅棒粉碎成方形块，以及对多晶硅块进行清洁，其中，使用具有至少一个齿辊的齿辊式粉碎机进行粉碎，所述至少一个齿辊包含W2C相，或者包含WC相以及0.1-10%选自由以下组成的组中的金属碳化物：碳化钛、碳化铬、碳化钼、碳化钒和碳化镍，或者由具有1-25%W的钢组成。

【技术实现步骤摘要】
多晶娃块及其制造方法
本专利技术涉及多晶娃块(polycrystalline silicon chunks)及其制造方法。
技术介绍
多晶硅用作用于制造电子部件和太阳能电池的原料。其通过含硅气体或含硅气体混合物的热分解而获得。该方法被视作源自气相的沉积(CVD，化学气相沉积)。在大规模上，在称作西门子反应器的反应器中实现这种方法。此处以棒的形式来制造多晶娃。通过手工方法或机械方法将多晶硅棒从反应器上拆除并粉碎。使用粉碎机对这产生的粗块状多晶硅进一步粉碎以提供多晶硅碎片。从US7，950，600B2已知合适的粉碎机，即辊式粉碎机。所要求的辊式粉碎机包含利用轴旋转并粉碎多晶硅的辊，所述辊由钢托辊和多个硬金属片(碎片，部分，segments)组成,硬金属片由其中引入碳化鹤的钴基质组成，并且硬金属片以装配在托辊上的形式被可逆地紧固。在粉碎之后，通过机械筛选法或通过光学分类而将块状多晶硅典型地分级或分类。US2007/0235574A1公开了一种用于粉碎和分类多晶硅的装置，包括用于向粉碎单元中供应粗块状多晶硅的设施、粉碎单元以及用于将块状多晶硅分级的分类单元，其特征在于，所述装置设置有允许粉碎单元中的至少一个粉碎参数和/或分类单元中的至少一个分类参数的可变调节的控制器。粉碎单元包括辊式粉碎机或颚式粉碎机，优选齿辊式粉碎机。通过该方法，可以具体地以高收率、可再生产地、以45至250mm的大小来制造不再可流动的方块状多晶娃。通过使用匀浆辊(穿孔辊)诸如齿辊，形成方形多晶硅块，其具有45至250mm的大小，并且在所有块上，块的重量与块的最大长度之间的比率平均>3g/mm。US2010/0001106A1公开一种通过如下来制造高纯度分级的块状多晶硅的方法:使用包括粉碎工具和筛选装置的装置，对来自西门子工艺的多晶硅进行粉碎和分级，并通过清洁槽对所得的块状多晶硅进行清洁，其特征在于，粉碎工具和筛选装置一致地具有与多晶硅接触并包含仅用外部粒子污染块状多晶硅的材料的表面，所述外部粒子可以随后通过清洁槽而选择性地除去。在包括辊式粉碎机或颚式粉碎机，优选齿辊式粉碎机的粉碎单元中发生粉碎。特别是当粉碎工具和筛选装置具有由低合金钢制成的表面时，通过该方法保证了优势。通过使用齿辊式粉碎机，获得了方形多晶硅块。可以通过使用由低污染材料如碳化钨制成的粉碎工具将金属杂质降低至低水平。尽管如此，低污染材料仍不能用于单元的所有部分-明确地指出了具有齿的粉碎壳。考虑到其高脆性和低韧性，低磨性碳化钨不是非常适合用于匀浆辊。因为应该仅在光辊(光滑辊)的情况下可行，所以如果使用低磨性碳化钨，所得的块是非方形的且具有提高的钨水平，这是缺点。然而，US7, 270，706B2公开了一种匀浆辊，其具有布置在辊周围的齿、其上可旋转地安装辊的轴、具有限定其内布置和/或紧固辊的空腔的表面的外壳、在外壳的顶部上的入口端口、在外壳的底部上的出口端口、与辊相对的外壳内部的板，其中所述辊、齿、板和限定空腔的外壳表面由使得多晶硅的污染最小化的材料制造或者涂布有所述材料。所述材料优选选自由碳化物、金属陶瓷、陶瓷、以及它们的组合组成的组。特别优选的是在基质如Fe、N1、Al、Ti或Mg中使用选自由如下组成的组中的材料:碳化鹤、具有钴粘合剂的碳化钨、具有镍粘合剂的碳化钨、碳化钛、Cr3C2、具有镍-铬合金粘合剂的Cr3C2、碳化钽、碳化铌、氮化硅、碳化硅，例如氮化铝、碳化钽、碳化铌、具有钴碳氮化物和钛碳氮化物的碳化钛、镍、镍-钴合金、铁、以及它们的组合。 已经发现，对于由碳化钨或具有钴粘合剂的碳化钨或具有镍粘合剂的碳化钨制成的匀浆辊，不能获得高耐久性。在刚好100公吨硅的粉碎之后，齿从辊上断开。因此，为了能够继续制造方形多晶硅块，必须替换辊，其是昂贵的且因此是不利的。会期望能够在辊变得不可用之前粉碎至少1000公吨硅，以便使得可通过低污染工具来经济地制造方形多晶硅块。如果使用例如由低合金钢制成的钢辊代替由低污染材料制成的辊，则结果是增加的金属污染情况。这使得随后的清洁不可避免。US2010/0001106A1的清洁方法提供了:利用包含化合物氢氟酸、盐酸和过氧化氢的氧化清洁溶液的至少一个阶段的初步清洁程序，利用包含硝酸和氢氟酸的清洁溶液的另一个阶段的主要清洁程序，以及通过利用氧化清洁溶液的另一个阶段的块状多晶硅的亲水化。US7, 270, 706B2也提出了相应的、可选的清洁方法。这种清洁方法使得可减少表面上的金属污染情况。然而，不是所有金属都易溶于所用的无机酸(矿物酸)中。发现，钨-当使用碳化钨作为辊材料时，所述材料被钨污染-不能被满意地除去，因为钨不易溶于无机酸中。而且，发现，通过上述两种方法制造的多晶硅块中掺杂剂的浓度高:具体地，至少IOOppta (掺杂剂硼,磷和砷总共)。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是解决由该问题产生的情况。进一步的目标是相对于现有方法，将用于清洁单元的采集成本降低25%，并且将酸和处理成本同样降低25%。通过方形的(立方形的，cubic)且在其表面上具有小于200pptw的金属含量和小于50ppta的掺杂剂含量的多晶娃块实现了该目的。根据DIN EN933-4来确定多晶硅块的方性(立方性)。在该方法中，使用粒子形态量规来确定粒状材料的长度与厚度比。方形块定义如下:长度/厚度>3是非方形块(非立方形块，noncubic chunk)。长度/厚度〈3是方形块(立方形块，cubic chunk)。换句话说，对于方形块，块的最长尺寸和最短尺寸之间的比率必须小于3。当利用多晶块对坩埚进行进料时，多晶块的方性影响可以进料到坩埚中的量。利用方形块，可以进料的量为约5%至10%以上，这是有利的。多晶硅块优选在表面上具有10-200pptw，更优选lO-lOOpptw的金属浓度。结果，多晶娃是纯化的多晶娃。金属包含Fe, Cr, Ni, Na, Zn, Al, Cu, Mo, Ti, W, K, Co, Mn, Ca, Mg, V 和 Ag。关于表面金属所述的数据涉及这些金属的总和。优选地，以Fe计的表面污染量为l_40pptw,以Cr计的表面污染量为0.l_5pptw,以Cu计的表面污染量为0.l-5pptw,以Na计的表面污染量为l_30pptw，以Ni计的表面污染量为0.l-5pptw,以Zn计的表面污染量为0.1-1Opptw,以Ti计的表面污染量为0.1-1Opptw,且以W计的表面污染量为0.l-15pptw。多晶硅块上的钨的表面浓度优选为0.1-1Opptw,更优选0.l_5pptw。为了本专利技术的目的，通过将硅表面的化学脱离以及随后的通过ICPMS (感应耦合等离子体质谱)的脱离溶液的分析，根据ASTM F1724-96来确定表面金属。多晶硅块通过其 表面上的低掺杂剂含量而区分。掺杂剂是硼，磷，和砷。多晶硅块在表面上具有l_50ppta的掺杂剂浓度。这涉及硼，磷，和砷的总浓度。表面上硼的浓度优选为l_20ppta,更优选l-10ppta。表面上磷的浓度优选为l_20ppta,更优选l-10ppta。以砷计的表面污染量优选为0.01-1Oppta,更优选0.01_5ppta,非常优选0.01_2ppta。多晶硅的表面掺杂剂污染本文档来自技高网...

【技术保护点】
多晶硅块，所述多晶硅块为方形并且在它们的表面上具有小于200pptw的金属含量和小于50ppta的掺杂剂含量。

【技术特征摘要】
2012.08.06 DE 102012213869.21.多晶硅块，所述多晶硅块为方形并且在它们的表面上具有小于200pptw的金属含量和小于50ppta的掺杂剂含量。2.一种用于制造多晶硅块的方法，所述方法包括:提供多晶硅棒，将所述多晶硅棒粉碎成方形块，以及对所述多晶硅块进行清洁，其中，使用具有至少一个齿辊的齿辊式粉碎机进行粉碎，所述至少一个齿棍包括W2C相或者包括WC相以及还包括0.1-10%...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯·沃赫纳，拉斯洛·法布里，
申请(专利权)人：瓦克化学股份公司，
类型：发明
国别省市：