INSTALACIÓN DE PURIFICACIÓN DE UN MATERIAL SEMICONDUCTOR CON ANTORCHA DE PLASMA.

Instalación de purificación de un material semiconductor con antorcha de plasma. Campo de la invención La presente invención se refiere a una instalación de purificación de un material semiconductor, en particular la purificación de silicio para constituir células de producción de energía eléctrica por efecto fotovoltaico. Descripción de la técnica anterior Actualmente, el silicio destinado a las técnicas fotovoltaicas está esencialmente constituido por los desechos de la industria microelectrónica, ya que el silicio utilizado para aplicaciones fotovoltaicas puede contener una proporción de impurezas (del orden de 10 -6 ) menos crítica que el nivel de impurezas (10 -9 ) generalmente requerido en microelectrónica. Sería deseable disponer de otra fuente de silicio para producir silicio adaptado a los productos fotovoltaicos. En particular, los desechos de la industria microeléctrica tienden a resultar insuficientes para satisfacer las necesidades de las técnicas fotovoltaicas. Actualmente, se busca afinar el silicio fabricado para aplicaciones metalúrgicas para obtener silicio con una pureza adaptada a las técnicas fotovoltaicas. El silicio utilizado en metalurgia puede contener varios porcentajes de impurezas tales como hierro, titanio, boro, fósforo, etc. Para retirar algunas de las impurezas de un material semiconductor, en particular el boro, una posibilidad consiste en fundir bloques del material semiconductor en un crisol y en purificar el material semiconductor fundido utilizando una antorcha de plasma cuya llama barre la superficie libre del baño del material semiconductor. La purificación del material semiconductor se obtiene mediante la introducción de gases reactivos en el plasma que reaccionan con impurezas presentes en el material semiconductor fundido de manera que se forman compuestos gaseosos. Los gases reactivos pueden reaccionar además con el material semiconductor para formar compuestos gaseosos, por ejemplo óxido de silicio (SiO2, SiO), cuando el material semiconductor es silicio. Es necesario evacuar los compuestos gaseosos procedentes de la purificación del material semiconductor y las partículas formadas mediante condensación de esos compuestos para evitar que contaminen de nuevo el material semiconductor. De manera general, el sistema de purificación está dispuesto en un recinto en el que se realiza una atmósfera de un gas neutro, o de una mezcla de gases neutros, por ejemplo argón o helio. Para evacuar los compuestos gaseosos procedentes de la purificación del material semiconductor, y las partículas formadas mediante condensación de esos compuestos, una posibilidad consiste en renovar regularmente la atmósfera del recinto. Un inconveniente de un procedimiento de este tipo es que necesita cantidades importantes de gas, lo que presenta un coste elevado. La patente FR 2 869 028 a nombre de EFD describe una instalación de fabricación de bloques de un material semiconductor, que comprende un sistema de confinamiento adaptado, durante la etapa de purificación, para delimitar, a nivel de la superficie libre del material semiconductor fundido, una parte de la atmósfera del recinto, denominada volumen de confinamiento, en la que se confinan los compuestos gaseosos procedentes de la purificación del material semiconductor y las partículas formadas mediante condensación de esos compuestos. Entonces se realiza la evacuación de los compuestos gaseosos y de las partículas correspondientes únicamente a nivel del volumen de confinamiento. Para ello, el sistema de confinamiento puede comprender una o varias bocas de aspiración que desembocan en el volumen de confinamiento, renovándose la atmósfera en el volumen de confinamiento por gas neutro procedente del resto del recinto. Una ventaja es que sólo se contamina el volumen de confinamiento con los compuestos gaseosos procedentes de la purificación del material semiconductor y con las partículas formadas mediante condensación de esos compuestos, y que sólo debe renovarse regularmente en el recinto una pequeña cantidad del gas neutro, o de la mezcla de gases neutros. Un inconveniente de una instalación de este tipo es que la atmósfera en el volumen de confinamiento está muy cargada en compuestos gaseosos que se condensan en partículas, cuyo diámetro puede variar de algunos micrómetros a algunos milímetros, y que pueden permanecer en suspensión en el volumen de confinamiento o depositarse sobre las paredes del sistema de confinamiento. La formación de partículas en el volumen de confinamiento es tanto más importante cuanto que la diferencia entre la temperatura de las paredes internas del sistema de confinamiento y la temperatura de condensación de los compuestos gaseosos es elevada. Pueden alcanzarse densidades de partículas importantes en el volumen de confinamiento. Con tales densidades, resulta difícil garantizar una aspiración conveniente de los compuestos gaseosos y de las partículas presentes en el volumen de confinamiento al tiempo que se reduce lo más posible la renovación del volumen de confinamiento con gas neutro, o con mezcla de gases neutros. La condensación de los compuestos gaseosos y/o la deposición de las partículas en suspensión sobre las paredes del sistema de confinamiento pueden conducir a la obturación parcial o completa de las bocas de aspiración del 2 E08867613 19-10-2011   sistema de confinamiento. Entonces es necesario limpiar con frecuencia el sistema de confinamiento, lo que presenta un coste elevado, sobre todo si el sistema de confinamiento debe desmontarse para limpiarse. También se hace referencia a los documentos JP-A-20010109594 y JP-A- 2007314403. Sumario de la invención La presente invención se refiere a una instalación de purificación de un material semiconductor, en particular silicio, que comprende una antorcha de plasma y un sistema de confinamiento de los compuestos gaseosos y de las partículas en suspensión procedentes de la purificación del material semiconductor, en la que se reduce la condensación de los compuestos gaseosos y/o la deposición de partículas sobre las paredes del sistema de confinamiento, susceptibles de degradar el funcionamiento de la instalación. Según otro objetivo, la instalación presenta una estructura particularmente sencilla y presenta unas dimensiones reducidas. Según otro objetivo, la instalación permite, además, la limpieza en continuo del sistema de aspiración de los compuestos gaseosos y de las partículas presentes en el volumen de confinamiento. Para alcanzar la totalidad o una parte de esos objetivos así como otros, un aspecto de la presente invención prevé una instalación de purificación de un material semiconductor que comprende al menos un recinto que contiene una atmósfera de al menos un gas neutro. La instalación comprende en el recinto un crisol destinado a contener el material semiconductor en estado fundido; una antorcha de plasma destinada a eliminar impurezas del material semiconductor fundido en el crisol; y un sistema de confinamiento destinado a delimitar un volumen de confinamiento entre el crisol y la antorcha de plasma, comprendiendo el sistema de confinamiento un sistema de evacuación de compuestos gaseosos y/o de partículas procedentes de la purificación de silicio fundido. El sistema de evacuación comprende al menos una abertura de aspiración que presenta una porción cilíndrica que se prolonga mediante una porción ensanchada que desemboca en el volumen de confinamiento. Según un ejemplo de realización, la instalación comprende un sistema de limpieza de la abertura de aspiración adaptado para realizar una operación de limpieza de la abertura durante el funcionamiento de la antorcha de plasma. Según un ejemplo de realización, el sistema de confinamiento comprende una primera porción anular en la periferia del volumen de confinamiento, que comprende una pared lateral interna, desembocando la porción ensanchada a nivel de la pared lateral interna. Según un ejemplo de realización, la instalación comprende un tubo hueco que prolonga la abertura en el lado opuesto a la porción ensanchada, siendo la longitud del tubo superior al diámetro de la porción anular. Según un ejemplo de realización, la antorcha de plasma está orientada según una primera dirección, siendo el tubo rectilíneo y extendiéndose según una segunda dirección inclinada con respecto a la primera dirección en un ángulo comprendido entre 20º y 90º. Según un ejemplo de realización, el recinto comprende una cubierta, presentando la primera porción anular una cara en el lado opuesto a la cubierta, comprendiendo la instalación garras distribuidas en la periferia externa de la primera porción anular, estando cada garra fijada a dicha cara y a la cubierta. Según un ejemplo de realización, el sistema de confinamiento comprende, además, una segunda porción anular de un primer material... [Seguir leyendo]

1. Instalación (10) de purificación de un material semiconductor (44) que comprende al menos un recinto que contiene una atmósfera de al menos un gas neutro, y que comprende, en el recinto: un crisol (30) destinado a contener el material semiconductor en estado fundido; una antorcha de plasma (40) destinada a eliminar impurezas del material semiconductor fundido en el crisol; y un sistema de confinamiento (50) destinado a delimitar un volumen de confinamiento (69) entre el crisol y la antorcha de plasma, comprendiendo el sistema de confinamiento un sistema de evacuación (54) de compuestos gaseosos y/o de partículas procedentes de la purificación del silicio fundido, caracterizada porque el sistema de evacuación comprende al menos una abertura de aspiración (70) que presenta una porción cilíndrica (72) que se prolonga mediante una porción ensanchada (76) que desemboca en el volumen de confinamiento. 2. Instalación de purificación según la reivindicación 1, que comprende un sistema de limpieza de la abertura de aspiración (70) adaptado para realizar una operación de limpieza de la abertura durante el funcionamiento de la antorcha de plasma (40). 3. Instalación de purificación según la reivindicación 1 ó 2, en la que el sistema de confinamiento (50) comprende una primera porción anular (54) en la periferia del volumen de confinamiento (69) que comprende una pared lateral interna (66), desembocando la porción ensanchada (76) a nivel de la pared lateral interna. 4. Instalación de purificación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un tubo (80) hueco que prolonga la abertura (70) en el lado opuesto a la porción ensanchada (76), siendo la longitud del tubo superior al diámetro de la porción anular. 5. Instalación de purificación según la reivindicación 4, en la que la antorcha de plasma (40) está orientada según una primera dirección (D), siendo el tubo (80) rectilíneo y extendiéndose según una segunda dirección (D) inclinada con respecto a la primera dirección en un ángulo comprendido entre 20º y 90º. 6. Instalación de purificación según la reivindicación 3, en la que el recinto comprende una cubierta (12), presentando la primera porción anular (54) una cara (65) en el lado opuesto a la cubierta, comprendiendo la instalación unas garras (90) distribuidas en la periferia externa de la primera porción anular (54), estando cada garra fijada a dicha cara y a la cubierta. 7. Instalación de purificación según la reivindicación 3, en la que el sistema de confinamiento (50) comprende además: una segunda porción anular (56) de un primer material que rodea a la antorcha de plasma (40); y una tercera porción anular (58) de un segundo material diferente del primer material, que rodea a la segunda porción anular y que comprende una pared (60) destinada a estar enfrentada al material semiconductor (44), rodeando la primera porción anular (54) la tercera porción anular. 8. Instalación de purificación según la reivindicación 7, en la que la tercera porción anular (58) está constituida por al menos dos sectores (58A, 58B) conectados uno al otro. 9. Instalación de purificación según la reivindicación 7 u 8, en la que la porción ensanchada (76) es tangente al plano que contiene la pared (60) de la tercera porción anular (58). 10. Instalación de purificación según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en la que la porción ensanchada (76) es en todas partes tangente a la pared interna (66) de la primera porción anular (54) excepto por la parte más próxima y por la parte más alejada de la pared (60) de la tercera porción anular (58). 8 E08867613 19-10-2011   9 E08867613 19-10-2011   E08867613 19-10-2011   11 E08867613 19-10-2011   12 E08867613 19-10-2011