一種籽晶鋪設方法、晶體硅及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種籽晶的鋪設方法、晶體硅及其制備方 法。
【背景技術】
[0002] 目前，晶體硅的鑄造方法主要分為無籽晶引晶法和有籽晶引晶法。無籽晶引晶法 是通過精密控制石英坩堝底部的溫度梯度和過冷度來增大枝晶晶粒的尺寸，該方法對晶體 生長初期的要求很高，由于石英坩堝的導熱性較差，枝晶形核的分布存在隨機性，無籽晶很 難重復生長大晶粒。有籽晶引晶法是先通過將一定數量和一定尺寸大小的單晶籽晶作為引 晶基礎鋪設在石英坩堝底部，在熔化階段保持籽晶不完全熔化，然后通過降溫和調節引晶 階段的溫度梯度等使得硅晶體從剩余的單晶籽晶上進行引晶生長從而得到晶體硅。
[0003] 圖1為傳統有籽晶引晶法的籽晶鋪設示意圖。由圖1可知，由于有籽晶引晶法是將 一定數量和一定尺寸的籽晶1拼接鋪設在石英坩堝底部，這些籽晶1之間會存在或大或小的 拼接縫11，一方面，在引晶過程中這些籽晶拼接縫11容易形成小角度晶界，小角度晶界不但 在生長過程中成為了位錯源，造成生長過程中位錯的不斷增殖，而且金屬雜質容易在小角 度晶界處富集和沉淀誘發二次位錯源，顯著降低了晶體硅的晶體質量和單晶收益率;另一 方面，硅熔體很容易流入到籽晶的拼接的縫隙中，由于縫隙中的溫度相對較低導致硅熔體 在狹小的縫隙中凝固，不但造成了生長應力同時也在縫隙中積聚了分凝的雜質，這些現象 很容易造成位錯的產生，隨著引晶生長后這些位錯的不斷增殖，顯著降低了晶體硅的晶體 質量。
【發明內容】
[0004] 為解決上述問題，本發明提供了一種籽晶的鋪設方法，通過在第一籽晶層上設置 第二籽晶層，阻擋硅熔體流入到籽晶層內部，且第二籽晶層的硅料之間的縫隙寬度較大，硅 熔體在該縫隙中凝固不會產生的較大的生長應力，也不會在縫隙中積聚分凝的雜質，因此 可以減少位錯的產生。本發明還提供了一種晶體硅及其制備方法。
[0005] 本發明第一方面提供了一種籽晶的鋪設方法，用于鑄造晶體硅，包括以下步驟：
[0006] 提供坩堝，在所述坩堝底部形成第一籽晶層;然后在所述第一籽晶層上鋪設硅塊， 形成第二籽晶層，相鄰兩硅塊之間留有寬度不小于lcm的縫隙，所述第一籽晶層和所述第二 籽晶層構成籽晶層，所述籽晶層在垂直于所述坩堝底部的方向上沒有貫通的縫隙。
[0007] 優選地，所述相鄰兩硅塊之間的縫隙寬度為1-7 cm。
[0008] 優選地，在所述坩堝底部鋪設多塊籽晶形成所述第一籽晶層，所述籽晶之間留有 縫隙，所述第二籽晶層中的所述硅塊覆蓋在所述籽晶之間的縫隙上。
[0009] 優選地，所述第二籽晶層包括至少兩層硅塊層，所述第二籽晶層在垂直于所述坩 堝底部的方向上沒有貫通的縫隙。
[0010] 優選地，當所述第二籽晶層包括至少兩層硅塊層，所述第二籽晶層的鋪設方法為： 在所述第一籽晶層上形成第一硅塊層，所述第一硅塊層的相鄰兩硅塊之間留有寬度不小于 lcm的縫隙；然后在所述第一硅塊層上形成第二硅塊層，所述第二硅塊層覆蓋在所述第一硅 塊層的所述縫隙上，且所述第二硅塊層的相鄰兩硅塊之間留有寬度不小于lcm的縫隙;然后 再在所述第二硅塊層形成第三硅塊層，所述第三硅塊層覆蓋在所述第二硅塊層的所述縫隙 上，且所述第三硅塊層的相鄰兩硅塊之間留有寬度不小于lcm的縫隙；以此類推，在所述第 一籽晶層上得到至少兩層硅塊層構成的所述第二籽晶層。
[0011] 優選地，所述第二籽晶層為一層硅塊層或多層硅塊層，當所述第二籽晶層為一層 硅塊層時，所述第二籽晶層的高度小于2cm;當所述第二籽晶層為多層硅塊層時，所述多層 硅塊層中作為引晶基礎的相鄰兩層硅塊層中的上層硅塊層的高度小于2cm。
[0012] 優選地，所述籽晶層還包括保護層，所述保護層為一層或多層硅材料，所述保護層 的鋪設方法為:在所述第二籽晶層上鋪設硅材料，所述硅材料覆蓋在所述第二籽晶層的所 述縫隙上，形成所述保護層。
[0013] 優選地，所述第一籽晶層的籽晶和所述第二籽晶層的硅塊的生長晶向差和側面法 向方向的晶向差中的至少一種為〇度或大于10度。
[0014] 本發明第一方面提供的籽晶鋪設方法，通過在第一籽晶層上設置第二籽晶層，利 用第二籽晶層覆蓋第一籽晶層籽晶之間的拼接縫隙，以使所述籽晶層在垂直于所述坩堝底 部的方向上沒有貫通的縫隙，在熔化階段硅熔體不會熔到拼接縫處開始引晶，這樣晶體硅 不會受到拼接縫的影響；另外，第二籽晶層之間留有寬度不小于lcm的縫隙，縫隙較寬，硅熔 體在該縫隙中凝固不會產生的較大的生長應力，也不會在縫隙中積聚分凝的雜質，因此可 以減少位錯的產生。另外，由于消除了拼接縫隙的影響，晶體硅不容易形成小角度晶界，且 減少了位錯的增殖，提高了晶體硅質量。
[0015] 本發明第二方面提供了一種晶體硅的鑄錠制備方法，包括以下步驟：
[0016] (1)提供坩堝，在所述坩堝底部形成第一籽晶層;然后在所述第一籽晶層上鋪設硅 塊，形成第二籽晶層，相鄰兩硅塊之間留有寬度不小于lcm的縫隙，所述第一籽晶層和所述 第二籽晶層構成籽晶層，所述籽晶層在垂直于所述坩堝底部的方向上沒有貫通的縫隙；
[0017] (2)在所述第二籽晶層上方填裝硅料，加熱使所述硅料熔化形成硅熔體，待所述硅 熔體進入第二籽晶層的縫隙中且所述第二籽晶層不被完全熔化時，調節熱場形成過冷狀 態，使所述硅熔體在所述第二籽晶層基礎上和所述第二籽晶層縫隙底部的所述第一籽晶層 基礎上開始長晶；
[0018] (3)待全部硅熔體結晶完后，經退火冷卻得到晶體硅。
[0019] 本發明第二方面提供的晶體硅的鑄錠方法，制備方法操作簡單，可控性高。
[0020] 本發明第三方面提供了一種晶體硅，所述晶體硅是按照上述所述制備方法制得 的。
[0021] 本發明提供的晶體硅的少子壽命較高，位錯較少;利用本發明晶體硅制得的太陽 能電池片的轉換效率比普通的晶體硅制得的電池效率提高〇. 2 %以上。
[0022] 本發明提供的一種籽晶的鋪設方法、晶體硅及其制備方法，具有以下有益效果：
[0023] (1)本發明提供的籽晶的鋪設方法，通過在第一籽晶層上設置第二籽晶層，阻擋硅 熔體流入到籽晶內部，且第二籽晶層的硅料之間的縫隙寬度較大，硅熔體在該縫隙中凝固 不會產生的較大的生長應力，也不會在縫隙中積聚分凝的雜質，因此可以減少位錯的產生；
[0024] (2)本發明提供的晶體硅的制備方法易于操作，成本較低，適于大規模生產；
[0025] (3)本發明提供的晶體硅位錯較少、質量較高，適用于制備太陽能電池，制得的太 陽能電池光電轉換效率高。
【附圖說明】
[0026] 為了更清楚地說明本發明的技術方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作 簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施方式，對于本領域普 通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0027] 圖1為傳統的有籽晶引晶的籽晶鋪設示意圖；
[0028] 圖2為本發明實施例二的第一籽晶層中籽晶的結構示意圖；
[0029] 圖3為本發明實施例二的第二籽晶層中硅塊的結構示意圖；
[0030] 圖4為本發明實施例二的籽晶的鋪設示意圖；
[0031 ]圖5為本發明實施例三的籽晶的鋪設示意圖；
[0032] 圖6為本發明實施例四的籽晶的鋪設示意圖；
[0033] 圖7為本發明實施例七的籽晶的鋪設示意圖；
[0034] 圖8為本發明實施例十二的制得的晶體硅的生長示意圖；
[0035] 圖9為本發明實施例十二的制得的晶體硅的少子壽命圖和光致發光(PL)圖。
[0036] 圖1中標號示意如下：1-為籽晶，11-籽晶間的拼接縫隙，21-位錯等缺陷。
【具體實施方式】
[0037] 下面將結合實施例具體介紹一下該鋪設方法，應當指出，對于本技術領域的普通 技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤 飾也視為本發明的保護范圍。
[0038] 本發明第一方面提供了一種籽晶的鋪設方法，用于鑄造晶體硅，包括以下步驟：
[0039] 提供坩堝，在坩堝底部形成第一籽晶層;然后在第一籽晶層上鋪設一塊或多塊硅 塊，形成第二籽晶層，相鄰兩硅塊之間留有寬度不小于lcm的縫隙，第一籽晶層和第二籽晶 層構成籽晶層，籽晶層在垂直于坩堝底部的方向上沒有貫通的縫隙。
[0040] 第一籽晶層和第二籽晶層中也可以含有多晶硅，即本發明所述籽晶不僅僅表示單 晶硅，也可以包括多晶硅，第一籽晶層和第二籽晶層可以只含有單晶硅也可以含有單晶硅 和多晶娃。
[0041] 本發明實施方式中，晶體硅為類單晶硅錠或大晶粒多晶硅錠。根據籽晶的晶向和 工藝條件可以制備類單晶硅錠和多晶硅錠。
[0042] 本發明實施方式中，在坩堝底部鋪設多塊籽晶形成第一籽晶層，籽晶之間留有縫 隙，第二籽晶層中的硅塊覆蓋在籽晶之間的縫隙上。
[0043] 本發明實施方式中，當第一籽晶層中存在縫隙時，第二籽晶層中的硅塊覆蓋在第 一籽晶層的縫隙上，使籽晶層在垂直于坩堝底部的方向上沒有貫通的縫隙。在熔化階段硅 熔體不會進入到第一籽晶層的縫隙處開始引晶，這樣就不會有硅晶體受到拼接縫的影響， 減少了位錯的增殖。
[0044] 本發明實施方式中，第一籽晶層中的籽晶為長方體。
[0045] 第一籽晶層中的籽晶的尺寸大小可不做特殊限定。
[0046] 本發明實施方式中，第一籽晶層中的籽晶為單晶硅塊或多晶硅塊。
[0047] 如果第一籽晶層作為引晶基礎，那么第一籽晶層中的籽晶必須為單晶硅塊。如果 第一籽晶層不作為引晶基礎，那么第一籽晶層中的籽晶為可以為單晶硅塊也可以為多晶硅 塊。
[0048] 本發明一優選實施方式中，第一籽晶層中的籽晶的生長晶向為[100]、[110]、 [210]或[310]晶面族。
[0049]本發明一優選實施方式中，第一籽晶層中的籽晶的側面法向方向的晶向為[110 ]、
[100]、[210]或[310]晶面族。
[0050] 當籽晶為長方體時，籽晶的生長晶向為籽晶生長面的法向方向，籽晶的側面是指 與生長面鄰接的四個側面。
[0051] 第一籽晶層的高度可不做特殊限定。本發明實施方式中，第一籽晶層的高度為1-7cm〇
[0052] 本發明實施方式中，第二籽晶層中的硅塊形狀為長方體。
[0053]第二籽晶層中的硅塊的尺寸大小可不做特殊限定。
[0054]本發明實施方