一種太陽能級直拉單晶硅的生產方法
【專利摘要】本發明公開了一種太陽能級直拉單晶硅的生產方法，涉及直拉單晶硅【技術領域】，它包括加料、熔化、穩溫、引晶、放肩、等徑生長和收尾等八個步驟，本方法在引晶過程中，調整堝位使得硅液液面距導流筒的距離為28～32mm，該方法操作簡便，易于實現，它可以有效減少結晶過程中可能出現的晶體缺陷，降低直拉單晶硅中的黑芯片和黑角片問題，顯著提高單晶的質量和壽命，避免由于產品質量缺陷造成的退貨，為企業節約了不必要的資金浪費。
【專利說明】一種太陽能級直拉單晶硅的生產方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及直拉單晶硅【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 太陽能是未來最重要的綠色能源之一，作為高效率太陽能電池的核心部分，品質 優良的單晶硅一直是人們研究開發的重點產品。
[0003] 單晶硅的生產方法主要有直拉法（CZ)、區熔法（FZ)和外延法，其中直拉法和區熔 法用于伸長單晶硅棒材，而外延法用于伸長單晶硅薄膜。由于直拉法生產的單晶硅廣泛應 用于半導體集成電路、二極管、外延片襯底，以及太陽能電池等關鍵領域，因而受到人們的 特別關注。
[0004] 目前在直拉單晶硅的生產領域中，氧是直拉單晶硅中的一種常見雜質，這主要是 由單晶硅的生產工藝所造成的。實踐表明，單晶硅中的氧主要集中在其頭部，如果單晶硅的 頭部含氧量過高，就會造成所謂的"黑芯片"和"黑角片"問題，從而影響產品質量。
[0005] 氧的危害在于，氧可以形成熱施主及新施主，使得單晶硅的電阻率均勻性變差；此 夕卜，氧還與直拉單晶硅中微缺陷的形成有著密切關系，而硅片表面的微缺陷在器件熱氧化 工藝中還會影響到器件的成品率。因此，目前在單晶硅的檢測中普遍對硅片中的黑芯片與 黑角片現象采取零容忍的態度。但是，當前卻還缺少一種簡單、有效、易行的減少黑芯片與 黑角片的方法。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種太陽能級直拉單 晶硅的生產方法，其針對當前直拉單晶硅生產工藝的缺陷，對現有技術進行改進，通過降低 引晶過程中的堝位，減少單晶頭部的含氧量，從而達到減少直拉單晶硅中黑芯片和黑角片 的目的。
[0007] 為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種太陽能級直拉單晶硅的 生產方法，其包括如下步驟： (1) 加料：根據需要的半導體類型將硅原料和換雜劑放入石英坩堝內；換雜劑的種類 是按照半導體的類型N型或P型確定的，P型的換雜劑一般為硼或鎵，N型換雜劑一般為磷； (2) 熔化：將單晶爐關閉并抽真空，使得單晶爐內的壓強維持在5Pa以下，然后將加熱 功率一次性升至95?100千瓦（1420°C左右);使用過大的功率來熔化硅原料雖然可以縮短 熔化時間，但是可能造成石英坩堝壁的過度損傷，降低石英坩堝的壽命，反之若功率過小， 則整個熔化過程耗時太久，導致產能下降； (3) 穩溫：當硅原料熔化成液體后將加熱功率降至45千瓦并投入溫度自動程序，溫度 自動程序使得爐內溫度保持恒定并持續2小時； (4) 引晶：調整堝位使得硅液液面距導流筒的距離為28?32 mm，將晶轉設為8圈每分 鐘，堝轉設為2圈每分鐘，然后將籽晶降至硅液液面處進行引晶；引晶時籽晶按照〈100>或 〈111>的晶向浸入硅熔液中，引晶的總長度為130?150 mm，引晶時平均拉速控制在3?6 mm/min，初期拉速控制在1?3 mm/min，引晶達30 mm后將拉速控制在3?6 mm/min ; (5) 放肩：引晶完成后，將拉速降至0. 7 mm/min，加熱功率降低5千瓦，放肩時間3?4 小時；在此步驟中，最重要的參數是直徑的放大速率(亦即放肩的角度)，放肩的形狀和角度 將會影響晶棒頭部的固液界面形狀及晶棒品質，如果降溫太快，液面呈現過冷情況，肩的形 狀因直徑快速放大而變成方形，嚴重時易導致位錯的產生而失去單晶的結構； (6) 轉肩：當娃棒直徑距等徑直徑還有5?10 mm時，將拉速提至2. 0 mm/min，進行轉 肩； (7) 等徑生長；當硅棒直徑達到等徑直徑時，將拉速降至等徑自動初始拉速，等徑自動 初始拉速設為1. 15 mm/min，設定堝升速度，然后投入等徑自動程序進行等徑生長； 堝升速度S'根據下式1計算：
【權利要求】
1. 一種太陽能級直拉單晶硅的生產方法，其特征在于：包括如下步驟： (1) 加料：根據需要的半導體類型將硅原料和換雜劑放入石英坩堝內； (2) 熔化：將單晶爐關閉并抽真空，使得單晶爐內的壓強維持在5Pa以下，然后將加熱 功率一次性升至95?100千瓦； (3) 穩溫：當硅原料熔化成液體后將加熱功率降至45千瓦并投入溫度自動程序，溫度 自動程序使得爐內溫度保持恒定并維持恒溫2小時； (4) 引晶：調整堝位使得硅液液面距導流筒的距離為28?32 mm，將晶轉設為8圈每分 鐘，堝轉設為2圈每分鐘，然后將籽晶降至硅液液面處進行引晶；引晶的總長度為130?150 mm，引晶時平均拉速控制在3?6 mm/min，初期拉速控制在1?3 mm/min，引晶達30 mm后 將拉速控制在3?6 mm/min ; (5) 放肩：引晶完成后，將拉速降至0. 7 mm/min，加熱功率降低5千瓦，放肩時間3?4 小時； (6) 轉肩：當娃棒直徑距等徑直徑還有5?10 mm時，將拉速提至2. 0 mm/min，進行轉 肩； (7) 等徑生長；當硅棒直徑達到等徑直徑時，將拉速降至等徑自動初始拉速，等徑自動 初始拉速設為1. 15 mm/min，設定堝升速度，然后投入等徑自動程序進行等徑生長； (8) 收尾：等徑生長完成后，退出等徑自動程序，停止堝升，將拉速提至1. 0 mm/min，投 入收尾自動程序，當長度達到直徑值時提斷停爐。
2. 根據權利要求1所述的一種太陽能級直拉單晶硅的生產方法，其特征在于，所述步 驟（4)中調整堝位使得硅液液面距導流筒的距離為30 mm。
3. 根據權利要求1所述的一種太陽能級直拉單晶硅的生產方法，其特征在于，所述步 驟（4)中的引晶總長度為150毫米。
【文檔編號】C30B15/20GK104328494SQ201410644250
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月14日 優先權日:2014年11月14日
【發明者】劉彬國, 何京輝, 曹祥瑞, 顏超, 程志, 黃瑞強, 周子江, 劉欽, 范曉普 申請人:邢臺晶龍電子材料有限公司