[發(fā)明專利]在氮?dú)庀氯诨嗑Ч柚苽鋼降T造單晶硅的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910099992.7
• 申請日: 2009-06-24
• 公開（公告）號: CN101597788A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余學(xué)功;楊德仁
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B27/00;C30B29/06
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在氮?dú)庀氯诨嗑Ч柚苽? 摻氮鑄造單晶硅的方法。

背景技術(shù)

能源和環(huán)境是當(dāng)今世界廣泛關(guān)注的兩大問題，太陽能作為一種可再生 的綠色能源自然成為人們開發(fā)和研究的焦點(diǎn)。自1954年美國貝爾實驗室 成功研制出第一塊單晶硅太陽能電池以來，經(jīng)過全球科技和產(chǎn)業(yè)界的不懈 努力，太陽能電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)得到了巨大發(fā)展。而太陽能電池的發(fā)展主要 是建立在半導(dǎo)體硅材料的基礎(chǔ)上的。

一般情況下，單晶硅的制備是利用直拉技術(shù)或區(qū)熔技術(shù)而獲得的，可 以用在電子工業(yè)和太陽能光伏工業(yè)，它制備的太陽電池效率高，但是晶體 制備成本高、能耗高。

而利用定向鑄造技術(shù)，可以制備鑄造多晶硅，能用在太陽能光伏行業(yè)， 雖然成本相對比較低，但是由于它是多晶，不是單晶，所以其制備的太陽 能電池效率低，限制了其在太陽能電池的廣泛應(yīng)用。

此外，定向鑄造技術(shù)中制備得到的硅材料中位錯較多，因此機(jī)械強(qiáng)度 較低。而當(dāng)前影響太陽能電池廣泛使用的一個主要障礙是成本較高。太陽 能電池的成本主要在硅片，如減少每一片硅片的厚度，使得每一片硅片的 材料用量減少，可有效降低太陽能電池的成本。但是由于鑄造硅片的機(jī)械 強(qiáng)度低，一旦降低單一硅片的厚度，就會使硅片在加工、電池制備和電池 組裝成組件等過程中，容易發(fā)生損傷和破碎，硅片的破碎率增加，仍然導(dǎo) 致成本的增加。因此，現(xiàn)有的鑄造硅難以制成薄的硅片的缺陷，造成硅片 成本增加，也限制了其使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了在氮?dú)庀氯诨嗑Ч柚苽鋼降T造單晶硅的方法，通過 通入氮?dú)馀c融硅反應(yīng)的方式摻入氮，制得氮濃度可控的摻氮鑄造單晶硅。

在氮?dú)庀氯诨嗑Ч柚苽鋼降T造單晶硅的方法，包括以下步驟：

(1)將無位錯的原料單晶硅塊鋪滿坩堝底部，再將多晶硅置于原料 單晶硅塊之上，并按目標(biāo)摻雜濃度計算的投料量加入電活性摻雜劑，裝爐；

其中，所述的電活性摻雜劑為硼、鎵或磷；所述的目標(biāo)摻雜濃度為本 發(fā)明要制備得到的目標(biāo)產(chǎn)物中電活性摻雜劑的濃度。本發(fā)明中，電活性摻 雜劑的目標(biāo)摻雜濃度為1×10¹⁵～1×10¹⁷/cm³。

所述的無位錯的原料單晶硅塊的厚度優(yōu)選為5～20mm。使用太薄的 原料單晶硅塊，對鑄造爐熱場的設(shè)計要求較高，同時鑄造單晶硅的實際生 長過程的控制要求太高；而使用太厚的原料單晶硅塊，將導(dǎo)致鑄造單晶硅 成本的增加。

(2)將爐室抽成真空后直接通入氮?dú)猓獨(dú)獾膲毫?～200Torr， 流量為1～200L/min；調(diào)整爐內(nèi)保溫罩的位置，使得電活性摻雜劑、多晶 硅和靠近多晶硅的部分原料單晶硅塊受熱；逐漸加熱到1400℃以上使得多 晶硅開始融化，并保持溫度在1400℃以上一段時間，使得電活性摻雜劑、 多晶硅和靠近多晶硅的部分原料單晶硅塊融化成液體以形成硅熔體，而坩 堝底部下部的部分原料單晶硅塊不融化。

由于要確保坩堝底部下部存在部分原料單晶硅塊不被融化以便作為 生長單晶硅的籽晶，優(yōu)選的技術(shù)方案中，未融化的部分原料單晶硅塊的厚 度至少為原料單晶硅塊總厚度的10％，即融化的部分原料單晶硅塊的厚度 不超過原料單晶硅塊總厚度的90％；同時，為了保證與原料單晶硅塊相接 觸的多晶硅全部完全融化，優(yōu)選的技術(shù)方案中，融化的部分原料單晶硅塊 的厚度至少為原料單晶硅塊總厚度的10％。因此，在優(yōu)選的技術(shù)方案中， 位于坩鍋底部的單晶硅原料中，置于上部的、靠近多晶硅的、厚度為原料 單晶硅塊總厚度的10％～90％的部分單晶硅原料融化。

本發(fā)明中優(yōu)選采用純度為99.999～99.9999％的氮?dú)猓杀ＷC不會因純 度過低引入雜質(zhì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，又不至因使用過高純度的氮?dú)庠黾映杀尽?

本發(fā)明中，通過氮?dú)馀c融硅反應(yīng)的方式摻入氮，融硅中氮的濃度通過 控制氮?dú)馔ㄈ氲膲毫土髁縼碚{(diào)節(jié)。

(3)將氮?dú)鈸Q成高純氬氣，在高純氬氣下生長單晶硅：