[發(fā)明專利]在氮?dú)庀妈T造氮濃度可控的摻氮多晶硅的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910099996.5
• 申請(qǐng)日: 2009-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN101597792A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊德仁;余學(xué)功;闕端麟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): C30B28/06
• 分類號(hào): C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)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，尤其涉及在氮?dú)庀妈T造氮濃度可控的摻氮多晶硅的方法。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能是取之不盡的清潔能源，利用半導(dǎo)體材料的光電轉(zhuǎn)換特性，制備成太陽(yáng)能電池，可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成電能。

鑄造多晶硅是太陽(yáng)能電池的一種主要材料，但其缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度較低。如果降低鑄造多晶硅片的厚度，就會(huì)使硅片在加工、電池制備和電池組裝成組件等過程中，容易損傷、破碎，硅片的破碎率增加，勢(shì)必導(dǎo)致成本的增加。而當(dāng)前影響太陽(yáng)能電池廣泛使用的一個(gè)主要障礙就是成本較高，電池的主要成本又在于硅片。為了降低成本，現(xiàn)在采用的措施是減少硅片的厚度，使得每一片硅片的材料用量減少。因此，現(xiàn)有的鑄造多晶硅難以制成薄的硅片的缺陷，造成硅片成本增加，限制了其使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了在氮?dú)庀妈T造氮濃度可控的摻氮多晶硅的方法，利用氮在硅中能提高其機(jī)械強(qiáng)度的特性，解決了現(xiàn)有鑄造多晶硅機(jī)械強(qiáng)度較低的問題，實(shí)現(xiàn)了在氮?dú)庀露ㄏ蚰惕T造摻氮多晶硅。

在氮?dú)庀妈T造氮濃度可控的摻氮多晶硅的方法，包括以下步驟：

(1)將多晶硅原料置于坩堝內(nèi)，按目標(biāo)摻雜濃度計(jì)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。

(2)將爐室抽真空通入氬氣，在氬氣保護(hù)下將多晶硅原料及電活性摻雜劑加熱至完全融化成液體得到硅熔體，其中，加熱溫度為硅熔點(diǎn)以上，優(yōu)選1420～1450℃，既可融化多晶硅原料和電活性摻雜劑，又不產(chǎn)生太高的能耗；

(3)融硅結(jié)束后，將氬氣換成氮?dú)猓诘獨(dú)鈿夥障妈T造多晶硅：通入的氮?dú)獾膲毫?～200Torr，流量為1～200L/min；以1～4mm/min的速度提升爐內(nèi)保溫罩并冷卻坩鍋底部，使得硅熔體的熱交換主要發(fā)生在坩堝底部，這樣，硅熔體從底部向上逐漸定向凝固形成含氮濃度為1×10¹³～5×10¹⁵/cm³的摻氮多晶硅。

本發(fā)明中，通過冷卻坩鍋底部和調(diào)整爐內(nèi)保溫罩位置來(lái)調(diào)節(jié)熱場(chǎng)，形成單方向的熱流(晶體的生長(zhǎng)方向垂直向上，熱流方向垂直向下)進(jìn)行定向凝固，該過程中僅在固-液界面處存在一定的軸向溫度梯度，而在橫向的平面溫度梯度較小，從而實(shí)現(xiàn)從下至上的鑄造單晶硅的生長(zhǎng)。通常，采取在坩堝底部吹入冷卻氣體或通入冷卻水來(lái)冷卻坩鍋底部。其中，冷卻氣體可采用安全、便宜、易得的常用氣體，一般采用冷卻惰性氣體或冷卻氮?dú)狻?/p>

本發(fā)明中，通入的氮?dú)鈨?yōu)選采用純度為99.999～99.9999％的，可保證不會(huì)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?/p>

本發(fā)明中，氮?dú)獾膲毫?yōu)選為80～150Torr，流量?jī)?yōu)選為60～120L/min，在此壓力和流量范圍內(nèi)的氮?dú)馔ㄈ耄杀ＷC實(shí)現(xiàn)氮的目標(biāo)摻雜，但又不造成氮?dú)獾睦速M(fèi)。本發(fā)明還可通過調(diào)節(jié)氮?dú)獾膲毫土髁縼?lái)控制摻氮的量。

上述方法制得的摻氮多晶硅中含有濃度為1×10¹⁵～1×10¹⁷/cm³的硼、鎵或磷，還含有濃度為1×10¹³～5×10¹⁵/cm³的氮。

本發(fā)明方法采用在氮?dú)庀露ㄏ蚰惕T造氮濃度可控的多晶硅，實(shí)現(xiàn)在多晶硅中摻氮，由于摻入的氮能夠釘扎硅中位錯(cuò)，因此本發(fā)明的摻氮多晶硅機(jī)械強(qiáng)度較高，使得硅片可以切割得更薄，應(yīng)用于太陽(yáng)能電池中可大幅降低成本。此外，還可通過改變氮?dú)獾膲毫土髁縼?lái)控制摻入的氮的濃度，得到氮的摻雜濃度可控的摻氮鑄造多晶硅，可進(jìn)一步用于生產(chǎn)可滿足不同機(jī)械強(qiáng)度要求的摻氮多晶硅。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1