[發明專利]摻氮晶體硅及其制備方法

有效

• 申請號: 201010197799.X
• 申請日: 2010-06-03
• 公開（公告）號: CN101864593A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 王敬;翟志華
• 申請（專利權）人: 王敬;江西旭陽雷迪高科技股份有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B28/06;C30B11/08
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋合成

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，特別涉及具有較高機械強度的單晶硅、多晶硅、以及其制備方法。

背景技術

太陽能是一種可再生的綠色能源。利用半導體材料的光電轉換特性來制備太陽能電池，可以將太陽能轉變成電能。自從1954年第一塊單晶硅太陽能電池誕生以來，太陽能電池技術和產業得到了巨大發展。太陽能電池可分為：1)硅太陽能電池；2)以無機鹽如砷化鎵III-V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池；3)功能高分子材料制備的大陽能電池；4)納米晶太陽能電池等。其中硅太陽能電池、尤其是晶體硅太陽能電池轉換效率高(實驗室達到24.7％，批量生產約16-22％)且成本低而成為最理想的電池品種。

太陽能電池的成本主要在硅片，如減少每一片硅片的厚度，使得每一片的材料用量減少，可有效降低太陽能電池成本。然而，由于硅材料的機械強度較低，如果降低硅片的厚度，就可能導致硅片在加工、電池制備以及電池組裝成組件等過程中產生損傷、破碎的概率增加，從而導致成本的增加。因此，根據現有技術，通過降低硅片的厚度來降低成本受到限制。

在專利文獻1(CN101597790A)中，公開了一種氮氣下熔硅摻氮制備鑄造多晶硅的方法，其在熔硅過程中通入氮氣，在熔硅的同時氮氣通過與熔硅反應進入硅熔體，此后在鑄造多晶硅時，將氮氣換成氬氣，通過冷卻坩堝底部來實現從底部向上逐漸定向凝固形成氮摻雜的鑄造多晶硅。然而，由于現有多晶鑄錠爐氣路結構的特征使得通常的多晶鑄錠爐采用該方法難以均勻摻氮，而要想實現均勻摻氮必須對氣路進行改造，這必然導致設備成本增加。此外，要想通過氮氣來實現摻氮從而提高硅片的機械強度，則要求達到一定的摻氮濃度，需要在熔硅的高溫條件下使硅熔體保溫較長時間，這必然導致硅片制造成本增加，而且對爐體的耐高溫要求也有所提高。

此外，在專利文獻2(CN101591807A)中公開了一種摻氮的單晶硅的制備方法，其通過在整個熔化和鑄造過程中通入氮氣以實現摻氮。然而，在熔硅直至最終形成單晶的長達60小時以上的氮氣氣氛下，產生氮化硅的偏析在所難免，而氮化硅析出物必將導致大量位錯和晶界的形成，從而無法保證單晶硅的生長。因此，通過氮氣進行摻氮，則最終的摻氮濃度將受到限制，同時單晶的生長工藝受到限制。

發明內容

本發明的目的旨在至少解決上述技術缺陷之一。為此，本發明的一個目的在于提供一種摻氮多晶硅的制備方法及摻氮多晶硅，該方法可以利用現有的設備制備多晶硅，且可以實現均勻摻氮，摻氮濃度易于控制。

為了達到上述目的，本發明提出了一種摻氮多晶硅的制備方法，包括：

(1)在石英坩堝中裝入多晶硅與粒徑為1～100nm的氮化硅納米粉的混合物并裝爐，將爐室抽真空-并加熱至1420～1550℃，并在該溫度保溫直至所述混合物完全熔化，此后將爐內溫度以1～10℃/min的降溫速度逐漸降低至1350-1420℃，接著關閉加熱器并打開保溫罩將所述爐室內溫度自然冷卻至室溫，然后取出硅錠粉碎為小塊狀，得到具有高氮含量的母合金硅塊；(2)在石英坩堝中裝入所述母合金硅塊、多晶硅料以及電活性摻雜劑的混合料，將爐室抽真空并加熱至1420～1550℃，在該溫度保溫直至所述混合料完全熔化，得到熔融硅料混合物；和(3)使所述熔融硅料混合物凝固，得到多晶硅錠，其中，步驟(1)中所述氮化硅納米粉的加入量為使得在所述母合?金硅塊中的氮濃度為2～200ppm的量，步驟(2)中所述電活性摻雜劑為B、P、或Ga的任一種，其加入量為使得所形成的多晶硅錠中的電活性摻雜劑濃度為0.02～2ppm的量，所述母合金硅塊的加入量為使得在所述多晶硅錠中的氮濃度為0.002～1ppm的量。

根據本發明的摻氮多晶硅的制備方法，通過使用氮化硅納米粉制備具有高氮含量的母合金硅塊，不僅可以通過摻氮來提高多晶硅的機械強度，同時其可以利用現有的設備，解決了通過氮氣摻氮對設備要求高的問題。利用本發明的摻氮多晶硅的制備方法能夠更均勻地摻氮，在最終的多晶硅錠中摻氮濃度可以高達1ppm，比通過氮氣摻氮更容易達到高摻氮濃度，且工藝簡單，容易控制，成本低。

本發明的摻氮多晶硅的制備方法還可以包括以下附加技術特征：

根據本發明的一個實施例，步驟(1)中所述氮化硅納米粉的粒徑為1～20nm。

根據本發明的一個實施例，步驟(1)中所述氮化硅納米粉的粒徑為1～10nm。

根據本發明的一個實施例，步驟(1)中所述氮化硅納米粉的加入量為使得在所述母合金硅塊中含有的氮濃度為20～100ppm的量。