[發(fā)明專利]一種太陽能級直拉單晶硅的生產(chǎn)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410644512.1
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN104328495A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發(fā)明（設計）人: 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（專利權）人: 邢臺晶龍電子材料有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B15/20
• 代理公司: 石家莊國為知識產(chǎn)權事務所 13120
• 代理人: 李榮文

技術領域

本發(fā)明涉及直拉單晶硅技術領域。

背景技術

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(zhì)優(yōu)良的單晶硅一直是人們研究開發(fā)的重點產(chǎn)品。

單晶硅的生產(chǎn)方法主要有直拉法（CZ）、區(qū)熔法（FZ）和外延法，其中直拉法和區(qū)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(chǎn)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。

目前在直拉單晶硅的生產(chǎn)領域中，氧是直拉單晶硅中的一種常見雜質(zhì)，這主要是由單晶硅的生產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量。

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；此外，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(xiàn)象采取零容忍的態(tài)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(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種太陽能級直拉單晶硅的生產(chǎn)方法，其針對當前直拉單晶硅生產(chǎn)工藝的缺陷，對現(xiàn)有技術進行改進，通過降低引晶過程中的堝位、改善籽晶與硅液液面的接觸方式、降低等徑自動生長過程中的頭部拉速，并完善等徑生長過程中的晶體直徑，減少單晶的含氧量，從而達到減少直拉單晶硅中黑芯片和黑角片的目的。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案是：一種太陽能級直拉單晶硅的生產(chǎn)方法，其包括如下步驟：

（1）加料：根據(jù)需要的半導體類型將硅原料和攙雜劑放入石英坩堝內(nèi)；攙雜劑的種類是按照半導體的類型N型或P型確定的，P型的攙雜劑一般為硼或鎵，N型攙雜劑一般為磷；

（2）熔化：將單晶爐關閉并抽真空，使得單晶爐內(nèi)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℃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(chǎn)能下降；

（3）穩(wěn)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(nèi)溫度保持恒定并持續(xù)1小時；

（4）引晶：調(diào)整堝位使得硅液液面距導流筒的距離為28～32?mm，將晶轉和堝轉均設為8圈每分鐘，然后將籽晶降至硅液液面處，并與液面接觸30分鐘以上，然后進行引晶；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(shù)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(zhì)，如果降溫太快，液面呈現(xiàn)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(chǎn)生而失去單晶的結構；

（6）轉肩：當硅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，即0.8?mm/min，設定堝升速度，然后投入等徑自動程序進行等徑生長；在晶棒的生長過程中，液面會逐漸下降，加熱功率逐漸上升，這些因素使得晶棒的散熱速率隨著晶棒長度的增加而遞減，因此固液界面處的溫度梯度減小，晶棒的最大拉速隨著晶棒長度而減小，為此，需要在等徑生長過程中，根據(jù)拉晶過程中液面隨石英堝弧度的變化，利用堝升補償保證硅液液面到導流筒的距離不變，另外根據(jù)直徑變化趨勢增加直徑補償，將尾部直徑偏差控制在2mm之內(nèi)；

堝升速度S’根據(jù)下式1計算：

；

式中：Φ為晶體直徑，Φ’為坩堝內(nèi)徑，S為晶體拉速；

等徑生長完成的判斷標準是，當?shù)葟介L度達到L時生長完成，L的數(shù)值由下式2計算：

；

式中：D為晶體直徑；ρ為硅的密度，即2.33?g/cm³；W為晶體重量，即裝料量與堝底省料量的差值；