[發明專利]一種多晶硅鑄錠的制造方法及其多晶硅鑄錠

在審

• 申請號: 201410811520.0
• 申請日: 2014-12-23
• 公開（公告）號: CN104532345A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 李飛龍;黎曉豐;翟傳鑫;張光春
• 申請（專利權）人: 阿特斯（中國）投資有限公司;阿特斯光伏電力（洛陽）有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B28/06
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 張海英;韓國勝

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種多晶硅鑄錠的制造方法及其多晶硅鑄錠。

背景技術

自進入本世紀以來光伏產業成為了世界上增長最快的高新技術產業。在各類太陽能電池中，晶體硅(單晶、多晶)太陽能電池占有極其重要的地位，目前占據了光伏市場75％以上的份額。晶體硅太陽能電池利用p～n結的光生伏特效應實現光電轉換，從發展的觀點來看，晶體硅太陽能電池在未來很長的一段時間仍將占據主導地位。

生產多晶硅太陽能電池的硅片是由多晶硅鑄錠經加工制成，為了滿足電池片加工的要求，多晶硅鑄錠必須在晶體生長過程中通過調節摻雜劑的濃度獲得要求的電學性能。現有的摻雜劑主要包括硼、磷和鎵。由于III族元素硼(B)在硅中的分凝系數較接近1，在晶體生長過程中偏析較小，電阻率分布較均勻，大部分的多晶硅鑄錠通常摻入適量的III族元素硼(B)獲得電阻率為0.5-3.0Ω·㎝的P型多晶硅鑄錠。然而，摻雜劑硼(B)與多晶硅鑄錠中的氧(O)在光照條件下形成B-O復合體會產生光致衰減的現象，降低了電池的轉換效率；另外，硅中的硼(B)易與硅錠中的其他雜質如鐵(Fe)產生Fe-B對，惡化了硅錠的少子壽命，進而降低了電池的轉換效率。

現有技術中，有通過摻入施主雜質如VI元素磷(P)來制作N型多晶硅鑄錠，但磷(P)在硅中的分凝系數為0.35，在多晶硅鑄錠中分布不均勻，電阻率相差較大，造成鑄錠收率較低；另一方面，磷的蒸汽分壓較低，晶體生長過程中揮發量較多，摻雜量不宜掌控。

還有一些技術方案摻雜鎵(Ga)進行P型多晶硅鑄錠的制備，但由于鎵(Ga)在硅中的分凝系數僅有0.008，在晶體生長過程中濃度差異較大，造成電阻率分布不均勻，電阻率滿足要求的區域過少，使得鑄錠成本過高，不利于批量生產。

因此，亟需開發一種電阻率分布均勻、少子壽命長、光致衰減率低且易于實施、成品率高的多晶硅鑄錠的制造方法。

發明內容

本發明的目的在于提出一種多晶硅鑄錠的制造方法及其多晶硅鑄錠，利用所述制造方法能夠得到電阻率分布均勻、少子壽命長、光致衰減率低且易于實施、成品率高的多晶硅鑄錠。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種多晶硅鑄錠的制造方法，包括以下步驟：

步驟一、加料：將多晶硅料和鎵摻雜劑的混合物放入的鑄錠爐的坩堝內，所述鑄錠爐上設有二次加料裝置，在所述二次加料裝置內放入摻磷硅料；

步驟二、抽真空、加熱：抽真空后，在鑄錠爐內充入氬氣，按照從上到下的順序逐漸熔化所述坩堝中的混合物；

步驟三、結晶階段：調節鑄錠爐中控溫熱電偶的溫度和鑄錠爐側部的隔熱籠向上移動的速率，使熔融混合物自下向上生長；

步驟四、摻入摻磷硅料：待熔融混合物結晶至完整鑄錠高度的60-80％之間時，使提前放入所述二次加料裝置中的摻磷硅料落入坩堝；

步驟五、退火：對結晶完畢的鑄錠進行退火。

進一步的技術方案，在步驟一中，加料前對所述坩堝內壁涂敷氮化硅涂層，所述氮化硅涂層的厚度為50-70μm，純度大于99.99％。

進一步的技術方案，在步驟一中，所述坩堝的高度為H，所述鎵摻雜劑位于坩堝高度0.3H-0.5H的區域內，所述混合物中鎵元素的含量為11-14ppma。

進一步的技術方案，在步驟一中，所述摻磷硅料為N型單晶片狀材料，電阻率為0.001-0.002Ω·㎝，添加量為30-80g。

進一步的技術方案，在步驟一中，所述二次加料裝置安裝于所述鑄錠爐頂部，并與鑄錠爐連通，包括儲料倉和閥門，所述閥門位于儲料倉的下方，打開閥門，所述儲料倉內的物料在重力的作用下自動滑落至鑄錠爐的坩堝內。

進一步的技術方案，在步驟二中，所述加熱的溫度為1500-1550℃，所述混合物中的鎵摻雜劑開始熔化時，爐壓控制在700-800mbar范圍內。

進一步的技術方案，在步驟三中，所述控溫熱電偶的溫度調節范圍為1400-1430℃；所述隔熱籠向上移動的速率為0.5-0.6cm/h，所述隔熱籠的最高移動高度為最終形成的多晶硅鑄錠高度的70-80％。

進一步的技術方案，在步驟三中，隨著熔融混合物高度的增加，減小爐壓，并增大進入鑄錠爐內氬氣的流量，所述爐壓的調節范圍為100-600mbar，所述氬氣流量的調節范圍為10-50L/min。

進一步的技術方案，在步驟四中，所述隔熱籠的位置保持不變或下降0.5-1.0cm，并將TC1溫度升高40-50℃，然后分多次打開所述二次加料裝置的閥門，使摻磷硅料分批落入坩堝內。