[發明專利]一種多晶硅錠及其制備方法和多晶硅片

在審

• 申請號: 201410835172.0
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104499050A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 鐘德京;萬躍鵬;張濤;胡動力;傅志斌;簡暉;高建廷;鄒軍;陳志強
• 申請（專利權）人: 江西賽維LDK太陽能高科技有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B28/06
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種多晶硅錠及其制備方法和多晶硅片。

背景技術

目前，DSS(Directional?Solidification?System，定向凝固系統)法被廣泛用于多晶硅鑄造，工藝流程大致包括加熱、熔化、結晶、退火、冷卻等步驟，從石英坩堝生長的多晶硅錠的晶粒大多從底部到頭部呈柱狀，硅錠底部主要以枝晶方式成核且形成的枝晶晶粒取向存在隨機性，存在較多數量的有害晶向的晶粒、位錯等缺陷，這些缺陷在生長過程中的增殖較快，正常的鑄錠工藝制造的多晶硅錠底部的位錯密度可以從(1.5～8.2)×10⁴/cm²增加至頭部的(1.8～78)×10⁵/cm²，位錯密度大大增加，從而顯著降低了多晶硅的晶體質量，進而導致硅片的電池轉換效率顯著降低。如何解決晶體生長高度上的位錯增殖是該行業最重要的研究方向。

公開號為102776556A的中國申請公開了一種能夠減少位錯的多晶硅錠的制備方法，該方法通過過冷控制實現固液界面的晶體再次結晶獲得微晶層，以該微晶層為二次形核層進行再形核結晶，制得多晶硅錠。雖然該方法可以減少位錯，但是該方法操作難度大，控制過冷度未必能二次形核，成形核功率較低，風險高，且最后制得的多晶硅錠中的位錯仍然較多。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明旨在提供一種多晶硅錠的制備方法，該制備方法操作容易，形核成功率高，風險小，能夠有效降低多晶硅錠頭部的位錯和缺陷密度，得到位錯少的高質量多晶硅錠，解決了現有技術的問題。本發明還同時公開了一種通過該制備方法獲得的多晶硅錠，以及以所述多晶硅錠為原料制得的多晶硅片。

第一方面，本發明提供了一種多晶硅錠的制備方法，包括以下步驟：

(1)在坩堝內填裝硅料后，加熱使所述硅料熔化形成硅液，調整熱場，達到過冷狀態，使硅液在所述坩堝上進行形核結晶，該形核結晶過程為第一結晶階段；

(2)待長出目標高度晶體后，向所述目標高度晶體表面即未結晶硅液和目標高度晶體的固液界面處放置形核材料，使第一結晶階段停止；或預先在目標高度處放置形核材料，待晶體長到所述目標高度得到目標高度晶體后，使第一結晶階段停止；

維持步驟(1)的過冷狀態，所述未結晶的硅液利用所述形核材料再形核結晶，所述再形核結晶過程為后續結晶階段；

(3)待全部硅液結晶完后，經退火冷卻得到多晶硅錠。

優選地，所述形核材料在硅液中不熔化或部分熔化，且對硅液無污染。

更優選地，所述形核材料為C/C材料、碳纖維基復合材料、陶瓷基復合材料、碳化硅、氮化硅、石墨、氧化鋁、二氧化硅、磷化鎵、硅和硅合金中的至少一種。

進一步優選地，所述石墨包括石墨紙或石墨布。

所述C/C材料是由高強度炭素材料和炭素基質經過石墨化增強處理后構成的材料。

所述磷化鎵的熔點較高，與硅的晶格匹配性較好。

優選地，所述硅合金為硅與鎢、鎳、鈷、鐵、鈦或鋯的合金。

進一步優選地，所述碳化硅、氮化硅、氧化鋁、二氧化硅、磷化鎵、硅和硅合金中的至少一種沉積在C/C材料、碳纖維、石墨紙或石墨布表面，然后將其放置在所述目標高度晶體表面即未結晶硅液和目標高度晶體的固液界面處或預先放置在所述目標高度處。

沉積方法為現有常規的方法。

優選地，所述形核材料的形態不限，可以為顆粒狀、網狀、片狀或板狀。

當所述形核材料的形態為網狀時，網孔可以起到晶粒細化的作用，進一步減少晶體的位錯，優選地，其網孔孔徑為0.02cm-5cm。

優選地，所述形核材料完全覆蓋所述目標高度晶體的表面，形成形核材料層。

所述形核材料層的厚度不限，優選地，所述形核材料層的厚度為0.5-2cm。

優選地，所述調整熱場，使硅液在所述坩堝上進行形核結晶，調節熱場的溫度為1360-1560℃。

優選地，所述后續結晶階段包括多次再形核結晶過程。

更優選地，所述再形核結晶過程為在所述過冷狀態下，未結晶的硅液利用后續結晶階段的前一次再形核結晶過程形成的晶體上放置的形核材料形核結晶。

根據形核材料與硅的晶格失配度及潤濕性的影響，更優選地，所述再形核結晶為同質形核或異質形核。

預先在目標高度處放置形核材料，優選地，通過固定裝置預先將所述形核材料固定在所述目標高度處。