[發明專利]一種生產方硅芯的方法

在審

• 申請號: 201510525356.1
• 申請日: 2015-08-25
• 公開（公告）號: CN105154972A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發明（設計）人: 林會社;郭艷旗;盧從輝
• 申請（專利權）人: 河南協鑫光伏科技有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B15/00
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 張春;王曉麗

技術領域

本發明屬于單晶硅與多晶硅生產技術領域，具體涉及一種生產方硅芯的方法。

背景技術

單晶硅是一種十分重要的半導體材料，其生產工藝的發展分為以下幾個階段：

第一階段是用鉬絲或鉭管做熱載體，使用方便，生產設備簡單，用鉭管是為了中間可以用酸腐蝕掉鉭管用以制備區熔法單晶硅的硅料。但高溫下金屬原子擴散影響多晶硅純度和品質，這一工藝很快被硅芯熱載體取而代之。

第二階段是區熔法生產硅芯（圓硅芯）：硅是半導體，具有溫度越高電阻越低的負阻效應，用區熔法拉制的硅芯在加熱后或高壓擊穿后低壓加熱成為熱載體在還原爐內進行還原反應沉積生長多晶硅，生產的多晶硅質量明顯提高。區熔法硅芯的生產工藝也幾經變革，從一次拉一根到一爐次拉數根以節省拆爐開爐消耗的時間，進而發展到用一次拉多根，一爐次拉數次，使一爐次可以生產十多根硅芯，生產效率大大提高。但區熔法硅芯生產對操作工要求較高，多根工藝自動控制較難實現，硅芯又細，操作必須隨時盯著從而使勞動強度加大，生產成本也相對較高。

第三階段使用直拉法生產硅芯圓棒，經過截頭去尾后，成為切割方硅芯的胚體，之后通過粘棒、上棒、布線、穿線、放水、切割、下棒、分離、磨錐打孔、腐蝕清洗、檢驗、真空包裝等，形成所需的方硅芯。這種硅芯圓棒切割的方硅芯少則七八十跟，多則兩百多根，功效大大提高。雖然功效提高，但是在生產中發現，硅芯圓棒切割方硅芯過程中出現隱裂的方硅芯比較多，隱裂不但造成外觀缺陷，最重要的是影響方硅芯的輸出特性及使用，產生隱裂的原因多是由于晶體生產過程中工藝不當產生熱應力和位錯，再加上方硅芯切割時容易產生過大的機械應力，因此方硅芯更容易產生隱裂，具體工藝缺陷如下：

1.化料結束后，原料中的雜質未充分揮發掉，雜質滯留在石英坩堝內；

2.引晶溫度未達到最佳；

3.堝位未在最佳位置，影響成晶困難；

4.引晶直徑大，位錯未排除干凈；

5.頭部拉速過快，與所需拉制的產品不匹配；

6.堝跟比設計不合適，導致硅液面不在同一相對位置。

上述工藝缺陷不但造成方硅芯隱裂，同時使生產的單晶硅芯圓棒的比例較低，使產品品質下降。

發明內容

本發明的目的就在于為解決現有技術的不足而提供一種生產方硅芯的方法，降低其隱裂率，提高單晶硅芯圓棒的比例。

本發明的目的是以下述技術方案實現的：

一種生產方硅芯的方法，包括以下步驟：

1)投料取原生多晶硅、原生棒料、碳頭料、頭尾料、碎多晶、邊皮料與顆粒硅混合，采用磷硅母合金作為摻雜劑，投入石英坩堝中；

2)化料將所投物料加熱熔融，化料結束后，雜質揮發時間為2.5~3.5h；

3)拉晶引晶溫度保持在1225~1325℃之間；堝位為15~82mm之間；控制引晶直徑的范圍4~6mm，引晶長度為120~180mm；頭部拉速保持在0.88~0.95mm/min之間，然后進行放肩、等晶、收尾工序；

4)切割方硅芯拉晶后形成的硅芯圓棒，經截晶、切割得到方硅芯。

步驟1）中投料的各原料按重量份數比為：原生多晶硅:原生棒料:碳頭料:頭尾料:碎多晶:邊皮料:顆粒硅=(30~70):(30~40):(20~40):(5~10):(5~35):(15~35):(5~20)，磷硅母合金的添加比例為各原料總質量的萬分之0.05~0.17。

步驟1）中原生棒料為長度200~300mm的原生多晶，投料時原生棒料立于坩堝中間放置。

步驟3）中通過石英坩堝的直徑、等徑的直徑、拉速、堝升計算合理的堝跟比，保持拉晶液面相對位置不發生變化。

引晶鍋位為50~70mm。

使用本發明提供的生產方硅芯的方法，通過科學合理的生產工藝，不但使方硅芯隱裂率由之前的4~5%降低為1.5~2%，而且大大降低了拉晶后硅芯圓棒中的多晶硅芯圓棒比例，整根單晶硅芯圓棒的比例由之前的4%提升為21%。

具體實施方式

實施例1

本發明提供的生產方硅芯的方法，包括以下步驟：