[發明專利]一種太陽能級直拉單晶硅的生產方法

在審

• 申請號: 201510822124.2
• 申請日: 2015-11-24
• 公開（公告）號: CN105239152A
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 王曉偉
• 申請（專利權）人: 王曉偉
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及直拉單晶硅技術領域,具體涉及一種太陽能級直拉單晶硅的生產方法。

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，品質優良的單晶硅一直是人們研究開發的重點產品。

單晶硅的生產方法主要有直拉法(CZ)、區熔法(FZ)和外延法，其中直拉法和區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領域中，氧是直拉單晶硅中的一種常見雜質，這主要是由單晶硅的生產工藝所造成的。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，從而影響產品質量。

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象采取零容忍的態度。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。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種太陽能級直拉單晶硅的生產方法，其針對當前直拉單晶硅生產工藝的缺陷，對現有技術進行改進，通過降低引晶過程中的堝位，減少單晶頭部的含氧量，從而達到減少直拉單晶硅中黑芯片和黑角片的目的。

本發明的技術方案為：一種太陽能級直拉單晶硅的生產方法，包括如下步驟：

(1)加料：根據需要的半導體類型將硅原料和攙雜劑放入石英坩堝內；

(2)熔化：將單晶爐關閉并抽真空，使得單晶爐內的壓強維持在4Pa以下，然后將加熱功率一次性升至90～94千瓦；

(3)穩溫：當硅原料熔化成液體后將加熱功率降至40千瓦并投入溫度自動程序，溫度自動程序使得爐內溫度保持恒定并維持恒溫1.5個小時；

(4)引晶：調整堝位使得硅液液面距導流筒的距離為25～28mm，將晶轉設為6圈每分鐘，堝轉設為2圈每分鐘，然后將籽晶降至硅液液面處進行引晶；引晶的總長度為150～160mm，引晶時平均拉速控制在3～6mm/min，初期拉速控制在1～3mm/min，引晶達30mm后將拉速控制在3～6mm/min；

(5)放肩：引晶完成后，將拉速降至0.7mm/min，加熱功率降低5千瓦，放肩時間3～4小時；

(6)轉肩：當硅棒直徑距等徑直徑還有5～10mm時，將拉速提至2.0mm/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，等徑自動初始拉速設為1.15mm/min，設定堝升速度，然后投入等徑自動程序進行等徑生長；

(8)收尾：等徑生長完成后，退出等徑自動程序，停止堝升，將拉速提至1.0mm/min，投入收尾自動程序，當長度達到直徑值時提斷停爐。

步驟(4)中的引晶總長度優選為160毫米。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：本發明方法可以有效降低直拉單晶硅中的黑芯片和黑角片問題，其原理在于，正常情況下石英堝中的氧元素在高溫下會生成氧化硅隨氣流排出，但是部分氧化硅會再次融入硅液，導致單位時間內進入單晶體內的氧元素增加，氧含量升高，而使用本方法后，加大了導流筒和液面之間的距離，減少了氧元素進入單晶的幾率，從而降低了單晶中的氧含量，減少了因氧含量過多帶來的黑芯片和黑角片問題。

本方法簡單易行，它有效降低了直拉單晶硅中的黑芯片和黑角片現象，提高了單晶的壽命和質量。該法制成的單晶硅具有優良的品質，可用于生產太陽能電池等產品。

具體實施方式

下面對本實施例做進一步詳細描述，但本發明并不局限于具體的實施例。

實施例1：

一種太陽能級直拉單晶硅的生產方法，包括如下步驟：

(1)加料：根據需要的半導體類型將硅原料和攙雜劑放入石英坩堝內；

(2)熔化：將單晶爐關閉并抽真空，使得單晶爐內的壓強維持在4Pa以下，然后將加熱功率一次性升至90千瓦；

(3)穩溫：當硅原料熔化成液體后將加熱功率降至40千瓦并投入溫度自動程序，溫度自動程序使得爐內溫度保持恒定并維持恒溫1.5個小時；