[發明專利]通過吸雜來提升硅錠頂部少子壽命的方法

在審

• 申請號: 201710731691.6
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107587192A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 王飛;顧燕濱;劉潔
• 申請（專利權）人: 寧夏銀和新能源科技有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06;C30B31/02
• 代理公司: 寧夏合天律師事務所64103
• 代理人: 楊麗坤,孫彥虎

技術領域

本發明涉及多晶鑄錠半熔工藝，尤其涉及一種通過吸雜來提升硅錠頂部少子壽命的方法。

背景技術

高效多晶硅的制備方法分為有籽晶高效多晶硅技術與無籽晶高效多晶硅技術，即俗稱的半熔高效與全熔高效。原理上多晶鑄錠半熔工藝影響多晶硅錠頂部少子壽命主要因子有二，一是硅錠鑄錠過程所形成的晶格缺陷，如位錯、晶界、晶向等；二是硅錠本身因原物料所帶入的金屬雜質及石英陶瓷坩堝鑄錠中擴散出的金屬雜質，例如鐵，銅，鈉，鉀等等。

有籽晶高效多晶硅技術進一步優化的方向是抑制長晶中后期缺陷的增殖，可以通過保持晶柱生長的垂直性以及晶粒的延續性，將外延生長出的高品質晶粒豎直生長至中上部，從而可以有效提升整體效率，雖然現有的半熔工藝使得硅錠頂部的缺陷已經大幅減少，少子壽命得到明顯提升，但對于鑄錠的頂部金屬雜質較高的情況，目前研究認為基于在硅熔體中的正常分凝所致，所以對于晶錠中的金屬雜質，只能基于坩堝的高純涂層進行隔絕，或者使用較高純度的原料來解決。

鑄造多晶硅中金屬雜質一般以間隙態替位態、復合體或沉淀形式存在，往往會引入額外的電子或空穴，導致硅片載流子濃度改變，還可能成為復合中心，大幅度降低少數載流子壽命；另外，由于在多晶硅中含有晶界、位錯等大量缺陷，使得金屬雜質很易于在這些缺陷處形成金屬沉淀，對硅片的性能造成嚴重的破壞作用，尤其在頂部存在大量的位錯增殖現象、各種金屬雜質基于分凝在硅錠頂部，所以造成硅錠頂部的少子壽命逐步走低趨勢。所以使用時都要切除硅錠的頂端，也就是硅錠的利用率較低。

現有技術對于晶錠中的金屬雜質，都是只能基于坩堝的高純涂層進行隔絕，或者使用較高純度的原料這種方式提高硅錠少子壽命。缺少新的、高效的方法提高硅錠少子壽命。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是提升硅錠頂部少子壽命，即提供一種通過吸雜來提升硅錠頂部少子壽命的方法，利用高濃度磷摻雜擴散的吸雜原理提升頂部硅錠少子壽命0.5～1.0us。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種通過吸雜來提升硅錠頂部少子壽命的方法，利用多晶半熔工藝鑄錠，包括以下步驟：

加入吸雜晶體：在鑄錠長晶生長末期，向剩余硅液中加入吸雜晶體，使吸雜晶體完全融化，且與硅液混合均勻，得到末期的待生長鑄錠。

最優的，所述加入吸雜晶體步驟是在氬氣保護的環境下進行，所述吸雜晶體是磷粉或磷硅母合金。

最優的，所述加入吸雜晶體步驟具體為，氬氣作為整個鑄錠過程的保護氣體，在鑄錠長晶生長末期，即剩余硅液高度為5～10mm時，向剩余硅液體中加入吸雜晶體，吸雜晶體存放在充滿氬氣的管道中，且在氬氣的保護下被加入到剩余硅液體中，使吸雜晶體完全融化，且與硅液混合均勻，得到末期的待生長鑄錠。

最優的，所述加入吸雜晶體步驟具體為，氬氣作為整個鑄錠過程的保護氣體，在鑄錠長晶生長末期，即剩余硅液高度為5～10mm時，向剩余硅液體中加入吸雜晶體，吸雜晶體存放在充滿氬氣的管道中，且在氬氣的保護下被加入到剩余硅液體中，向剩余硅液體中加入吸雜晶體后，加大通入的氬氣流量，降低隔熱籠位置，接著將爐內溫度升高至頂部已經生長為固體的晶體熔化下去5～10mm，確保完全融化的吸雜晶體與硅液充分混勻，得到末期的待生長鑄錠。

最優的，所述加入吸雜晶體步驟中，向剩余硅液體中加入吸雜晶體之前，長晶階段的氬氣流量為30L/min，向剩余硅液體中加入吸雜晶體之后，通入的氬氣流量增加至70L/min～100L/min，隔熱籠位置下降至50mm～90mm高度，接著將爐內溫度升高至1450攝氏度，使得頂部已經生長為固體的晶體熔化下去5～10mm。

最優的，所述吸雜晶體的電阻率大于0.0011Ω·cm；所述磷粉是濃度為100％的磷粉；所述磷硅母合金是采用拉晶的方式把濃度為100％的磷粉用濃度為100％的硅稀釋以后得到。

最優的，還包括以下步驟：

再次長晶：將末期的待生長鑄錠進行鑄錠再次生長，即在1小時內將爐內溫度下降至1390攝氏度，隔熱籠開至18cm～20cm高度，接著再在1小時內將溫度下降至1350攝氏度，然后直接進入退火，退火溫度為1000～1100攝氏度，退火時間為2.5～3.5小時，最終得到了少子壽命提高的硅錠。

最優的，按照圖解法、表格法或者計算法把設定的目標電阻率值換算成吸雜晶體濃度值，從而確定吸雜晶體的投入量。

最優的，還包括以下步驟：