[發(fā)明專利]一種用于鑄錠單晶硅的坩堝

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• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112226809A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設計）人: 史珺
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江普智能源裝備有限公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B29/06
• 代理公司: 溫州共信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33284
• 代理人: 王帆

本發(fā)明涉及一種用于鑄錠單晶硅的坩堝，包括坩堝底部和坩堝壁，坩堝底部和坩堝壁一體設置，所述坩堝底部的上端面在位于中央位置設置有凹槽，坩堝底部的上端面呈中間低、四周高的斜坡設置。通過采用上述方案，本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種用于鑄錠單晶硅的坩堝，能夠保證在用鑄錠法進行單晶生長時，不會產(chǎn)生多晶形核，從源頭上消除了鑄錠單晶的多晶形核的可能性；同時，結(jié)合鑄錠單晶工藝，還能夠消除籽晶中大量的位錯，而且在整個單晶的生長過程中，能夠使位錯的產(chǎn)生幾率降到最低。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及硅晶體生長技術(shù)領域，尤其是一種采用鑄錠或鑄造方式進行半導體與光伏太陽電池所用的單晶硅生長的坩堝。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的單晶硅晶體生長主要采用ＣＺ法直拉單晶生長方式。一般采用石英玻璃坩堝承載多晶硅，在爐內(nèi)熔化后，用籽晶從上方緩慢吊入硅液，經(jīng)過縮頸、放肩工序后進行等徑生長，其中坩堝只需要進行承載硅料的作用，晶體生長在坩堝內(nèi)硅液的液面進行。

鑄錠單晶則同樣是將硅料放入坩堝內(nèi)，但籽晶是在坩堝底部的。通過底部冷卻，晶體從底部的籽晶開始向上生長。目前，進行鑄錠單晶生長的廠家均采用與多晶硅鑄錠相同的石英陶瓷坩堝，在底部鋪滿籽晶，籽晶的大小與硅片尺寸大小相同或相近。這種坩堝由于底部平坦，且籽晶與籽晶之間、籽晶與坩堝壁、籽晶與坩堝底部之間有縫隙，因而不可避免會產(chǎn)生多晶形核，也非常容易導致籽晶的頂部未熔而產(chǎn)生多晶在籽晶的頂部形核，或者籽晶熔穿而在坩堝底部形成多晶形核。這些原因?qū)е妈T造單晶含有大量的多晶，同時也在晶體內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯，因此，這種籽晶鋪設方式是導致傳統(tǒng)的鑄錠單晶中有大量的多晶存在，而被稱為“類單晶”或“準單晶”的主要原因。多晶的存在必然導致晶體的轉(zhuǎn)換效率無法提高。同時，這種方式由于對于籽晶原生的位錯無法削減，同時由于溫度控制主要用來確保籽晶的上部熔化而底部不能全部融化，因此，根本無法顧及位錯的形核與產(chǎn)生與否，而且大量多晶的形成也會產(chǎn)生應力而導致在單晶內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯（位錯密度高達10⁵/cm²以上），導致“類單晶”的單晶部分的質(zhì)量也無法滿足光伏電池的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用于鑄錠單晶硅的坩堝，能夠保證在用鑄錠法進行單晶生長時，不會產(chǎn)生多晶形核，從源頭上消除了鑄錠單晶的多晶形核的可能性；同時，結(jié)合鑄錠單晶工藝，還能夠消除籽晶中大量的位錯，而且在整個單晶的生長過程中，能夠使位錯的產(chǎn)生幾率降到最低。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于鑄錠單晶硅的坩堝，包括坩堝底部和坩堝壁，坩堝底部和坩堝壁一體設置，所述坩堝底部的上端面在位于中央位置設置有凹槽，坩堝底部的上端面呈中間低、四周高的斜坡設置。

通過采用上述方案，凹槽的設計是為了確保在熔料時，籽晶在頂部全面熔化時底部不會熔化，這種結(jié)構(gòu)使得熔料時的控溫工藝更簡單，對溫度的冗余度更大，籽晶的完美熔接也更容易實現(xiàn)，坩堝底部設置為中間低、四周高的斜坡形狀，目的有兩個：第一，由于坩堝內(nèi)的硅料熔化后，硅液的頂端溫度高、底端溫度低，硅液內(nèi)部形成了一個由下向上的正向的垂直溫度梯度，坩堝底部為斜坡形可以在坩堝內(nèi)由下至上的垂直溫度梯度的條件下，在坩堝底部形成一個中間低、四周高的水平溫度梯度，也就是說在坩堝內(nèi)由下至上的垂直溫度梯度的條件下，再坩堝底部生成了一個由內(nèi)到外的正向水平溫度梯度，這樣，在晶體生長時，可以保證晶體是由位于坩堝底部中央的籽晶開始生長的，而坩堝底部的籽晶范圍之外的其它部位因溫度較高，無法滿足結(jié)晶形核所需要的過冷度的條件，無法產(chǎn)生多晶形核；第二，由于晶體生長時，位錯的方向在原子密度較大的晶面（硅晶體中是{111}型晶面），而生長方向與位錯所在的晶面均有一個角度，我們只要選取籽晶的放置方向（如100晶向），可以使得籽晶在坩堝底部進行橫向生長時，籽晶中的原生位錯至少有一半向坩堝底部延伸，因而可以消除籽晶中一半以上的位錯。

本發(fā)明的進一步設置是：所述凹槽的水平截面呈正方形設置，凹槽的上端邊緣與相對的坩堝壁之間設置有斜坡面，斜坡面設置有四個，各斜坡面圍設在凹槽四周。