[發明專利]大單晶比例鑄錠單晶制備方法

在審

• 申請號: 202110632333.6
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113373515A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 韓科選;薛賡
• 申請（專利權）人: 蘇州步科斯新材料科技有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B11/00;C30B11/14
• 代理公司: 蘇州匯智聯科知識產權代理有限公司 32535
• 代理人: 黃晶晶

本發明公開了大單晶比例鑄錠單晶制備方法，首先制備籽晶并且進行籽晶熔接，籽晶熔接完成后，通過緩慢降溫，使得籽晶先進行橫向生長，即從籽晶的四個側面向外進行生長，當晶體橫向長滿整個坩堝底部達到四面的坩堝壁時，筑基階段完成后，晶體開始向上的垂直生長，直到晶體長到距頂部還有20～50mm時，保持頂部的正向溫度梯度，以確保頂部硅液不會發生先行凝固成殼的情況，保持頂部溫度1550℃，實現頂部定向加熱，晶體開始生長，整個長晶過程會持續24小時左右；在1356℃退火2小時、并冷卻10小時即得大單晶硅錠；本發明能夠提高保證在用鑄錠法進行單晶生長時，結合特定的坩堝結構，不會產生多晶形核，從源頭上消除了鑄錠單晶的多晶形核的可能性。

技術領域

本發明涉及硅晶體生長技術領域，具體涉及大單晶比例鑄錠單晶制備方法。

背景技術

現有的單晶硅晶體生長主要采用CZ法直拉單晶生長方式。系采用石英玻璃坩堝承載多晶硅，在爐內熔化后，用籽晶從上方緩慢吊入硅液，經過縮頸、放肩工序后進行等徑生長。籽晶通常是直徑10毫米左右，長度約50～100毫米的單晶棒，用金屬絲牽引從上至下放置到硅液中。

目前傳統的鑄錠單晶則同樣是將多塊籽晶平鋪在坩堝底部的，籽晶的大小與鑄錠后所切割的小硅方的平面尺寸相同，厚度在20毫米到50毫米之間；籽晶鋪設的數量與坩堝的規格對應，比如G6坩堝鋪設36塊，G7坩堝鋪49塊，G8坩堝鋪設64塊；籽晶鋪好后，上面放入多晶硅料，加熱熔化(熔化是要保證所有籽晶的上部都熔化，但同時不得發生籽晶熔穿的情形)；然后通過底部冷卻，晶體從底部的籽晶開始向上生長。

現在幾乎所有的鑄錠單晶硅的廠家都采取這種方式，對于籽晶的加工，只有尺寸的要求，沒有的其它要求。鑒于以上缺陷，實有必要設計大單晶比例鑄錠單晶制備方法。

發明內容

本發明的目的在于提供大單晶比例鑄錠單晶制備方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：大單晶比例鑄錠單晶制備方法，包括如下步驟：

步驟1，制備籽晶：

(a)制備籽晶片：在單晶體進行定向選取，選取定晶向的單晶體、作為籽晶片原料，將籽晶片原料制成直徑為10mm～20mm、厚度為3mm～5mm單晶片，然后進行表面光學拋光至表面粗糙度≤10nm，得到籽晶片；

(b)籽晶放置：將加工好的籽晶放入鑄錠單晶專用的坩堝底部的籽晶槽內，放置時確保籽晶底部與坩堝底部無縫接觸；

(c)裝料：裝入單晶硅前，用硅片蓋住籽晶，勿使單晶硅料與籽晶發生撞擊，以免損傷籽晶表面，導致籽晶內部產生位錯；

(d)熔料：裝料完成后開爐，進入熔料階段時，注意坩堝頂部和底部的溫度，要使得坩堝內的硅液內部保持向上的正向的垂直溫度梯度；

(e)籽晶熔接：熔料接近結束時，坩堝底部的溫度要始終保持在低于熔點的合適溫度區間內，籽晶就能夠與硅熔體產生正常的熔接，為下一步的晶體生長的筑基階段做好準備；

(f)筑基：籽晶熔接完成后，首先底部緩慢降溫，使得籽晶先進行橫向生長，即從籽晶的四個側面向外進行生長，當晶體橫向長滿整個坩堝底部達到四面的坩堝壁時，筑基階段完成；

步驟2，晶體生長：

隨后晶體開始向上的垂直生長，直到晶體長到距頂部還有20～50mm時，保持頂部的正向溫度梯度，以確保頂部硅液不會發生先行凝固成殼的情況，保持頂部溫度1550℃，實現頂部定向加熱，晶體開始生長，整個長晶過程會持續24小時左右；在1356℃退火2小時、并冷卻10小時即得大單晶硅錠；

步驟3，回收可重復使用的籽晶：