一種連續加料的單晶矽生長工藝的製作方法

2023-10-31 18:58:57 2

一種連續加料的單晶矽生長工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開了區熔法生長N型矽單晶工藝。它的技術方案是這樣實現的：將一個很細的籽晶快速插入熔融晶柱的頂部，先拉出一個直徑約3mm，長約10～20mm的細頸，然後在拉速不低於5～6mm/min，溫度降至1420～1460℃之間時放肩至較大的直徑，所述熔融晶柱固定於卡盤，一個金屬線圈沿所述熔融晶柱長度方向緩慢移動並通過所述熔融晶柱，在金屬線圈中通過高功率的射頻電流，產生焦耳熱，通過調整線圈功率，可以使得所述熔融晶柱緊鄰線圈的部分熔化，線圈移過後，熔料再結晶為單晶。本發明具有以下有益效果：由於區熔法不用坩堝，避免了來自坩堝的汙染，而且還可以利用懸浮區熔進行多次提純，所以單晶較一般電子級單晶矽具有更高純度和更高電阻率。
【專利說明】一種連續加料的單晶矽生長工藝

【技術領域】
[0001]本發明涉及矽單晶製備【技術領域】，具體涉及一種連續加料的單晶矽生長工藝。

【背景技術】
[0002]作為最理想的可再生能源，太陽能具有「取之不盡，用之不竭」的特點，而利用太陽能發電具有環保等優點，而且不必考慮其安全性問題。據統計，2007年全國一次能源消耗26.5億噸標煤，而我國地表每年吸收太陽能達17000億噸煤。我國有158完平方公裡荒漠，假如太陽能利用率達到10%，即荒漠區10%土地上的太陽能轉化，就可以滿足全國2007年的能源需求。歐洲聯盟國家在2010年太陽能光電轉換的電力佔所有總電力的1.5%。我國十二五計劃表示到要達到「『十二五』末非化石能源在一次能源消費中的比重達到11.4%」這一目標，中國未來數年必將掀起太陽能等新興能源產業的投資浪潮。在能源短缺，環境保護問題日益嚴重的我國，研宄低成本高效率地利用太陽能尤為重要。
[0003]近30年來，太陽能利用技術在研宄開發、商業化生產、市場開拓方面都獲得了長足發展，成為世界快速、穩定發展的新興產業之一。而其中的太陽光伏發電是世界上節約能源、倡導綠色電力的一種主要的高新技術產業。發展光伏產業已經成為全球各國解決能源與經濟發展、環境保護之間矛盾的最佳途徑之一。目前晶體矽太陽能電池佔據著光伏產業的主導地位，佔世界太陽能電池市場的80%。


【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種獲得較高氧含量、大直徑和較長的單晶矽棒的連續加料的單晶矽生長工藝。
[0005]為了實現上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的:一種連續加料的N型單晶矽生長工藝，它的工藝流程包括:加料-熔化-縮頸生長-放肩生長-等徑生長-收尾-降溫，使用連續加料法在單晶矽生長的同時不斷地向所述熔化工序使用的石英坩禍內補充添加多晶矽原料，保持所述石英坩禍中有恆定的矽熔體，保持矽熔體液面不變處於穩定狀態。
[0006]進一步地，所述工藝流程具體工序包括:
a、加料:將多晶矽原料及雜質放入所述石英坩禍內；
b、熔化:所述加料完成後，長晶爐關閉並抽真空後充入高純氬氣使之維持一定壓力範圍內，然後加熱，至溫度達到1420°C ~1460°C之間，初始加熱功率為25~80kw，加熱時間180~390min ;熔化矽料時加熱溫度為70~105kw，加熱時間60~180min ；
c、縮頸生長:當矽熔體的溫度穩定之後，將籽晶慢慢浸入矽熔體中，待其熔化至固液態共存時，然後將籽晶快速向上提升，使長出的籽晶的直徑縮小到4-6_，其中，所述籽晶旋轉速度為2.5~10r/min，所述石英i甘禍旋轉方向與所述籽晶相反，轉速為l~5r/min ；
d、放肩生長:長完細頸之後，降低溫度與拉速，使得晶體逐步增大直徑，達到預定值；
e、等徑生長:長完細頸和肩部之後，通過控制拉速和熔體溫度，以達到晶體直徑恆定，所述晶體旋轉速度為2.5~20r/min，所述石英坩禍旋轉方向與所述晶體相反，轉速為1.3~10r/min ；
f、二次加料:向所述工序a所述的石英坩禍內補充添加多晶矽原料；
g、收尾、降溫:接著所述工序e繼續調整轉速收尾，待單晶棒與熔體分離後快速冷卻降溫。
[0007]進一步地，所述連續加料法為液態連續加料法或固態連續加料法。
[0008]進一步地，所述N型單晶矽的摻雜劑為磷。
[0009]本發明具有以下有益效果:本發明是讓單晶矽生長的同時不斷地向石英坩禍內補充添加多晶矽原料，以此來保持石英坩禍中有恆定的矽熔體，致使矽熔體液面不變而處於穩定狀態，減少電阻率的軸向偏析現象，並可以生長出較長的單晶棒以增加產量，提高了生產效率。

【具體實施方式】
[0010]實施例1:
a、加料:將多晶矽原料及雜質放入所述石英坩禍內；
b、熔化:所述加料完成後，長晶爐關閉並抽真空後充入高純氬氣使之維持一定壓力範圍內，然後加熱，至溫度達到1420°C，初始加熱功率為25kw，加熱時間180min ;熔化矽料時加熱溫度為70kw，加熱時間60min ；
c、縮頸生長:當矽熔體的溫度穩定之後，將籽晶慢慢浸入矽熔體中，待其熔化至固液態共存時，然後將籽晶快速向上提升，使長出的籽晶的直徑縮小到4_，其中，所述籽晶旋轉速度為2.5r/min，所述石英i甘禍旋轉方向與所述籽晶相反，轉速為lr/min
d、放肩生長:長完細頸之後，降低溫度與拉速，使得晶體逐步增大直徑，達到預定值；
e、等徑生長:長完細頸和肩部之後，通過控制拉速和熔體溫度，以達到晶體直徑恆定，所述晶體旋轉速度為2.5r/min，所述石英坩禍旋轉方向與所述晶體相反，轉速為1.3r/min ；
f、二次加料:向所述工序a所述的石英坩禍內補充添加多晶矽原料；
g、收尾、降溫:接著所述工序e繼續調整轉速收尾，待單晶棒與熔體分離後快速冷卻降溫。
[0011]實施例2:
a、加料:將多晶矽原料及雜質放入所述石英坩禍內；
b、熔化:所述加料完成後，長晶爐關閉並抽真空後充入高純氬氣使之維持一定壓力範圍內，然後加熱，至溫度達到1440°C，加熱功率為50kw，加熱時間280min ;熔化矽料時加熱溫度為85kw，加熱時間120min ；
c、縮頸生長:當矽熔體的溫度穩定之後，將籽晶慢慢浸入矽熔體中，待其熔化至固液態共存時，然後將籽晶快速向上提升，使長出的籽晶的直徑縮小到5_，其中，所述籽晶旋轉速度為7r/min，所述石英i甘禍旋轉方向與所述籽晶相反，轉速為3r/min
d、放肩生長:長完細頸之後，降低溫度與拉速，使得晶體逐步增大直徑，達到預定值；
e、等徑生長:長完細頸和肩部之後，通過控制拉速和熔體溫度，以達到晶體直徑恆定，所述晶體旋轉速度為12r/min，所述石英i甘禍旋轉方向與所述晶體相反，轉速為6.5r/min ；
f、二次加料:向所述工序a所述的石英坩禍內補充添加多晶矽原料； g、收尾、降溫:接著所述工序e繼續調整轉速收尾，待單晶棒與熔體分離後快速冷卻降溫。
[0012]實施例3:
a、加料:將多晶矽原料及雜質放入所述石英坩禍內；
b、熔化:所述加料完成後，長晶爐關閉並抽真空後充入高純氬氣使之維持一定壓力範圍內，然後加熱，至溫度達到1460 °C，初始加熱功率為80kw，加熱時間390min ;熔化矽料時加熱溫度為105kw，加熱時間180min ；
c、縮頸生長:當矽熔體的溫度穩定之後，將籽晶慢慢浸入矽熔體中，待其熔化至固液態共存時，然後將籽晶快速向上提升，使長出的籽晶的直徑縮小到6_，其中，所述籽晶旋轉速度為10r/min，所述石英i甘禍旋轉方向與所述籽晶相反，轉速為5r/min
d、放肩生長:長完細頸之後，降低溫度與拉速，使得晶體逐步增大直徑，達到預定值；
e、等徑生長:長完細頸和肩部之後，通過控制拉速和熔體溫度，以達到晶體直徑恆定，所述晶體旋轉速度為20r/min，所述石英i甘禍旋轉方向與所述晶體相反，轉速為10r/min ；
f、二次加料:向所述工序a所述的石英坩禍內補充添加多晶矽原料；
g、收尾、降溫:接著所述工序e繼續調整轉速收尾，待單晶棒與熔體分離後快速冷卻降溫。
[0013]最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本發明的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發明技術方案的精神和範圍，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種連續加料的N型單晶矽生長工藝，它的工藝流程包括:加料-熔化-縮頸生長-放肩生長-等徑生長-收尾-降溫，其特徵在於，使用連續加料法在單晶矽生長的同時不斷地向所述熔化工序使用的石英坩禍內補充添加多晶矽原料，保持所述石英坩禍中有恆定的矽熔體，保持矽熔體液面不變處於穩定狀態。
2.根據權利要求1所述的一種連續加料的N型單晶矽生長工藝，其特徵在於，所述工藝流程具體工序包括: a、加料:將多晶矽原料及雜質放入所述石英坩禍內； b、熔化:所述加料完成後，長晶爐關閉並抽真空後充入高純氬氣使之維持一定壓力範圍內，然後加熱，至溫度達到1420°C ~1460°C之間，初始加熱功率為25~80kw，加熱時間180~390min ;熔化矽料時加熱溫度為70~105kw，加熱時間60~180min ； c、縮頸生長:當矽熔體的溫度穩定之後，將籽晶慢慢浸入矽熔體中，待其熔化至固液態共存時，然後將籽晶快速向上提升，使長出的籽晶的直徑縮小到4-6_，其中，所述籽晶旋轉速度為2.5~10r/min，所述石英i甘禍旋轉方向與所述籽晶相反，轉速為l~5r/min ； d、放肩生長:長完細頸之後，降低溫度與拉速，使得晶體逐步增大直徑，達到預定值； e、等徑生長:長完細頸和肩部之後，通過控制拉速和熔體溫度，以達到晶體直徑恆定，所述晶體旋轉速度為2.5~20r/min，所述石英坩禍旋轉方向與所述晶體相反，轉速為1.3~10r/min ； f、二次加料:向所述工序a所述的石英坩禍內補充添加多晶矽原料； g、收尾、降溫:接著所述工序e繼續調整轉速收尾，待單晶棒與熔體分離後快速冷卻降溫。
3.根據權利要求1所述的一種連續加料的N型單晶矽生長工藝，其特徵在於，所述連續加料法為液態連續加料法或固態連續加料法。
4.根據權利要求1或2所述的一種連續加料的N型單晶矽生長工藝，其特徵在於，所述N型單晶娃的慘雜劑為憐。
【文檔編號】C30B15/02GK104499048SQ201410733252
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月7日 優先權日:2014年12月7日
【發明者】金雪松 申請人:海安縣石油科研儀器有限公司