一種太陽能級直拉單晶硅的生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能級直拉單晶硅的生產(chǎn)方法，涉及直拉單晶硅【技術(shù)領(lǐng)域】，它包括加料、熔化、穩(wěn)溫、引晶、放肩、等徑生長和收尾等八個步驟，本方法在引晶過程中，將晶轉(zhuǎn)和堝轉(zhuǎn)均設(shè)為8圈每分鐘，該方法操作簡便，易于實現(xiàn)，它可以有效減少結(jié)晶過程中可能出現(xiàn)的晶體缺陷，降低直拉單晶硅中的黑芯片和黑角片問題，顯著提高單晶的質(zhì)量和壽命，避免由于產(chǎn)品質(zhì)量缺陷造成的退貨，為企業(yè)節(jié)約了不必要的資金浪費。
【專利說明】一種太陽能級直拉單晶硅的生產(chǎn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及直拉單晶硅【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 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(zhì) 優(yōu)良的單晶硅一直是人們研究開發(fā)的重點產(chǎn)品。
[0003] 單晶硅的生產(chǎn)方法主要有直拉法（CZ)、區(qū)熔法（FZ)和外延法，其中直拉法和區(qū)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(chǎn)的單晶硅廣泛應(yīng) 用于半導(dǎo)體集成電路、二極管、外延片襯底，以及太陽能電池等關(guān)鍵領(lǐng)域，因而受到人們的 特別關(guān)注。
[0004] 目前在直拉單晶硅的生產(chǎn)領(lǐng)域中，氧是直拉單晶硅中的一種常見雜質(zhì)，這主要是 由單晶硅的生產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量。
[0005] 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 夕卜，氧還與直拉單晶硅中微缺陷的形成有著密切關(guān)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(xiàn)象采取零容忍的態(tài)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(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種太陽能級直拉單 晶硅的生產(chǎn)方法，其針對當前直拉單晶硅生產(chǎn)工藝的缺陷，對現(xiàn)有技術(shù)進行改進，通過改善 籽晶與硅液液面的接觸方式，減少單晶的含氧量，從而達到減少直拉單晶硅中黑芯片和黑 角片的目的。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種太陽能級直拉單晶硅的 生產(chǎn)方法，其包括如下步驟： (1) 加料：根據(jù)需要的半導(dǎo)體類型將硅原料和換雜劑放入石英坩堝內(nèi)；換雜劑的種類 是按照半導(dǎo)體的類型N型或P型確定的，P型的換雜劑一般為硼或鎵，N型換雜劑一般為磷； (2) 熔化：將單晶爐關(guān)閉并抽真空，使得單晶爐內(nèi)的壓強維持在5Pa以下，然后將加熱 功率一次性升至95?100千瓦（1420°C左右);使用過大的功率來熔化硅原料雖然可以縮短 熔化時間，但是可能造成石英坩堝壁的過度損傷，降低石英坩堝的壽命，反之若功率過小， 則整個熔化過程耗時太久，導(dǎo)致產(chǎn)能下降； (3) 穩(wěn)溫：當硅原料熔化成液體后將加熱功率降至45千瓦并投入溫度自動程序，溫度 自動程序使得爐內(nèi)溫度保持恒定并持續(xù)1小時； (4) 引晶：調(diào)整堝位使得硅液液面距導(dǎo)流筒的距離為15 mm，將晶轉(zhuǎn)和堝轉(zhuǎn)均設(shè)為8圈 每分鐘，然后將籽晶降至硅液液面處，并與液面接觸30分鐘以上，然后進行引晶；引晶時籽 晶按照〈1〇〇>或〈111>的晶向浸入硅熔液中，引晶的總長度為130?150 mm，引晶時平均 拉速控制在3?6 mm/min，初期拉速控制在1?3 mm/min，引晶達30 mm后將拉速控制在 3 ?6 mm/min ； (5) 放肩：引晶完成后，將拉速降至0. 7 mm/min，加熱功率降低5千瓦，放肩時間3?4 小時；在此步驟中，最重要的參數(shù)是直徑的放大速率(亦即放肩的角度)，放肩的形狀和角度 將會影響晶棒頭部的固液界面形狀及晶棒品質(zhì)，如果降溫太快，液面呈現(xiàn)過冷情況，肩的形 狀因直徑快速放大而變成方形，嚴重時易導(dǎo)致位錯的產(chǎn)生而失去單晶的結(jié)構(gòu)； (6) 轉(zhuǎn)肩：當娃棒直徑距等徑直徑還有5?10 mm時，將拉速提至2. 0 mm/min，進行轉(zhuǎn) 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(shè)為1. 15 mm/min，設(shè)定堝升速度，然后投入等徑自動程序進行等徑生長； 堝升速度S'根據(jù)下式1計算：

【權(quán)利要求】
1. 一種太陽能級直拉單晶硅的生產(chǎn)方法，其特征在于：包括如下步驟： (1) 加料：根據(jù)需要的半導(dǎo)體類型將硅原料和換雜劑放入石英坩堝內(nèi)； (2) 熔化：將單晶爐關(guān)閉并抽真空，使得單晶爐內(nèi)的壓強維持在5Pa以下，然后將加熱 功率一次性升至95?100千瓦； (3) 穩(wěn)溫：當硅原料熔化成液體后將加熱功率降至45千瓦并投入溫度自動程序，溫度 自動程序使得爐內(nèi)溫度保持恒定并維持恒溫1小時； (4) 引晶：調(diào)整堝位使得硅液液面距導(dǎo)流筒的距離為15 mm，將晶轉(zhuǎn)和堝轉(zhuǎn)均設(shè)為8圈 每分鐘，然后將籽晶降至硅液液面處，并與液面接觸30分鐘以上，然后進行引晶；引晶的總 長度為130?150 mm，引晶時平均拉速控制在3?6 mm/min，初期拉速控制在1?3 mm/ min,引晶達30 mm后將拉速控制在3?6 mm/min ; (5) 放肩：引晶完成后，將拉速降至0. 7 mm/min，加熱功率降低5千瓦，放肩時間3?4 小時； (6) 轉(zhuǎn)肩：當娃棒直徑距等徑直徑還有5?10 mm時，將拉速提至2. 0 mm/min，進行轉(zhuǎn) 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(shè)為1. 15 mm/min，設(shè)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. 0 mm/min，投 入收尾自動程序，當長度達到直徑值時提斷停爐。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能級直拉單晶硅的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步 驟（4)中引晶的總長度為150毫米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能級直拉單晶硅的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步 驟（4)中引晶的總長度為140毫米。
【文檔編號】C30B29/06GK104451872SQ201410644271
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】劉彬國, 何京輝, 曹祥瑞, 顏超, 程志, 黃瑞強, 周子江, 劉欽, 范曉普 申請人:邢臺晶龍電子材料有限公司