一種太陽(yáng)能級(jí)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，具體涉及一種太陽(yáng)能級(jí)直拉單晶硅的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能是未來最重要的綠色能源之一，作為高效率太陽(yáng)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(diǎn)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(zhǎng)單晶硅棒材，而外延法用于伸長(zhǎng)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(yáng)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(shí)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(huì)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，氧還與直拉單晶娃中微缺陷的形成有著密切關(guān)系，而娃片表面的微缺陷在器件熱氧化工藝中還會(huì)影響到器件的成品率。因此，目前在單晶硅的檢測(cè)中普遍對(duì)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(dāng)前卻還缺少一種簡(jiǎn)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(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種太陽(yáng)能級(jí)直拉單晶硅的生產(chǎn)方法，其針對(duì)當(dāng)前直拉單晶硅生產(chǎn)工藝的缺陷，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，通過降低引晶過程中的禍位，減少單晶頭部的含氧量，從而達(dá)到減少直拉單晶硅中黑芯片和黑角片的目的。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種太陽(yáng)能級(jí)直拉單晶硅的生產(chǎn)方法，包括如下步驟:
[0008](1)加料:根據(jù)需要的半導(dǎo)體類型將硅原料和攙雜劑放入石英坩禍內(nèi)；
[0009](2)熔化:將單晶爐關(guān)閉并抽真空，使得單晶爐內(nèi)的壓強(qiáng)維持在4Pa以下，然后將加熱功率一次性升至90?94千瓦；
[0010](3)穩(wěn)溫:當(dāng)硅原料熔化成液體后將加熱功率降至40千瓦并投入溫度自動(dòng)程序，溫度自動(dòng)程序使得爐內(nèi)溫度保持恒定并維持恒溫1.5個(gè)小時(shí)；
[0011](4)引晶:調(diào)整禍位使得硅液液面距導(dǎo)流筒的距離為25?28mm，將晶轉(zhuǎn)設(shè)為6圈每分鐘，禍轉(zhuǎn)設(shè)為2圈每分鐘，然后將籽晶降至硅液液面處進(jìn)行引晶；引晶的總長(zhǎng)度為150?160_，引晶時(shí)平均拉速控制在3?6mm/min，初期拉速控制在1?3mm/min，引晶達(dá)30mm后將拉速控制在3?6mm/mi η ；
[0012](5)放肩:引晶完成后，將拉速降至0.7mm/min，加熱功率降低5千瓦，放肩時(shí)間3?4小時(shí)；
[0013](6)轉(zhuǎn)肩:當(dāng)娃棒直徑距等徑直徑還有5?10mm時(shí)，將拉速提至2.0mm/min，進(jìn)行轉(zhuǎn)肩；
[0014](7)等徑生長(zhǎng)；當(dāng)硅棒直徑達(dá)到等徑直徑時(shí)，將拉速降至等徑自動(dòng)初始拉速，等徑自動(dòng)初始拉速設(shè)為1.15mm/min，設(shè)定禍升速度，然后投入等徑自動(dòng)程序進(jìn)行等徑生長(zhǎng)；
[0015](8)收尾:等徑生長(zhǎng)完成后，退出等徑自動(dòng)程序，停止禍升，將拉速提至1.0mm/min，投入收尾自動(dòng)程序，當(dāng)長(zhǎng)度達(dá)到直徑值時(shí)提斷停爐。
[0016]步驟⑷中的引晶總長(zhǎng)度優(yōu)選為160毫米。
[0017]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明方法可以有效降低直拉單晶硅中的黑芯片和黑角片問題，其原理在于，正常情況下石英禍中的氧元素在高溫下會(huì)生成氧化硅隨氣流排出，但是部分氧化硅會(huì)再次融入硅液，導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入單晶體內(nèi)的氧元素增加，氧含量升高，而使用本方法后，加大了導(dǎo)流筒和液面之間的距離，減少了氧元素進(jìn)入單晶的幾率，從而降低了單晶中的氧含量，減少了因氧含量過多帶來的黑芯片和黑角片問題。
[0018]本方法簡(jiǎn)單易行，它有效降低了直拉單晶硅中的黑芯片和黑角片現(xiàn)象，提高了單晶的壽命和質(zhì)量。該法制成的單晶硅具有優(yōu)良的品質(zhì)，可用于生產(chǎn)太陽(yáng)能電池等產(chǎn)品。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面對(duì)本實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不局限于具體的實(shí)施例。
[0020]實(shí)施例1:
[0021]一種太陽(yáng)能級(jí)直拉單晶硅的生產(chǎn)方法，包括如下步驟:
[0022](1)加料:根據(jù)需要的半導(dǎo)體類型將硅原料和攙雜劑放入石英坩禍內(nèi)；
[0023](2)熔化:將單晶爐關(guān)閉并抽真空，使得單晶爐內(nèi)的壓強(qiáng)維持在4Pa以下，然后將加熱功率一次性升至90千瓦；
[0024](3)穩(wěn)溫:當(dāng)硅原料熔化成液體后將加熱功率降至40千瓦并投入溫度自動(dòng)程序，溫度自動(dòng)程序使得爐內(nèi)溫度保持恒定并維持恒溫1.5個(gè)小時(shí)；
[0025](4)引晶:調(diào)整禍位使得硅液液面距導(dǎo)流筒的距離為28mm，將晶轉(zhuǎn)設(shè)為6圈每分鐘，禍轉(zhuǎn)設(shè)為2圈每分鐘，然后將籽晶降至硅液液面處進(jìn)行引晶；引晶的總長(zhǎng)度為150mm，引晶時(shí)平均拉速控制在6mm/min，初期拉速控制在lmm/min，引晶達(dá)30mm后將拉速控制在6mm/min ；
[0026](5)放肩:引晶完成后，將拉速降至0.7mm/min，加熱功率降低5千瓦，放肩時(shí)間3小時(shí)；
[0027](6)轉(zhuǎn)肩:當(dāng)娃棒直徑距等徑直徑還有10mm時(shí)，將拉速提至2.0mm/min，進(jìn)行轉(zhuǎn)肩；
[0028](7)等徑生長(zhǎng)；當(dāng)硅棒直徑達(dá)到等徑直徑時(shí)，將拉速降至等徑自動(dòng)初始拉速，等徑自動(dòng)初始拉速設(shè)為1.15mm/min，設(shè)定禍升速度，然后投入等徑自動(dòng)程序進(jìn)行等徑生長(zhǎng)；
[0029](8)收尾:等徑生長(zhǎng)完成后，退出等徑自動(dòng)程序，停止禍升，將拉速提至1.0mm/min，投入收尾自動(dòng)程序，當(dāng)長(zhǎng)度達(dá)到直徑值時(shí)提斷停爐。
[0030]實(shí)施例2:
[0031]一種太陽(yáng)能級(jí)直拉單晶硅的生產(chǎn)方法，包括如下步驟:
[0032](1)加料:根據(jù)需要的半導(dǎo)體類型將硅原料和攙雜劑放入石英坩禍內(nèi)；
[0033](2)熔化:將單晶爐關(guān)閉并抽真空，使得單晶爐內(nèi)的壓強(qiáng)維持在4Pa以下，然后將加熱功率一次性升至94千瓦；
[0034](3)穩(wěn)溫:當(dāng)硅原料熔化成液體后將加熱功率降至40千瓦并投入溫度自動(dòng)程序，溫度自動(dòng)程序使得爐內(nèi)溫度保持恒定并維持恒溫1.5個(gè)小時(shí)；
[0035](4)引晶:調(diào)整禍位使得硅液液面距導(dǎo)流筒的距離為25mm，將晶轉(zhuǎn)設(shè)為6圈每分鐘，禍轉(zhuǎn)設(shè)為2圈每分鐘，然后將籽晶降至硅液液面處進(jìn)行引晶；引晶的總長(zhǎng)度為160mm，引晶時(shí)平均拉速控制在3mm/min，初期拉速控制在3mm/min，引晶達(dá)30mm后將拉速控制在3mm/min ；
[0036](5)放肩:引晶完成后，將拉速降至0.7mm/min，加熱功率降低5千瓦，放肩時(shí)間4小時(shí)；
[0037](6)轉(zhuǎn)肩:當(dāng)娃棒直徑距等徑直徑還有5mm時(shí)，將拉速提至2.0mm/min，進(jìn)行轉(zhuǎn)肩；
[0038](7)等徑生長(zhǎng)；當(dāng)硅棒直徑達(dá)到等徑直徑時(shí)，將拉速降至等徑自動(dòng)初始拉速，等徑自動(dòng)初始拉速設(shè)為1.15mm/min，設(shè)定禍升速度，然后投入等徑自動(dòng)程序進(jìn)行等徑生長(zhǎng)；
[0039](8)收尾:等徑生長(zhǎng)完成后，退出等徑自動(dòng)程序，停止禍升，將拉速提至1.0mm/min，投入收尾自動(dòng)程序，當(dāng)長(zhǎng)度達(dá)到直徑值時(shí)提斷停爐。
[0040]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明方法可以有效降低直拉單晶硅中的黑芯片和黑角片問題，其原理在于，正常情況下石英禍中的氧元素在高溫下會(huì)生成氧化硅隨氣流排出，但是部分氧化硅會(huì)再次融入硅液，導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入單晶體內(nèi)的氧元素增加，氧含量升高，而使用本方法后，加大了導(dǎo)流筒和液面之間的距離，減少了氧元素進(jìn)入單晶的幾率，從而降低了單晶中的氧含量，減少了因氧含量過多帶來的黑芯片和黑角片問題。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種太陽(yáng)能級(jí)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)體類型將硅原料和攙雜劑放入石英坩禍內(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(qiáng)維持在4Pa以下，然后將加熱功率一次性升至90?94千瓦； (3)穩(wěn)溫:當(dāng)硅原料熔化成液體后將加熱功率降至40千瓦并投入溫度自動(dòng)程序，溫度自動(dòng)程序使得爐內(nèi)溫度保持恒定并維持恒溫1.5個(gè)小時(shí)； (4)引晶:調(diào)整禍位使得硅液液面距導(dǎo)流筒的距離為25?28mm，將晶轉(zhuǎn)設(shè)為6圈每分鐘，禍轉(zhuǎn)設(shè)為2圈每分鐘，然后將籽晶降至硅液液面處進(jìn)行引晶；引晶的總長(zhǎng)度為150?160mm,引晶時(shí)平均拉速控制在3?6mm/min，初期拉速控制在1?3mm/min，引晶達(dá)30mm后將拉速控制在3?6mm/min ； (5)放肩:引晶完成后，將拉速降至0.7mm/min，加熱功率降低5千瓦，放肩時(shí)間3?4小時(shí)； (6)轉(zhuǎn)肩:當(dāng)娃棒直徑距等徑直徑還有5?10mm時(shí)，將拉速提至2.0mm/min，進(jìn)行轉(zhuǎn)肩； (7)等徑生長(zhǎng)；當(dāng)硅棒直徑達(dá)到等徑直徑時(shí)，將拉速降至等徑自動(dòng)初始拉速，等徑自動(dòng)初始拉速設(shè)為1.15mm/min，設(shè)定禍升速度，然后投入等徑自動(dòng)程序進(jìn)行等徑生長(zhǎng)； (8)收尾:等徑生長(zhǎng)完成后，退出等徑自動(dòng)程序，停止禍升，將拉速提至1.0mm/min，投入收尾自動(dòng)程序，當(dāng)長(zhǎng)度達(dá)到直徑值時(shí)提斷停爐。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能級(jí)直拉單晶硅的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟(4)中的引晶總長(zhǎng)度為160毫米。
【專利摘要】本發(fā)明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(zhǎng)和收尾等八個(gè)步驟，本方法在引晶過程中，調(diào)整堝位使得硅液液面距導(dǎo)流筒的距離為25～28mm，該方法操作簡(jiǎn)便，易于實(shí)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(fèi)。
【IPC分類】C30B29/06, C30B15/00
【公開號(hào)】CN105239152
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510822124
【發(fā)明人】王曉偉
【申請(qǐng)人】王曉偉
【公開日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年11月24日