本发明属于硅质靶材的制备领域,具体涉及一种多晶硅靶材的铸造工艺。
背景技术:
目前,多晶硅靶材逐步应用于靶材市场,而单晶硅靶材由于其成本较高不适合靶材行业的持续健康发展。在多晶硅靶材领域,由于工艺的限制,铸造材料要求其纯度较高,在5N以上,同时其产品出成率仅能达到65%左右,且存在着脆性较大、裂纹等多种风险,从而导致生产成本较高。因此,如何降低多晶硅靶材的生产成本、提高产品出成率成为急需解决的主要问题。
技术实现要素:
为解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供一种多晶硅靶材的铸造工艺,通过对工艺的调整,选取合适的添加剂,从而达到降低铸造原料成本,提高产品出成率的目的。
本发明采用的技术方案如下:
一种多晶硅靶材的铸造工艺,包括以下步骤:
(1)装入4-5N的多晶硅料,并加入铁硼合金作为掺杂剂;
(2)将装好的硅料投炉后抽真空,加热;
(3)熔化阶段;
(4)跳步至长晶阶段;
(5)退火;
(6)降温阶段。
所述步骤(1)中加入适量的铁硼合金将电阻率调整至0.01-0.03Ω·m,铁元素在定向提纯过程中,具有很好的分凝效果,易于排在硅锭的上表面和边角处。另外,装料过程中,在原料底部铺一层粒度范围在1-5mm的细硅料,以起到保护涂层的作用。
所述步骤(2)中加热使石墨器件、隔热层、原料等的湿气蒸发,并在3~4h达到1000-1200℃;通入氩气作为保护气,使炉内压力保持在40~60kPa。
所述步骤(3)中使炉内温度在4-6h内快速到达1540~1560℃进入熔化阶段,此过程中隔热笼始终在0位(关闭状态),保温7-9h直至硅料完全融化,继续保温1-2h,以尽可能多的排除硅液中可挥发性的杂质。
所述步骤(4)中温度经过26-30h缓慢降低到1400-1410℃,完成长晶阶段。在长晶过程中后期(剩余高度约3-4cm),通过降低顶部加热功率比例,形成较大的凸固液界面来增强排杂的效果,从而提高硅锭的出成率。
所述步骤(5)中晶锭在1350~1390℃的退火温度下保持4~5h,使得晶锭的温度均匀,从而减小热应力,降低产生裂纹的风险。
所述步骤(6)中炉内通入大流量氩气,使温度逐渐降低到300℃后取出硅锭,且降温速率为60-80℃/h,防止出现裂纹。
与现有技术相比,本发明具有如下优异技术效果:
(1)通过此工艺可将原料的纯度要求从5N降低到4N,从而大大降低了使用原料的成本;
(2)通过该工艺得到的硅锭,可用部分的出成率能够达到75%左右,并避免了多晶硅靶材锭裂纹的出现等;
(3)掺杂剂铁硼合金成本较低,市场普遍存在且分凝效果好,相比于硼铝合金出成率高5%以上。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步解释:
实施例1
一种多晶硅靶材的铸造工艺,包括以下步骤:
(1)装入5N的多晶硅料约800kg,并加入适量的铁硼合金掺杂剂将电阻率调整至0.01Ω·m。另外,在装料过程中,在原料底部铺一层粒度范围在1-5mm的细硅料。
(2)将装好的硅料投炉后抽真空,加热使石墨器件、隔热层、原料等的湿气蒸发,并在3h达到1000℃;通入氩气作为保护气,使炉内压力保持在50kPa。
(3)使炉内温度在5h内快速到达1550℃进入熔化阶段,此过程中隔热笼始终在0位(关闭状态)在熔化阶段,保温约8h,直至硅料完全融化,继续保温1h。
(4)温度从1550℃经过28h缓慢降低到1400℃,完成长晶阶段。在长晶过程中后期(剩余高度约3-4cm),通过降低顶部加热功率比例,形成较大的凸固液界面来增强排杂的效果,从而提高硅锭的出成率。
(5)晶体生长完成后,晶锭在1360℃的退火温度保持4h。
(6)炉内通入大流量氩气,使温度逐渐降低到300℃后取出硅锭,其中,降温速率约为60℃/h。
通过该工艺得到的硅锭,可用部分的出成率达到75%左右,并避免了多晶硅靶材锭裂纹的出现等。
实施例2
一种多晶硅靶材的铸造工艺,包括以下步骤:
(1)装入4N的多晶硅料约800kg,并加入适量的铁硼合金掺杂剂将电阻率调整至0.01Ω·m。另外,在装料过程中,在原料底部铺一层粒度范围在1-5mm的细硅料。
(2)将装好的硅料投炉后抽真空,加热使石墨器件、隔热层、原料等的湿气蒸发,并在3h达到1000℃;通入氩气作为保护气,使炉内压力保持在50kPa。
(3)使炉内温度在5h内快速到达1550℃进入熔化阶段,此过程中隔热笼始终在0位(关闭状态)在熔化阶段,保温约8h,直至硅料完全融化,继续保温1h。
(4)温度从1550℃经过28h缓慢降低到1400℃,完成长晶阶段。在长晶过程中后期(剩余高度约3-4cm),通过降低顶部加热功率比例,形成较大的凸固液界面来增强排杂的效果,从而提高硅锭的出成率。
(5)晶体生长完成后,晶锭在1360℃的退火温度保持4h。
(6)炉内通入大流量氩气,使温度逐渐降低到300℃后取出硅锭,其中,降温速率约为60℃/h。
通过该工艺得到的硅锭,可用部分的出成率达到75%左右,并避免了多晶硅靶材锭裂纹的出现等;且原料的纯度要求从5N降低到4N,大大降低了使用原料的成本。