一种籽晶铺设方法、晶体硅及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种籽晶的铺设方法、晶体硅及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 目前，晶体硅的铸造方法主要分为无籽晶引晶法和有籽晶引晶法。无籽晶引晶法 是通过精密控制石英坩埚底部的温度梯度和过冷度来增大枝晶晶粒的尺寸，该方法对晶体 生长初期的要求很高，由于石英坩埚的导热性较差，枝晶形核的分布存在随机性，无籽晶很 难重复生长大晶粒。有籽晶引晶法是先通过将一定数量和一定尺寸大小的单晶籽晶作为引 晶基础铺设在石英坩埚底部，在熔化阶段保持籽晶不完全熔化，然后通过降温和调节引晶 阶段的温度梯度等使得硅晶体从剩余的单晶籽晶上进行引晶生长从而得到晶体硅。
[0003] 图1为传统有籽晶引晶法的籽晶铺设示意图。由图1可知，由于有籽晶引晶法是将 一定数量和一定尺寸的籽晶1拼接铺设在石英坩埚底部，这些籽晶1之间会存在或大或小的 拼接缝11，一方面，在引晶过程中这些籽晶拼接缝11容易形成小角度晶界，小角度晶界不但 在生长过程中成为了位错源，造成生长过程中位错的不断增殖，而且金属杂质容易在小角 度晶界处富集和沉淀诱发二次位错源，显著降低了晶体硅的晶体质量和单晶收益率;另一 方面，硅熔体很容易流入到籽晶的拼接的缝隙中，由于缝隙中的温度相对较低导致硅熔体 在狭小的缝隙中凝固，不但造成了生长应力同时也在缝隙中积聚了分凝的杂质，这些现象 很容易造成位错的产生，随着引晶生长后这些位错的不断增殖，显著降低了晶体硅的晶体 质量。
【发明内容】
[0004] 为解决上述问题，本发明提供了一种籽晶的铺设方法，通过在第一籽晶层上设置 第二籽晶层，阻挡硅熔体流入到籽晶层内部，且第二籽晶层的硅料之间的缝隙宽度较大，硅 熔体在该缝隙中凝固不会产生的较大的生长应力，也不会在缝隙中积聚分凝的杂质，因此 可以减少位错的产生。本发明还提供了一种晶体硅及其制备方法。
[0005] 本发明第一方面提供了一种籽晶的铺设方法，用于铸造晶体硅，包括以下步骤：
[0006] 提供坩埚，在所述坩埚底部形成第一籽晶层;然后在所述第一籽晶层上铺设硅块， 形成第二籽晶层，相邻两硅块之间留有宽度不小于lcm的缝隙，所述第一籽晶层和所述第二 籽晶层构成籽晶层，所述籽晶层在垂直于所述坩埚底部的方向上没有贯通的缝隙。
[0007] 优选地，所述相邻两硅块之间的缝隙宽度为1-7 cm。
[0008] 优选地，在所述坩埚底部铺设多块籽晶形成所述第一籽晶层，所述籽晶之间留有 缝隙，所述第二籽晶层中的所述硅块覆盖在所述籽晶之间的缝隙上。
[0009] 优选地，所述第二籽晶层包括至少两层硅块层，所述第二籽晶层在垂直于所述坩 埚底部的方向上没有贯通的缝隙。
[0010] 优选地，当所述第二籽晶层包括至少两层硅块层，所述第二籽晶层的铺设方法为： 在所述第一籽晶层上形成第一硅块层，所述第一硅块层的相邻两硅块之间留有宽度不小于 lcm的缝隙；然后在所述第一硅块层上形成第二硅块层，所述第二硅块层覆盖在所述第一硅 块层的所述缝隙上，且所述第二硅块层的相邻两硅块之间留有宽度不小于lcm的缝隙;然后 再在所述第二硅块层形成第三硅块层，所述第三硅块层覆盖在所述第二硅块层的所述缝隙 上，且所述第三硅块层的相邻两硅块之间留有宽度不小于lcm的缝隙；以此类推，在所述第 一籽晶层上得到至少两层硅块层构成的所述第二籽晶层。
[0011] 优选地，所述第二籽晶层为一层硅块层或多层硅块层，当所述第二籽晶层为一层 硅块层时，所述第二籽晶层的高度小于2cm;当所述第二籽晶层为多层硅块层时，所述多层 硅块层中作为引晶基础的相邻两层硅块层中的上层硅块层的高度小于2cm。
[0012] 优选地，所述籽晶层还包括保护层，所述保护层为一层或多层硅材料，所述保护层 的铺设方法为:在所述第二籽晶层上铺设硅材料，所述硅材料覆盖在所述第二籽晶层的所 述缝隙上，形成所述保护层。
[0013] 优选地，所述第一籽晶层的籽晶和所述第二籽晶层的硅块的生长晶向差和侧面法 向方向的晶向差中的至少一种为〇度或大于10度。
[0014] 本发明第一方面提供的籽晶铺设方法，通过在第一籽晶层上设置第二籽晶层，利 用第二籽晶层覆盖第一籽晶层籽晶之间的拼接缝隙，以使所述籽晶层在垂直于所述坩埚底 部的方向上没有贯通的缝隙，在熔化阶段硅熔体不会熔到拼接缝处开始引晶，这样晶体硅 不会受到拼接缝的影响；另外，第二籽晶层之间留有宽度不小于lcm的缝隙，缝隙较宽，硅熔 体在该缝隙中凝固不会产生的较大的生长应力，也不会在缝隙中积聚分凝的杂质，因此可 以减少位错的产生。另外，由于消除了拼接缝隙的影响，晶体硅不容易形成小角度晶界，且 减少了位错的增殖，提高了晶体硅质量。
[0015] 本发明第二方面提供了一种晶体硅的铸锭制备方法，包括以下步骤：
[0016] (1)提供坩埚，在所述坩埚底部形成第一籽晶层;然后在所述第一籽晶层上铺设硅 块，形成第二籽晶层，相邻两硅块之间留有宽度不小于lcm的缝隙，所述第一籽晶层和所述 第二籽晶层构成籽晶层，所述籽晶层在垂直于所述坩埚底部的方向上没有贯通的缝隙；
[0017] (2)在所述第二籽晶层上方填装硅料，加热使所述硅料熔化形成硅熔体，待所述硅 熔体进入第二籽晶层的缝隙中且所述第二籽晶层不被完全熔化时，调节热场形成过冷状 态，使所述硅熔体在所述第二籽晶层基础上和所述第二籽晶层缝隙底部的所述第一籽晶层 基础上开始长晶；
[0018] (3)待全部硅熔体结晶完后，经退火冷却得到晶体硅。
[0019] 本发明第二方面提供的晶体硅的铸锭方法，制备方法操作简单，可控性高。
[0020] 本发明第三方面提供了一种晶体硅，所述晶体硅是按照上述所述制备方法制得 的。
[0021] 本发明提供的晶体硅的少子寿命较高，位错较少;利用本发明晶体硅制得的太阳 能电池片的转换效率比普通的晶体硅制得的电池效率提高〇. 2 %以上。
[0022] 本发明提供的一种籽晶的铺设方法、晶体硅及其制备方法，具有以下有益效果：
[0023] (1)本发明提供的籽晶的铺设方法，通过在第一籽晶层上设置第二籽晶层，阻挡硅 熔体流入到籽晶内部，且第二籽晶层的硅料之间的缝隙宽度较大，硅熔体在该缝隙中凝固 不会产生的较大的生长应力，也不会在缝隙中积聚分凝的杂质，因此可以减少位错的产生；
[0024] (2)本发明提供的晶体硅的制备方法易于操作，成本较低，适于大规模生产；
[0025] (3)本发明提供的晶体硅位错较少、质量较高，适用于制备太阳能电池，制得的太 阳能电池光电转换效率高。
【附图说明】
[0026] 为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作 简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027] 图1为传统的有籽晶引晶的籽晶铺设示意图；
[0028] 图2为本发明实施例二的第一籽晶层中籽晶的结构示意图；
[0029] 图3为本发明实施例二的第二籽晶层中硅块的结构示意图；
[0030] 图4为本发明实施例二的籽晶的铺设示意图；
[0031 ]图5为本发明实施例三的籽晶的铺设示意图；
[0032] 图6为本发明实施例四的籽晶的铺设示意图；
[0033] 图7为本发明实施例七的籽晶的铺设示意图；
[0034] 图8为本发明实施例十二的制得的晶体硅的生长示意图；
[0035] 图9为本发明实施例十二的制得的晶体硅的少子寿命图和光致发光(PL)图。
[0036] 图1中标号示意如下：1-为籽晶，11-籽晶间的拼接缝隙，21-位错等缺陷。
【具体实施方式】
[0037] 下面将结合实施例具体介绍一下该铺设方法，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润 饰也视为本发明的保护范围。
[0038] 本发明第一方面提供了一种籽晶的铺设方法，用于铸造晶体硅，包括以下步骤：
[0039] 提供坩埚，在坩埚底部形成第一籽晶层;然后在第一籽晶层上铺设一块或多块硅 块，形成第二籽晶层，相邻两硅块之间留有宽度不小于lcm的缝隙，第一籽晶层和第二籽晶 层构成籽晶层，籽晶层在垂直于坩埚底部的方向上没有贯通的缝隙。
[0040] 第一籽晶层和第二籽晶层中也可以含有多晶硅，即本发明所述籽晶不仅仅表示单 晶硅，也可以包括多晶硅，第一籽晶层和第二籽晶层可以只含有单晶硅也可以含有单晶硅 和多晶娃。
[0041] 本发明实施方式中，晶体硅为类单晶硅锭或大晶粒多晶硅锭。根据籽晶的晶向和 工艺条件可以制备类单晶硅锭和多晶硅锭。
[0042] 本发明实施方式中，在坩埚底部铺设多块籽晶形成第一籽晶层，籽晶之间留有缝 隙，第二籽晶层中的硅块覆盖在籽晶之间的缝隙上。
[0043] 本发明实施方式中，当第一籽晶层中存在缝隙时，第二籽晶层中的硅块覆盖在第 一籽晶层的缝隙上，使籽晶层在垂直于坩埚底部的方向上没有贯通的缝隙。在熔化阶段硅 熔体不会进入到第一籽晶层的缝隙处开始引晶，这样就不会有硅晶体受到拼接缝的影响， 减少了位错的增殖。
[0044] 本发明实施方式中，第一籽晶层中的籽晶为长方体。
[0045] 第一籽晶层中的籽晶的尺寸大小可不做特殊限定。
[0046] 本发明实施方式中，第一籽晶层中的籽晶为单晶硅块或多晶硅块。
[0047] 如果第一籽晶层作为引晶基础，那么第一籽晶层中的籽晶必须为单晶硅块。如果 第一籽晶层不作为引晶基础，那么第一籽晶层中的籽晶为可以为单晶硅块也可以为多晶硅 块。
[0048] 本发明一优选实施方式中，第一籽晶层中的籽晶的生长晶向为[100]、[110]、 [210]或[310]晶面族。
[0049]本发明一优选实施方式中，第一籽晶层中的籽晶的侧面法向方向的晶向为[110 ]、
[100]、[210]或[310]晶面族。
[0050] 当籽晶为长方体时，籽晶的生长晶向为籽晶生长面的法向方向，籽晶的侧面是指 与生长面邻接的四个侧面。
[0051] 第一籽晶层的高度可不做特殊限定。本发明实施方式中，第一籽晶层的高度为1-7cm〇
[0052] 本发明实施方式中，第二籽晶层中的硅块形状为长方体。
[0053]第二籽晶层中的硅块的尺寸大小可不做特殊限定。
[0054]本发明实施方