一种多晶硅铸锭的两步退火工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多晶硅铸锭的两步退火工艺，包括以下步骤：将硅原料经铸锭工艺中的加热、熔化、长晶工序处理后进行第一次退火，将铸锭炉的加热温度由1395℃～1405℃逐渐降至1230℃～1285℃，降温时间为40min～60min，并保温90min～120min；通过降低加热功率及关闭隔热板对经第一次退火后的硅锭进行降温处理，再进行第二次退火，将铸锭炉的加热温度由1230℃～1285℃逐渐降至1100℃～1130℃，降温时间为30min～60min，并保温60min～120min，然后进行后续工序。本方法显著提高硅锭质量，降低切片过程中的碎片、缺角、崩边、裂纹比例，提高硅片出片数，减少了生产周期，提高了生产效率，有效降低了生产成本。
【专利说明】
一种多晶娃铸锭的两步退火工艺
【技术领域】
[0001]本发明属于多晶硅提纯领域，具体涉及一种多晶硅铸锭的两步退火工艺。
【【背景技术】】
[0002]目前，我国已成为世界能源生产和消费大国，但人均能源消费水平还很低。随着经济和社会的不断发展，我国能源需求将持续增长，针对目前的能源紧张状况，世界各国都在进行深刻的思考，并努力提高能源利用效率，促进可再生能源的开发和应用，减少对进口石油的依赖，加强能源安全。
[0003]作为可再生能源的重要发展方向之一的太阳能光伏发电近年来发展迅猛，其所占比重越来越大。根据《可再生能源中长期发展规划》，到2020年，中国力争使太阳能发电装机容量达到1.8GW(百万千瓦)，到2050年将达到600GW。预计到2050年，中国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的25%，其中光伏发电装机将占到5%。预计2030年之前，中国太阳能装机容量的复合增长率将高达25 %以上。
[0004]目前生产上通常采用退火工艺来消除铸锭内的残余应力。在现有的工艺中，在长晶结束之后，通过长时间的高温状态进行退火工艺，高温退火状态下，铸锭四周杂质的反向扩散加剧，导致其出成率降低;长时间的退火使铸锭生产周期加长，生产效率降低。同时，在退火后的冷却阶段，由于铸锭尺寸较大，导致其内部温度分布不均匀，从而严重影响退火效果O
【
【发明内容】
】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，本发明提出一种多晶硅铸锭的二次退火工艺，通过工艺调整，采取二次退火工艺，来达到多晶硅铸锭减少杂质反扩散的效果。
[0006]本发明采用以下技术方案:
[0007 ] 一种多晶硅铸锭的两步退火工艺，包括以下步骤:
[0008]将硅原料经铸锭工艺中的加热、熔化、长晶工序处理后进行第一次退火，将铸锭炉的加热温度由1395°C?1405°C逐渐降至1230°C?1285°C，降温时间为40min?60min，并保温90min?120min;
[0009]通过降低加热功率及关闭隔热板对经第一次退火后的硅锭进行降温处理，再进行第二次退火，将铸锭炉的加热温度由1230 °C?1285 °C逐渐降至1100 °C?1130 °C，降温时间为30min?60min，并保温60min?120min，然后进行后续工序。
[0010]优选的，第一次退火温度为1255°C，保温90min。
[0011 ] 优选的，按照降温速率1.5?2.0°C/min将硅锭冷却至二次退火温度。
[0012]优选的，第二次退火完成后，按照降温速率80?120°C/h将硅锭冷却至400°C。
[0013]优选的，第二次退火温度为1120°C，保温120min。
[0014]与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果:
[0015]在本发明工艺过程中，第一次退火，保温时间短，只有90?120min，并且能够去除多晶娃铸锭中的部分位错。对冷却后的多晶娃铸锭进行开方，开方阶段已去除杂质含量高的边角料，因此在后期退火时可减少杂质反向扩散。第二次退火，将方锭放入成本较低的热处理炉中进行第二次退火，由于已经去除了边角料，有效的抑制了反向扩散，另外由于方锭尺寸较小，所以在退火过程中内部温度分布均匀，可提高退火的效果。
[0016]进一步的，通过第一次在1255°C的退火能够有效降低头尾温度差异及效释放长晶过程中形成的应力，再通过1120°C的第二次退火能有效将硅锭里的游离氧以Si02的形式沉积，提高硅锭的少子寿命，同时降低底部红区。
[0017]综上所述，本方法显著提高硅锭质量，降低切片过程中的碎片、缺角、崩边、裂纹比例，提高硅片出片数，减少了生产周期，提高了生产效率，生产成本降低。
[0018]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【【附图说明】】
[0019]图1为退火温度对硬质点和成品率的影响曲线图；
[0020]图2为退火温度对寿命的影响示意图；
[0021 ]图3为退火时间对硬质点比例的影响示意图；
[0022]图4为急冷和未急冷工艺对硬质点比例的影响示意图。
【【具体实施方式】】
[0023]本发明提供了一种多晶硅铸锭的两步退火工艺，包括以下步骤:
[0024]硅原料经铸锭工艺中的加热、熔化、长晶工序处理后进行第一次退火，将铸锭炉的加热温度由1395°C?1405°C逐渐降至1230°C?1285°C，降温时间为40min?60min，并保温90min?120min;
[0025]其中，优选第一次退火温度为1255°C，保温90min。按照降温速率1.5?2.0°C/min
将硅锭冷却至二次退火温度。
[0026]通过降低加热功率及关闭隔热板对经第一次退火后的硅锭进行降温处理，再进行第二次退火，将铸锭炉的加热温度由1230 °C?1285 °C逐渐降至1100 °C?1130 °C，降温时间为30min?60min，并保温60min?120min，然后进行后续工序。
[0027]第二次退火完成后，按照降温速率80?120°C/h将硅锭冷却至400°C。优选第二次退火温度为1120 °C，保温120min。
[0028]请参阅图1所示，随着退火温度从1250°C升高到1310°C，所得产品对应的硬质点含量很低且保持平稳，但当退火温度超过1310°C时，硬质点含量急剧提高，在1325°C左右所得产品的硬质点含量超过了 15%。整体来说，随着退火温度的提高，成品率是下降的，尤其在1310 C之后，成品率从64%以上迅速下降至54%左右，所以，在综合考虑硬质点和成品率的条件下，优选1250 °C -1285 °C之间的退火温度。
[0029]请参阅图2所示，退火温度为1255°C时得到的产品寿命相对较高，随着温度的升高，产品的寿命均出现了不同程度的降低，由于在冷态升温的过程中，越高的温度会产生更高的热应力，会导致产品中产生更多的缺陷，从而对产品寿命产生不利影响。因此退火温度选择1255°C较为合理，最高不要超过1285°C为宜。
[0030]请参阅图3所示，当退火时间为2h时，硬质点占比为1.1 % ;当退火时间为4h时，硬质点占比为0.2 % ;当退火时间为6h时，硬质点占比为3.2 % ;当退火时间为8h时，硬质点占比为4.6%;在退火温度为1255°C时，随着退火时间的延长，硬质点占比先降低后急剧升高，在退火时间为4h所得产品的硬质点比例相对较低，大约为0.2%。硬质点含量明显提高，所以生产中保持退火时间在3-4h比较合理。
[0031]请参阅图4所示，退火后急冷得到的多晶硅铸锭均具有较高的硬质点比例，尤其在温度1255°C下，退火后急冷工艺得到的铸锭产品硬质点达到了 3.6%，相比普通冷却工艺，硬质点提高了 30倍以上。主要原因是急冷过程中底部残余氧不发生反应，杂质沉淀不充分，无法排出所致。随着温度的升高，产品的寿命均出现了不同程度的降低，由于在冷态升温的过程中，越高的温度会产生更高的热应力，故而会导致产品中产生更多的缺陷，从而对产品寿命产生不利影响，退火温度为1255°C时得到的产品寿命相对较高。
[0032]实施例1
[0033]将硅原料经铸锭工艺中的加热、熔化、长晶工序处理后进行第一次退火，将铸锭炉的加热温度由1395°(:逐渐降至1230°(:，降温时间为401^11，并保温901^11，按照降温速率1.5°C/min将硅锭冷却至二次退火温度。
[0034]通过降低加热功率及关闭隔热板对经第一次退火后的硅锭进行降温处理，再进行第二次退火，将铸锭炉的加热温度由1230°C逐渐降至1100°C，降温时间为30min，并保温60min，第二次退火完成后，按照降温速率80°C/h将硅锭冷却至400°C，然后进行后续工序。
[0035]实施例2
[0036]将硅原料经铸锭工艺中的加热、熔化、长晶工序处理后进行第一次退火，将铸锭炉的加热温度由1400°(:逐渐降至1255°(:，降温时间为501^11，并保温901^11，按照降温速率1.7°C/min将硅锭冷却至二次退火温度
[0037]通过降低加热功率及关闭隔热板对经第一次退火后的硅锭进行降温处理，再进行第二次退火，将铸锭炉的加热温度由1255°C逐渐降至IllOtC，降温时间为40min，并保温lOOmin，第二次退火完成后，按照降温速率95°C/h将硅锭冷却至400°C，然后进行后续工序。
[0038]实施例3
[0039]将硅原料经铸锭工艺中的加热、熔化、长晶工序处理后进行第一次退火，将铸锭炉的加热温度由1400°(:逐渐降至1275°(:，降温时间为501^11，并保温1101^11，按照降温速率1.9°C/min将硅锭冷却至二次退火温度
[0040]通过降低加热功率及关闭隔热板对经第一次退火后的硅锭进行降温处理，再进行第二次退火，将铸锭炉的加热温度由1275°C逐渐降至1120°C，降温时间为50min，并保温120min，第二次退火完成后，按照降温速率110°C/h将硅锭冷却至400°C，然后进行后续工序。
[0041 ] 实施例4
[0042]将硅原料经铸锭工艺中的加热、熔化、长晶工序处理后进行第一次退火，将铸锭炉的加热温度由1405 °C逐渐降至1285 °C，降温时间为60min，并保温120min，按照降温速率2.0°C/min将硅锭冷却至二次退火温度
[0043]通过降低加热功率及关闭隔热板对经第一次退火后的硅锭进行降温处理，再进行第二次退火，将铸锭炉的加热温度由1285°C逐渐降至1130°C，降温时间为60min，并保温120min，第二次退火完成后，按照降温速率120°C/h将硅锭冷却至400°C，然后进行后续工序。
[0044]在第一次退火，保温时间短，只有90?120min，并且能够去除多晶硅铸锭中的部分位错。对冷却后的多晶硅铸锭进行开方，开方阶段已去除杂质含量高的边角料，因此在后期退火时可减少杂质反向扩散。第二次退火，将方锭放入成本较低的热处理炉中进行第二次退火，由于已经去除了边角料，有效的抑制了反向扩散，另外由于方锭尺寸较小，所以在退火过程中内部温度分布均匀，可提高退火的效果。通过第一次在1255°C的退火能够有效降低头尾温度差异及效释放长晶过程中形成的应力，再通过1120°C的第二次退火能有效将硅锭里的游离氧以Si02的形式沉积，提高硅锭的少子寿命，同时降低底部红区。
[0045]以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
【主权项】
1.一种多晶硅铸锭的两步退火工艺，其特征在于，包括以下步骤: 将硅原料经铸锭工艺中的加热、熔化、长晶工序处理后进行第一次退火，将铸锭炉的加热温度由1395°c?1405°C逐渐降至1230°C?1285°C，降温时间为40min?60min，并保温90min?120min; 通过降低加热功率及关闭隔热板对经第一次退火后的硅锭进行降温处理，再进行第二次退火，将铸锭炉的加热温度由1230 °C?1285 V逐渐降至1100 °C?1130 °C，降温时间为30min?60min，并保温60min?120min，然后进行后续工序。2.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭的两步退火工艺，其特征在于，第一次退火温度为 1255°C，保温 90min。3.根据权利要求2所述的一种多晶硅铸锭的两步退火工艺，其特征在于，按照降温速率1.5?2.0°C/min将硅锭冷却至二次退火温度。4.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭的两步退火工艺，其特征在于，第二次退火完成后，按照降温速率80?120°C/h将硅锭冷却至400°C。5.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭的两步退火工艺，其特征在于，第二次退火温度为 1120°C，保温 120min。
【文档编号】C30B33/02GK106087052SQ201610653106
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月10日 公开号201610653106.0, CN 106087052 A, CN 106087052A, CN 201610653106, CN-A-106087052, CN106087052 A, CN106087052A, CN201610653106, CN201610653106.0
【发明人】田伟, 刘波波, 田进, 赵俊, 贺利乐
【申请人】中联西北工程设计研究院有限公司