一种太阳能级直拉单晶硅的生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能级直拉单晶硅的生产方法，涉及直拉单晶硅【技术领域】，它包括加料、熔化、稳温、引晶、放肩、等径生长和收尾等八个步骤，本方法在等径生长过程中，根据拉晶过程中液面随石英埚弧度的变化，利用埚升补偿保证硅液液面距导流筒的距离不变，另外根据直径变化趋势增加直径补偿，将尾部直径偏差控制在2mm之内，该方法操作简便，易于实现，它可以有效减少结晶过程中可能出现的晶体缺陷，降低直拉单晶硅中的黑芯片和黑角片问题，显著提高单晶的质量和寿命，避免由于产品质量缺陷造成的退货，为企业节约了不必要的资金浪费。
【专利说明】一种太阳能级直拉单晶硅的生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及直拉单晶硅【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 太阳能是未来最重要的绿色能源之一，作为高效率太阳能电池的核心部分，品质 优良的单晶硅一直是人们研究开发的重点产品。
[0003] 单晶硅的生产方法主要有直拉法（CZ)、区熔法（FZ)和外延法，其中直拉法和区熔 法用于伸长单晶硅棒材，而外延法用于伸长单晶硅薄膜。由于直拉法生产的单晶硅广泛应 用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底，以及太阳能电池等关键领域，因而受到人们的 特别关注。
[0004] 目前在直拉单晶硅的生产领域中，氧是直拉单晶硅中的一种常见杂质，这主要是 由单晶硅的生产工艺所造成的。实践表明，单晶硅中的氧主要集中在其头部，如果单晶硅的 头部含氧量过高，就会造成所谓的"黑芯片"和"黑角片"问题，从而影响产品质量。
[0005] 氧的危害在于，氧可以形成热施主及新施主，使得单晶硅的电阻率均匀性变差；此 夕卜，氧还与直拉单晶硅中微缺陷的形成有着密切关系，而硅片表面的微缺陷在器件热氧化 工艺中还会影响到器件的成品率。因此，目前在单晶硅的检测中普遍对硅片中的黑芯片与 黑角片现象采取零容忍的态度。但是，当前却还缺少一种简单、有效、易行的减少黑芯片与 黑角片的方法。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种太阳能级直拉单 晶硅的生产方法，其针对当前直拉单晶硅生产工艺的缺陷，对现有技术进行改进，通过降低 引晶过程中的埚位、改善籽晶与硅液液面的接触方式、降低等径自动生长过程中的头部拉 速，并完善等径生长过程中的晶体直径，减少单晶的含氧量，从而达到减少直拉单晶硅中黑 芯片和黑角片的目的。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种太阳能级直拉单晶硅的 生产方法，其包括如下步骤： (1) 加料：根据需要的半导体类型将硅原料和換杂剂放入石英坩埚内；換杂剂的种类 是按照半导体的类型N型或P型确定的，P型的換杂剂一般为硼或镓，N型換杂剂一般为磷； (2) 熔化：将单晶炉关闭并抽真空，使得单晶炉内的压强维持在5Pa以下，然后将加热 功率一次性升至95?100千瓦（1420°C左右);使用过大的功率来熔化硅原料虽然可以缩短 熔化时间，但是可能造成石英坩埚壁的过度损伤，降低石英坩埚的寿命，反之若功率过小， 则整个熔化过程耗时太久，导致产能下降； (3) 稳温：当硅原料熔化成液体后将加热功率降至45千瓦并投入温度自动程序，温度 自动程序使得炉内温度保持恒定并持续1小时； (4) 引晶：调整埚位使得硅液液面距导流筒的距离为28?32 mm，将晶转和埚转均设为 8圈每分钟，然后将籽晶降至硅液液面处，并与液面接触30分钟以上，然后进行引晶；引晶 时籽晶按照〈1〇〇>或〈111 >的晶向浸入硅熔液中，引晶的总长度为130?150 mm，引晶时平 均拉速控制在3?6 mm/min，初期拉速控制在1?3 mm/min，引晶达30 mm后将拉速控制 在 3 ?6 mm/min ； (5) 放肩：引晶完成后，将拉速降至0. 7 mm/min，加热功率降低5千瓦，放肩时间3?4 小时；在此步骤中，最重要的参数是直径的放大速率(亦即放肩的角度)，放肩的形状和角度 将会影响晶棒头部的固液界面形状及晶棒品质，如果降温太快，液面呈现过冷情况，肩的形 状因直径快速放大而变成方形，严重时易导致位错的产生而失去单晶的结构； (6) 转肩：当娃棒直径距等径直径还有5?10 mm时，将拉速提至2. 0 mm/min，进行转 肩； (7) 等径生长；当硅棒直径达到等径直径时，将拉速降至等径自动初始拉速，S卩0.8 mm/ min，设定埚升速度，然后投入等径自动程序进行等径生长；在晶棒的生长过程中，液面会逐 渐下降，加热功率逐渐上升，这些因素使得晶棒的散热速率随着晶棒长度的增加而递减，因 此固液界面处的温度梯度减小，晶棒的最大拉速随着晶棒长度而减小，为此，需要在等径生 长过程中，根据拉晶过程中液面随石英埚弧度的变化，利用埚升补偿保证硅液液面到导流 筒的距离不变，另外根据直径变化趋势增加直径补偿，将尾部直径偏差控制在2mm之内； 埚升速度S'根据下式1计算：
【权利要求】
1. 一种太阳能级直拉单晶硅的生产方法，其特征在于：包括如下步骤： (1) 加料：根据需要的半导体类型将硅原料和換杂剂放入石英坩埚内； (2) 熔化：将单晶炉关闭并抽真空，使得单晶炉内的压强维持在5Pa以下，然后将加热 功率一次性升至95?100千瓦； (3) 稳温：当硅原料熔化成液体后将加热功率降至45千瓦并投入温度自动程序，温度 自动程序使得炉内温度保持恒定并维持恒温1小时； (4) 引晶：调整埚位使得硅液液面距导流筒的距离为28?32 mm，将晶转和埚转均设 为8圈每分钟，然后将籽晶降至硅液液面处，并与液面接触30分钟以上，然后进行引晶；弓丨 晶的总长度为130?150 mm，引晶时平均拉速控制在3?6 mm/min，初期拉速控制在1? 3 mm/min，引晶达30 mm后将拉速控制在3?6 mm/min ; (5) 放肩：引晶完成后，将拉速降至0. 7 mm/min，加热功率降低5千瓦，放肩时间3?4 小时； (6) 转肩：当娃棒直径距离等径直径还有5?10 mm时，将拉速提至2. 0 mm/min，进行 转肩； (7) 等径生长；当硅棒直径达到等径直径时，将拉速降至等径自动初始拉速，等径自动 初始拉速设为〇. 8 mm/min，设定埚升速度，然后投入等径自动程序进行等径生长；在等径生 长过程中，根据拉晶过程中液面随石英埚弧度的变化，利用埚升补偿保证硅液液面距导流 筒的距离不变，另外根据直径变化趋势增加直径补偿，将尾部直径偏差控制在2mm之内； (8) 收尾：等径生长完成后，退出等径自动程序，停止埚升，将拉速提至1. 0 mm/min，投 入收尾自动程序，当长度达到直径值时提断停炉。
2. 根据权利要求1所述的一种太阳能级直拉单晶硅的生产方法，其特征在于，所述步 骤（4)中引晶的总长度为150毫米。
3. 根据权利要求1所述的一种太阳能级直拉单晶硅的生产方法，其特征在于，所述步 骤（4)中引晶的总长度为140毫米。
【文档编号】C30B29/06GK104328495SQ201410644512
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】刘彬国, 何京辉, 曹祥瑞, 颜超, 程志, 黄瑞强, 周子江, 刘钦, 范晓普 申请人:邢台晶龙电子材料有限公司