一种生产低位错密度铸造单晶锭或多晶硅锭时的籽晶铺设方法与流程

本发明涉及光伏制造技术领域，尤其涉及一种生产低位错密度铸造单晶锭或多晶硅锭时的籽晶铺设方法。

背景技术：

目前生产铸造单晶的一般步骤为：在坩埚底部铺设一层单晶籽晶，在单晶籽晶上面装正常铸锭的头料、尾料、边皮和原生多晶硅料，采用半融工艺得到铸造单晶。图1为生产常规铸造单晶时的籽晶铺设示意图，图2为生产常规铸造单晶时的开方示意图，图3常规铸造单晶硅片示意图，可以看出，籽晶块大小与硅片大小一致，铸造单晶硅片中晶界较少，坩埚侧壁非(100)晶向的晶粒容易向铸造单晶硅锭内部生长，降低了单晶面积；由于晶界较少，碳、氮、金属等杂质容易在铸造单晶硅锭的局部聚集、沉淀、形核，形成生长方向为非(100)晶向的晶粒，降低单晶面积；由于晶界较少，没有晶界对位错晶进行阻挡，位错容易在长晶过程中大量增殖，降低了铸造单晶硅的晶体品质。

目前生产多晶硅锭的一般步骤为：在坩埚底部铺设一层小颗粒料，在小颗粒料上面装头料、尾料、边皮和原生多晶硅料，采用半融工艺得到多晶硅锭。小颗粒料作为籽晶得到的晶粒晶向具有随机性，同时位错比较多。

为了解决上述问题，本发明提供了一种生产低位错密度铸造单晶锭或多晶硅锭时的籽晶铺设方法，采用此方法生产铸造单晶时，可以提高铸造单晶硅锭的单晶面积，降低铸造单晶硅锭中位错密度；采用此方法生产多晶硅锭时，可以选择优势晶向，降低多晶硅锭中位错密度。

技术实现要素：

一种生产低位错密度铸造单晶锭或多晶硅锭时的籽晶铺设方法一，其中包括以下步骤：

s1：沿着直拉单晶圆棒的棱线方向去除边皮后得到无圆角的单晶方棒a；

s2：沿着与直拉单晶圆棒的棱线偏转大于10°的方向除边皮后得到无圆角的单晶方棒b；

s3：将所述单晶方棒a和单晶方棒b沿垂直于单晶棒生长方向切割成大籽晶块a和大籽晶块b，所述大籽晶块a和大籽晶块b的厚度不同；

s4：将所述大籽晶块a和大籽晶块b沿大籽晶块厚度方向切割成小籽晶块a和小籽晶块b，所述小籽晶块a和小籽晶块b的厚度不同；

s5：将所述小籽晶块a和小籽晶块b依次铺设在坩埚底部，形成完整的籽晶层，同种小籽晶块不相邻，即小籽晶块a和小籽晶块b相邻，小籽晶块a和小籽晶块a不相邻，小籽晶块b和小籽晶块b不相邻；所述小籽晶块a和小籽晶块b的上表面都是(100)晶向，小籽晶块a和小籽晶块b侧面晶向差大于10°；

s6：在所述籽晶层上放置原生多晶硅料和头尾边等循环料；

s7：将所述装满多晶硅料的坩埚放入铸锭炉中，采用半融工艺得到铸造单晶硅锭；

s8：将所述铸造单晶硅锭进行开方，开方后得到小方锭；

s9：将所述小方锭进行切片后得到铸造单晶硅片，每张铸造单晶硅片中有多条晶界线。

一种生产低位错密度铸造单晶锭或多晶硅锭时的籽晶铺设方法二，其中包括以下步骤：

s1：沿着直拉单晶圆棒的棱线方向去除边皮后得到无圆角的单晶方棒a；

s2：沿着与直拉单晶圆棒的棱线偏转大于10°的方向除边皮后得到无圆角的单晶方棒b；

s3：将所述单晶方棒a和单晶方棒b沿垂直于单晶棒生长方向切割成大籽晶块a和大籽晶块b，所述大籽晶块a和大籽晶块b的厚度不同；

s4：将所述大籽晶块a和大籽晶块b沿大籽晶块厚度方向切割成籽晶条a和籽晶条b，所述籽晶条a和籽晶条b的厚度不同；

s5：将所述籽晶条a和籽晶条b依次铺设在坩埚底部，形成完整的籽晶层，同种籽晶条不相邻，即籽晶条a和籽晶条b相邻，籽晶条a和籽晶条a不相邻，籽晶条b和籽晶条b不相邻；所述籽晶条a和籽晶条b的上表面都是(100)晶向，籽晶条a和籽晶条b侧面晶向差大于10°；

s6：在所述籽晶层上放置原生多晶硅料和头尾边等循环料；

s7：将所述装满多晶硅料的坩埚放入铸锭炉中，采用半融工艺得到铸造单晶硅锭；

s8：将所述铸造单晶硅锭进行开方，开方后得到小方锭；

s9：将所述小方锭进行切片后得到铸造单晶硅片，每张铸造单晶硅片中有多条晶界线。

一种生产低位错密度铸造单晶锭或多晶硅锭时的籽晶铺设方法三，其中包括以下步骤：

s1：沿着直拉单晶圆棒的棱线方向去除边皮后得到无圆角的单晶方棒a；

s2：沿着与直拉单晶圆棒的棱线偏转35.26°的方向除边皮后得到无圆角的单晶方棒c；

s3：将所述单晶方棒a沿垂直于单晶棒生长方向切割成大籽晶块a；单晶方棒c沿平行单晶棒生长方向切割成大籽晶块c，所述大籽晶块a和大籽晶块c的厚度不同；

s4：将所述大籽晶块a和大籽晶块c沿大籽晶块厚度方向切割成籽晶条a和籽晶条c，所述籽晶条a和籽晶条c的厚度不同；

s5：将所述籽晶条a和籽晶条c依次铺设在坩埚底部，形成完整籽晶层，同种籽晶条不相邻，即籽晶条a和籽晶条c相邻，籽晶条a和籽晶条a不相邻，籽晶条c和籽晶条c不相邻，形成完整的籽晶层；所述籽晶条a上表面是(100)晶向，籽晶条c的上表面都是(112)晶向；

s6：在所述籽晶层上放置原生多晶硅料和头尾边等循环料；

s7：将所述装满多晶硅料的坩埚放入铸锭炉中，采用半融工艺得到多晶硅锭；

s8：将所述多晶硅锭进行开方，开方后得到小方锭；

s9：将所述小方锭进行切片后得到多晶硅片，每张多晶硅片中有多条晶界线。

本发明提供的生产低位错密度铸造单晶锭或多晶硅锭时的籽晶铺设方法具有以下有益效果：

1.小籽晶块或籽晶条人工构造了大量的晶界，大量晶界可以阻挡坩埚侧壁的杂乱晶粒向铸造单晶锭内部生长，保证了晶体生长方向大部分为(100)晶向，提高铸造单晶硅锭的单晶面积；

2.大量晶界可以吸收碳、氮、金属等杂质，防止杂质在铸造单晶硅锭的局部聚集、沉淀、形核，形成生长方向为非(100)晶向的晶粒；

3.大量晶界的吸杂效应防止局部出现较大的硬杂质点，降低了铸造单晶硅锭切片时的断线风险；

4.小籽晶块或籽晶条体积较小，籽晶之间的拼接缝应力较小，不易产生位错源，提高了铸造单晶硅锭的晶体品质；

5.大量晶界可以阻挡位错的扩散，提高了铸造单晶硅锭的晶体品质；

6.由于大量晶界带来的有益效果，使得生长铸造单晶硅锭时可以使用品质较差的廉价硅料，降低了生产成本。

7.生产多晶硅锭时，选用上表面为(100)、(112)的优势晶向，减少了多晶硅片中的随机晶界，提高了多晶硅片的晶体质量。

8.铸造单晶锭或多晶硅锭籽晶铺设时高籽晶和矮籽晶交替搭配，使之形成有规则的凹槽和凸起，融化阶段，硅液会优先填充到凹槽中，随后硅液流延到高籽晶和矮籽晶的细小夹缝中，使高籽晶和矮籽晶相接触的侧面完美融合，减少了位错出现的概率。

附图说明

图1生产常规铸造单晶时的籽晶铺设示意图；

图2生产常规铸造单晶时的开方示意图；

图3常规铸造单晶硅片示意图；

图4小块籽晶层俯视图1；

图5利用小块籽晶生产的铸造单晶硅锭开方示意图1；

图6利用小块籽晶生产的铸造单晶硅片示意图1；

图7小块籽晶铺设示意图2；

图8利用小块籽晶生产的铸造单晶硅锭开方示意图2；

图9利用小块籽晶生产的铸造单晶硅片示意图2；

图10籽晶条铺设示意图1；

图11利用籽晶条生产的铸造单晶硅锭开方示意图1；

图12利用籽晶条生产的铸造单晶硅片示意图1；

图13籽晶条铺设示意图2；

图14利用籽晶条生产的铸造单晶硅锭开方示意图2；

图15利用籽晶条生产的铸造单晶硅片示意图1；

图16常规方法生产的铸造单晶；

图17利用籽晶条生产的铸造单晶；

图18单晶圆棒横截面；

图19单晶圆棒沿棱线旋转角度示意图；

图20单晶方棒沿垂直于晶体生长方向截成大籽晶块示意图；

图21大籽晶块截成小籽晶块示意图；

图22大籽晶块截成籽晶条示意图；

图23上表面(100)晶向的籽晶条；

图24单晶方棒沿平行于晶体生长方向截成大籽晶块示意图；

图25上表面(112)晶向的籽晶条；

图26完整籽晶层主视图；

图27装料示意图；

附图标记：回收料1、多晶硅块料2、多晶硅棒料3、矮籽晶4、高籽晶5、坩埚6。

具体实施例1

参照附图，为了清楚的看清籽晶的铺设方法，实施例仅以g3铸造单晶硅锭为例，但是本发明提供的籽晶铺设方法同样适用于g5、g6、g7、g8铸造单晶硅锭，一种生产低位错密度铸造单晶锭或多晶硅锭时的籽晶铺设方法，包括以下步骤：

s1：沿着直拉单晶圆棒的棱线方向去除边皮后得到无圆角的单晶方棒a，单晶方棒横截面尺寸为160mm×160mm，图18中的大圆代表单晶圆棒，4个小圆代表棱线；

s2：沿着与直拉单晶圆棒的棱线偏转大于10°的方向除边皮后得到无圆角的单晶方棒b，单晶方棒横截面尺寸为160mm×160mm，图19中表示把棱线旋转大于10°后再开方；

s3：将所述单晶方棒a和单晶方棒b沿垂直于单晶棒生长方向切割成大籽晶块a和大籽晶块b，大籽晶块a尺寸为160mm(宽度)×160mm(长度)×10mm(厚度)，大籽晶块b尺寸为160mm(宽度)×160mm(长度)×20mm(厚度)，图20中表示，按照虚线将单晶方棒切割成大籽晶块；

s4：将所述大籽晶块a和大籽晶块b沿大籽晶块厚度方向切割成小籽晶块a和小籽晶块b，小籽晶块a尺寸为80mm(宽度)×80mm(长度)×10mm(厚度)，小籽晶块b尺寸为80mm(宽度)×80mm(长度)×20mm(厚度)，图21中表示，按照虚线将大籽晶块切割成小籽晶块的示意图；

s5：将所述小籽晶块a(矮籽晶4)和小籽晶块b(高籽晶5)依次铺设在坩埚6底部，形成完整的籽晶层，使籽晶层形成有规则的凹槽和凸起，同种小籽晶块不相邻，即小籽晶块a和小籽晶块b相邻，小籽晶块a和小籽晶块a不相邻，小籽晶块b和小籽晶块b不相邻；所述小籽晶块a和小籽晶块b的上表面都是(100)晶向，小籽晶块a和小籽晶块b侧面晶向差大于10°，图4是小块籽晶层俯视图，图26是小块籽晶层主视图的示意图，即高籽晶和矮籽晶交替铺设；

s6：在完整籽晶层上放置原生多晶硅块料2及多晶硅棒料3和头尾边回收料1等循环料，如图27所示；

s7：将所述装满多晶硅块料的坩埚6放入铸锭炉中，采用半融工艺得到铸造单晶硅锭；

s8：将所述铸造单晶硅锭按照图5所示虚线进行开方，开方后得到小方锭。

s9：选取左上角的小晶块b侧面晶向差大于10°，图4是小块籽晶层俯视图，图26是小块籽晶层主视图，即高方锭进行切片后得到铸造单晶硅片，如图6所示，每张硅片中有4条晶界线。

具体实施例2

参照附图，为了清楚的看清籽晶的铺设方法，实施例仅以g3铸造单晶硅锭为例，但是本发明提供的籽晶铺设方法同样适用于g5、g6、g7、g8铸造单晶硅锭，一种生产低位错密度铸造单晶锭或多晶硅锭时的籽晶铺设方法，包括以下步骤：

s1：沿着直拉单晶圆棒的棱线方向去除边皮后得到无圆角的单晶方棒a，单晶方棒横截面尺寸为160mm×160mm，图18中的大圆代表单晶圆棒，4个小圆代表棱线；

s2：沿着与直拉单晶圆棒的棱线偏转大于10°的方向除边皮后得到无圆角的单晶方棒b，单晶方棒横截面尺寸为160mm×160mm，图19中表示把棱线旋转大于10°后再开方；

s3：将所述单晶方棒a和单晶方棒b沿垂直于单晶棒生长方向切割成大籽晶块a和大籽晶块b，大籽晶块a尺寸为160mm(宽度)×160mm(长度)×25mm(厚度)，大籽晶块b尺寸为160mm(宽度)×160mm(长度)×30mm(厚度)，图20中表示，按照虚线将单晶方棒切割成大籽晶块；

s4：将所述大籽晶块a和大籽晶块b沿大籽晶块厚度方向切割成小籽晶块a和小籽晶块b，小籽晶块a尺寸为40mm(宽度)×40mm(长度)×25mm(厚度)，小籽晶块b尺寸为40mm(宽度)×40mm(长度)×30mm(厚度)，图21中表示，按照虚线将大籽晶块切割成小籽晶块的示意图；

s5：将所述小籽晶块a(矮籽晶4)和小籽晶块b(高籽晶5)依次铺设在坩埚底部，形成完整的籽晶层，使籽晶层形成有规则的凹槽和凸起，同种小籽晶块不相邻，即小籽晶块a和小籽晶块b相邻，小籽晶块a和小籽晶块a不相邻，小籽晶块b和小籽晶块b不相邻；所述小籽晶块a和小籽晶块b的上表面都是(100)晶向，小籽晶块a和小籽晶块b侧面晶向差大于10°，图7是小块籽晶层俯视图，图26是小块籽晶层主视图的示意图，即高籽晶和矮籽晶交替铺设；

s6：在所述完整籽晶层上放置原生多晶硅块料2及多晶硅棒料3和头尾边回收料1等循环料，如图27所示；

s7：将所述装满多晶硅料的坩埚6放入铸锭炉中，采用半融工艺得到铸造单晶硅锭；

s8：将所述铸造单晶硅锭按照图8所示虚线进行开方，开方后得到小方锭。

s9：选取左上角的小方锭进行切片后得到铸造单晶硅片，如图9所示，每张硅片中有8条晶界线。

具体实施例3

参照附图，为了清楚的看清籽晶的铺设方法，实施例仅以g3铸造单晶硅锭为例，但是本发明提供的籽晶铺设方法同样适用于g5、g6、g7、g8铸造单晶硅锭，一种生产低位错密度铸造单晶锭或多晶硅锭时的籽晶铺设方法，包括以下步骤：

s1：沿着直拉单晶圆棒的棱线方向去除边皮后得到无圆角的单晶方棒a，单晶方棒横截面尺寸为160mm×160mm，图18中的大圆代表单晶圆棒，4个小圆代表棱线；

s2：沿着与直拉单晶圆棒的棱线偏转大于10°的方向除边皮后得到无圆角的单晶方棒b，单晶方棒横截面尺寸为160mm×160mm，图19中表示把棱线旋转大于10°后再开方；

s3：将所述单晶方棒a和单晶方棒b沿垂直于单晶棒生长方向切割成大籽晶块a和大籽晶块b，大籽晶块a尺寸为160mm(宽度)×160mm(长度)×10mm(厚度)，大籽晶块b尺寸为160mm(宽度)×160mm(长度)×20mm(厚度)，图20中表示，按照虚线将单晶方棒切割成大籽晶块；

s4：将所述大籽晶块a和大籽晶块b沿大籽晶块厚度方向切割成籽晶条a和籽晶条b，籽晶条a尺寸为40mm(宽度)×160mm(长度)×10mm(厚度)，小籽晶块b尺寸为40mm(宽度)×160mm(长度)×20mm(厚度)，图22中表示，按照虚线将大籽晶块切割成籽晶条的示意图；

s5：将所述籽晶条a和籽晶条b依次铺设在坩埚底部，形成完整的籽晶层，使籽晶层形成有规则的凹槽和凸起，同种籽晶条不相邻，即籽晶条a和籽晶条b相邻，籽晶条a和籽晶条a不相邻，籽晶条b和籽晶条b不相邻；所述籽晶条a和籽晶条b的上表面都是(100)晶向，籽晶条a和籽晶条b侧面晶向差大于10°，图10是籽晶条籽晶层俯视图，图26是籽晶条籽晶层层主视图，即高籽晶和矮籽晶交替铺设；

s6：在所述完整籽晶层上放置原生多晶硅块料2及多晶硅棒料3和头尾边回收料1等循环料，如图27所示；

s7：将所述装满多晶硅料的坩埚放入铸锭炉中，采用半融工艺得到铸造单晶硅锭；

s8：将所述铸造单晶硅锭按照图11所示虚线进行开方，开方后得到小方锭。

s9：选取左上角的小方锭进行切片后得到铸造单晶硅片，如图12所示，每张硅片中有5条晶界线。

具体实施例4

参照附图，为了清楚的看清籽晶的铺设方法，实施例仅以g3铸造单晶硅锭为例，但是本发明提供的籽晶铺设方法同样适用于g5、g6、g7、g8铸造单晶硅锭，一种生产低位错密度铸造单晶锭或多晶硅锭时的籽晶铺设方法，包括以下步骤：

s1：沿着直拉单晶圆棒的棱线方向去除边皮后得到无圆角的单晶方棒a，单晶方棒横截面尺寸为160mm×160mm，图18中的大圆代表单晶圆棒，4个小圆代表棱线；

s2：沿着与直拉单晶圆棒的棱线偏转大于10°的方向除边皮后得到无圆角的单晶方棒b，单晶方棒横截面尺寸为160mm×160mm，图19中表示把棱线旋转大于10°后再开方；

s3：将所述单晶方棒a和单晶方棒b沿垂直于单晶棒生长方向切割成大籽晶块a和大籽晶块b，大籽晶块a尺寸为160mm(宽度)×160mm(长度)×25mm(厚度)，大籽晶块b尺寸为160mm(宽度)×160mm(长度)×30mm(厚度)，图20中表示，按照虚线将单晶方棒切割成大籽晶块；

s4：将所述大籽晶块a和大籽晶块b沿大籽晶块厚度方向切割成籽晶条a和籽晶条b，籽晶条a尺寸为20mm(宽度)×160mm(长度)×25mm(厚度)，籽晶条b尺寸为20mm(宽度)×160mm(长度)×30mm(厚度)，图22中表示，按照虚线将大籽晶块切割成籽晶条的示意图；

s5：将所述籽晶条a和籽晶条b依次铺设在坩埚底部，形成完整的籽晶层，使籽晶层形成有规则的凹槽和凸起，同种籽晶条不相邻，即籽晶条a和籽晶条b相邻，籽晶条a和籽晶条a不相邻，籽晶条b和籽晶条b不相邻；所述籽晶条a和籽晶条b的上表面都是(100)晶向，籽晶条a和籽晶条b侧面晶向差大于10°，图13是籽晶条籽晶层俯视图，图26是籽晶条籽晶层层主视图，即高籽晶和矮籽晶交替铺设；

s6：在所述完整籽晶层上放置原生多晶硅块料2及多晶硅棒料3和头尾边回收料1等循环料，如图27所示；

s7：将所述装满多晶硅料的坩埚放入铸锭炉中，采用半融工艺得到铸造单晶硅锭；

s8：将所述铸造单晶硅锭按照图14所示虚线进行开方，开方后得到小方锭。

s9：选取左上角的小方锭进行切片后得到铸造单晶硅片，如图15所示，每张硅片中有8条晶界线。

如图16所示为常规方法生产的铸造单晶，开方后的硅片中只能看到两条晶界，因籽晶块较大，籽晶拼接的“十字形”角部应力大而产生了位错源，在没有晶界阻挡的情况下，位错大量增殖，降低了晶体品质。如图16所示为利用籽晶条生产的铸造单晶，开方后的硅片中可以看到多条晶界，因籽晶条较小，籽晶拼接的“十字形”角部应力小，不易产生位错源，即使产生位错源，位错因晶界的阻挡也不会大量增殖。

具体实施例5

参照附图，为了清楚的看清籽晶的铺设方法，实施例仅以g3铸造单晶硅锭为例，但是本发明提供的籽晶铺设方法同样适用于g5、g6、g7、g8铸造单晶硅锭，一种生产低位错密度铸造单晶锭或多晶硅锭时的籽晶铺设方法，包括以下步骤：

s1：沿着直拉单晶圆棒的棱线方向去除边皮后得到无圆角的单晶方棒a，单晶方棒横截面尺寸为160mm×160mm，图18中的大圆代表单晶圆棒，4个小圆代表棱线；

s2：沿着与直拉单晶圆棒的棱线偏转大于35.26°的方向除边皮后得到无圆角的单晶方棒b，单晶方棒横截面尺寸为160mm×160mm；

s3：将所述单晶方棒a沿垂直于单晶棒生长方向切割成大籽晶块a，大籽晶块a尺寸为160mm(宽度)×160mm(长度)×25mm(厚度)，如图20所示；先将单晶方棒截成几段，本次单晶方棒的长度将决定下一步籽晶条的长度，如将单晶方棒截为两段，再将单晶方棒c沿平行单晶棒生长方向切割成大籽晶块c，大籽晶块c尺寸为160mm(宽度)×160mm(长度)×30mm(厚度)，如图24所示；

s4：将所述大籽晶块a和大籽晶块c沿大籽晶块厚度方向切割成籽晶条a和籽晶条c，籽晶条a尺寸为20mm(宽度)×160mm(长度)×25mm(厚度)，籽晶条c尺寸为20mm(宽度)×160mm(长度)×30mm(厚度)，图22中表示，按照虚线将大籽晶块切割成籽晶条的示意图；

s5：将所述籽晶条a和籽晶条b依次铺设在坩埚底部，形成完整的籽晶层，使籽晶层形成有规则的凹槽和凸起，同种籽晶条不相邻，即籽晶条a和籽晶条c相邻，籽晶条a和籽晶条a不相邻，籽晶条c和籽晶条c不相邻；所述籽晶条a上表面都是(100)晶向，如图23所示；所述籽晶条c的上表面都是(112)晶向，如图25所示图；图13是籽晶条籽晶层俯视图，图26是籽晶条籽晶层层主视图，即高籽晶和矮籽晶交替铺设；

s6：在所述完整籽晶层上放置原生多晶硅块料2及多晶硅棒料3和头尾边回收料1等循环料，如图27所示；

s7：将所述装满多晶硅料的坩埚放入铸锭炉中，采用半融工艺得到多晶硅锭；

s8：将所述多晶硅锭按照图14所示虚线进行开方，开方后得到小方锭。

s9：选取左上角的小方锭进行切片后得到多晶硅片，如图15所示，每张硅片中有8条晶界线，且硅片只含有(100)晶向的晶粒和(112)晶向的晶粒。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之内。