CN102251276A - 一种减少太阳能级直拉单晶硅缩颈长度的籽晶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减少太阳能级直拉单晶硅缩颈长度的籽晶，该籽晶的导电类型为P型，拉制太阳能级P型单晶硅，该籽晶的形状为圆柱形，直径为Ф8mm-Ф20mm，该籽晶为掺硼籽晶，硼的掺杂浓度为1×10¹⁸-7×10¹⁸ atoms/cm³，对应的电阻率为0.01Ω.cm-0.05Ω.cm。本发明缩短了引晶时间和引晶长度，达到缩短拉晶周期、提高拉晶成晶率和生产效率的目的。

Description

一种减少太阳能级直拉单晶硅缩颈长度的籽晶

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏行业的一种直拉单晶硅生长技术，具体涉及一种减少太阳能级直拉单晶硅缩颈长度的籽晶。

背景技术

由Dash提出的缩颈技术，作为直拉法生长无位错单晶硅的一项关键技术，在工业界已延用了近40年。缩颈是指在单晶放肩前，引一段3-5mm直径的细颈，以消除籽晶中原有的位错和因热冲击和晶格失配产生的位错，达到无位错生长的目的。随着太阳能行业的快速发展，6″和8″P型单晶硅的需求量迅速上涨，迫切需要提高生产效率和缩短拉晶生长周期，达到降低硅片生产成本的目的。为缩短拉晶时间，提高成晶率，减少籽晶断裂造成晶棒断裂现象，减少缩颈长度的方法提供了一种有效的手段。

通常认为引晶时热冲击产生的位错是现有的缩颈技术所要排除的主要位错之一，晶格失配也是主要位错之一。研究表明，重掺硼籽晶能抑制热冲击产生的位错，而且能抑制单晶生长时因晶格失配而产生的位错。重掺硼籽晶还能增强其机械强度和硬度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种减少太阳能级直拉单晶硅缩颈长度的籽晶，解决了不采用传统的缩颈技术来消除因热冲击和晶格失配产生的位错而达到生长无位错单晶的目的，并且解决籽晶断裂造成晶棒断裂的现象。

本发明采用的技术方案是：一种减少太阳能级直拉单晶硅缩颈长度的籽晶，该籽晶的导电类型为P型，拉制太阳能级P型单晶硅；该籽晶的形状为圆柱形，直径为Φ8mm-Φ20mm，该籽晶为掺硼籽晶，硼的掺杂浓度为1×10¹⁸-7×10¹⁸atoms/cm³，对应的电阻率为0.01Ω.cm-0.05Ω.cm。

为消除开始引晶时热冲击和晶格失配所产生的位错，研究表明，可以采取通过重掺硼的方式来达到既能消除热冲击产生的位错，又能抑制晶格失配所产生的位错。重掺籽晶需要足够大的浓度来消除热冲击产生的位错，同时又不能使得籽晶与单晶中硼的浓度偏差过大而造成晶格失配。

根据Vergard定律，晶格失配度的计算公式如下，

$\mathrm{\Δa}=a_0\frac{r_B-r_{\mathrm{Si}}}{r_{\mathrm{Si}}}\frac{N_B}{N_{\mathrm{Si}}}$

其中a₀为硅单晶晶格常数，r_si为Si的共价半径(0.1173nm)，r_B为硼的共价半径(0.0853nm)，N_si为硅的原子浓度(5×10²²atoms/cm³)，当

时，可以排除晶格失配产生的位错，推算当籽晶和硅熔液中的硼浓度差小于7×10¹⁸atoms/cm³时，可排除晶格失配产生的位错。

太阳能级单晶硅的电阻率一般是P型1-3Ω.cm，对应的硼浓度为(0.45-1.46)×10¹⁶atoms/cm³，相对于高掺杂浓度的籽晶，熔硅的硼掺杂浓度可以忽视，为排除晶格失配产生的位错，选择硼掺杂浓度小于7×10¹⁸atoms/cm³的籽晶进行试验；同时选择的籽晶需减少热冲击产生的位错，热冲击产生的位错与籽晶的掺杂浓度、横截面的大小有关，为抑制热冲击产生的位错硼掺杂浓度选择大于1×10¹⁸atoms/cm³。因此在拉制太阳能级单晶硅时，选择硼掺杂浓度在1×10¹⁸-7×10¹⁸atoms/cm³范围内，直径Φ在8-20mm的籽晶可实现减少引晶时间和长度的目的。

本发明也可以通过硼锗共掺的方式制备低阻籽晶，锗和硅可实现完全共熔，硼锗共掺可减少籽晶与硅溶液的晶格失配，当籽晶的硼、锗浓度都为(0.9-2)×10²⁰atoms/cm³可抑制位错的产生，实现减少引晶时间和长度的目的。

本发明的有益效果：

1、可缩短引晶长度和时间，从而缩短拉晶生长周期；

2、可提高籽晶的机械强度和硬度，减少籽晶断裂造成晶棒断裂的现象；

3、对拉晶成晶率有一定的提升，更利于拉晶。

附图说明

附图为本发明的引晶示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

实施例1

在单晶85炉20″热场中，采用直径为Φ12.5mm，电阻率为0.02-0.03Ω.cm(即硼的浓度在1.5-3.5×10¹⁸atoms/cm³)的圆柱型籽晶进行试验，引晶示意图如附图所示，首先由籽晶1试温引出一定长度的细颈2，然后开始放肩长出单晶硅棒3。投料量为90KG，拉制6.5″的无位错单晶硅棒。

从单晶85炉20″热场使用直径为Φ12.5mm的低阻籽晶试验数据看出(见表1)，引晶长度缩短2/3，引晶时间缩短了0.6h，平均引晶次数有所下降，整棒率有一定程度的改善。

表1单晶85炉20″热场使用Φ12.5mm的低阻籽晶试验数据

实施例2

在单晶90炉20″热场中，采用直径为Φ17.5mm，电阻率为0.02-0.03Ω.cm(即硼的浓度在1.5-3.5×10¹⁸atoms/cm³)的圆柱型籽晶进行试验，引晶示意图如附图所示，首先由籽晶1试温引出一定长度的细颈2，然后开始放肩长出单晶硅棒3。投料量为90KG，拉制6.5″的无位错单晶硅棒。

从单晶90炉20″热场使用直径为Φ17.5mm的低阻籽晶试验数据看出(见表2)，引晶长度缩短1/2，引晶时间缩短了0.4h，平均引晶次数有所下降，平均一次成晶率和整棒率有一定程度的改善。

表2单晶90炉20″热场使用Φ17.5mm的低阻籽晶试验数据

Claims (1)

1.一种减少太阳能级直拉单晶硅缩颈长度的籽晶，该籽晶的导电类型为P型，拉制太阳能级P型单晶硅；其特征在于：该籽晶的形状为圆柱形，直径为Ф8mm-Ф20mm，该籽晶为掺硼籽晶，硼的掺杂浓度为1×10¹⁸ -7×10¹⁸  atoms/cm³，对应的电阻率为0.01Ω.cm - 0.05Ω.cm。

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