CN105442041A - 一种高效多晶铸锭晶体生长方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效多晶铸锭晶体生长方法，在坩埚底部采用硅系形核源(包括硅及硅的其它硅系材料)；并在形核源上喷涂氮化硅作为保护层，并且再在保护层上喷涂一层硅粉隔离层。本方案主要通过坩埚底部高效处理(形核源的选择)与长晶初期形核过程的相结合，通过控制长晶初期过冷度，加大形核源刺破氮化硅保护层的数量，同时保证刺破质量在可控范围内(不粘锅)，形核源数量与种类的增加有利于形核源的优化选择；另一方面，通过控制长晶中后期隔热笼开度以及温度设定，使得碳氧等杂质主要集中在红区，最终达到提高产品成晶率以及产品的转换效率。

Description

一种高效多晶铸锭晶体生长方法

技术领域

本发明涉及形核源技术领域，特别涉及一种高效多晶铸锭晶体生长方法。

背景技术

形核源技术是高效多晶铸锭技术的应用基础，主要是通过在坩埚底部铺设一些形核材料，硅液熔化后在形核材料上形核。

目前全熔技术坩埚底部铺有颗粒形核源，但是在形核初期硅晶体不仅在诱导的形核源的基础上形核，而且在形核颗粒间隙的氮化硅涂层也会形核，而在氮化硅上形核的硅晶体位错等缺陷较多，影响了整体的铸锭质量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高效多晶铸锭晶体生长方法，能够有效提高多晶铸锭质量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高效多晶铸锭晶体生长方法，包括步骤S1铺设形核材料、S2填料和S3熔化长晶，步骤S1铺设形核材料包括：

S11、在光底坩埚底部铺设形核源材料构成形核源层，然后进入步骤S12；

S12、在形核源层上喷洒浆料，将形核源层固定在坩埚底部，然后进入步骤S13；

S13、在喷洒过浆料的形核源层上喷涂氮化硅脱膜剂形成保护层，然后进入步骤S14；

S14、在保护层上喷涂硅粉形成隔离层，然后进入步骤S2。

优选的，在步骤S11中，形核源材料采用20-100目各个阶段硅颗粒共200-1000g。

优选的，在步骤S14中，硅粉的粒径为100-4000目。

优选的，步骤S3熔化长晶包括熔化、长晶前期、长晶中期和长晶后期；其中，在熔化结束至长晶前期之间的熔化步骤中，控制隔热笼的开度在2-6cm之间，熔体温度控制在1410-1425℃之间，保温时间为0.5-2小时。

优选的，在步骤S3熔化长晶中，长晶前期温度控制在1410-1425℃之间，隔热笼开度为7-12cm。

优选的，在步骤S3熔化长晶中，长晶中期保持温度在1412-1420℃，隔热笼的开度速率保持在0.4-1.5cm/h，并且开度速率呈先变大后变小的趋势变化。

优选的，在步骤S3熔化长晶中，长晶后期温度控制在1404-1414℃，隔热笼开度速率维持在0.15cm-0.35cm/h。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的高效多晶铸锭晶体生长方法，在坩埚底部采用形核层掩膜技术，即通过在颗粒形核源及氮化硅涂层表面再覆盖一层硅粉掩膜(即隔离层)，使得初始形核时在底部形核只在底部形核源颗粒上形核，而通过硅粉阻止在氮化硅上高缺陷形核，控制非形核源诱导的形核，保证了初期整体的高质量形核。

具体实施方式

本发明公开了一种高效多晶铸锭晶体生长方法，能够有效提高多晶铸锭质量。

下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的高效多晶铸锭晶体生长方法，其核心改进点在于在于，包括步骤S1铺设形核材料、S2填料和S3熔化长晶等后续步骤，其特征在于，步骤S1铺设形核材料包括：

S11、在光底坩埚底部铺设形核源材料构成形核源层，然后进入步骤S12；

S12、在形核源层上喷洒浆料，最终将形核源层固定在坩埚底部，然后进入步骤S13；

S13、在喷洒过浆料的形核源层上方喷涂氮化硅脱膜剂形成保护层，然后进入步骤S14；

S14、在保护层上喷涂硅粉形成隔离层，然后进入步骤S2。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的高效多晶铸锭晶体生长方法，在坩埚底部采用形核层掩膜技术，即通过在颗粒形核源及氮化硅涂层表面再覆盖一层硅粉掩膜(即隔离层)，使得初始形核时在底部形核只在底部形核源颗粒上形核，而通过硅粉阻止在氮化硅上高缺陷形核，控制非形核源诱导的形核，保证了初期整体的高质量形核。

作为优选在，步骤S11中，形核源材料采用20-100目各个阶段硅颗粒共200-1000g(具体用量根据实际情况决定)，均匀撒在坩埚底部。

在本方案提供的具体实施例中，在步骤S14中，在喷涂氮化硅脱膜剂后再在坩埚底部氮化硅涂层上喷涂一层硅粉，这些硅粉的粒径为100-4000目。

现有多晶铸锭长晶工艺没有控制形核初期及长晶阶段晶体生长的温度梯度，晶体在形核长晶过程中温度梯度不稳定无法控制高质量形核的生成以及晶体生长不连续，形核长晶质量稳定性差，无法保证稳定的高质量铸锭。

高效多晶铸锭技术两个最重要的节点为形核过程以及排杂(晶体生长)过程，通过两个方面的结合，能够很大程度上提高硅片质量。

本方案还进一步通过形核初期以及长晶过程中的温度梯度及过冷度的控制，保证晶体从下到上持续高质量晶体的生长，最终实现高质量多晶铸锭。

具体的，步骤S3熔化长晶包括熔化、长晶前期、长晶中期和长晶后期；其中，在熔化结束至长晶前期之间的熔化步骤中，控制好隔热笼的开度在2-6cm之间，熔体温度控制在1410-1425℃之间，保温时间为0.5-2小时。

进一步的，在步骤S3熔化长晶中，长晶前期(第一步)温度控制在1410-1425℃之间，隔热笼开度为7-12cm。

在步骤S3熔化长晶中，长晶中期保持温度在1412-1420℃，隔热笼的开度速率保持在0.4-1.5cm/h，并且开度速率呈先变大后变小的趋势变化。

在步骤S3熔化长晶中，长晶后期温度控制在1404-1414℃，隔热笼开度速率维持在0.15cm-0.35cm/h。

本方案通过控制长晶初期：(1)熔体保温时间，以保持等温面的平整性；(2)控制熔化结束后至长晶初期阶段隔热笼开度，同时长晶第一步快速打开隔热笼，增大长晶初期的形核长晶驱动力，以提高形核质量(如硅片底部晶粒大小、均一性)；另一方面，控制长晶中后期，尽可能让杂质集中在硅块的红区，优化硅块的少子分布，提高成晶率。

长晶工艺隔热笼开度及温度控制形核及长晶过程的温度梯度，并通过温度梯度控制高质量晶体的形核以及保证高质量晶体持续生长直至长晶结束。

综上所述，本发明实施例提供的高效多晶铸锭晶体生长方法，在坩埚底部采用硅系形核源(包括硅及硅的其它硅系材料)；并在形核源上喷涂氮化硅作为保护层，并且再在保护层上喷涂一层硅粉隔离层。本方案主要通过坩埚底部高效处理(形核源的选择)与长晶初期形核过程的相结合，通过控制长晶初期过冷度，加大形核源刺破氮化硅保护层的数量，同时保证刺破质量在可控范围内(不粘锅)，形核源数量与种类的增加有利于形核源的优化选择；另一方面，通过控制长晶中后期隔热笼开度以及温度设定，使得碳氧等杂质主要集中在红区，最终达到提高产品成晶率以及产品的转换效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种高效多晶铸锭晶体生长方法，包括步骤S1铺设形核材料、S2填料和S3熔化长晶，其特征在于，步骤S1铺设形核材料包括：

S11、在光底坩埚底部铺设形核源材料构成形核源层，然后进入步骤S12；

S12、在形核源层上喷洒浆料，将形核源层固定在坩埚底部，然后进入步骤S13；

S13、在喷洒过浆料的形核源层上喷涂氮化硅脱膜剂形成保护层，然后进入步骤S14；

S14、在保护层上喷涂硅粉形成隔离层，然后进入步骤S2。

2.根据权利要求1所述的高效多晶铸锭晶体生长方法，其特征在于，在步骤S14中，形核源材料采用20-100目各个阶段硅颗粒共200-1000g。

3.根据权利要求2所述的高效多晶铸锭晶体生长方法，其特征在于，在步骤S14中，硅粉的粒径为100-4000目。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的高效多晶铸锭晶体生长方法，其特征在于，步骤S3熔化长晶包括熔化、长晶前期、长晶中期和长晶后期；其中，在熔化结束至长晶前期之间的熔化步骤中，控制隔热笼的开度在2-6cm之间，熔体温度控制在1410-1425℃之间，保温时间为0.5-2小时。

5.根据权利要求4所述的高效多晶铸锭晶体生长方法，其特征在于，在步骤S3熔化长晶中，长晶前期温度控制在1410-1425℃之间，隔热笼开度为7-12cm。

6.根据权利要求5所述的高效多晶铸锭晶体生长方法，其特征在于，在步骤S3熔化长晶中，长晶中期保持温度在1412-1420℃，隔热笼的开度速率保持在0.4-1.5cm/h，并且开度速率呈先变大后变小的趋势变化。

7.根据权利要求6所述的高效多晶铸锭晶体生长方法，其特征在于，在步骤S3熔化长晶中，长晶后期温度控制在1404-1414℃，隔热笼开度速率维持在0.15cm-0.35cm/h。