CN108359949A - 一种高纯多晶硅溅射靶材及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高纯多晶硅溅射靶材及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN108359949A
CN108359949A CN201810134015.5A CN201810134015A CN108359949A CN 108359949 A CN108359949 A CN 108359949A CN 201810134015 A CN201810134015 A CN 201810134015A CN 108359949 A CN108359949 A CN 108359949A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon
melting
electron gun
crucible
polycrystalline silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810134015.5A
Other languages
English (en)
Inventor
李鹏廷
石爽
张磊
谭毅
姜大川
王峰
孟剑雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qingdao Blue Light New Materials Co Ltd
Dalian University of Technology
Dagong Qingdao New Energy Material Technology Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Qingdao Blue Light New Materials Co Ltd
Dalian University of Technology
Dagong Qingdao New Energy Material Technology Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qingdao Blue Light New Materials Co Ltd, Dalian University of Technology, Dagong Qingdao New Energy Material Technology Research Institute Co Ltd filed Critical Qingdao Blue Light New Materials Co Ltd
Priority to CN201810134015.5A priority Critical patent/CN108359949A/zh
Priority to PCT/CN2018/081378 priority patent/WO2019153467A1/zh
Publication of CN108359949A publication Critical patent/CN108359949A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/037—Purification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/003—Heating or cooling of the melt or the crystallised material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/005—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method by irradiation or electric discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B28/00—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B28/04—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure from liquids
    • C30B28/06—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure from liquids by normal freezing or freezing under temperature gradient
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及溅射镀膜领域，具体涉及一种高纯多晶硅溅射靶材及其制备方法和应用。包括以下步骤：(1)装入硅料；(2)熔化阶段；(3)长晶过程；(4)减小热应力；(6)降温阶段。本发明选用多晶硅铸锭/提纯过程中产生的尾料作为原料，通过电子束熔炼耦合定向凝固将纯度较低的多晶硅原料提纯获得高纯多晶硅料，通过向硅中添加铝硼合金控制硅靶材的电阻率，通过籽晶诱导定向凝固工艺保证晶粒取向和均匀性，通过凝固工艺调整抑制晶体缺陷的形成。该方法制得的产品出成率能够达到80％左右，且具有成本低、纯度高、结晶取向一致、晶体缺陷少、电阻率可控的优点。

Description

一种高纯多晶硅溅射靶材及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及溅射镀膜领域，具体涉及一种高纯多晶硅溅射靶材及其制备方法和应用。
背景技术
镀膜靶材是通过磁控溅射、多弧离子镀或其他类型的镀膜系统在适当工艺条件下溅射在基板上形成各种功能薄膜的溅射源。作为镀膜过程的原材料，靶材质量对薄膜的性能起着至关重要的作用。硅靶材是一种重要的溅射靶材材料，使用磁控溅射方法制备硅以及二氧化硅等薄膜，可以使基体材料具备更好的光学、介电及抗蚀性能，被广泛应用在信息存储、low-e玻璃、LCD平板显示、太阳能电池等领域。
硅靶材产品分为单晶硅靶和多晶硅靶，较单晶硅靶而言，多晶硅靶便于激发、成本较低且产量大，已逐渐成为市场上的主流产品。现有的多晶硅靶材的制备方法是定向凝固法，该方法是在铸锭炉中将高纯硅原料熔化后，通过控制热场使硅熔体自下而上凝固，获得多晶硅铸锭，再经过后续加工形成多晶硅靶材产品。传统的铸锭工艺获得的多晶硅靶材产品晶粒尺寸较大且均匀性差，结晶取向不一致，导致溅射速率不稳定，影响多晶硅溅射薄膜厚度的均匀性和其他性能。
现有的多晶硅靶材制备技术存在的主要问题是：
一、高纯硅材料难以制备。多晶硅靶材要求产品具有5N(99.999％)以上纯度，因此原材料必须具有相当的纯度。铸造是一个定向凝固过程，对于分凝系数远远小于1的金属杂质有较好的去除效果，但对于分凝系数接近于1的磷、硼、砷等杂质无法有效去除，因此必须在铸造环节前端，将这些杂志去除到满足指标要求。
二、晶粒取向不一致。传统的铸锭过程采用自由形核的方式，将石英坩埚中的硅料全部熔化后开始定向凝固。硅熔体在石英坩埚底部自由形核，由于凝固初始阶段缺乏诱导，硅熔体开始形核时晶粒取向就不同，随着晶粒的不断定向生长，每个晶粒的取向最终被保留下来。
三、晶粒均匀性差。凝固过程中各部分所处的环境差异较大，晶粒之间相互吞并使得部分晶粒不断长大，同时对不同凝固阶段的生长速率缺乏调控手段，使得最终的晶粒尺寸均匀性差。
四、晶体缺陷难以控制。多晶硅铸造过程中，由于工艺控制效果不及时、不明显，会导致铸锭中出现晶体缺陷，影响靶材的性能。例如：由于热场材料脱落、出炉温度过高、退火时间太短等问题造成的宏观裂纹缺陷；由于长晶速率过快形成微晶以及杂质过多形成硬质颗粒使红外探伤出现阴影等。
五、电阻率难以控制。多晶硅溅射靶材对材料的电阻率有具体的要求，需要控制在一定的范围之内。多晶硅材料的电阻率主要由掺杂元素磷、硼等含量来控制，由于磷、硼的分凝系数小于1，在定向凝固过程中会向顶部富集，使得铸锭纵向电阻率不均匀。同时，硅的电阻率由各种掺杂元素共同作用决定，使电阻率分布规律难以确定。
高品质的多晶硅溅射靶材是制备高性能薄膜的基础，本发明提出一种新的多晶硅靶材制备方法，致力于制备出高纯度、结晶取向一致、晶粒均匀、晶体缺陷少、电阻率可控、低成本的高性能多晶硅靶材。
发明内容
为了解决现有的多晶硅靶材制备技术中存在硅原材料成本高、晶粒取向不一致、晶粒均匀性差、晶体缺陷难以控制、电阻率难以控制等问题，本发明提供了一种高纯多晶硅溅射靶材及其制备方法和应用，通过电子束熔炼耦合定向凝固将纯度较低的多晶硅原料提纯获得高纯多晶硅料，通过向硅中添加铝硼合金控制硅靶材的电阻率，通过籽晶诱导定向凝固工艺保证晶粒取向和均匀性，通过凝固工艺调整抑制晶体缺陷的形成。该方法制得的产品成本低，具有纯度高、结晶取向一致、晶体缺陷少、电阻率可控的优点，有利于提高多晶硅薄膜的性能。
为了实现上述目的，本发明采用技术方案如下：
一种高纯多晶硅溅射靶材的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：装入硅料，将电子束处理过的硅料与铝硼合金按一定配比装入石英坩埚中，抽真空后，加热使石墨器件、隔热层、原料等的湿气蒸发，并在短时间内升温；通入惰性气体作为保护气，使炉内压力保持在一定范围内，使坩埚内温度在短时间内快速达到1545～1560℃进入熔化阶段，步骤(1)过程中隔热笼始终在0位，即关闭状态；其中，在装料过程中，需在原料底部铺一层粒度范围在3～5mm的颗粒料，以起到引晶作用。
步骤(2)：熔化阶段，在1545～1560℃内保温7～9h，保温过程中隔热笼逐渐从0位开到5～7位，即缓慢提升隔热笼5～7cm，直至硅料剩余3～4cm，进行融化过程的第一次跳步操作，完成跳步后使硅液继续缓慢融化，速率为18～24mm/h；待硅料剩余2～3cm时进行第二次跳步操作，完成跳步后使硅液继续缓慢融化1～2cm，速率为12～18mm/h且有30min以上硅料既不融化也不生长；这一过程可以留住的籽晶高度较为均匀且长晶前硅液的温度一致。熔化阶段过程中底部热电偶的温度要始终低于1370℃。
步骤(3)：除铝阶段，减少惰性气体流量，使炉内压力减小到1～100Pa，保持30～60min；该阶段熔体中掺入的铝元素大量挥发，而硼元素被保留。
步骤(4)：长晶过程，温度缓慢降低，完成长晶阶段，长晶过程中隔热笼从5～7位开到18～20位。
步骤(5)：晶体生长完成后，晶锭退火。
步骤(6)：降温阶段，炉内通入大流量惰性气体，使温度逐渐降低后取出硅锭。
进一步地，步骤(1)中抽真空，加热使湿气蒸发，并在2～3h内达到1100～1200℃。
进一步地，步骤(1)中通入惰性气体作为保护气，使炉内压力保持在40～60KPa，使坩埚内温度在3～5h内快速达到1545～1560℃进入熔化阶段。
进一步地，步骤(4)中温度从1420℃经过26～30h缓慢降低到1400～1410℃，完成长晶阶段；这一过程在较为平整的籽晶基础上进行均匀成核，使得长晶产生的位错密度小，晶粒大小较为均匀，且排杂效果较好，从而提高硅锭品质。
进一步地，步骤(5)中晶锭在1340～1380℃的退火温度保持2～8h；使得晶锭的温度均匀，从而减小热应力。
进一步地，步骤(6)中温度逐渐降低到200℃后取出硅锭，降温速率为40～60℃/h。
进一步地，步骤(1)中电子束处理的过程如下：
A.装料：在料仓、熔炼坩埚、送料小车中均装入4N以上多晶硅原料，硅料中杂质的含量控制在P＜4ppmw、Fe＜20ppmw、Al＜10ppmw、Ca＜5ppmw、金属杂质总含量＜50ppmw；在凝固坩埚中用高纯硅料铺底，高纯硅料的纯度在5N以上；
B.预热电子枪：装料完毕后，电子束炉抽真空，当真空度小于0.5Pa时开始预热3把电子枪，其中2把电子枪照射熔炼坩埚，另1把电子枪照射凝固坩埚，预热20～40min，预热完成后进入硅料熔化阶段；
C.硅料熔化：根据观察窗中观察到的熔化状况及熔化过程中真空度的变化情况保证真空小于0.5Pa，逐渐增加2把照射熔炼坩埚的电子枪功率到250kW，保持功率在250kW使熔炼坩埚内硅料完全熔化；逐渐增加照射凝固坩埚的电子枪功率到150kW，保持功率在150kW使凝固坩埚内铺底硅料熔化；
D.硅料熔炼：2把照射熔炼坩埚的电子枪功率继续保持250kW熔炼硅料10～30min；
E.硅液倾倒：将照射熔炼坩埚的2把电子枪关闭，硅液倾倒，倾倒完成后，将另1把照射凝固坩埚的电子枪功率增加到250kW；
F.诱导定向凝固：降低照射凝固坩埚的电子枪功率，进行诱导定向凝固，降低步骤为250kW-200kW-150kW，时间间隔为2～10min；使金属杂质充分富集在液相中；
G.关闭电子枪：逐渐降低照射凝固坩埚的电子枪功率，降低步骤为150kW-120kW-0，冷却后将硅锭取出，破碎后待用。
进一步地，步骤C中2把照射熔炼坩埚的电子枪的单枪功率增加步骤为10kW-30kW-50kW-100kW-150kW-200kW-250kW。
进一步地，步骤C中照射凝固坩埚的电子枪的功率增加步骤为10kW-30kW-50kW-100kW-150kW。
进一步地，步骤F操作时需保证产品铸锭在120～140kg，根据凝固坩埚与熔炼坩埚容量确定是否需要硅料输送，若需硅料输送，则照射凝固坩埚的电子枪仍保持150kW，向熔炼坩埚中加入新料，3把电子枪再次按照步骤C至步骤F进行硅料熔化、硅料熔炼、硅液倾倒、诱导定向凝固过程。
进一步地，步骤(1)中铝硼合金的加入过程如下：
A.按照硅材料电阻率配比公式计算需要掺入硼杂质的含量，推算出需要加入的铝硼合金质量；
式中：
T——靶材中的硼杂质含量；
M——原料质量；
m——铝硼合金质量；
n——铝硼合金中硼含量占比；
B.根据第一步的计算结果称取铝硼合金，将铝硼合金处理成块状，利用盐酸和氢氟酸的混合溶液浸泡，后经清水清洗后烘干，待用；
C.计算出铝硼合金经B步骤处理前后的质量差，由此按照A步骤中的公式重新推算酸处理后的铝硼合金中硼杂质的含量；
D.根据C步骤中的计算结果，按照A步骤中的公式重新推算需要加入的酸处理后的铝硼合金的质量；
E.将酸处理后的铝硼合金经清水清洗后烘干，待用。
一种如上述制备方法制备的高纯多晶硅溅射靶材。
一种上述高纯多晶硅溅射靶材在溅射镀膜领域中的应用。
本发明的有益效果是：
本发明选用多晶硅铸锭/提纯过程中产生的尾料作为原料，通过电子束熔炼耦合定向凝固将纯度较低的多晶硅原料提纯获得高纯多晶硅料，通过向硅中添加铝硼合金控制硅靶材的电阻率，通过籽晶诱导定向凝固工艺保证晶粒取向和均匀性，通过凝固工艺调整抑制晶体缺陷的形成。该方法制得的产品出成率能够达到80％左右，且具有成本低、纯度高、结晶取向一致、晶体缺陷少、电阻率可控的优点。
具体实施方式
为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，下面通过实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例1
A：装入硅料，将电子束处理过的硅料800kg与铝硼合金按照配比装入石英坩埚中；抽真空后，加热使石墨器件、隔热层、原料等的湿气蒸发，并在3h内达到1100℃；通入氩气作为保护气，使炉内压力保持在50KPa，使坩埚内温度在5h内快速达到1550℃进入熔化阶段，此过程中隔热笼始终在0位，即关闭状态；其中，在装料过程中，需在原料底部铺一层粒度范围在3mm的颗粒料，以起到引晶作用。
B：熔化阶段，在1550℃保温9h，保温过程中隔热笼逐渐从0位开到5位，即缓慢提升隔热笼5cm，直至硅料剩余4cm，进行融化过程的第一次跳步操作，完成跳步后使硅液继续缓慢融化，速率为18mm/h；待硅料剩余2cm时进行第二次跳步操作，完成跳步后使硅液继续缓慢融化1cm，融化速度保持在12mm/h且有30min以上硅料既不融化也不生长；这一过程可以留住的籽晶高度较为均匀且长晶前硅液的温度一致。熔化阶段过程中底部热电偶的温度要始终低于1370℃。
C：除铝阶段，减少氩气流量，使炉内压力减小到1Pa，保持60min；该阶段熔体中掺入的铝元素大量挥发，而硼元素被保留。
D：长晶过程，温度从1420℃经过30h缓慢降低到1414℃，完成长晶阶段；长晶过程中隔热笼从5位开到20位；这一过程在较为平整的籽晶基础上进行均匀成核，使得长晶产生的位错密度小，晶粒大小较为均匀，且排杂效果较好，从而提高硅锭品质。
E：晶体生长完成后，晶锭在1350℃的退火温度保持4h；使得晶锭的温度均匀，从而减小热应力。
F：降温阶段，炉内通入大流量氩气，使温度逐渐降低到200℃后取出硅锭，降温速率为40℃/h。
其中，步骤A中电子束处理的过程如下：
1.装料：在料仓、熔炼坩埚、送料小车中均装入4N以上多晶硅原料，硅料中杂质的含量控制在P＜4ppmw、Fe＜20ppmw、Al＜10ppmw、Ca＜5ppmw、金属杂质总含量＜50ppmw；在凝固坩埚中用高纯硅料铺底，高纯硅料的纯度在5N以上。
2.预热电子枪：装料完毕后，电子束炉抽真空，当真空度小于0.5Pa时开始预热3把电子枪，其中2把电子枪照射熔炼坩埚，另1把电子枪照射凝固坩埚，预热40min，预热完成后进入硅料熔化阶段。
3.硅料熔化：根据观察窗中观察到的熔化状况及熔化过程中真空度的变化情况保证真空小于0.5Pa，逐渐增加2把照射熔炼坩埚的电子枪功率到250kW，2把照射熔炼坩埚的电子枪的单枪功率增加步骤为10kW-30kW-50kW-100kW-150kW-200kW-250kW，保持功率在250kW使熔炼坩埚内硅料完全熔化；逐渐增加照射凝固坩埚的电子枪功率到150kW，照射凝固坩埚的电子枪的功率增加步骤为10kW-30kW-50kW-100kW-150kW，保持功率在150kW使凝固坩埚内铺底硅料熔化。
4.硅料熔炼：2把照射熔炼坩埚的电子枪功率继续保持250kW熔炼硅料30min。
5.硅液倾倒：将照射熔炼坩埚的2把电子枪关闭，硅液倾倒，倾倒完成后，将另1把照射凝固坩埚的电子枪功率增加到250kW。
6.诱导定向凝固：降低照射凝固坩埚的电子枪功率，进行诱导定向凝固，降低步骤为250kW-200kW-150kW，时间间隔为10min；使金属杂质充分富集在液相中；操作时需保证产品铸锭在120～140kg，根据凝固坩埚与熔炼坩埚容量确定是否需要硅料输送，若需硅料输送，则照射凝固坩埚的电子枪仍保持150kW，向熔炼坩埚中加入新料，3把电子枪再次按照步骤3至步骤6进行硅料熔化、硅料熔炼、硅液倾倒、诱导定向凝固过程。
7.关闭电子枪：逐渐降低照射凝固坩埚的电子枪功率，降低步骤为150kW-120kW-0，冷却后将硅锭取出，破碎后待用。
其中，步骤A中铝硼合金的加入过程如下：
Ⅰ.按照硅材料电阻率配比公式计算需要掺入硼杂质的含量，推算出需要加入的铝硼合金质量；
式中：
T——靶材中的硼杂质含量；
M——原料质量；
m——铝硼合金质量；
n——铝硼合金中硼含量占比；
Ⅱ.根据第一步的计算结果称取铝硼合金，将铝硼合金处理成块状，利用盐酸和氢氟酸的混合溶液浸泡，后经清水清洗后烘干，待用；
Ⅲ.计算出铝硼合金经B步骤处理前后的质量差，由此按照A步骤中的公式重新推算酸处理后的铝硼合金中硼杂质的含量；
Ⅵ.根据C步骤中的计算结果，按照A步骤中的公式重新推算需要加入的酸处理后的铝硼合金的质量；
Ⅴ.将酸处理后的铝硼合金经清水清洗后烘干，待用。
通过该工艺得到的硅锭，可用部分的出成率达到80％左右，导电类型为P型，电阻率为0.015Ω·cm-0.02Ω·cm之间，多晶硅靶材锭中的杂质含量为：Al含量0.08μg/g、Cu含量0.01μg/g、Fe含量0.08μg/g、Pb含量0.01μg/g、Ni含量0.02μg/g、Sb含量0.01μg/g、Au含量0.01μg/g、Pd含量0.01μg/g、Mg含量0.01μg/g、As含量0.01μg/g、Sn含量0.01μg/g、Cr含量0.006μg/g、Mn含量0.01μg/g，杂质总含量0.276μg/g。
实施例2
A：装入硅料，将电子束处理过的硅料800kg与铝硼合金按照配比装入石英坩埚中；抽真空后，加热使石墨器件、隔热层、原料等的湿气蒸发，并在3h内达到1100℃；通入氩气作为保护气，使炉内压力保持在50KPa，使坩埚内温度在5h内快速达到1550℃进入熔化阶段，此过程中隔热笼始终在0位，即关闭状态；其中，在装料过程中，需在原料底部铺一层粒度范围在5mm的颗粒料，以起到引晶作用。
B：熔化阶段，在1550℃保温9h，保温过程中隔热笼逐渐从0位开到6位，即缓慢提升隔热笼6cm，直至硅料剩余3cm，进行融化过程的第一次跳步操作，完成跳步后使硅液继续缓慢融化，速率为18mm/h；待硅料剩余2cm时进行第二次跳步操作，完成跳步后使硅液继续缓慢融化1cm，融化速度保持在12mm/h且有30min以上硅料既不融化也不生长；这一过程可以留住的籽晶高度较为均匀且长晶前硅液的温度一致。熔化阶段过程中底部热电偶的温度要始终低于1370℃。
C：除铝阶段，减少氩气流量，使炉内压力减小到1Pa，保持30min；该阶段熔体中掺入的铝元素大量挥发，而硼元素被保留。
D：长晶过程，温度从1420℃经过30h缓慢降低到1414℃，完成长晶阶段；长晶过程中隔热笼从6位开到20位；这一过程在较为平整的籽晶基础上进行均匀成核，使得长晶产生的位错密度小，晶粒大小较为均匀，且排杂效果较好，从而提高硅锭品质。
E：晶体生长完成后，晶锭在1350℃的退火温度保持2h；使得晶锭的温度均匀，从而减小热应力。
F：降温阶段，炉内通入大流量氩气，使温度逐渐降低到200℃后取出硅锭，降温速率为50℃/h。
其中，步骤A中电子束处理的过程如下：
1.装料：在料仓、熔炼坩埚、送料小车中均装入4N以上多晶硅原料，硅料中杂质的含量控制在P＜4ppmw、Fe＜20ppmw、Al＜10ppmw、Ca＜5ppmw、金属杂质总含量＜50ppmw；在凝固坩埚中用高纯硅料铺底，高纯硅料的纯度在5N以上。
2.预热电子枪：装料完毕后，电子束炉抽真空，当真空度小于0.5Pa时开始预热3把电子枪，其中2把电子枪照射熔炼坩埚，另1把电子枪照射凝固坩埚，预热30min，预热完成后进入硅料熔化阶段。
3.硅料熔化：根据观察窗中观察到的熔化状况及熔化过程中真空度的变化情况保证真空小于0.5Pa，逐渐增加2把照射熔炼坩埚的电子枪功率到250kW，2把照射熔炼坩埚的电子枪的单枪功率增加步骤为10kW-30kW-50kW-100kW-150kW-200kW-250 kW，保持功率在250kW使熔炼坩埚内硅料完全熔化；逐渐增加照射凝固坩埚的电子枪功率到150kW，照射凝固坩埚的电子枪的功率增加步骤为10kW-30kW-50kW-100kW-150kW，保持功率在150kW使凝固坩埚内铺底硅料熔化。
4.硅料熔炼：2把照射熔炼坩埚的电子枪功率继续保持250kW熔炼硅料20min。
5.硅液倾倒：将照射熔炼坩埚的2把电子枪关闭，硅液倾倒，倾倒完成后，将另1把照射凝固坩埚的电子枪功率增加到250kW。
6.诱导定向凝固：降低照射凝固坩埚的电子枪功率，进行诱导定向凝固，降低步骤为250kW-200kW-150kW，时间间隔为5min；使金属杂质充分富集在液相中；操作时需保证产品铸锭在120～140kg，根据凝固坩埚与熔炼坩埚容量确定是否需要硅料输送，若需硅料输送，则照射凝固坩埚的电子枪仍保持150kW，向熔炼坩埚中加入新料，3把电子枪再次按照步骤3至步骤6进行硅料熔化、硅料熔炼、硅液倾倒、诱导定向凝固过程。
7.关闭电子枪：逐渐降低照射凝固坩埚的电子枪功率，降低步骤为150kW-120kW-0，冷却后将硅锭取出，破碎后待用。
其中，步骤A中铝硼合金的加入过程如下：
Ⅰ.按照硅材料电阻率配比公式计算需要掺入硼杂质的含量，推算出需要加入的铝硼合金质量；
式中：
T——靶材中的硼杂质含量；
M——原料质量；
m——铝硼合金质量；
n——铝硼合金中硼含量占比；
Ⅱ.根据第一步的计算结果称取铝硼合金，将铝硼合金处理成块状，利用盐酸和氢氟酸的混合溶液浸泡，后经清水清洗后烘干，待用；
Ⅲ.计算出铝硼合金经B步骤处理前后的质量差，由此按照A步骤中的公式重新推算酸处理后的铝硼合金中硼杂质的含量；
Ⅵ.根据C步骤中的计算结果，按照A步骤中的公式重新推算需要加入的酸处理后的铝硼合金的质量；
Ⅴ.将酸处理后的铝硼合金经清水清洗后烘干，待用。
通过该工艺得到的硅锭，可用部分的出成率达到78％左右，导电类型为P型，电阻率为0.01Ω·cm-0.015Ω·cm之间，多晶硅靶材锭中的杂质含量为：Al含量0.09μg/g、Cu含量0.01μg/g、Fe含量0.1μg/g、Pb含量0.01μg/g、Ni含量0.02μg/g、Sb含量0.01μg/g、Au含量0.01μg/g、Pd含量0.01μg/g、Mg含量0.01μg/g、As含量0.01μg/g、Sn含量0.01μg/g、Cr含量0.006μg/g、Mn含量0.01μg/g，杂质总含量0.306μg/g。
实施例3
A：装入硅料，将电子束处理过的硅料800kg与铝硼合金按照配比装入石英坩埚中；抽真空后，加热使石墨器件、隔热层、原料等的湿气蒸发，并在3h内达到1100℃；通入氩气作为保护气，使炉内压力保持在50KPa，使坩埚内温度在5h内快速达到1550℃进入熔化阶段，此过程中隔热笼始终在0位，即关闭状态；其中，在装料过程中，需在原料底部铺一层粒度范围在5mm的颗粒料，以起到引晶作用。
B：熔化阶段，在1550℃保温9h，保温过程中隔热笼逐渐从0位开到7位，即缓慢提升隔热笼7cm，直至硅料剩余3cm，进行融化过程的第一次跳步操作，完成跳步后使硅液继续缓慢融化，速率为24mm/h；待硅料剩余2cm时进行第二次跳步操作，完成跳步后使硅液继续缓慢融化1cm，融化速度保持在12mm/h且有30min以上硅料既不融化也不生长；这一过程可以留住的籽晶高度较为均匀且长晶前硅液的温度一致。熔化阶段过程中底部热电偶的温度要始终低于1370℃。
C：除铝阶段，减少氩气流量，使炉内压力减小到100Pa，保持30min；该阶段熔体中掺入的铝元素大量挥发，而硼元素被保留。
D：长晶过程，温度从1420℃经过26h缓慢降低到1414℃，完成长晶阶段；长晶过程中隔热笼从7位开到20位；这一过程在较为平整的籽晶基础上进行均匀成核，使得长晶产生的位错密度小，晶粒大小较为均匀，且排杂效果较好，从而提高硅锭品质。
E：晶体生长完成后，晶锭在1350℃的退火温度保持2h；使得晶锭的温度均匀，从而减小热应力。
F：降温阶段，炉内通入大流量氩气，使温度逐渐降低到200℃后取出硅锭，降温速率为60℃/h。
其中，步骤A中电子束处理的过程如下：
1.装料：在料仓、熔炼坩埚、送料小车中均装入4N以上多晶硅原料，硅料中杂质的含量控制在P＜4ppmw、Fe＜20ppmw、Al＜10ppmw、Ca＜5ppmw、金属杂质总含量＜50ppmw；在凝固坩埚中用高纯硅料铺底，高纯硅料的纯度在5N以上。
2.预热电子枪：装料完毕后，电子束炉抽真空，当真空度小于0.5Pa时开始预热3把电子枪，其中2把电子枪照射熔炼坩埚，另1把电子枪照射凝固坩埚，预热20min，预热完成后进入硅料熔化阶段。
3.硅料熔化：根据观察窗中观察到的熔化状况及熔化过程中真空度的变化情况保证真空小于0.5Pa，逐渐增加2把照射熔炼坩埚的电子枪功率到250kW，2把照射熔炼坩埚的电子枪的单枪功率增加步骤为10kW-30kW-50kW-100kW-150kW-200kW-250kW，保持功率在250kW使熔炼坩埚内硅料完全熔化；逐渐增加照射凝固坩埚的电子枪功率到150kW，照射凝固坩埚的电子枪的功率增加步骤为10kW-30kW-50kW-100kW-150kW，保持功率在150kW使凝固坩埚内铺底硅料熔化。
4.硅料熔炼：2把照射熔炼坩埚的电子枪功率继续保持250kW熔炼硅料10min。
5.硅液倾倒：将照射熔炼坩埚的2把电子枪关闭，硅液倾倒，倾倒完成后，将另1把照射凝固坩埚的电子枪功率增加到250kW。
6.诱导定向凝固：降低照射凝固坩埚的电子枪功率，进行诱导定向凝固，降低步骤为250kW-200kW-150kW，时间间隔为2min；使金属杂质充分富集在液相中；操作时需保证产品铸锭在120～140kg，根据凝固坩埚与熔炼坩埚容量确定是否需要硅料输送，若需硅料输送，则照射凝固坩埚的电子枪仍保持150kW，向熔炼坩埚中加入新料，3把电子枪再次按照步骤3至步骤6进行硅料熔化、硅料熔炼、硅液倾倒、诱导定向凝固过程。
7.关闭电子枪：逐渐降低照射凝固坩埚的电子枪功率，降低步骤为150kW-120kW-0，冷却后将硅锭取出，破碎后待用。
其中，步骤A中铝硼合金的加入过程如下：
Ⅰ.按照硅材料电阻率配比公式算需要掺入硼杂质的含量，推算出需要加入的铝硼合金质量；
式中：
T——靶材中的硼杂质含量；
M——原料质量；
m——铝硼合金质量；
n——铝硼合金中硼含量占比；
Ⅱ.根据第一步的计算结果称取铝硼合金，将铝硼合金处理成块状，利用盐酸和氢氟酸的混合溶液浸泡，后经清水清洗后烘干，待用；
Ⅲ.计算出铝硼合金经B步骤处理前后的质量差，由此按照A步骤中的公式重新推算酸处理后的铝硼合金中硼杂质的含量；
Ⅵ.根据C步骤中的计算结果，按照A步骤中的公式重新推算需要加入的酸处理后的铝硼合金的质量；
Ⅴ.将酸处理后的铝硼合金经清水清洗后烘干，待用。
通过该工艺得到的硅锭，可用部分的出成率达到75％左右，导电类型为P型，电阻率为0.005Ω·cm-0.01Ω·cm之间，多晶硅靶材锭中的杂质含量为：Al含量0.1μg/g、Cu含量0.01μg/g、Fe含量0.1μg/g、Pb含量0.01μg/g、Ni含量0.02μg/g、Sb含量0.01μg/g、Au含量0.01μg/g、Pd含量0.01μg/g、Mg含量0.01μg/g、As含量0.01μg/g、Sn含量0.01μg/g、Cr含量0.01μg/g、Mn含量0.01μg/g，杂质总含量0.32μg/g。
对比例1
A：装入硅料，将电子束处理过的硅料800kg与铝硼合金按照配比装入石英坩埚中；抽真空后，加热使石墨器件、隔热层、原料等的湿气蒸发，并在3h内达到1100℃；通入氩气作为保护气，使炉内压力保持在50KPa，使坩埚内温度在5h内快速达到1550℃进入熔化阶段，此过程中隔热笼始终在0位，即关闭状态；其中，在装料过程中，需在原料底部铺一层粒度范围在3mm的颗粒料，以起到引晶作用。
B：熔化阶段，在1550℃保温9h，保温过程中隔热笼逐渐从0位开到5位，即缓慢提升隔热笼5cm，直至硅料剩余4cm，进行融化过程的第一次跳步操作，完成跳步后使硅液继续缓慢融化，速率为18mm/h；待硅料剩余2cm时进行第二次跳步操作，完成跳步后使硅液继续缓慢融化1cm，融化速度保持在12mm/h且有30min以上硅料既不融化也不生长；这一过程可以留住的籽晶高度较为均匀且长晶前硅液的温度一致。熔化阶段过程中底部热电偶的温度要始终低于1370℃。
C：长晶过程，温度从1420℃经过30h缓慢降低到1414℃，完成长晶阶段；长晶过程中隔热笼从5位开到20位；这一过程在较为平整的籽晶基础上进行均匀成核，使得长晶产生的位错密度小，晶粒大小较为均匀，且排杂效果较好，从而提高硅锭品质。
D：晶体生长完成后，晶锭在1350℃的退火温度保持4h；使得晶锭的温度均匀，从而减小热应力。
E：降温阶段，炉内通入大流量氩气，使温度逐渐降低到200℃后取出硅锭，降温速率为40℃/h。
其中，步骤A中电子束处理的过程如下：
1.装料：在料仓、熔炼坩埚、送料小车中均装入4N以上多晶硅原料，硅料中杂质的含量控制在P＜4ppmw、Fe＜20ppmw、Al＜10ppmw、Ca＜5ppmw、金属杂质总含量＜50ppmw；在凝固坩埚中用高纯硅料铺底，高纯硅料的纯度在5N以上。
2.预热电子枪：装料完毕后，电子束炉抽真空，当真空度小于0.5Pa时开始预热3把电子枪，其中2把电子枪照射熔炼坩埚，另1把电子枪照射凝固坩埚，预热40min，预热完成后进入硅料熔化阶段。
3.硅料熔化：根据观察窗中观察到的熔化状况及熔化过程中真空度的变化情况保证真空小于0.5Pa，逐渐增加2把照射熔炼坩埚的电子枪功率到250kW，2把照射熔炼坩埚的电子枪的单枪功率增加步骤为10kW-30kW-50kW-100kW-150kW-200kW-250kW，保持功率在250kW使熔炼坩埚内硅料完全熔化；逐渐增加照射凝固坩埚的电子枪功率到150kW，照射凝固坩埚的电子枪的功率增加步骤为10kW-30kW-50kW-100kW-150kW，保持功率在150kW使凝固坩埚内铺底硅料熔化。
4.硅料熔炼：2把照射熔炼坩埚的电子枪功率继续保持250kW熔炼硅料30min。
5.硅液倾倒：将照射熔炼坩埚的2把电子枪关闭，硅液倾倒，倾倒完成后，将另1把照射凝固坩埚的电子枪功率增加到250kW。
6.诱导定向凝固：降低照射凝固坩埚的电子枪功率，进行诱导定向凝固，降低步骤为250kW-200kW-150kW，时间间隔为10min；使金属杂质充分富集在液相中；操作时需保证产品铸锭在120～140kg，根据凝固坩埚与熔炼坩埚容量确定是否需要硅料输送，若需硅料输送，则照射凝固坩埚的电子枪仍保持150kW，向熔炼坩埚中加入新料，3把电子枪再次按照步骤3至步骤6进行硅料熔化、硅料熔炼、硅液倾倒、诱导定向凝固过程。
7.关闭电子枪：逐渐降低照射凝固坩埚的电子枪功率，降低步骤为150kW-120kW-0，冷却后将硅锭取出，破碎后待用。
其中，步骤A中铝硼合金的加入过程如下：
Ⅰ.按照硅材料电阻率配比公式计算需要掺入硼杂质的含量，推算出需要加入的铝硼合金质量；
式中：
T——靶材中的硼杂质含量；
M——原料质量；
m——铝硼合金质量；
n——铝硼合金中硼含量占比；
Ⅱ.根据第一步的计算结果称取铝硼合金，将铝硼合金处理成块状，利用盐酸和氢氟酸的混合溶液浸泡，后经清水清洗后烘干，待用；
Ⅲ.计算出铝硼合金经B步骤处理前后的质量差，由此按照A步骤中的公式重新推算酸处理后的铝硼合金中硼杂质的含量；
Ⅵ.根据C步骤中的计算结果，按照A步骤中的公式重新推算需要加入的酸处理后的铝硼合金的质量；
Ⅴ.将酸处理后的铝硼合金经清水清洗后烘干，待用。
通过该工艺得到的硅锭，可用部分的出成率达到78％左右，导电类型为P型，电阻率为0.015Ω·cm-0.02Ω·cm之间，多晶硅靶材锭中的杂质含量为：Al含量19.48μg/g、Cu含量0.01μg/g、Fe含量0.08μg/g、Pb含量0.01μg/g、Ni含量0.02μg/g、Sb含量0.01μg/g、Au含量0.01μg/g、Pd含量0.01μg/g、Mg含量0.01μg/g、As含量0.01μg/g、Sn含量0.01μg/g、Cr含量0.006μg/g、Mn含量0.01μg/g，杂质总含量19.676μg/g。
对比例2
A：装入硅料，将电子束处理过的硅料800kg装入石英坩埚中；抽真空后，加热使石墨器件、隔热层、原料等的湿气蒸发，并在3h内达到1100℃；通入氩气作为保护气，使炉内压力保持在50KPa，使坩埚内温度在5h内快速达到1550℃进入熔化阶段，此过程中隔热笼始终在0位，即关闭状态；其中，在装料过程中，需在原料底部铺一层粒度范围在3mm的颗粒料，以起到引晶作用。
B：熔化阶段，在1550℃保温9h，保温过程中隔热笼逐渐从0位开到5位，即缓慢提升隔热笼5cm，直至硅料剩余4cm，进行融化过程的第一次跳步操作，完成跳步后使硅液继续缓慢融化，速率为18mm/h；待硅料剩余2cm时进行第二次跳步操作，完成跳步后使硅液继续缓慢融化1cm，融化速度保持在12mm/h且有30min以上硅料既不融化也不生长；这一过程可以留住的籽晶高度较为均匀且长晶前硅液的温度一致。熔化阶段过程中底部热电偶的温度要始终低于1370℃。
C：长晶过程，温度从1420℃经过30h缓慢降低到1414℃，完成长晶阶段；长晶过程中隔热笼从5位开到20位；这一过程在较为平整的籽晶基础上进行均匀成核，使得长晶产生的位错密度小，晶粒大小较为均匀，且排杂效果较好，从而提高硅锭品质。
D：晶体生长完成后，晶锭在1350℃的退火温度保持4h；使得晶锭的温度均匀，从而减小热应力。
E：降温阶段，炉内通入大流量氩气，使温度逐渐降低到200℃后取出硅锭，降温速率为40℃/h。
其中，步骤A中电子束处理的过程如下：
1.装料：在料仓、熔炼坩埚、送料小车中均装入4N以上多晶硅原料，硅料中杂质的含量控制在P＜4ppmw、Fe＜20ppmw、Al＜10ppmw、Ca＜5ppmw、金属杂质总含量＜50ppmw；在凝固坩埚中用高纯硅料铺底，高纯硅料的纯度在5N以上。
2.预热电子枪：装料完毕后，电子束炉抽真空，当真空度小于0.5Pa时开始预热3把电子枪，其中2把电子枪照射熔炼坩埚，另1把电子枪照射凝固坩埚，预热40min，预热完成后进入硅料熔化阶段。
3.硅料熔化：根据观察窗中观察到的熔化状况及熔化过程中真空度的变化情况保证真空小于0.5Pa，逐渐增加2把照射熔炼坩埚的电子枪功率到250kW，2把照射熔炼坩埚的电子枪的单枪功率增加步骤为10kW-30kW-50kW-100kW-150kW-200kW-250kW，保持功率在250kW使熔炼坩埚内硅料完全熔化；逐渐增加照射凝固坩埚的电子枪功率到150kW，照射凝固坩埚的电子枪的功率增加步骤为10kW-30kW-50kW-100kW-150kW，保持功率在150kW使凝固坩埚内铺底硅料熔化。
4.硅料熔炼：2把照射熔炼坩埚的电子枪功率继续保持250kW熔炼硅料30min。
5.硅液倾倒：将照射熔炼坩埚的2把电子枪关闭，硅液倾倒，倾倒完成后，将另1把照射凝固坩埚的电子枪功率增加到250kW。
6.诱导定向凝固：降低照射凝固坩埚的电子枪功率，进行诱导定向凝固，降低步骤为250kW-200kW-150kW，时间间隔为10min；使金属杂质充分富集在液相中；操作时需保证产品铸锭在120～140kg，根据凝固坩埚与熔炼坩埚容量确定是否需要硅料输送，若需硅料输送，则照射凝固坩埚的电子枪仍保持150kW，向熔炼坩埚中加入新料，3把电子枪再次按照步骤3至步骤6进行硅料熔化、硅料熔炼、硅液倾倒、诱导定向凝固过程。
7.关闭电子枪：逐渐降低照射凝固坩埚的电子枪功率，降低步骤为150kW-120kW-0，冷却后将硅锭取出，破碎后待用。
通过该工艺得到的硅锭，可用部分的出成率达到80％左右，导电类型为P型，电阻率为0.02Ω·cm-10Ω·cm之间，多晶硅靶材锭中的杂质含量为：Al含量0.08μg/g、Cu含量0.01μg/g、Fe含量0.08μg/g、Pb含量0.01μg/g、Ni含量0.02μg/g、Sb含量0.01μg/g、Au含量0.01μg/g、Pd含量0.01μg/g、Mg含量0.01μg/g、As含量0.01μg/g、Sn含量0.01μg/g、Cr含量0.006μg/g、Mn含量0.01μg/g，杂质总含量0.276μg/g。
对比例3
A：装入硅料，将电子束处理过的硅料800kg与铝硼合金按照配比装入石英坩埚中；抽真空后，加热使石墨器件、隔热层、原料等的湿气蒸发，并在3h内达到1100℃；通入氩气作为保护气，使炉内压力保持在50KPa，使坩埚内温度在5h内快速达到1550℃进入熔化阶段，此过程中隔热笼始终在0位，即关闭状态；其中，在装料过程中，需在原料底部铺一层粒度范围在3mm的颗粒料，以起到引晶作用。
B：熔化阶段，在1550℃保温9h，保温过程中隔热笼逐渐从0位开到5位，即缓慢提升隔热笼5cm，直至硅料剩余4cm，进行融化过程的第一次跳步操作，完成跳步后使硅液继续缓慢融化，速率为18mm/h；待硅料剩余2cm时进行第二次跳步操作，完成跳步后使硅液继续缓慢融化1cm，融化速度保持在12mm/h且有30min以上硅料既不融化也不生长；这一过程可以留住的籽晶高度较为均匀且长晶前硅液的温度一致。熔化阶段过程中底部热电偶的温度要始终低于1370℃。
C：除铝阶段，减少氩气流量，使炉内压力减小到1Pa，保持60min；该阶段熔体中掺入的铝元素大量挥发，而硼元素被保留。
D：长晶过程，温度从1420℃经过30h缓慢降低到1414℃，完成长晶阶段；长晶过程中隔热笼从5位开到20位；这一过程在较为平整的籽晶基础上进行均匀成核，使得长晶产生的位错密度小，晶粒大小较为均匀，且排杂效果较好，从而提高硅锭品质。
E：晶体生长完成后，晶锭在1350℃的退火温度保持4h；使得晶锭的温度均匀，从而减小热应力。
F：降温阶段，炉内通入大流量氩气，使温度逐渐降低到200℃后取出硅锭，降温速率为40℃/h。
其中，步骤A中电子束处理的过程如下：
1.装料：在料仓、熔炼坩埚、送料小车中均装入4N以上多晶硅原料，硅料中杂质的含量控制在P＜4ppmw、Fe＜20ppmw、Al＜10ppmw、Ca＜5ppmw、金属杂质总含量＜50ppmw；在凝固坩埚中用高纯硅料铺底，高纯硅料的纯度在5N以上。
2.预热电子枪：装料完毕后，电子束炉抽真空，当真空度小于0.5Pa时开始预热3把电子枪，其中2把电子枪照射熔炼坩埚，另1把电子枪照射凝固坩埚，预热40min，预热完成后进入硅料熔化阶段。
3.硅料熔化：根据观察窗中观察到的熔化状况及熔化过程中真空度的变化情况保证真空小于0.5Pa，逐渐增加2把照射熔炼坩埚的电子枪功率到250kW，2把照射熔炼坩埚的电子枪的单枪功率增加步骤为10kW-30kW-50kW-100kW-150kW-200kW-250kW，保持功率在250kW使熔炼坩埚内硅料完全熔化；逐渐增加照射凝固坩埚的电子枪功率到150kW，照射凝固坩埚的电子枪的功率增加步骤为10kW-30kW-50kW-100kW-150kW，保持功率在150kW使凝固坩埚内铺底硅料熔化。
4.硅料熔炼：2把照射熔炼坩埚的电子枪功率继续保持250kW熔炼硅料30min。
5.硅液倾倒：将照射熔炼坩埚的2把电子枪关闭，硅液倾倒，倾倒完成后，将另1把照射凝固坩埚的电子枪功率增加到250kW。
6.诱导定向凝固：降低照射凝固坩埚的电子枪功率，进行诱导定向凝固，降低步骤为250kW-200kW-150kW，时间间隔为10min；使金属杂质充分富集在液相中；操作时需保证产品铸锭在120～140kg，根据凝固坩埚与熔炼坩埚容量确定是否需要硅料输送，若需硅料输送，则照射凝固坩埚的电子枪仍保持150kW，向熔炼坩埚中加入新料，3把电子枪再次按照步骤3至步骤6进行硅料熔化、硅料熔炼、硅液倾倒、诱导定向凝固过程。
7.关闭电子枪：逐渐降低照射凝固坩埚的电子枪功率，降低步骤为150kW-120kW-0，冷却后将硅锭取出，破碎后待用。
其中，步骤A中铝硼合金的加入过程如下：
计算好配料，经酸洗处理表面污物后，一次性加入到硅料中。
通过该工艺得到的硅锭，可用部分的出成率达到80％左右，导电类型为P型，电阻率为0.02Ω·cm-0.1Ω·cm之间，多晶硅靶材锭中的杂质含量为：Al含量0.08μg/g、Cu含量0.01μg/g、Fe含量0.08μg/g、Pb含量0.01μg/g、Ni含量0.02μg/g、Sb含量0.01μg/g、Au含量0.01μg/g、Pd含量0.01μg/g、Mg含量0.01μg/g、As含量0.01μg/g、Sn含量0.01μg/g、Cr含量0.006μg/g、Mn含量0.01μg/g，杂质总含量0.276μg/g。
本发明所获得的高纯多晶硅溅射靶材铸锭的技术指标为：
多晶硅锭表面无裂纹，侧面及底面无粘埚，顶部平整无硬质颗粒富集。硅锭内部无明显硬质点(顶部0～2cm除外)，整锭无裂纹，头尾边部0～2cm内部分无气孔。导电类型为P型，电阻率为0.005Ω·cm-0.2Ω·cm之间。多晶硅靶材用多晶硅锭的成分指标应满足表1。
表1多晶硅靶材用多晶硅锭的成分指标

Claims (10)

1.一种高纯多晶硅溅射靶材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：装入硅料，将电子束处理过的硅料与铝硼合金按一定配比装入坩埚中，抽真空，加热使湿气蒸发，并在短时间内升温；通入惰性气体作为保护气，使炉内压力保持在一定范围内，使坩埚内温度在短时间内快速达到1545～1560℃进入熔化阶段，步骤(1)过程中隔热笼始终在0位；在装料过程中，需在原料底部铺一层粒度范围在3～5mm的颗粒料；
步骤(2)：熔化阶段，在1545～1560℃内保温7～9h，保温过程中隔热笼逐渐从0位开到5～7位，即缓慢提升隔热笼5～7cm，直至硅料剩余3～4cm，进行融化过程的第一次跳步操作，完成跳步后使硅液继续缓慢融化，速率为18～24mm/h；待硅料剩余2～3cm时进行第二次跳步操作，完成跳步后使硅液继续缓慢融化1～2cm，速率为12～18mm/h且有30min以上硅料既不融化也不生长；熔化阶段过程中底部热电偶的温度始终低于1370℃；
步骤(3)：减少惰性气体流量，使炉内压力减小到1～100Pa，保持30～60min；
步骤(4)：温度缓慢降低，完成长晶阶段，长晶过程中隔热笼从5～7位开到18～20位；
步骤(5)：晶体生长完成后，晶锭退火；
步骤(6)：炉内通入大流量惰性气体，使温度逐渐降低后取出硅锭。
2.根据权利要求1所述的高纯多晶硅溅射靶材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中抽真空，加热使湿气蒸发，并在2～3h内达到1100～1200℃。
3.根据权利要求1所述的高纯多晶硅溅射靶材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中通入惰性气体作为保护气，使炉内压力保持在40～60KPa，使坩埚内温度在3～5h内快速达到1545～1560℃进入熔化阶段。
4.根据权利要求1所述的高纯多晶硅溅射靶材的制备方法，其特征在于，步骤(4)中温度从1420℃经过26～30h缓慢降低到1400～1410℃，完成长晶阶段。
5.根据权利要求1所述的高纯多晶硅溅射靶材的制备方法，其特征在于，步骤(5)中晶锭在1340～1380℃的退火温度保持2～8h。
6.根据权利要求1所述的高纯多晶硅溅射靶材的制备方法，其特征在于，步骤(6)中温度逐渐降低到200℃后取出硅锭，降温速率为40～60℃/h。
7.根据权利要求1所述的高纯多晶硅溅射靶材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中电子束处理的过程如下：
A.装料：在料仓、熔炼坩埚、送料小车中均装入4N以上多晶硅原料，硅料中杂质的含量控制在P＜4ppmw、Fe＜20ppmw、Al＜10ppmw、Ca＜5ppmw、金属杂质总含量＜50ppmw；在凝固坩埚中用高纯硅料铺底，高纯硅料的纯度在5N以上；
B.预热电子枪：装料完毕后，电子束炉抽真空，当真空度小于0.5Pa时开始预热3把电子枪，其中2把电子枪照射熔炼坩埚，另1把电子枪照射凝固坩埚，预热20～40min，预热完成后进入硅料熔化阶段；
C.硅料熔化：根据观察窗中观察到的熔化状况及熔化过程中真空度的变化情况保证真空小于0.5Pa，逐渐增加2把照射熔炼坩埚的电子枪功率到250kW，保持功率在250kW使熔炼坩埚内硅料完全熔化；逐渐增加照射凝固坩埚的电子枪功率到150kW，保持功率在150kW使凝固坩埚内铺底硅料熔化；优选地，2把照射熔炼坩埚的电子枪的单枪功率增加步骤为10kW-30kW-50kW-100kW-150kW-200kW-250kW；照射凝固坩埚的电子枪的功率增加步骤为10kW-30kW-50kW-100kW-150kW；
D.硅料熔炼：2把照射熔炼坩埚的电子枪功率继续保持250kW熔炼硅料10～30min；
E.硅液倾倒：将照射熔炼坩埚的2把电子枪关闭，硅液倾倒，倾倒完成后，将另1把照射凝固坩埚的电子枪功率增加到250kW；
F.诱导定向凝固：降低照射凝固坩埚的电子枪功率，进行诱导定向凝固，降低步骤为250kW-200kW-150kW，时间间隔为2～10min；优选地，步骤F操作时需保证产品铸锭在120～140kg，根据凝固坩埚与熔炼坩埚容量确定是否需要硅料输送，若需硅料输送，则照射凝固坩埚的电子枪仍保持150kW，向熔炼坩埚中加入新料，3把电子枪再次按照步骤C至步骤F进行硅料熔化、硅料熔炼、硅液倾倒、诱导定向凝固过程；
G.关闭电子枪：逐渐降低照射凝固坩埚的电子枪功率，降低步骤为150kW-120kW-0，冷却后将硅锭取出，破碎后待用。
8.根据权利要求1所述的高纯多晶硅溅射靶材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中铝硼合金的加入过程如下：
A.按照硅材料电阻率配比公式计算需要掺入硼杂质的含量，推算出需要加入的铝硼合金质量；
式中：
T——靶材中的硼杂质含量；
M——原料质量；
m——铝硼合金质量；
n——铝硼合金中硼含量占比；
B.根据第一步的计算结果称取铝硼合金，将铝硼合金处理成块状，利用盐酸和氢氟酸的混合溶液浸泡，后经清水清洗后烘干，待用；
C.计算出铝硼合金经B步骤处理前后的质量差，由此按照A步骤中的公式重新推算酸处理后的铝硼合金中硼杂质的含量；
D.根据C步骤中的计算结果，按照A步骤中的公式重新推算需要加入的酸处理后的铝硼合金的质量；
E.将酸处理后的铝硼合金经清水清洗后烘干，待用。
9.一种如权利要求1-8所述制备方法制备的高纯多晶硅溅射靶材。
10.一种如权利要求9所述的高纯多晶硅溅射靶材在溅射镀膜领域中的应用。
CN201810134015.5A 2018-02-09 2018-02-09 一种高纯多晶硅溅射靶材及其制备方法和应用 Pending CN108359949A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810134015.5A CN108359949A (zh) 2018-02-09 2018-02-09 一种高纯多晶硅溅射靶材及其制备方法和应用
PCT/CN2018/081378 WO2019153467A1 (zh) 2018-02-09 2018-03-30 一种高纯多晶硅溅射靶材及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810134015.5A CN108359949A (zh) 2018-02-09 2018-02-09 一种高纯多晶硅溅射靶材及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108359949A true CN108359949A (zh) 2018-08-03

Family

ID=63005522

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810134015.5A Pending CN108359949A (zh) 2018-02-09 2018-02-09 一种高纯多晶硅溅射靶材及其制备方法和应用

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN108359949A (zh)
WO (1) WO2019153467A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114044677A (zh) * 2021-11-04 2022-02-15 大连理工大学 一种溅射靶材用硅硼母合金及其制备方法
CN115044977A (zh) * 2022-05-24 2022-09-13 先导薄膜材料（广东）有限公司 一种C12A7：e-电子化合物靶材及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106012009A (zh) * 2016-07-29 2016-10-12 大工（青岛）新能源材料技术研究院有限公司 一种多晶硅铸锭半融工艺
CN106149050A (zh) * 2016-07-26 2016-11-23 大连理工大学 一种铝硼母合金掺杂制备多晶硅靶材的铸造工艺
CN106894084A (zh) * 2017-01-16 2017-06-27 大工（青岛）新能源材料技术研究院有限公司 一种改变电子束提纯多晶硅凝固坩埚铺底方式的方法
CN107010629A (zh) * 2017-01-16 2017-08-04 大工（青岛）新能源材料技术研究院有限公司 一种电子束熔炼提纯单晶锅底料的方法
CN107055546A (zh) * 2017-01-16 2017-08-18 大工（青岛）新能源材料技术研究院有限公司 一种电子束熔炼去除多晶硅中杂质砷的方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004203634A (ja) * 2002-12-24 2004-07-22 Mitsuo Iwamoto 半導体単結晶製造方法
CN101864594A (zh) * 2010-06-10 2010-10-20 晶海洋半导体材料（东海）有限公司 一种准单晶硅的铸锭方法
CN102786059B (zh) * 2012-08-15 2014-08-13 大连理工大学 一种电子束诱导定向凝固除杂的方法
CN106245112A (zh) * 2016-08-01 2016-12-21 大工（青岛）新能源材料技术研究院有限公司 一种多晶硅靶材的铸造工艺

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106149050A (zh) * 2016-07-26 2016-11-23 大连理工大学 一种铝硼母合金掺杂制备多晶硅靶材的铸造工艺
CN106012009A (zh) * 2016-07-29 2016-10-12 大工（青岛）新能源材料技术研究院有限公司 一种多晶硅铸锭半融工艺
CN106894084A (zh) * 2017-01-16 2017-06-27 大工（青岛）新能源材料技术研究院有限公司 一种改变电子束提纯多晶硅凝固坩埚铺底方式的方法
CN107010629A (zh) * 2017-01-16 2017-08-04 大工（青岛）新能源材料技术研究院有限公司 一种电子束熔炼提纯单晶锅底料的方法
CN107055546A (zh) * 2017-01-16 2017-08-18 大工（青岛）新能源材料技术研究院有限公司 一种电子束熔炼去除多晶硅中杂质砷的方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114044677A (zh) * 2021-11-04 2022-02-15 大连理工大学 一种溅射靶材用硅硼母合金及其制备方法
CN115044977A (zh) * 2022-05-24 2022-09-13 先导薄膜材料（广东）有限公司 一种C12A7：e-电子化合物靶材及其制备方法
CN115044977B (zh) * 2022-05-24 2023-12-05 先导薄膜材料（广东）有限公司 一种C12A7：e-电子化合物靶材及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019153467A1 (zh) 2019-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6027563A (en) Method and apparatus for the oriented solidification of molten silicon to form an ingot in a bottomless crystallization chamber
CN103938270B (zh) 镓重掺杂低位错锗单晶的生长方法
US20100143231A1 (en) Method and Apparatus for Manufacturing Silicon Ingot
Fujiwara et al. In situ observation of Si faceted dendrite growth from low-degree-of-undercooling melts
US20080289150A1 (en) Method of Purifying Metal
CN108359949A (zh) 一种高纯多晶硅溅射靶材及其制备方法和应用
CN101798705A (zh) 一种从低温熔体中连续拉晶提纯多晶硅的方法及专用装置
WO2006012924A1 (en) Method of growing single crystals from melt
CN102776556B (zh) 一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片
DE3427465A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur taktweisen herstellung von siliciumformkoerpern
CN109208072B (zh) 一种改善多晶硅铸锭底部晶花的结晶方法
US9410266B2 (en) Process for producing multicrystalline silicon ingots by the induction method, and apparatus for carrying out the same
CN104178809B (zh) 一种冶金法制备低金属硼母合金的方法
CN101220507A (zh) 一种用于太阳能电池的硅晶片的制备方法
CN106149050A (zh) 一种铝硼母合金掺杂制备多晶硅靶材的铸造工艺
CN103590102A (zh) 提高多晶硅片转换效率的多晶铸锭工艺
CN110484793A (zh) 一种提高铝硅锰铁合金抗粉化性能的电脉冲处理方法
CN109811408A (zh) 硅粉在多晶硅铸锭制备中的应用
WO2019237545A1 (zh) 一种铜铟镓合金粉末的制备方法
WO2011113338A1 (zh) 一种提纯硅的方法
CN104014767A (zh) 一种制备NiV合金靶材的方法
TWI263710B (en) Single crystal semiconductor manufacturing method
CN115948801B (zh) 一种直拉单晶成晶工艺及其应用
CN103966660A (zh) 一种准单晶硅锭生长方法
CN106978624A (zh) 一种生长多晶硅靶材的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180803

RJ01 Rejection of invention patent application after publication