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，具体涉及一种太阳能级直拉单晶硅的生产方法。
【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，氧还与直拉单晶娃中微缺陷的形成有着密切关系，而娃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祸位，减少单晶头部的含氧量，从而达到减少直拉单晶硅中黑芯片和黑角片的目的。
[0007]本发明的技术方案为:一种太阳能级直拉单晶硅的生产方法，包括如下步骤:
[0008](1)加料:根据需要的半导体类型将硅原料和搀杂剂放入石英坩祸内；
[0009](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4Pa以下，然后将加热功率一次性升至90?94千瓦；
[0010](3)稳温:当硅原料熔化成液体后将加热功率降至40千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1.5个小时；
[0011](4)引晶:调整祸位使得硅液液面距导流筒的距离为25?28mm，将晶转设为6圈每分钟，祸转设为2圈每分钟，然后将籽晶降至硅液液面处进行引晶；引晶的总长度为150?160_，引晶时平均拉速控制在3?6mm/min，初期拉速控制在1?3mm/min，引晶达30mm后将拉速控制在3?6mm/mi η ；
[0012](5)放肩:引晶完成后，将拉速降至0.7mm/min，加热功率降低5千瓦，放肩时间3?4小时；
[0013](6)转肩:当娃棒直径距等径直径还有5?10mm时，将拉速提至2.0mm/min，进行转肩；
[0014](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1.15mm/min，设定祸升速度，然后投入等径自动程序进行等径生长；
[0015](8)收尾:等径生长完成后，退出等径自动程序，停止祸升，将拉速提至1.0mm/min，投入收尾自动程序，当长度达到直径值时提断停炉。
[0016]步骤⑷中的引晶总长度优选为160毫米。
[0017]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明方法可以有效降低直拉单晶硅中的黑芯片和黑角片问题，其原理在于，正常情况下石英祸中的氧元素在高温下会生成氧化硅随气流排出，但是部分氧化硅会再次融入硅液，导致单位时间内进入单晶体内的氧元素增加，氧含量升高，而使用本方法后，加大了导流筒和液面之间的距离，减少了氧元素进入单晶的几率，从而降低了单晶中的氧含量，减少了因氧含量过多带来的黑芯片和黑角片问题。
[0018]本方法简单易行，它有效降低了直拉单晶硅中的黑芯片和黑角片现象，提高了单晶的寿命和质量。该法制成的单晶硅具有优良的品质，可用于生产太阳能电池等产品。
【具体实施方式】
[0019]下面对本实施例做进一步详细描述，但本发明并不局限于具体的实施例。
[0020]实施例1:
[0021]一种太阳能级直拉单晶硅的生产方法，包括如下步骤:
[0022](1)加料:根据需要的半导体类型将硅原料和搀杂剂放入石英坩祸内；
[0023](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4Pa以下，然后将加热功率一次性升至90千瓦；
[0024](3)稳温:当硅原料熔化成液体后将加热功率降至40千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1.5个小时；
[0025](4)引晶:调整祸位使得硅液液面距导流筒的距离为28mm，将晶转设为6圈每分钟，祸转设为2圈每分钟，然后将籽晶降至硅液液面处进行引晶；引晶的总长度为150mm，引晶时平均拉速控制在6mm/min，初期拉速控制在lmm/min，引晶达30mm后将拉速控制在6mm/min ；
[0026](5)放肩:引晶完成后，将拉速降至0.7mm/min，加热功率降低5千瓦，放肩时间3小时；
[0027](6)转肩:当娃棒直径距等径直径还有10mm时，将拉速提至2.0mm/min，进行转肩；
[0028](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1.15mm/min，设定祸升速度，然后投入等径自动程序进行等径生长；
[0029](8)收尾:等径生长完成后，退出等径自动程序，停止祸升，将拉速提至1.0mm/min，投入收尾自动程序，当长度达到直径值时提断停炉。
[0030]实施例2:
[0031]一种太阳能级直拉单晶硅的生产方法，包括如下步骤:
[0032](1)加料:根据需要的半导体类型将硅原料和搀杂剂放入石英坩祸内；
[0033](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4Pa以下，然后将加热功率一次性升至94千瓦；
[0034](3)稳温:当硅原料熔化成液体后将加热功率降至40千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1.5个小时；
[0035](4)引晶:调整祸位使得硅液液面距导流筒的距离为25mm，将晶转设为6圈每分钟，祸转设为2圈每分钟，然后将籽晶降至硅液液面处进行引晶；引晶的总长度为160mm，引晶时平均拉速控制在3mm/min，初期拉速控制在3mm/min，引晶达30mm后将拉速控制在3mm/min ；
[0036](5)放肩:引晶完成后，将拉速降至0.7mm/min，加热功率降低5千瓦，放肩时间4小时；
[0037](6)转肩:当娃棒直径距等径直径还有5mm时，将拉速提至2.0mm/min，进行转肩；
[0038](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1.15mm/min，设定祸升速度，然后投入等径自动程序进行等径生长；
[0039](8)收尾:等径生长完成后，退出等径自动程序，停止祸升，将拉速提至1.0mm/min，投入收尾自动程序，当长度达到直径值时提断停炉。
[0040]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明方法可以有效降低直拉单晶硅中的黑芯片和黑角片问题，其原理在于，正常情况下石英祸中的氧元素在高温下会生成氧化硅随气流排出，但是部分氧化硅会再次融入硅液，导致单位时间内进入单晶体内的氧元素增加，氧含量升高，而使用本方法后，加大了导流筒和液面之间的距离，减少了氧元素进入单晶的几率，从而降低了单晶中的氧含量，减少了因氧含量过多带来的黑芯片和黑角片问题。
【主权项】
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搀杂剂放入石英坩祸内； (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4Pa以下，然后将加热功率一次性升至90?94千瓦； (3)稳温:当硅原料熔化成液体后将加热功率降至40千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1.5个小时； (4)引晶:调整祸位使得硅液液面距导流筒的距离为25?28mm，将晶转设为6圈每分钟，祸转设为2圈每分钟，然后将籽晶降至硅液液面处进行引晶；引晶的总长度为150?160mm,引晶时平均拉速控制在3?6mm/min，初期拉速控制在1?3mm/min，引晶达30mm后将拉速控制在3?6mm/min ； (5)放肩:引晶完成后，将拉速降至0.7mm/min，加热功率降低5千瓦，放肩时间3?4小时； (6)转肩:当娃棒直径距等径直径还有5?10mm时，将拉速提至2.0mm/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1.15mm/min，设定祸升速度，然后投入等径自动程序进行等径生长； (8)收尾:等径生长完成后，退出等径自动程序，停止祸升，将拉速提至1.0mm/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)中的引晶总长度为160毫米。
【专利摘要】本发明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，本方法在引晶过程中，调整埚位使得硅液液面距导流筒的距离为25～28mm，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。
【IPC分类】C30B29/06, C30B15/00
【公开号】CN105239152
【申请号】CN201510822124
【发明人】王晓伟
【申请人】王晓伟
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年11月24日