一种多晶硅铸锭方法

一种多晶硅铸锭方法
【专利摘要】本发明公开了一种多晶硅铸锭方法，包括步骤：一、辅助加热器安装：在多晶硅铸锭炉内安装辅助加热器；辅助加热器为坩埚下方的底部加热器且其与顶部加热器和四个侧部加热器组成六面加热装置；二、装料；三、预热；四、熔化：六面加热熔化、五面加热熔化和后续熔化；五、长晶；六、退火及冷却：第一次退火：将多晶硅铸锭炉的加热温度降至T4并保温2～3h，T4＝1250～1280℃；第二次退火：将多晶硅铸锭炉的加热温度降至T5并保温2～3h，T5＝900～950℃；冷却。本发明步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果好，采用六面加热装置进行加热，能有效降低坩埚底部氧含量，同时对退火工艺进行调整，能有效提高铸锭成品的质量。
【专利说明】
_种多晶娃铸锭方法
技术领域
[0001]本发明属于多晶硅铸锭技术领域，尤其是涉及一种多晶硅铸锭方法。
【背景技术】
[0002]光伏发电是当前最重要的清洁能源之一，具有极大的发展潜力。制约光伏行业发展的关键因素，一方面是光电转化效率低，另一方面是成本偏高。光伏硅片是生产太阳能电池和组件的基本材料，用于生产光伏硅片的多晶硅纯度必须在6N级以上(S卩非硅杂质总含量在Ippm以下)，否则光伏电池的性能将受到很大的负面影响。近几年，多晶硅片生产技术有了显著进步，多晶铸锭技术已从G4(每个硅锭重约270公斤，可切4 X 4= 16个硅方)进步到65(5X5 = 25个硅方)，然后又进步到G6(6X6 = 36个硅方)。并且，所生产多晶硅铸锭的单位体积逐步增大，成品率增加，且单位体积多晶硅铸锭的制造成本逐步降低。
[0003]实际生产过程中，太阳能多晶硅铸锭时，需使用石英坩祸来填装硅料，且将硅料投入石英坩祸后，通常情况下还需经预热、熔化(也称熔料)、长晶(也称定向凝固结晶)、退火、冷却等步骤，才能完成多晶硅铸锭过程。其中，退火是多晶硅铸锭过程中极其重要的一个工艺步骤，退火效果不好直接影响铸锭成品内部的应力分布状态，对多晶硅铸锭成品的质量影响较大。而目前对多晶硅铸锭进行退火处理时，没有一个统一、标准且规范的方法可供遵循，实际加工时不可避免地存在操作比较随意、花费时间长、退火效果较差等问题，因而现有的退火工艺对铸锭成品的质量影响也较大。
[0004]另外，现有多晶硅铸锭炉所采用的加热器一般都为五面加热结构，即在坩祸的顶部以及四个侧壁外侧均设置有加热器，这种五面加热方式从上而下进行热辐射，熔化效率较低，同时坩祸底部气体的难以排除，使铸锭成品底部的含氧量较高。

【发明内容】

[0005]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多晶硅铸锭方法，其方法步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果好，采用六面加热装置进行加热，能有效降低坩祸底部氧含量，并能有效减少铸锭成品的硬质点，同时对退火工艺进行调整，能有效提尚铸徒成品的质量。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种多晶硅铸锭方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:
[0007]步骤一、辅助加热器安装:在多晶硅铸锭炉内安装辅助加热器；
[0008]所述辅助加热器为布设在坩祸下方的底部加热器，所述坩祸为立方体坩祸且其呈水平布设，所述底部加热器、布设于坩祸上方的顶部加热器和四个分别布设在坩祸的四个侧壁外侧的侧部加热器组成六面加热装置;所述顶部加热器和底部加热器均呈水平布设，四个所述侧部加热器均呈竖直向布设;所述顶部加热器、底部加热器和四个所述侧部加热器均布设于多晶硅铸锭炉内；
[0009]步骤二、装料:向坩祸内装入硅料，并将内装硅料的坩祸装入多晶硅铸锭炉内；
[0010]步骤三、预热:将顶部加热器、底部加热器和四个所述侧部加热器均开启，并采用多晶硅铸锭炉对装于坩祸内的硅料进行预热，并将多晶硅铸锭炉的加热温度逐步提升至1'1;预热时间为411?611，其中1'1 = 1125°(:?1285°(:;
[0011]步骤四、熔化，过程如下:
[0012]步骤401、第一次升温:采用多晶硅铸锭炉对装于坩祸内的硅料进行熔化，熔化温度由Tl逐步提升至T2;其中T2 = 1350°C?1400°C;本步骤中，所述顶部加热器、底部加热器和四个所述侧部加热器均处于开启状态；
[0013]步骤402、第二次升温:采用多晶硅铸锭炉继续对装于坩祸内的硅料进行熔化，熔化温度由T2逐步提升至T3;其中T3 = 1540 °C?1560 V ；本步骤中，所述顶部加热器和四个所述侧部加热器均处于开启状态，所述底部加热器处于关闭状态；
[0014]步骤403、后续熔化:待坩祸内的硅料全部熔化后，将多晶硅铸锭炉的加热温度控制在T3，之后所述顶部加热器和四个所述侧部加热器的加热功率均开始下降，待所述顶部加热器和四个所述侧部加热器的加热功率均停止下降且持续时间t后，熔料过程完成;其中t = 20min ?40min;
[0015]步骤五、长晶:将多晶硅铸锭炉的加热温度由T3逐渐降至多晶硅结晶温度后进行定向凝固，直至完成长晶过程;其中多晶硅结晶温度为1420°C?1440°C ;
[0016]步骤六、退火及冷却，过程如下:
[0017]步骤2051、第一次退火:经50min?70min将所述多晶硅铸锭炉的加热温度降至T4，并保温2h?3h;其中，T4 = 1250 °C ?1280 °C ;
[0018]步骤2052、第二次退火:经50min?70min将所述多晶硅铸锭炉的加热温度由T4降至丁5，并保温211?311;15 = 900°(:?950°(:;
[0019]步骤2053、冷却:将所加工多晶硅铸锭随炉冷却至室温，获得加工成型的所述多晶娃铸锭。
[0020]上述一种多晶硅铸锭方法，其特征是:步骤2051中进行第一次退火过程中和步骤2052中进行第二次退火过程中，均向所述多晶硅铸锭炉内充入惰性气体并将多晶硅铸锭炉内的气压保持在Ql，其中Ql = 180Pa?250Pa。
[0021 ]上述一种多晶硅铸锭方法，其特征是:步骤2053中将所加工多晶硅铸锭随炉冷却至室温时，按照90 0C /h?120 0C /h的降温速率进行冷却。
[0022]上述一种多晶硅铸锭方法，其特征是:步骤204中长晶结束后，所述多晶硅铸锭炉的加热温度为T10，T10 = 1395°C?1405°C;步骤2051中进行第一次退火时，经50min?70min将所述多晶硅铸锭炉的加热温度由T1降至T4。
[0023]上述一种多晶硅铸锭方法，其特征是:步骤二中装料进行之前，还需进行坩祸底部涂层制备，过程如下:
[0024]步骤101、涂层喷涂液配制:将有机胶结剂、去离子水和氮化硼按1:(2?2.5):(0.8?1.2)的质量比均匀混合，得到涂层喷涂液；
[0025]步骤102、喷涂:采用喷涂设备将步骤101中所述涂层喷涂液均匀喷涂至i甘祸的内部底面上，所述坩祸内部底面上Im2区域内喷涂的所述涂层喷涂液中所含氮化硼的质量为10g?200g;
[0026]所述坩祸为多晶硅铸锭炉用石英坩祸；
[0027]步骤103、烘干:将步骤102中所述坩祸水平放置于烘干设备内，并采用所述烘干设备且在80°C?100°C温度条件下对喷涂至坩祸内部底面上的所述涂层喷涂液进行烘干，获得底部涂层；
[0028]步骤二中进行装料时，向带底部涂层的坩祸内内装入硅料，并将内装硅料的坩祸装入多晶硅铸锭炉内。
[0029]上述一种多晶硅铸锭方法，其特征是:步骤101中所述有机粘结剂为酚醛-氯丁橡胶胶粘剂、环氧胶粘剂、瞬间胶粘剂、丙烯酸胶粘剂、聚乙烯醇胶粘剂、聚醋酸乙烯胶粘剂、AE丙烯酸酯胶、聚乙烯醇缩丁醛胶粘剂或玻璃胶；
[0030]所述氮化硼为六方氮化硼。
[0031]上述一种多晶硅铸锭方法，其特征是:步骤102中进行喷涂时，所述坩祸内部底面上Im2区域内喷涂的所述涂层喷涂液中所含氮化硼的质量为10g?150g;
[0032]步骤103中进行烘干时，先采用所述烘干设备将坩祸加热至80°C?100°C，再进行保温直至喷涂至坩祸内部底面上的所述涂层喷涂液烘干为止。
[0033]上述一种多晶硅铸锭方法，其特征是:步骤三中预热过程中和步骤401中第一次升温过程中，同一时刻所述顶部加热器、底部加热器和四个所述侧部加热器的加热功率均相同；步骤402中第二次升温过程中和步骤403中后续熔化过程中，同一时刻所述顶部加热器和四个所述侧部加热器的加热功率均相同。
[0034]上述一种多晶硅铸锭方法，其特征是:步骤三中预热过程中，将顶部加热器、底部加热器和四个所述侧部加热器的加热功率同步进行逐步升高，并将顶部加热器、底部加热器和四个所述侧部加热器的加热功率均逐步升高至Pl，其中Pl = 50kW?10kW;
[0035]步骤401中第一次升温过程中，所述顶部加热器、底部加热器和四个所述侧部加热器的加热功率均为Pl;
[0036]步骤402中第二次升温过程中，所述顶部加热器和四个所述侧部加热器的加热功率均为Pl ；
[0037]步骤403中后续熔化过程中，待坩祸内的硅料全部熔化后，所述顶部加热器和四个所述侧部加热器的加热功率同步进行逐步下降，对顶部加热器或侧部加热器的加热功率变化情况进行观测，待顶部加热器或侧部加热器的加热功率下降至P2时，保持P2不变且持续时间t后，熔料过程完成;其中，P2 = 25kW?45kW。
[0038]上述一种多晶硅铸锭方法，其特征是:步骤一中所述顶部加热器、底部加热器和四个所述侧部加热器均与加热功率调节装置连接；
[0039]步骤三中预热过程中，采用加热功率调节装置对顶部加热器、底部加热器和四个所述侧部加热器的加热功率同步进行逐步升高；
[0040]所述顶部加热器通过第一电极与顶部加热电源连接，四个所述侧部加热器均通过第二电极与侧部加热电源连接，所述底部加热器通过第三电极与底部加热电源连接;所述顶部加热电源、侧部加热电源和底部加热电源均与加热功率调节装置连接，所述加热功率调节装置为对顶部加热电源、侧部加热电源和底部加热电源的输出功率分别进行调节的功率调节装置。
[0041 ]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0042]1、方法步骤简单、设计合理且实现方便，易于掌握，投入成本较低。
[0043]2、所采用的六面加热装置结构简单、设计合理且投入成本较低，布设在多晶硅铸锭炉内，并且设置有对六面加热装置的加热温度进行实时检测的温度检测装置，温控过程易于控制且温度检测结果显示直观，能对顶部加热器、底部加热器和侧部加热器的加热温度分别进行实时检测。
[0044]3、所采用的六面加热装置安装布设简便，并且对现有多晶硅铸锭炉内加热装置的变动较少，只需在坩祸下方增设底部加热器即可，并且底部加热器固定在支撑于坩祸底部的DS块上，固定简便。
[0045]4、所采用的六面加热装置中顶部加热器、底部加热器和侧部加热器采用各自独立的电源，顶部加热器、底部加热器和侧部加热器能进行单独控制且三者的加热功率能分开单独进行控制，此时控制方式具有以下优点:第一、更加节能，如在长晶阶段可以减少侧部加热器的加热时间，从而达到减少加热电力的目的，同时能有效减少单位时间内冷却水带走的热量，从而间接地减少了动力制冷设备的负荷;第二、能更好地控制热场，由于顶部加热器、底部加热器和侧部加热器能进行单独控制，能简便实现顶部加热器、底部加热器和侧部加热器分开加热的目的，从而能达到有效控制热场的目的；第三、对于晶体生长过程具有很大的改善作用，有利于在多晶硅铸锭炉内部形成更均匀的垂直梯度热场，从而更好地控制长晶速率，使得长晶界面更加平缓，从而减少阴影、红区等不利因素，加热效果更佳;第四、能有效减轻主线路上承载的负荷，有效减少主线路上的电流置加量，从而减少线路负载量，对于母线和配电室有一定的保护作用;第五、能延长内部热场的使用寿命，如在长晶阶段减少侧部加热器的加热时间后，能有效减少侧部加热器对相邻保温板的热接触时间，从而延长内部保温板及热场的使用寿命。
[0046]5、所采用的六面加热装置使用操作简便，通过温度检测装置对六面加热装置的加热温度进行实时检测并将所检测温度信息同步传送至主控器，再通过主控器对布设在多晶硅铸锭炉内的六面加热装置进行控制即可。
[0047]6、所采用的六面加热装置使用效果好且实用价值高，改变了现有多晶硅铸锭炉采用五面加热结构从上而下进行热辐射的加热方式，在坩祸下方增设底部加热器后，形成一个从上、下、左、右、前和后六个方向对坩祸内硅料进行加热的六面加热结构，并且控制简便，温控过程易于控制，不仅能提高熔化效率，并且能有效提高熔料过程中坩祸底部的加热速率，有利于坩祸底部气体排出，从而能有效减少铸锭成品的底部氧含量，能显著提高铸锭成品的成品率和质量。因而，采用六面加热装置对坩祸内硅料进行加热，能解决现有多晶硅铸锭炉所采用五面加热结构存在的熔化效率较低、坩祸底部气体难以排除、铸锭成品底部的含氧量较高等问题。
[0048]7、熔料过程中顶部加热器、底部加热器和侧部加热器的加热功率控制简便且实现方便，熔化过程中，待坩祸内的硅料全部熔化后，控制多晶硅铸锭炉的加热温度保持不变，并对多晶硅铸锭炉的加热功率随时间变化的曲线(即功率曲线)进行观测；其中，待坩祸内的硅料全部熔化后，多晶硅铸锭炉的功率曲线开始下降，待多晶硅铸锭炉的功率曲线下降且走平20min?40min后，熔料过程完成，之后进行长晶阶段。实际操作过程中，通过观测功率曲线便能准确确定熔料过程完成的时间点，即由熔化阶段切换到长晶阶段的切换时间点。实际操作简便，且实现方便，能准确把握由熔化阶段切换到长晶阶段的切换时机。也就是说，本发明通过延长熔料时间稳定铸锭熔料曲线，待功率曲线走平20min?40min后再切入长晶阶段，因而能准确熔化到长晶阶段的切换时机，同时杜绝了由于熔料时间不足或熔料时间过长造成的多晶硅铸锭质量下降、成本上升等问题。并且，采用本发明对多晶硅铸锭过程中熔料至长晶的切换时机进行准确把握后，能确保长晶的质量和最终制成电池片的转换效率，避免因不能准确把握由熔化阶段切换到长晶阶段的切换时机相应导致的由于熔料时间不足或熔料时间过长而造成的所生产多晶硅铸锭质量下降的问题。
[0049]8、熔化过程分为六面加热熔化、五面加热熔化和后续熔化三个主要步骤，加热方式设计合理，加热功率分开单独进行控制，不仅控制简便且加热效果更佳，能有效提高熔料过程中坩祸底部的加热速率，有利于坩祸底部气体排出，从而能有效减少铸锭成品的底部氧含量，能显著提高铸锭成品的成品率和质量;同时，能对多晶硅铸锭过程中熔料至长晶的切换时机进行准确把握，能有效改善长晶质量，降低粘祸率，提高太阳能电池片的转换效率，能有效提尚成品率。
[0050]9、能有效减少多晶硅铸锭过程中的退火时间，与现有多晶硅铸锭过程中的退火工艺相比，各次退火温度均相对较低，并且退火处理时间较短，能有效提高多晶硅铸锭效率。[0051 ] 10、退火效果好，能有效提尚多晶娃铸徒成品的成品率，并且，由于多晶娃铸徒过程在真空环境下进行，并且退火过程一般都在低压环境下进行，而低压环境下，硅的熔点降低，相应硅的软化点也降低，但现有退火工艺中，仍按照常压状态下硅的熔点和软化点设计退火温度，导致实际退火温度较高(通常情况下，第一退火温度为1370°c?1390°C)，影响退火效果。而本发明中，考虑到低压环境下硅的熔点和软化点均降低，第一退火温度设计为1250°C?1280°C，退火温度设计合理，并且能有效节省退火时间。同时，第二次退火温度设计为900°C?950°C，在该温度条件下，硅氧发生相变，硅易于氧发生反应并生成二氧化硅等，发生相变过程中能有效释放硅晶格应力，从而达到低温退火释放硅晶格应力的目的，同时能有效减少退火时间。
[0052]11、退火工艺设计合理且使用效果好，退火温度设计合理，能有效改善多晶硅铸锭成品内的应力状态，并能形成更均匀的垂直梯度热场，尤其对于尺寸较大的铸锭而言，退火过程中热场分布均匀，退火效果更佳，能有效避免因温度加热温度分布不均匀导致的退火效果较差、影响多晶硅铸锭成品质量等问题。
[0053]12、所采用的涂层材料由有机胶结剂、去离子水和氮化硼，成本较低且配制简便。
[0054]13、所采用的涂层材料以氮化硼作为主要原料，能有效增大坩祸底部导热效果，并能降低坩祸底部氧含量，同时稳定性好，铸锭过程中不易形成硬质点，能有效保证铸锭成品的质量。
[0055]与现有的坩祸喷涂过程中使用Si3N4材料作为喷涂材料相比，本发明所采用坩祸底部涂层效果非常好，因Si3N4材料本身的导热性能差、不稳定性等特点，使铸锭过程中容易形成硬质点，并且铸锭成品底部的含氧量较高，对产品的质量有很大的影响；同时，Si3N4材料虽然能有效隔离硅液和坩祸反应，但是Si3N4和硅液发生反应后形成红区，易引入杂质Si3N4并形成硬质点，对铸锭成品的质量影响很大;而本发明所采用坩祸底部涂层能有效保证铸锭成品的质量。
[0056]14、所采用的涂层材料能有效降低多晶硅铸锭的成本，由于硼本身为多晶硅铸锭时所用的一种掺杂剂，但单质硼的成本相当高;而采用本发明中公开的涂层材料涂覆后制备多晶硅铸锭坩祸底部涂层时，能减少单质硼的掺杂量，甚至避免添加单质硼，从而能有效降低多晶娃铸锭成本。
[0057]15、所采用的涂覆方法设计合理且实现简便、使用效果好，能简便、快速在坩祸底部制作一层底部涂层，并且制作好的底部涂层质量好，涂覆过程易于控制。同时，所采用的烘干结构设计合理且成本较低、使用效果货，能简便、快速完成坩祸底部涂层的烘干过程，并且加热效果好，能有效保证加工成型的坩祸底部涂层厚度均匀且质量好。
[0058]16、实用性强，便于批量生产，采用六面加热装置进行加热，能有效降低坩祸底部氧含量，并能有效减少铸锭成品的硬质点，提高铸锭成品的质量；同时，通过对退火工艺进行改进，分两次进行退火，第一次退火根据低压状态下硅的软化点合理设定退火温度，第二次在低温条件下进行退火使硅晶格应力得到有效释放，提高多晶硅铸锭成品质量。另外，通过在坩祸底部涂覆一层以氮化硼为主要原料的底部涂层，能有效降低坩祸底部氧含量，并能有效减少铸锭成品的硬质点，能进一步提高铸锭成品的质量
[0059]因而，本发明主要从六面加热装置、坩祸底部涂层、改进退火工艺等方面提高硅铸锭成品质量，并相应提高娃铸锭成品的成品率。
[0060]综上所述，本发明工艺步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果好，通过在坩祸底部涂覆一层以氮化硼为主要原料的底部涂层，能有效降低坩祸底部氧含量，并能有效减少铸锭成品的硬质点，同时对退火工艺进行调整，能有效提高铸锭成品的质量。
[0061]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0062]图1为本发明的方法流程框图。
[0063]图2为本发明带底部涂层的坩祸的结构示意图。
[0064]图3为本发明烘箱的结构示意图。
[0065]图4为本发明在多晶硅铸锭坩祸底部涂覆氮化硼涂层材料的方法流程框图。
[0066]图5为本发明所采用六面加热装置的使用状态示意图。
[0067]图6为本发明所采用六面加热装置的电路原理框图。
[0068]图7为采用本发明进行熔化时顶部加热器与侧部加热器的温度及功率曲线图。
[0069]附图标记说明:
[0070]I一樹祸；2—顶部加热器； 2-1—顶部加热电源；
[0071]3—底部加热器；3-1—底部加热电源；4一侧部加热器；
[0072]4-1一侧部加热电源； 5—DS块；6—加热功率调节装置；
[0073]7 一i甘祸护板；8—主控器；9 一多晶娃铸徒炉；
[0074]10—顶部加热温度检测单元；
[0075]11一侧部加热温度检测单元；
[0076]12—底部加热温度检测单元；13—保温筒；
[0077]14 一托杆；15—水平加热器； 16—竖向加热器；
[0078]17—石墨垫块。
【具体实施方式】
[0079]实施例1
[0080]如图1所示的一种本发明多晶硅铸锭方法，该方法包括以下步骤:
[0081 ]步骤一、辅助加热器安装:在多晶硅铸锭炉9内安装辅助加热器；
[0082]如图5和图6所示，所述辅助加热器为布设在坩祸I下方的底部加热器3，所述坩祸I为立方体坩祸且其呈水平布设，所述底部加热器3、布设于坩祸I上方的顶部加热器2和四个分别布设在坩祸I的四个侧壁外侧的侧部加热器4组成六面加热装置;所述顶部加热器2和底部加热器3均呈水平布设，四个所述侧部加热器4均呈竖直向布设;所述顶部加热器2、底部加热器3和四个所述侧部加热器4均布设于多晶硅铸锭炉9内；
[0083]步骤二、装料:向坩祸I内装入硅料，并将内装硅料的坩祸I装入多晶硅铸锭炉9内；
[0084]步骤三、预热:将顶部加热器2、底部加热器3和四个所述侧部加热器4均开启，并采用多晶硅铸锭炉9对装于坩祸I内的硅料进行预热，并将多晶硅铸锭炉9的加热温度逐步提升至Tl;预热时间为5h，其中T1 = 1200°C;
[0085]步骤四、熔化，过程如下:
[0086]步骤401、第一次升温:采用多晶硅铸锭炉9对装于坩祸I内的硅料进行熔化，熔化温度由Tl逐步提升至T2;其中T2 = 1380°C;本步骤中，所述顶部加热器2、底部加热器3和四个所述侧部加热器4均处于开启状态；
[0087]步骤402、第二次升温:采用多晶硅铸锭炉9继续对装于坩祸I内的硅料进行熔化，熔化温度由T2逐步提升至T3;其中T3 = 1550°C;本步骤中，所述顶部加热器2和四个所述侧部加热器4均处于开启状态，所述底部加热器3处于关闭状态；
[0088]步骤403、后续熔化:待坩祸I内的硅料全部熔化后，将多晶硅铸锭炉9的加热温度控制在T3，之后所述顶部加热器2和四个所述侧部加热器4的加热功率均开始下降，待所述顶部加热器2和四个所述侧部加热器4的加热功率均停止下降且持续时间t后，熔料过程完成;其中t = 30min;
[0089]步骤五、长晶:将多晶硅铸锭炉9的加热温度由T3逐渐降至多晶硅结晶温度后进行定向凝固，直至完成长晶过程;其中多晶硅结晶温度为1430°C ;
[0090]步骤六、退火及冷却，过程如下:
[0091]步骤2051、第一次退火:经Ih将所述多晶硅铸锭炉的加热温度降至T4，并保温2.5h;其中，T4 = 1260°C;
[0092]步骤2052、第二次退火:经Ih将所述多晶硅铸锭炉的加热温度由T4降至T5，并保温2.5h；T5 = 920°C；
[0093]步骤2053、冷却:将所加工多晶硅铸锭随炉冷却至室温，获得加工成型的所述多晶娃铸锭。
[0094]本实施例中，步骤五和步骤六中所述底部加热器3均处于关闭状态。
[0095]本实施例中，步骤2051中进行第一次退火过程中和步骤2052中进行第二次退火过程中，均向所述多晶硅铸锭炉内充入惰性气体并将多晶硅铸锭炉内的气压保持在Ql，其中Ql = 200Pa。
[0096]并且，所述惰性气体为氩气。
[0097]实际加工时，可根据具体需要，对T4、T5和Ql的取值大小分别进行相应调整。
[0098]本实施例中，步骤2053中将所加工多晶硅铸锭随炉冷却至室温时，按照100°C/h的降温速率进行冷却。
[0099]实际进行冷却时，可根据具体需要，对降温速率进行相应调整。
[0100]实际进行多晶硅铸锭时，通常均在真空环境下进行，并且退火过程一般都在低压环境下进行。由于低压环境下，硅的熔点降低，相应硅的软化点也降低。而现有退火工艺中，仍按照常压状态下硅的熔点和软化点设计退火温度，导致实际退火温度较高(通常情况下，第一退火温度为1370 0C?1390°C )，影响退火效果。而本发明中，考虑到低压环境下硅的熔点和软化点均降低，第一退火温度设计为1250°C?1280°C，退火温度设计合理，并且能有效节省退火时间。同时，第二次退火温度设计为900°C?950°C，在该温度条件下，硅氧发生相变，硅易于氧发生反应并生成二氧化硅等，发生相变过程中能有效释放硅晶格应力，提高铸锭成品质量，从而达到低温退火释放硅晶格应力的目的，同时能有效减少退火时间。
[0101]与常规的退火工艺相比，采用本发明公开的退火工艺能使多晶硅铸锭成品的成品率提高5%以上。
[0102]本实施例中，步骤二中装料进行之前，还需进行坩祸底部涂层制备，过程如下:
[0103]步骤101、涂层喷涂液配制:将有机胶结剂、去离子水和氮化硼按1:2?2.5:0.8?1.2的质量比均匀混合，得到涂层喷涂液；
[0104]步骤102、喷涂:采用喷涂设备将步骤101中所述涂层喷涂液均匀喷涂至i甘祸I的内部底面上，所述坩祸I内部底面上Im2区域内喷涂的所述涂层喷涂液中所含氮化硼的质量为10g?150g;
[0105]所述坩祸I为多晶硅铸锭炉9用石英坩祸；
[0106]步骤103、烘干:将步骤102中所述坩祸I水平放置于烘干设备内，并采用所述烘干设备且在90°C温度条件下对喷涂至坩祸I内部底面上的所述涂层喷涂液进行烘干，获得底部涂层2，详见图2;
[0107]步骤二中进行装料时，向带底部涂层2的坩祸I内内装入硅料，并将内装硅料的坩祸I装入多晶硅铸锭炉9内。
[0108]其中，实际进行坩祸底部涂层制备时，坩祸底部涂层2的涂覆方法详见图4。
[0109]实际使用时，可根据具体需要，对步骤101中所述涂层喷涂液中有机胶结剂、去离子水和氮化硼的质量比进行相应调整。
[0110]本实施例中，所述有机胶结剂为酚醛-氯丁橡胶胶粘剂。
[0111]其中，酚醛-氯丁橡胶胶粘剂的种类较多，主要包括铁锚801强力胶、百得胶、JX-15-1胶、FN-303胶、CX-401胶、XY-401胶、CH-406胶等。上述酚醛-氯丁橡胶胶粘剂均为市售的商品，能直接获得。
[0112]实际使用时，所述有机胶结剂也可以为有机硅胶粘剂、环氧胶粘剂、瞬间胶粘剂、丙烯酸胶粘剂、聚乙烯醇胶粘剂、聚醋酸乙烯胶粘剂、AE丙烯酸酯胶、聚乙烯醇缩丁醛胶粘剂或玻璃胶。
[0113]其中，有机硅胶粘剂(也称为有机硅胶黏剂)分单组分、双组分、室温硫化和加热硫化等多种，室温硫化型的主要产品牌号有703、704、FS-203、GD-400等。按照固化温度，有机硅胶粘剂可分为高温固化、低温固化和室温固化三类。本发明所采用的有机硅胶粘剂为低温固化类有机硅胶粘剂。
[0114]环氧胶粘剂为过氯乙烯环氧胶粘剂或呋喃改性环氧胶粘剂。
[0115]瞬间胶粘剂也称为瞬间胶，常用的是α-氰基丙烯酸乙酯，商品牌号为502胶;医用的α-氰基丙烯酸丁酯，商品牌号为504胶。
[0116]丙烯酸胶粘剂，市售的品种有SA-200、AB胶、J-39、J-50、SGA-404、丙烯酸酯胶等。
[0117]本实施例中，所述氮化硼为氮化硼粉末。
[0118]本实施例中，所述氮化硼为六方氮化硼。
[0119]本实施例中，步骤102中所述喷涂设备为液体喷枪。
[0120]实际使用时，步骤102中所述喷涂设备也可以为其它类型的液体喷涂设备。
[0121]本实施例中，步骤103中所述烘干设备为烘箱。
[0122]如图3所示，步骤102中所述坩祸I为立方体坩祸;步骤103中所述坩祸I和所述烘箱均呈水平布设；
[0123]所述烘箱包括箱体、布设在坩祸I底部的水平加热器15和四个分别布设在坩祸I的四个侧壁外侧的竖向加热器16，四个所述竖向加热器16均位于水平加热器15上方，所述水平加热器15上设置有供坩祸I放置的石墨垫块17。
[0124]本实施例中，所述水平加热器15和四个所述竖向加热器16均为电阻丝加热器。
[0125]本实施例中，步骤102中进行喷涂时，所述坩祸I内部底面上Im2区域内喷涂的所述涂层喷涂液中所含氮化硼的质量为150g。
[0126]优选地，步骤102中进行喷涂时，所述坩祸I内部底面上Im2区域内喷涂的所述涂层喷涂液中所含氮化硼的质量为I OOg?150g。
[0127]实际使用过程中，可根据具体需要，对坩祸I内部底面上Im2区域内喷涂的所述涂层喷涂液中所含氮化硼的质量进行相应调整。
[0128]本实施例中，步骤103中进行烘干时，先采用所述烘干设备将坩祸I加热至90°C，再进行保温直至喷涂至坩祸I内部底面上的所述涂层喷涂液烘干为止。
[0129]实际进行烘干时，可根据具体需要，对烘干温度进行相应调整。
[0130]由于所述底部涂层中含有的氮化硼具有导热性能好、稳定性好、耐高温性能好等优点，能有效增强坩祸I底部的导热效果，能有效提高熔化效率，并且坩祸I底部气体的难以排除，能有效降低坩祸I底部的氧含量，使铸锭成品底部的含氧量降低。同时，氮化硼和氧在高温下反应生成B2O3以及二氧化氮气体(NO2)等，能进一步降低坩祸I底部的氧含量，并且生成的B2O3比Si3N4稳定，铸锭过程中不易形成硬质点，因而能有效降低铸锭成品的硬质点，同时能有效提尚铸徒成品的少子寿命，能有效提尚铸徒成品的质量。
[0131]目前，多晶硅铸锭方法主要有半熔铸锭法和全熔铸锭法两种，半熔铸锭法也称为有籽晶铸锭多晶硅法，是指采用毫米级硅料作为形核中心进行外延生长，铸造低缺陷高品质的多晶娃铸徒;全恪铸徒法也称为无轩晶铸徒多晶娃法或无轩晶尚效多晶娃技术，是指采用非硅材料在坩祸底部制备表面粗糙的异质形核层，通过控制形核层的粗糙度与形核时过冷度来获得较大形核率，铸造低缺陷高品质多晶硅铸锭。目前，多晶硅铸锭方法以全熔铸徒法为主。
[0132]本实施例中，步骤二中进行装料时，按照常规全熔铸锭法的装料方法进行装料。
[0133]本实施例中，所述多晶硅铸锭炉9为G5型铸锭炉。并且，所述多晶硅铸锭炉9具体为浙江晶盛机电股份有限公司生产的G5型铸锭炉。所述坩祸I为石英坩祸且其为G5坩祸，并且生产出来的多晶硅铸锭为G5锭。
[0134]实际使用时，所述石英坩祸的装料量为600kg左右。
[0135]本实施例中，所述石英坩祸的装料量为560kg。实际使用过程中，可以根据具体需要，对所述石英坩祸的装料量进行相应调整。
[0136]结合图6，本实施例中，步骤一中进行辅助加热器安装时，还需将顶部加热器2、底部加热器3和四个所述侧部加热器4均与加热功率调节装置6连接；
[0137]步骤三中预热过程中，采用加热功率调节装置6对顶部加热器2、底部加热器3和四个所述侧部加热器4的加热功率同步进行逐步升高。
[0138]本实施例中，步骤一中所述六面加热装置还包括主控器8和温度检测装置，所述温度检测装置包括对顶部加热器2的加热温度进行实时检测的顶部加热温度检测单元10、对侧部加热器4的加热温度进行实时检测的侧部加热温度检测单元11和对底部加热器3的加热温度进行实时检测的底部加热温度检测单元12，所述顶部加热温度检测单元10、侧部加热温度检测单元11和底部加热温度检测单元12均与主控器8连接;所述多晶硅铸锭炉9内设置有保温筒13，所述六面加热装置位于保温筒13内。同时，所述主控器8分别与参数设置单元14和显示单元15连接。
[0139]本实施例中，所述底部加热器3固定在支撑于坩祸I底部的DS块5上，所述底部加热器3顶部与DS块5底部之间的距离为0.5cm?3m。
[0140]实际安装时，可根据具体需要，对底部加热器3顶部与DS块5底部之间的距离进行相应调节。
[0141]其中，DS块5为石墨块，所述石墨块的导热性很强。所述DS块5也称为定向固化块或DS-BLOCKo
[0142]本实施例中，所述加热功率调节装置6与主控器8连接。
[0143]所述顶部加热电源2-1、侧部加热电源4-1和底部加热电源3-1均为功率可调节电源，并且顶部加热器2、底部加热器3和四个所述侧部加热器4分别采用三个不同的电源(SP所述顶部加热电源、所述侧部加热电源和所述底部加热电源)，能实现顶部加热器2、底部加热器3和侧部加热器4的单独控制，使用操作简便且使用效果好。
[0144]本实施例中，所述加热功率调节装置6中包括三个加热功率调节设备，三个所述加热功率调节设备分别为对顶部加热器2的加热功率进行调节的第一加热功率调节设备、对底部加热器3的加热功率进行调节的第二加热功率调节设备和对四个所述侧部加热器4的加热功率进行同步调节的第三加热功率调节设备。
[0145]实际使用时，三个所述加热功率调节设备也可以共用一个所述加热功率调节设备，只需能达到对三个所述电源分别进行控制的目的即可。
[0146]本实施例中，所述底部加热器3位于坩祸I的正下方。
[0147]本实施例中，所述顶部加热器2、侧部加热器4和底部加热器3均为电阻丝加热器。
[0148]其中，所述顶部加热器2和侧部加热器4均为现有多晶硅铸锭炉采用的现有加热器，所述顶部加热器2和四个所述侧部加热器4的结构和布设位置均为现有多晶硅铸锭炉相同。每个所述侧部加热器4均与位于其内侧的坩祸I的侧壁呈平行布设。
[0149]本实施例中，所述底部加热器3的电阻丝材料为N1、Cr、Mn等合金化合物。
[0150]本实施例中，所述坩祸I的四个侧壁外侧均设置有坩祸护板7，所述侧部加热器4位于坩祸护板7外侧;所述坩祸护板7为呈竖直向布设的石墨板。
[0151]同时，所述坩祸I下方还设置有托杆14。
[0152]实际安装时，所述顶部加热器2和四个所述侧部加热器4均通过吊装件吊装在多晶硅铸锭炉9的顶盖上。
[0153]本实施例中，步骤三中预热过程中和步骤401中第一次升温过程中，同一时刻所述顶部加热器2、底部加热器3和四个所述侧部加热器4的加热功率均相同；步骤402中第二次升温过程中和步骤403中后续熔化过程中，同一时刻所述顶部加热器2和四个所述侧部加热器4的加热功率均相同。
[0154]步骤三中预热过程中和步骤401中第一次升温过程中，同一时刻所述顶部加热器
2、底部加热器3和四个所述侧部加热器4的加热温度均相同；步骤402中第二次升温过程中和步骤403中后续熔化过程中，同一时刻所述顶部加热器2和四个所述侧部加热器4的加热温度均相同。
[0155]并且，所述多晶硅铸锭炉9的加热温度或熔化温度为顶部加热器2或侧部加热器4的加热温度。
[0156]本实施例中，步骤三中预热过程中，将顶部加热器2、底部加热器3和四个所述侧部加热器4的加热功率同步进行逐步升高，并将顶部加热器2、底部加热器3和四个所述侧部加热器4的加热功率均逐步升高至Pl，其中Pl = 75kW。
[0157]本实施例中，步骤三中预热时间为5h;预热过程中，将多晶硅铸锭炉9的加热功率以10kW/h?15kW/h的增长速率逐步提升至Pl ；
[0158]所述多晶硅铸锭炉9的加热功率为顶部加热器2或侧部加热器4的加热功率。
[0159]实际进行预热时，可以根据具体需要，对预热时间、预热过程中加热功率的增长速率以及Tl和Pl的取值大小进行相应调整。
[0160]步骤四中进行熔化时，可以根据具体需要，对T2、T3和t的取值大小分别进行相应调整。
[0161]本实施例中，步骤401中第一次升温过程中，所述顶部加热器2、底部加热器3和四个所述侧部加热器4的加热功率均为Pl ；
[0162]步骤402中第二次升温过程中，所述顶部加热器2和四个所述侧部加热器4的加热功率均为Pl ；
[0163]步骤403中后续熔化过程中，待坩祸I内的硅料全部熔化后，所述顶部加热器2和四个所述侧部加热器4的加热功率同步进行逐步下降，对顶部加热器2或侧部加热器4的加热功率变化情况进行观测，待顶部加热器2或侧部加热器4的加热功率下降至P2时，保持P2不变且持续时间t后，熔料过程完成;其中，P2 = 35kW。
[0164]实际进行熔化时，根据坩祸I内装料量的不同，P2的大小相应在25kW?45kW范围内进行调整。
[0165]本实施例中，步骤四中熔化过程中，向多晶硅铸锭炉9内充入惰性气体并将多晶硅铸锭炉9内气压保持在Q2，其中Q2 = 600mbar。
[0166]实际进行熔化时，可以根据具体需要，对Q2的取值大小进行相应调整。
[0167]本实施例中，待坩祸I内的硅料全部熔化后，将多晶硅铸锭炉9的加热温度控制在T3，并对多晶硅铸锭炉9的加热功率随时间变化的曲线(即功率曲线)进行观测，详见图7。图7中，细实线为多晶硅铸锭炉9的加热功率随时间变化的曲线，需实线为多晶硅铸锭炉9的加热温度随时间变化的曲线，竖线为坩祸I内的硅料全部熔化时的报警线。由图7可以看出，待坩祸I内的硅料全部熔化后，所述多晶硅铸锭炉9的功率曲线开始下降，待多晶硅铸锭炉9的功率曲线下降且走平30min后，熔料过程完成，之后进入长晶阶段；即图7中的A点为熔料过程完成的时间点。
[0168]实际操作过程中，通过观测功率曲线便能准确确定熔料过程完成的时间点，即由熔化阶段切换到长晶阶段的切换时间点。实际操作简便，且实现方便，能准确把握由熔化阶段切换到长晶阶段的切换时机。
[0169]本实施例中，步骤四中进行熔化时，过程如下:
[0170]第I步、保温:将多晶硅铸锭炉9的加热温度控制在Tl，并保温0.5h;
[0171]第2步至第5步、升温及加压:由先至后分四步将多晶硅铸锭炉9的加热温度由Tl逐渐提升至T6，升温时间为0.5h(即第2步至第5步的总时间为0.5h);升温过程中向多晶硅铸锭炉9内充入惰性气体并将多晶硅铸锭炉9内气压逐步提升至Q2;其中，T6 = 1250°C ；
[0172]第6步、第一次升温及保压:将多晶硅铸锭炉9的加热温度由T6逐渐提升至T7且升温时间为4h，升温过程中多晶硅铸锭炉9内气压保持在Q2;其中，T7 = 1450°C ；
[0173]第7步:第二次升温及保压:将多晶硅铸锭炉9的加热温度由T7逐渐提升至T8且升温时间为4h，升温过程中多晶硅铸锭炉9内气压保持在Ql;其中，T8 = 1500 °C ;
[0174]第8步、第三次升温及保压:将多晶硅铸锭炉9的加热温度由T8逐渐提升至T3且升温时间为4h，升温过程中多晶硅铸锭炉9内气压保持在Q2;
[0175]第9步、保温:将多晶硅铸锭炉9的加热温度控制在T3，并保温4h;保温过程中，所述多晶硅铸锭炉9内气压保持在Q2;
[0176]第1步、持续保温:将多晶硅铸锭炉9的加热温度控制在T3，并保温6h，直至坩祸I内的硅料全部熔化;保温过程中，所述多晶硅铸锭炉9内气压保持在Q2。
[0177]本实施例中，第2步至第5步中由先至后分四步将所述铸锭炉的加热温度由Tl逐渐提升至T6时，每一步提升温度5°C?8°C，且每一步提升均需5min?lOmin。
[0178]本实施例中，第6步中进行第一次升温及保压过程中、第7步中进行第二次升温及保压过程中、第8步中进行第三次升温及保压过程中和第9步中进行保温过程中，均需对多晶硅铸锭炉9的加热功率变化情况进行观测，并确保多晶硅铸锭炉9的加热功率变化平稳。
[0179]所述多晶硅铸锭炉9的加热功率为顶部加热器2或侧部加热器4的加热功率。
[0180]也就是说，第6步至第9步中进行熔化时，必须使功率曲线平稳前进，不能出现较为明显的凹凸点，这样会带来硬质点的增多。
[0181]本实施例中，第2步至第5步中进行升温及加压时，过程如下:
[0182]第2步、第一步提升:将多晶硅铸锭炉9的加热温度由1200V提升至1220 V，且升温时间为7min。
[0183]第3步、第二步提升:将多晶硅铸锭炉9的加热温度由1220°C提升至1235V，且升温时间为8min。
[0184]第4步、第三步提升:将多晶硅铸锭炉9的加热温度由1235°C提升至1242V，且升温时间为5min。
[0185]第5步、第四步提升:将多晶硅铸锭炉9的加热温度由1242°C提升至1250°C，且升温时间为5min。
[0186]本实施例中，第10步中待坩祸I内的硅料全部熔化且所述铸锭炉发出“熔化完成报警”后，需人工干预，对功率曲线的下降情况进行观测，待所述铸锭炉的功率曲线下降且走平30min后，熔料过程完成，之后人工干预将熔化阶段切入到长晶阶段。
[0187]本实施例中，步骤五中进行长晶时，将多晶硅铸锭炉的加热温度降至Tll后，开始进行定向凝固并进入长晶过程，其中Tll为多晶硅结晶温度;长晶过程如下:
[0188]步骤Al、将多晶硅铸锭炉的加热温度控制在Tll，并保温50min?70min;本步骤中，所述多晶硅铸锭炉的隔热笼提升高度为60mm?I OOmm;
[0189]步骤A2、将所述多晶硅铸锭炉的加热温度控制在T11，并保温10011^11?1401^11;本步骤中，所述多晶硅铸锭炉的隔热笼提升高度与步骤Al中的提升高度相同；
[0190]步骤A3、将多晶硅铸锭炉的加热温度控制在T11，并保温160min?200min;本步骤中，所述多晶硅铸锭炉的隔热笼提升高度为105mm?115mm;
[0191]步骤A4、将多晶硅铸锭炉的加热温度由TlI逐渐降至T9，降温时间为7h?9h;本步骤中，所述多晶硅铸锭炉的隔热笼提升高度为205mm?215mm;其中，T9 = 1405°C?1425°C ；
[0192]步骤A5、将多晶硅铸锭炉的加热温度控制在T9，并保温7h?9h;本步骤中，所述多晶硅铸锭炉的隔热笼提升高度与步骤A4中的提升高度相同；
[0193]步骤A6、将多晶硅铸锭炉的加热温度控制在T9，并保温7h?9h;本步骤中，所述多晶硅铸锭炉的隔热笼提升高度与步骤A4中的提升高度相同；
[0194]步骤A7、将多晶硅铸锭炉的加热温度由T9逐渐降至T1，降温时间为4h?5.5h;本步骤中，所述多晶硅铸锭炉的隔热笼提升高度与步骤A4中的提升高度相同。其中，TlO =1398 cC ο
[0195]实际加工时，可根据具体需要，将Tll在1420°C?1440°C范围内进行相应调整。因而，步骤204中长晶结束后，所述多晶硅铸锭炉的加热温度为T10;步骤2051中进行第一次退火时，将所述多晶硅铸锭炉的加热温度由T1降至T4。
[0196]其中，步骤A4中将多晶硅铸锭炉的加热温度由T3逐渐降至T9过程中和步骤A7中将多晶硅铸锭炉的加热温度由T9逐渐降至TlO中，通过减小四个所述侧部加热器4的加热功率或减少四个所述侧部加热器4的加热时间对多晶硅铸锭炉的加热温度进行降低。
[0197]实际使用时，可根据具体需要，对T1在1395°C?1405 °C范围内进行相应调整。
[0198]本实施例中，加工成型铸锭成品的表面无杂质，无粘祸现象，铸锭底部含氧量降低70 %以上，少子寿命> 5.5us (微秒)，硬质点比例<0.5 %，成品率为80 %。
[0199]实施例2
[0200]本实施例中，与实施例1不同的是:步骤101中将有机胶结剂、去离子水和氮化硼按1:2:0.8的质量比均匀混合，得到涂层喷涂液;所述有机胶结剂为有机硅胶粘剂;步骤102中进行喷涂时，所述坩祸I内部底面上Im2区域内喷涂的所述涂层喷涂液中所含氮化硼的质量为10g;步骤103中进行烘干时，采用所述烘干设备且在80°C温度条件下对喷涂至坩祸I内部底面上的所述涂层喷涂液进行烘干，并且先采用所述烘干设备将坩祸I加热至80°C，再进行保温直至喷涂至坩祸I内部底面上的所述涂层喷涂液烘干为止;步骤三中预热时间为4h且T1 = 1285°C，Pl = 100kW;步骤401 中T2 = 1400°C，步骤402中T3 = 1560°C，步骤403中t =20min，P2 = 45kW;步骤四中Q2 = 650mbar;第I步中保温时间为0.4h;第2步至第5步中T6 =1325°(:，升温时间为0.411;第6步中了7 = 1460°(:且升温时间为3.511;第7步中了8 = 1510°(:且升温时间为3.5h;第8步中T3 = 1560 V且升温时间为3.5h;第9步中保温时间为3.5h;第10步中保温时间为4h。
[0201]本实施例中，第2步至第5步中进行升温及加压时，过程如下:
[0202]第2步、第一步提升:将多晶硅铸锭炉9的加热温度由1285V提升至1290 V，且升温时间为5min。
[0203]第3步、第二步提升:将多晶硅铸锭炉9的加热温度由1290V提升至1295 V，且升温时间为5min。
[0204]第4步、第三步提升:将多晶硅铸锭炉9的加热温度由1295°C提升至1315°C，且升温时间为9min。
[0205]第5步、第四步提升:将多晶硅铸锭炉9的加热温度由1315°C提升至1325V，且升温时间为5min。
[0206]本实施例中，步骤2051中经70min将多晶硅铸锭炉的加热温度降至T4，并保温3h;其中，T4 = 1250 °C ;步骤2052中经70min将多晶硅铸锭炉的加热温度由T4降至T5，并保温3h，T5 = 900°C；Q1 = 180Pa，TlO = 1395°C ;将所加工多晶硅铸锭随炉冷却至室温时，按照90°C/h的降温速率进行冷却。
[0207]本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。
[0208]本实施例中，加工成型铸锭成品的表面无杂质，无粘祸现象，铸锭底部含氧量降低68 %以上，少子寿命> 5.5us (微秒)，硬质点比例<0.5 %，成品率为82 %。
[0209]实施例3
[0210]本实施例中，与实施例1不同的是:步骤101中将有机胶结剂、去离子水和氮化硼按1:2.5:0.8的质量比均匀混合，得到涂层喷涂液;所述有机胶结剂为环氧胶粘剂;步骤102中进行喷涂时，所述坩祸I内部底面上Im2区域内喷涂的所述涂层喷涂液中所含氮化硼的质量为130g;步骤103中进行烘干时，采用所述烘干设备且在100°C温度条件下对喷涂至坩祸I内部底面上的所述涂层喷涂液进行烘干，并且先采用所述烘干设备将坩祸I加热至100°C，再进行保温直至喷涂至坩祸I内部底面上的所述涂层喷涂液烘干为止;步骤三中预热时间为6h 且 Tl = 1125°C，Pl = 50kW;步骤 401 中 T2 = 1350°C，步骤402 中 T3 = 1540°C，步骤403 中 t =40min，P2 = 25kW;步骤四中Q2 = 550mbar;第I步中保温时间为0.6h;第2步至第5步中T6 =1190°(:，升温时间为0.611;第6步中了7 = 1440°(:且升温时间为4.511;第7步中了8 = 1490°(:且升温时间为4.5h;第8步中T3 = 1540 V且升温时间为4.5h;第9步中保温时间为4.5h;第10步中保温时间为8h。
[0211 ]本实施例中，第2步至第5步中进行升温及加压时，过程如下:
[0212]第2步、第一步提升:将多晶硅铸锭炉9的加热温度由1125°C提升至1140 °C，且升温时间为9min。
[0213]第3步、第二步提升:将多晶硅铸锭炉9的加热温度由1140°C提升至1155 °C，且升温时间为8min。
[0214]第4步、第三步提升:将多晶硅铸锭炉9的加热温度由1155°C提升至1175°C，且升温时间为1min。
[0215]第5步、第四步提升:将多晶硅铸锭炉9的加热温度由1175°C提升至1190V，且升温时间为9min。
[0216]本实施例中，步骤2051中经50min将多晶硅铸锭炉的加热温度降至T4，并保温2h，T4=1280°C;步骤2052中经50min将多晶硅铸锭炉的加热温度由T4降至T5，并保温2h，T5 =950°C；Ql = 250Pa，TlO = 1405°C ;将所加工多晶硅铸锭随炉冷却至室温时，按照120°C/h的降温速率进行冷却。
[0217]本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。
[0218]本实施例中，采用多晶硅铸锭炉且利用带底部涂层2的坩祸I进行多晶硅铸锭后，加工成型铸锭成品的表面无杂质，无粘祸现象，铸锭底部含氧量降低75%以上，少子寿命>5.5us (微秒)，硬质点比例<0.5 %，成品率为83 %。
[0219]实施例4
[0220]本实施例中，与实施例1不同的是:步骤101中将有机胶结剂、去离子水和氮化硼按1:2.5:1.2的质量比均匀混合，得到涂层喷涂液;所述有机胶结剂为瞬间胶粘剂;步骤102中进行喷涂时，所述坩祸I内部底面上Im2区域内喷涂的所述涂层喷涂液中所含氮化硼的质量为 180g。
[0221 ]本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。
[0222]本实施例中，与常规坩祸相比，采用多晶硅铸锭炉且利用带底部涂层2的坩祸I进行多晶硅铸锭后，加工成型铸锭成品的表面无杂质，无粘祸现象，铸锭底部含氧量降低72%以上，少子寿命> 5.5us (微秒)，硬质点比例<0.5 %，成品率为76 %。
[0223]实施例5
[0224]本实施例中，与实施例1不同的是:步骤101中将有机胶结剂、去离子水和氮化硼按1:2:1.2的质量比均匀混合，得到涂层喷涂液;所述有机胶结剂为丙烯酸胶粘剂;步骤102中进行喷涂时，所述坩祸I内部底面上Im2区域内喷涂的所述涂层喷涂液中所含氮化硼的质量为200g。
[0225]本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。
[0226]本实施例中，与常规坩祸相比，采用多晶硅铸锭炉且利用带底部涂层2的坩祸I进行多晶硅铸锭后，加工成型铸锭成品的表面无杂质，无粘祸现象，铸锭底部含氧量降低70%以上，少子寿命> 5.5us (微秒)，硬质点比例<0.5 %，成品率为74 %。
[0227]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种多晶硅铸锭方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤一、辅助加热器安装:在多晶硅铸锭炉(9)内安装辅助加热器； 所述辅助加热器为布设在坩祸(I)下方的底部加热器(3)，所述坩祸(I)为立方体坩祸且其呈水平布设，所述底部加热器(3)、布设于坩祸(I)上方的顶部加热器(2)和四个分别布设在坩祸(I)的四个侧壁外侧的侧部加热器(4)组成六面加热装置;所述顶部加热器(2)和底部加热器(3)均呈水平布设，四个所述侧部加热器(4)均呈竖直向布设;所述顶部加热器(2)、底部加热器(3)和四个所述侧部加热器(4)均布设于多晶硅铸锭炉(9)内； 步骤二、装料:向坩祸(I)内装入硅料，并将内装硅料的坩祸(I)装入多晶硅铸锭炉(9)内； 步骤三、预热:将顶部加热器(2)、底部加热器(3)和四个所述侧部加热器(4)均开启，并采用多晶硅铸锭炉(9)对装于坩祸(I)内的硅料进行预热，并将多晶硅铸锭炉(9)的加热温度逐步提升至Tl;预热时间为4h?6h，其中T1 = 1125°C?1285°C; 步骤四、熔化，过程如下: 步骤401、第一次升温:采用多晶硅铸锭炉(9)对装于坩祸(I)内的硅料进行熔化，熔化温度由Tl逐步提升至T2;其中T2 = 1350°C?1400°C;本步骤中，所述顶部加热器(2)、底部加热器(3)和四个所述侧部加热器(4)均处于开启状态； 步骤402、第二次升温:采用多晶硅铸锭炉(9)继续对装于坩祸(I)内的硅料进行熔化，熔化温度由T2逐步提升至T3;其中T3 = 1540°C?1560°C;本步骤中，所述顶部加热器(2)和四个所述侧部加热器(4)均处于开启状态，所述底部加热器(3)处于关闭状态； 步骤403、后续熔化:待坩祸(I)内的硅料全部熔化后，将多晶硅铸锭炉(9)的加热温度控制在T3，之后所述顶部加热器(2)和四个所述侧部加热器(4)的加热功率均开始下降，待所述顶部加热器(2)和四个所述侧部加热器(4)的加热功率均停止下降且持续时间t后，熔料过程完成;其中t = 20min?40min ； 步骤五、长晶:将多晶硅铸锭炉(9)的加热温度由T3逐渐降至多晶硅结晶温度后进行定向凝固，直至完成长晶过程;其中多晶硅结晶温度为1420°C?1440°C ; 步骤六、退火及冷却，过程如下: 步骤2051、第一次退火:经50min?70min将所述多晶硅铸锭炉的加热温度降至T4，并保温 2h ?3h;其中，T4 = 1250°C ?1280°C; 步骤2052、第二次退火:经50min?70min将所述多晶硅铸锭炉的加热温度由T4降至T5，并保温211?311;了5 = 900°(:?9501€ ； 步骤2053、冷却:将所加工多晶硅铸锭随炉冷却至室温，获得加工成型的所述多晶硅铸锭。2.按照权利要求1所述的一种多晶硅铸锭方法，其特征在于:步骤2051中进行第一次退火过程中和步骤2052中进行第二次退火过程中，均向所述多晶硅铸锭炉内充入惰性气体并将多晶硅铸锭炉内的气压保持在Q1，其中Ql = 180Pa?250Pa。3.按照权利要求1或2所述的一种多晶硅铸锭方法，其特征在于:步骤2053中将所加工多晶硅铸锭随炉冷却至室温时，按照90 0C /h?120 0C /h的降温速率进行冷却。4.按照权利要求1或2所述的一种多晶硅铸锭方法，其特征在于:步骤204中长晶结束后，所述多晶硅铸锭炉的加热温度为TlO，TlO = 1395°C?1405°C ;步骤2051中进行第一次退火时，经50min?70min将所述多晶硅铸锭炉的加热温度由TlO降至T4。5.按照权利要求1或2所述的一种多晶硅铸锭方法，其特征在于:步骤二中装料进行之前，还需进行坩祸底部涂层制备，过程如下: 步骤101、涂层喷涂液配制:将有机胶结剂、去离子水和氮化硼按1: (2?2.5):(0.8?1.2)的质量比均匀混合，得到涂层喷涂液； 步骤102、喷涂:采用喷涂设备将步骤101中所述涂层喷涂液均匀喷涂至坩祸(I)的内部底面上，所述坩祸(I)内部底面上Im2区域内喷涂的所述涂层喷涂液中所含氮化硼的质量为10g?200g; 所述坩祸(I)为多晶硅铸锭炉(9)用石英坩祸； 步骤103、烘干:将步骤102中所述坩祸(I)水平放置于烘干设备内，并采用所述烘干设备且在80°C?100°C温度条件下对喷涂至坩祸(I)内部底面上的所述涂层喷涂液进行烘干，获得底部涂层(2); 步骤二中进行装料时，向带底部涂层(2)的坩祸(I)内内装入硅料，并将内装硅料的坩祸(I)装入多晶硅铸锭炉(9)内。6.按照权利要求5所述的一种多晶硅铸锭方法，其特征在于:步骤101中所述有机粘结剂为酚醛-氯丁橡胶胶粘剂、环氧胶粘剂、瞬间胶粘剂、丙烯酸胶粘剂、聚乙烯醇胶粘剂、聚醋酸乙烯胶粘剂、AE丙烯酸酯胶、聚乙烯醇缩丁醛胶粘剂或玻璃胶； 所述氮化硼为六方氮化硼。7.按照权利要求5所述的一种多晶硅铸锭方法，其特征在于:步骤102中进行喷涂时，所述坩祸(I)内部底面上Im2区域内喷涂的所述涂层喷涂液中所含氮化硼的质量为10g?150g; 步骤103中进行烘干时，先采用所述烘干设备将坩祸(I)加热至80°C?100°C，再进行保温直至喷涂至坩祸(I)内部底面上的所述涂层喷涂液烘干为止。8.按照权利要求1或2所述的一种多晶硅铸锭方法，其特征在于:步骤三中预热过程中和步骤401中第一次升温过程中，同一时刻所述顶部加热器(2)、底部加热器(3)和四个所述侧部加热器(4)的加热功率均相同；步骤402中第二次升温过程中和步骤403中后续熔化过程中，同一时刻所述顶部加热器(2)和四个所述侧部加热器(4)的加热功率均相同。9.按照权利要求1或2所述的一种多晶硅铸锭方法，其特征在于:步骤三中预热过程中，将顶部加热器(2)、底部加热器(3)和四个所述侧部加热器(4)的加热功率同步进行逐步升高，并将顶部加热器(2)、底部加热器(3)和四个所述侧部加热器(4)的加热功率均逐步升高至 P1，其中 Pl = 50kW ?10kW; 步骤401中第一次升温过程中，所述顶部加热器(2)、底部加热器(3)和四个所述侧部加热器(4)的加热功率均为Pl ； 步骤402中第二次升温过程中，所述顶部加热器(2)和四个所述侧部加热器(4)的加热功率均为Pl ； 步骤403中后续熔化过程中，待坩祸(I)内的硅料全部熔化后，所述顶部加热器(2)和四个所述侧部加热器(4)的加热功率同步进行逐步下降，对顶部加热器(2)或侧部加热器(4)的加热功率变化情况进行观测，待顶部加热器(2)或侧部加热器(4)的加热功率下降至P2时，保持P2不变且持续时间t后，熔料过程完成;其中，P2 = 25kW?45kW。10.按照权利要求1或2所述的一种多晶硅铸锭方法，其特征在于:步骤一中所述顶部加热器(2)、底部加热器(3)和四个所述侧部加热器(4)均与加热功率调节装置(6)连接； 步骤三中预热过程中，采用加热功率调节装置(6)对顶部加热器(2)、底部加热器(3)和四个所述侧部加热器(4)的加热功率同步进行逐步升高； 所述顶部加热器(2)通过第一电极与顶部加热电源(2-1)连接，四个所述侧部加热器(4)均通过第二电极与侧部加热电源(4-1)连接，所述底部加热器(3)通过第三电极与底部加热电源(3-1)连接;所述顶部加热电源(2-1)、侧部加热电源(4-1)和底部加热电源(3-1)均与加热功率调节装置(6)连接，所述加热功率调节装置(6)为对顶部加热电源(2-1)、侧部加热电源(4-1)和底部加热电源(3-1)的输出功率分别进行调节的功率调节装置。
【文档编号】C30B28/06GK106087053SQ201610695509
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月19日 公开号201610695509.1, CN 106087053 A, CN 106087053A, CN 201610695509, CN-A-106087053, CN106087053 A, CN106087053A, CN201610695509, CN201610695509.1
【发明人】李建军, 刘波波, 贺鹏, 史燕凯
【申请人】西安华晶电子技术股份有限公司