专利名称：少子寿命大于等于1000微秒的n型太阳能硅单晶生长工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及直拉法生长N型硅单晶的工艺，特别是一种晶体整体(含表面)少子 寿命大于等于1000微秒的N型太阳能单晶生长工艺，在晶体生长工艺中提高N型硅单晶的 少子寿命，使其远高于普通方法制得的N型硅单晶。
背景技术：
半导体工业所用的硅单晶，几乎90X是用CZ法生长的。常规方法制得的N型 硅单晶，头尾表皮寿命不能达到1000 ii s(多数介于900 20ii s之间，以BCT 300 型Sintonconsulting lifetime tester测试)，其头尾截面寿命也不能全部达到高于 1000 iis。通常截面寿命中心高，边缘很低，达20 5ii s(目前国内外测量方法实际报测值 为中心寿命值)。硅单晶寿命与电池转换效率是强烈对应的正比关系。晶硅太阳能电池片 的转换效率为截面效率积分的平均值，因此仅中心高而边缘低不足以提高整片电池的转换 效率，为进一步提高转换效率必须使截面少子寿命全面提高。 国内外未见有关于直拉法生长N型高寿命(表皮及截面少数载流子寿命高于 1000 ii s)硅单晶的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种少子寿命大于等于1000微秒的N型太阳能硅单晶生长 工艺，采用直拉法生长N型高寿命硅单晶，可以解决N型直拉硅单晶寿命低的难题。本发明 晶体生长方法实用、效率高、成本低，能够以CZ法制得N型的太阳能级硅单晶，能满足高效 太阳能电池的要求。 本发明提供的直拉法生长N型高寿命硅单晶棒〈100>晶向、电阻率范围为1 20 Q cm、表皮及截面少数载流子寿命^ 1000 iis。间隙氧含量为[Oi]《17. 5ppma，替位 碳含量为[Cs]《0. 5ppma ;外型6 8英寸。 本发明提供的直拉法生长N型高寿命硅单晶棒生长工艺是以磷掺杂的块状多晶 硅为原料按下述的具体工艺步骤，包括在单晶炉中装料，将掺杂剂放置在石英埚内多晶硅 原料的以下部位(lOmm)，程序升温稳态加热化料，待熔硅内部热场稳定后，开始进行加热、 引径、转肩、等径、提单晶尾部至导流筒上沿，停止加热、冷却。工艺参数
拉速为0. 1 10mm/分钟，细径长度大于100mm小于160mm ;转肩拉速0. 5 3. 1mm/分钟，等径过程控制炉室压力为1200 2800Pa、晶转为1 8转/分、埚转0. 5 7转/分钟，冷却时间不大于3小时。 本发明提供的少子寿命大于等于IOOO微秒的N型太阳能单晶生长工艺具体步骤 包括 1)抽真空，保证真空泄漏率《1/4Pa/分钟，装料，将大块多晶硅贴近石英坩埚小 块多晶放于中心并将掺杂剂放至石英埚内多晶硅原料的10mm以下部位，充入氩气，抽真空 并充氩气至炉压1200Pa 2800Pa ;
2)中低埚位化料，程序升温至1420°C 1500°C ;升温速率为约10°C /分钟；
3)30 35分钟后，以拉速O. 1 10mm/分钟引细径，细径长度大于100mm小于 160mm 54)转肩拉速，转肩拉速0. 5 3. 1mm/分钟，转肩1/2后拉速调至1. 2mm/分钟； 5)等径过程控制炉室压力为1200 2800Pa、晶转为1 8转/分、埚转0. 5 7
转/分钟，收尾停加热，提单晶尾部至导流筒上沿，冷却时间3小时以内。 本发明提供了少子寿命大于等于1000微秒的N型太阳能单晶生长工艺，可以解决
直拉单晶寿命低的难题。本发明晶体生长方法实用、效率高、成本低，能够以CZ法制得N型、
〈100〉晶向、电阻率范围为1 20Q 'cm、表皮及截面少数载流子寿命^ 1000 ii s的太阳能
级硅单晶，能满足高效太阳能电池的要求。
图1是直拉单晶炉热系统装置示意图。
图2少子寿命测试过程与结果。 图3本发明所得6英寸单晶与常规方法单晶少子寿命对比。
图4本发明所得8英寸单晶与常规方法单晶少子寿命对比。
图5本发明使用的单晶硅炉的导流筒示意图，(m)导流筒a， (n)导流筒b。
具体实施例方式
实施例1 依本发明制作6英寸单晶 本发明使用太阳能用四级的块状多晶硅(市售)，磷掺杂剂(颗粒状低阻磷单晶， 直拉法生长的低电阻率单晶，在室温下，电阻率为0.001 0.005Q ，cm)。电阻率测定设备 为广州半导体所生产的HDY 4型四探针测试仪。 本发明使用的单晶硅炉的结构如图1所示，1 提拉；2 籽晶；3 成品单晶；4 导流筒a ;5 石英坩埚；6 石墨坩埚；7 导流筒b ;8 熔融硅；9 加热器；10 埚杆；
11 排气孔；12 上盖；13 成型毡；14 保温筒；15 保温毡。其中，4 导流筒a、7 导流筒b、ll 排气孔与已公开的常规设备不同，导流筒采用分级(2级)定位式，排气孔均 匀分布于下炉筒两侧，见图5。 本发明提供的晶体表面少子寿命大于等于1000微秒的N型太阳能单晶生长工艺 主要包括装料、加热、拉晶等步骤 第一步按常规方法将单晶炉清炉，抽真空，真空泄漏率小于等于1/4Pa/分钟，开 炉、装料(60公斤多晶硅和3. 1克0. 001 0. 005 Q cm的掺杂剂)，并将掺杂剂放至石英 埚内(多晶硅原料的10mm以下部位)，充氩气至炉压2000Pa。 第二步低埚位化料，埚转为1转/分钟，程序升温至1420°C 1500°C ;升温速率 为约l(TC /分钟，待确认化料完毕后，将埚转速率调至2转/分钟。 第三步化料完毕，降温至液面过冷，待熔硅温度稳定30分钟后，开始下降引细 径，此时晶转速率调至2转，浸熔30分钟后提拉，拉速为2. 5mm/分钟，细径长度大于100mm 小于160mm，细径直径为3mm 5mm。
第四步转肩拉速2. 4mm/分钟，转肩1/2后拉速调至1. 2mm/分钟。
第五步等径生长，炉压调至2500Pa，拉速0. 9mm/分钟，氩气流速调至20 100L/ h，晶转在1 8转/分钟内调节，埚转在0. 5 7转/分钟，收尾停加热，提单晶尾部至导 流筒上沿，冷却时间3小时以内。 实施例得到的硅单晶用YX H8型X射线定向仪测试晶向；用SDY 4型四探针测 试仪测量电阻率；用Nicolet 6700型FTIR测试氧碳含量；BCT 300型Sinton consulting lifetimetester测试少数载流子寿命；
具有代表性实验测定结果实例之一 投料量60公斤的①18〃热场装置下生长的①6〃 ， N型〈100〉晶向，硅单晶棒的 电阻率，头部P《20Q 'cm，尾部P > 1Q *Cm。间隙氧含量为
《17.5卯ma，替位碳 含量为[Cs]《0. 5ppma，非平衡少子寿命t > 1000 y s。 少子寿命测试结果如图2所示(a)是少子寿命测试条件，(b)是少子寿命测试结 果；本发明与常规工艺(直拉硅行业常用工艺)制得单晶寿命对比详见图3， (a)6英寸是整 根单晶表皮寿命对比，(b)是6英寸单晶头部样片中心到边缘寿命对比，(c)是6英寸单晶 尾部样片中心到边缘寿命对比。
实施例2 具有代表性实验测定结果实例之二 以相同的工艺条件制得①8〃单晶。
投料量90公斤的①20〃热场装置下生长的①8〃 ， N型〈100〉晶向，硅单晶棒的 电阻率，头部P《20Q 'cm，尾部P > 1Q 'cm。间隙氧含量为[Oi]《17.5卯ma，替位碳 含量为[Cs]《0. 5ppma，非平衡少子寿命t > 1000 y s。 少子寿命测试结果如图2所示(a)是少子寿命测试条件，(b)是少子寿命测试结 果；本发明与常规工艺(直拉硅行业常用工艺)制得①8〃单晶寿命对比详见图4， (a)是8 英寸整根单晶表皮寿命对比，(b)是8英寸单晶头部样片中心到边缘寿命对比，(c)是8英 寸单晶尾部样片中心到边缘寿命对比。
权利要求
一种直拉法生长N型高寿命硅单晶棒，其特征在于<100>晶向、电阻率范围为1～20Ω·cm、表皮及截面少数载流子寿命≥1000μs，间隙氧含量为[Oi]≤17.5ppma，替位碳含量为[Cs]≤0.5ppma。
2. 按照权利要求1所述的直拉法生长N型高寿命硅单晶棒，其特征在于它的外型为 6 8英寸。
3. 权利要求1所述的直拉法生长N型高寿命硅单晶棒的生长工艺，其特征在于它是 以磷掺杂的块状多晶硅为原料，按下述的具体工艺步骤，在单晶炉中装料，将掺杂剂放置在 石英埚内多晶硅原料的以下部位，程序升温稳态加热化料，待熔硅内部热场稳定后，开始进 行加热、引径、转肩、等径、晶转、埚转、提单晶尾部至导流筒上沿，停止加热、冷却。
4. 按照权利要求3所述的生长工艺，其特征在于所述的掺杂剂放至石英埚内多晶硅 原料的10mm以下部位。
5. 按照权利要求3所述的生长工艺，其特征在于工艺参数为拉速为O. 1 10mm/分 钟，细径长度大于100mm小于160mm ;转肩拉速0. 5 3. lmm/分钟，等径过程控制炉室压力 为1200 2800Pa，晶转为1 8转/分，埚转0. 5 7转/分钟，冷却时间不大于3小时。
6. 按照权利要求3所述的生长工艺，其特征在于磷掺杂剂电阻率为0.001 0. 005 Q cm。
7. —种少子寿命大于等于1000微秒的N型太阳能单晶生长工艺，其特征在于它是经过 下述步骤1) 抽真空，保证真空泄漏率《1/4Pa/分钟，装料，将大块多晶硅贴近石英坩埚小块多 晶放于中心并将掺杂剂放至石英埚内多晶硅原料的10mm以下部位，充入氩气，抽真空并充 氩气至炉压1200Pa 2800Pa ;2) 中低埚位化料，程序升温至1420°C 1500°C ;3) 30 35分钟后，以拉速O. 1 10mm/分钟引细径，细径长度大于100mm小于160mm ;4) 转肩拉速，转肩拉速0. 5 3. lmm/分钟，转肩1/2后拉速调至1. 2mm/分钟；5) 等径过程控制炉室压力为1200 2800Pa，晶转为1 8转/分，埚转0. 5 7转/ 分钟，收尾停加热，提单晶尾部至导流筒上沿，冷却时间3小时以内。
8. 按照权利要求7所述的生长工艺，其特征在于步骤2)中所述的升温速率为l(TC / 分钟。
9. 按照权利要求7所述的生长工艺，其特征在于磷掺杂剂电阻率为0.001 0. 005 Q cm。
全文摘要
本发明涉及一种少子寿命大于等于1000微秒的N型太阳能硅单晶生长工艺。外型6～8英寸，<100>晶向、电阻率范围为1～20Ω·cm、表皮及截面少数载流子寿命≥1000μs，间隙氧含量为[Oi]≤17.5ppma，替位碳含量为[Cs]≤0.5ppma。以磷掺杂的块状多晶硅为原料制备，包括装料、加热、引径、等径、收尾、冷却，程序升温稳态加热化料，待熔硅内部热场稳定后，开始引细径，提单晶尾部至导流筒上沿，冷却时间不大于3小时。本发明晶体生长方法实用、效率高、成本低，能够以CZ法制得N型单晶硅从头部至尾部完全大于等于1000微秒，为高效太阳能电池的提高效率创造了工业化的基础。
文档编号C30B15/00GK101724899SQ20091007037
公开日2010年6月9日 申请日期2009年9月8日 优先权日2009年9月8日
发明者任丙彦, 任丽 申请人:任丙彦;任丽