專利名稱：一種cz直拉法太陽(yáng)能單晶生長(zhǎng)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能用單晶硅加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種CZ直拉法太陽(yáng)能單晶生長(zhǎng)工藝。
背景技術(shù)：
氧及碳是柴氏(CZ)長(zhǎng)晶法中兩種非預(yù)期加入的雜質(zhì)。氧原子來自石英坩堝的分解，以插入型(Interstitial)單一原子存在于硅晶體中。若每個(gè)氧原子與鄰近兩個(gè)硅原子鍵結(jié)成SiO2，此鍵結(jié)在電性上而言是鈍性的。若每四個(gè)氧原子與硅原子鍵結(jié)成SiO4，則此氧硅合物提供η型的導(dǎo)電作用，它們被稱為氧授與者(Oxygen Donors) 0這氧授與者可經(jīng)由插入型氧原子在450°C熱處理下產(chǎn)生，其亦可在650°C、30分鐘的熱處理中消滅。若在 6500C 750°C長(zhǎng)時(shí)間的加熱，則生成SiO2凝核。在750°C 1000°C的高溫下，則更易促進(jìn)氧原子的擴(kuò)散及生成Si02。熱處理可導(dǎo)致次表面下的氧原子擴(kuò)散到硅晶圓表面而離開晶圓， 此次表面有均勻結(jié)構(gòu)無缺陷，被稱為“去裸帶”(Denuded hne)，而晶圓內(nèi)部的氧原子則形成SiO2析出物，析出物附近的應(yīng)力場(chǎng)變成雜質(zhì)原子的吸附區(qū)，此效應(yīng)被稱為本質(zhì)雜質(zhì)吸取作用(Intrinsic Gettering)。去裸帶對(duì)只運(yùn)用硅表面層做電傳作用的MOS組件是有利的。 但當(dāng)含氧量過低時(shí)，硅晶圓內(nèi)部將無S^2析出物而無雜質(zhì)吸取作用。含氧量過高時(shí)，則S^2 析出物過多，且去裸帶無法形成。因此，氧濃度控制及熱處理變成制作晶圓的重要制成參數(shù)。一般氧濃度的含量為0.91 X 1018到1.11 X 1018原子/公分3。氧在硅晶體中可增強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度。與浮融帶長(zhǎng)晶法比較，柴式長(zhǎng)晶法的晶體含有較高的氧，因而表現(xiàn)較高的機(jī)械強(qiáng)度。硅的熔點(diǎn)是1420°C，在硅單晶的生長(zhǎng)過程中，為了避免熱應(yīng)力的作用，晶棒在冷卻速度較慢，晶棒的頭部長(zhǎng)時(shí)間處于450°C環(huán)境下，致使頭部插入型氧原子與硅形成SiO4硅氧化合物，提供N型導(dǎo)電，與摻入的P型原子中和，致使P型原子的導(dǎo)電離子降低，致使單晶棒頭部電阻偏高，嚴(yán)重的致使行成N型導(dǎo)電型態(tài)。目前P型太陽(yáng)能電池用單晶棒電學(xué)性能要求為1一6Ω. cm，由于頭部氧施主作用，致使電阻超出單晶棒超出客戶要求，造成不合格產(chǎn)品無法利用，一般廠家頭部電阻率不合格率在洲左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過控制拉晶過程參數(shù)，提供一種可明顯提高晶體質(zhì)量的CZ直拉法太陽(yáng)能單晶生長(zhǎng)工藝。本發(fā)明工藝在轉(zhuǎn)肩等徑時(shí)，縮短了固液接觸面凹凸轉(zhuǎn)換時(shí)間，減低了單晶棒頭部電阻，提高了單晶品質(zhì)。本發(fā)明的目的按照下述方案實(shí)現(xiàn)
一種CZ直拉法太陽(yáng)能單晶生長(zhǎng)工藝，包括引晶、放肩和轉(zhuǎn)肩等徑工藝過程，其特征在于通過控制拉晶速度及降溫速率，在轉(zhuǎn)肩等徑過程之前完成固液界面由凸轉(zhuǎn)平過程，具體操作步驟如下 (1)引晶工藝按照常規(guī)的CZ法進(jìn)行太陽(yáng)能單晶生長(zhǎng)工藝的前期操作，設(shè)備升溫，待達(dá)到液面熔化溫度后，進(jìn)入引晶步驟，引晶工藝過程為
以3-8mm/min的拉晶速率向上拉晶，維持細(xì)晶直徑3_5mm，待細(xì)晶長(zhǎng)度150_200mm，以相對(duì)較快的拉晶速度提速，縮小細(xì)晶直徑l_2mm維持長(zhǎng)度3-5mm，降低拉速進(jìn)入放肩步驟；
(2)放肩工藝
引晶結(jié)束時(shí)，進(jìn)入放肩步驟，此步驟的工藝過程為
放肩降低拉速至0. 4-0. Smm/min，維持一個(gè)線性降溫速率15°C -25°C /hr,待晶體直徑放大至70-130mm，以1. 2mm/min-3mm/min的拉速向上提升，及時(shí)降溫8°C -10°C，同時(shí)停止線性降溫，待晶體直徑穩(wěn)定后，給予一個(gè)固定晶體拉速1-1. 5mm/min維持端面直徑向上生長(zhǎng)，適當(dāng)?shù)慕o予坩堝上升速率，待長(zhǎng)度生長(zhǎng)至50-100mm，降低拉晶速度至0. 4-0. 6mm/min, 開啟線性降溫速率，速率為前一步的110%-120%，停止坩堝上升速率，維持晶體直徑迅速長(zhǎng)大，達(dá)到產(chǎn)品要求直徑時(shí)，進(jìn)入轉(zhuǎn)肩等徑步驟；
(3)轉(zhuǎn)肩等徑工藝
待晶體直徑生長(zhǎng)至產(chǎn)品要求直徑后，以1. 2mm/min-3mm/min的拉晶速度迅速向上提升，及時(shí)降溫5-10°C，同時(shí)停止線性降溫，給予坩堝上升速率，根據(jù)直徑變化率速度，緩慢調(diào)節(jié)拉速控制，待晶體直徑相對(duì)穩(wěn)定后，打開自動(dòng)等徑控制程序，進(jìn)入自動(dòng)等徑控制階段.
CZ直拉法單晶內(nèi)部的氧含量主要來源于石英坩堝，在結(jié)晶過程中，液面內(nèi)部的氧通過固液接觸面最后進(jìn)入單晶結(jié)構(gòu)內(nèi)部。在放肩至等徑過程中，固液接觸面經(jīng)歷了由凸變平再變凹的過程，一般工藝放肩時(shí)，固液接觸面隨晶體直徑的長(zhǎng)大也越來越凸；轉(zhuǎn)肩等徑時(shí)，固液接觸面漸漸的由凸變平，再由平慢慢的變成凹界面，之后一直維持凹界面生長(zhǎng)，一般工藝的液接觸面的凸凹轉(zhuǎn)變過程需要等徑400mm-500mm后才能完成凹界面的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明工藝，在放肩時(shí)，維持端面直徑(參見附圖1)的生長(zhǎng)至長(zhǎng)度50-100mm時(shí)，固液接觸面已經(jīng)進(jìn)行了由凸變平的轉(zhuǎn)變，在達(dá)到產(chǎn)品目標(biāo)直徑，進(jìn)行轉(zhuǎn)肩步驟時(shí)，本發(fā)明的固液接觸面已經(jīng)趨向于平界面，因此在等徑工藝下，固液接觸面積僅需從平界面轉(zhuǎn)換成凹界面，因此加快了轉(zhuǎn)變凹界面的速度，一般只需要70mm左右的等徑長(zhǎng)度即能完成凹界面的轉(zhuǎn)換。同時(shí)降低了凸界面的存在時(shí)間，直接降低了單晶等徑頭部的固液接觸面的接觸面積(參照?qǐng)D1及圖2的虛線部分)。降低固液接觸面積，有效地降低了氧原子進(jìn)入固體晶體途徑，從而減少了 SIO4的形成。另外，本發(fā)明工藝的放肩結(jié)構(gòu)，增加了晶體的散熱面積，致使頭部能能有效的散熱，能更快的通過450°C區(qū)間，有效降低了 SIO4的形成。本發(fā)明工藝，適用于目前CZ直拉法生長(zhǎng)的各尺寸單晶產(chǎn)品，在改善單晶品質(zhì)方面均有不錯(cuò)的成效。


圖1是普通直拉法工藝單晶棒示意圖； 圖2是本發(fā)明工藝單晶棒示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明工藝，主要由以下部分組成(參照附圖2)
1、引晶設(shè)備升溫，待達(dá)到液面熔化溫度后，以3-8mm/min的拉晶速率向上拉晶，維持細(xì)晶直徑3-5mm，待細(xì)晶長(zhǎng)度150_200mm，以相對(duì)較快的拉晶速度提速，縮小細(xì)晶直徑l_2mm 維持長(zhǎng)度3-5mm，降低拉速進(jìn)入放肩步驟；
2、放肩(附圖2)降低拉速至0.4-0. 8mm/min,維持一個(gè)線性降溫速率15°C - 25V / hr,待晶體直徑放大至一般直徑為70-130mm，以1. 2mm/min-3mm/min的拉速向上提升， 及時(shí)降溫8°C至10°C，同時(shí)停止線性降溫，待晶體直徑穩(wěn)定后，給予一個(gè)固定晶體拉速 1-1. 5mm/min維持端面直徑向上生長(zhǎng)，適當(dāng)?shù)慕o予坩堝上升速率，待長(zhǎng)度生長(zhǎng)至50_100mm， 降低拉晶速度至0. 4-0. 6mm/min,開啟線性降溫速率，速率為前一步的110%_120%，停止坩堝上升速率，維持晶體直徑迅速長(zhǎng)大，至產(chǎn)品要求直徑，進(jìn)入轉(zhuǎn)肩等徑步驟；
3、轉(zhuǎn)肩等徑待直徑生長(zhǎng)至產(chǎn)品要求直徑后，以1.2mm/min-3mm/min的拉晶速度迅速向上提升，及時(shí)降溫-5至-10°C，同時(shí)停止線性降溫，給予坩堝上升速率，根據(jù)直徑變化率速度，緩慢調(diào)節(jié)拉速控制，待晶體直徑相對(duì)穩(wěn)定后，打開自動(dòng)等徑控制程序步，進(jìn)入自動(dòng)等徑控制。
權(quán)利要求
1. 一種CZ直拉法太陽(yáng)能單晶生長(zhǎng)工藝，包括引晶、放肩和轉(zhuǎn)肩等徑工藝過程，其特征在于通過控制拉晶速度及降溫速率，在轉(zhuǎn)肩等徑過程之前完成固液界面由凸轉(zhuǎn)平過程，具體操作步驟如下(1)引晶工藝按照常規(guī)的CZ法進(jìn)行太陽(yáng)能單晶生長(zhǎng)工藝的前期操作，設(shè)備升溫，待達(dá)到液面熔化溫度后，進(jìn)入引晶步驟，引晶工藝過程為以3-8mm/min的拉晶速率向上拉晶，維持細(xì)晶直徑3_5mm，待細(xì)晶長(zhǎng)度150_200mm，以相對(duì)較快的拉晶速度提速，縮小細(xì)晶直徑l_2mm維持長(zhǎng)度3-5mm，降低拉速進(jìn)入放肩步驟；(2)放肩工藝引晶結(jié)束時(shí)，進(jìn)入放肩步驟，此步驟的工藝過程為放肩降低拉速至0. 4-0. Smm/min，維持一個(gè)線性降溫速率15°C -25°C /hr,待晶體直徑放大至70-130mm，以1. 2mm/min-3mm/min的拉速向上提升，及時(shí)降溫8°C -10°C，同時(shí)停止線性降溫，待晶體直徑穩(wěn)定后，給予一個(gè)固定晶體拉速1-1. 5mm/min維持端面直徑向上生長(zhǎng)，適當(dāng)?shù)慕o予坩堝上升速率，待長(zhǎng)度生長(zhǎng)至50-100mm，降低拉晶速度至0. 4-0. 6mm/min, 開啟線性降溫速率，速率為前一步的110%-120%，停止坩堝上升速率，維持晶體直徑迅速長(zhǎng)大，達(dá)到產(chǎn)品要求直徑時(shí)，進(jìn)入轉(zhuǎn)肩等徑步驟；(3)轉(zhuǎn)肩等徑工藝待晶體直徑生長(zhǎng)至產(chǎn)品要求直徑后，以1. 2mm/min-3mm/min的拉晶速度迅速向上提升，及時(shí)降溫5-10°C，同時(shí)停止線性降溫，給予坩堝上升速率，根據(jù)直徑變化率速度，緩慢調(diào)節(jié)拉速控制，待晶體直徑相對(duì)穩(wěn)定后，打開自動(dòng)等徑控制程序，進(jìn)入自動(dòng)等徑控制階段。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種CZ直拉法太陽(yáng)能單晶生長(zhǎng)工藝，包括引晶、放肩和轉(zhuǎn)肩等徑工藝過程，通過控制拉晶速度及降溫速率，在轉(zhuǎn)肩等徑過程之前完成固液界面由凸轉(zhuǎn)平過程。本發(fā)明方法有效地降低了單晶棒頭部SIO4的形成，降低了頭部電阻率，提高了單晶品質(zhì)，適用于目前CZ直拉法生長(zhǎng)的各尺寸單晶產(chǎn)品的生長(zhǎng)。
文檔編號(hào)C30B29/06GK102268726SQ20111022626
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者丁磊, 張笑天, 徐大國(guó), 馬先松, 馬四海, 馬青 申請(qǐng)人:馬鞍山明鑫光能科技有限公司