一種類單晶硅錠及其制備方法和一種類單晶硅鑄錠爐技術

本發明專利技術公開了一種類單晶硅錠的制備方法，包括：在坩堝內鋪設籽晶形成籽晶層；在籽晶層上方設置熔融狀態的硅熔體，控制坩堝底部溫度低于籽晶的熔點，使得籽晶層不被完全熔化；調節熱場形成過冷狀態，使硅熔體在籽晶層的基礎上開始長晶；長晶過程中，以1轉/分鐘?60轉/分鐘的攪拌速度持續或間斷地攪拌硅熔體；待全部硅熔體結晶完后，經退火冷卻得到類單晶硅錠。本發明專利技術提供的類單晶硅錠的制備方法，通過在長晶過程中攪拌硅熔體，增強硅熔體的對流，這樣可以減少金屬雜質進入類單晶硅錠中，減少雜質的富集，提高硅錠的少子壽命，也提高了鑄造類單晶的單晶面積。本發明專利技術還提供了采用該制備方法制得的類單晶硅錠，本發明專利技術還提供了一種類單晶硅鑄錠爐。

【技術實現步驟摘要】
一種類單晶硅錠及其制備方法和一種類單晶硅鑄錠爐
本專利技術涉及半導體制造領域，尤其涉及一種類單晶硅錠及其制備方法和一種類單晶硅鑄錠爐。
技術介紹
目前，生產鑄造類單晶工藝主要是在坩堝底部鋪墊單晶籽晶，以G5硅錠為例，籽晶尺寸為156mm長和156mm寬，高度為30mm，將25塊籽晶以5×5的方式鋪墊在內徑840mm長和840mm寬的坩堝中。然后在籽晶上方填裝硅料，控制溫度從上往下熔化硅料形成硅熔體，當熔化到單晶籽晶層位置后，降溫進入長晶階段，在不完全熔化的單晶籽晶層上生長出類單晶。現有鑄造類單晶技術中，硅熔體進行自然對流，導致在硅晶體生長過程中，雜質易在固液界面硅熔體一側會出現雜質的堆積，形成一層雜質富集層。這樣會帶來以下問題：(1)金屬雜質，特別是過渡金屬雜質容易進入到硅晶體中，會影響硅錠的少子壽命，從而影響硅片的電性能。(2)固態不熔雜質(氮化硅、碳化硅、氧化硅等)易富集在固液晶面處會成為形核中心，從而產生出其他晶向的多晶，這樣會影響鑄造類單晶的單晶面積，從而影響硅片的質量。因此，有必要提供一種新的類單晶硅錠的制備方法。
技術實現思路
鑒于此，本專利技術提供了一種類晶硅錠的制備方法，該制備方法可增強硅熔體的對流，減少雜質的富集，提高鑄造類單晶的單晶面積，同時該方法簡單易操作。本專利技術還同時公開了一種通過該制備方法獲得的類單晶硅錠，以及一種類單晶硅鑄錠爐。本專利技術實施例第一方面提供了一種類單晶硅錠的制備方法，包括：在坩堝內鋪設籽晶形成籽晶層；在所述籽晶層上方設置熔融狀態的硅熔體，控制所述坩堝底部溫度低于所述籽晶的熔點，使得所述籽晶層不被完全熔化；調節熱場形成過冷狀態，使所述硅熔體在所述籽晶層的基礎上開始長晶；所述長晶過程中，以1轉/分鐘-60轉/分鐘的攪拌速度持續或間斷地攪拌所述硅熔體；待全部硅熔體結晶完后，經退火冷卻得到類單晶硅錠。本專利技術實施方式中，所述長晶過程中，攪拌所述硅熔體，可以增強硅熔體的對流，這樣可以減少金屬雜質進入類單晶硅錠中，減少雜質的富集，提高硅錠的少子壽命，也降低了不熔雜質的在固液晶面處富集形核的幾率，提高了鑄造類單晶的單晶面積。可選地，所述攪拌速度為20轉/分鐘-50轉/分鐘。可選地，所述間斷地攪拌所述硅熔體的方式為：每隔5min-1h攪拌一次硅熔體，每次攪拌時間為1min-1h。可選地，采用攪拌裝置攪拌所述硅熔體，攪拌時，所述攪拌裝置逐漸上升，所述上升的速度大于或等于所述長晶的速度。可選地，攪拌過程中，所述攪拌裝置與所述籽晶層或所述硅熔體結晶形成的硅晶體的垂直距離為2-6cm。本專利技術第一方面提供的類單晶硅錠的制備方法，通過在晶體生長的時候，將攪拌裝置伸入到硅熔體中進行攪拌，增強硅熔體的對流，這樣可以減少金屬雜質進入類單晶硅錠中，減少雜質的富集，提高硅錠的少子壽命，也可以降低不熔雜質的在固液晶面處富集形核的幾率，提高了鑄造類單晶的單晶面積。同時，本專利技術實施例提供的類單晶硅錠的制備方法簡單易操作。本專利技術實施例第二方面提供了一種類單晶硅錠，所述類單晶硅錠按照如第一方面所述的制備方法制得。本專利技術實施例第二方面提供的類單晶硅錠，雜質較少，少子壽命較高，類單晶的單晶面積較大。參閱圖1，本專利技術實施例第三方面提供了一種類單晶硅鑄錠爐，包括鑄錠爐本體和攪拌裝置，所述鑄錠爐本體包括坩堝，所述攪拌裝置包括攪拌器和驅動所述攪拌器運動的驅動裝置，所述攪拌器伸入所述坩堝中用于攪拌所述坩堝內的硅熔體，所述驅動裝置設置在鑄錠爐本體上。可選地，所述攪拌器包括攪拌槳，所述攪拌槳的長度為30cm-80cm。可選地，所述攪拌器通過一連接桿與所述驅動裝置連接。可選地，所述攪拌器對硅熔體無污染，且熔點大于硅。本專利技術第三方面提供的類單晶硅鑄錠爐，通過在鑄錠爐上增加一個攪拌裝置，在晶體生長的時候，將攪拌器伸入到硅熔體中進行攪拌，增強硅熔體的對流，這樣可以減少金屬雜質進入類單晶硅錠中，減少雜質的富集，提高硅錠的少子壽命，也降低不熔雜質的在固液晶面處富集形核的幾率，提高了鑄造類單晶的單晶面積。同時，該攪拌裝置結構簡單，易于操作。實施本專利技術實施例，具有如下有益效果：(1)本專利技術提供的類單晶硅錠的制備方法，在晶體生長的時候，攪拌硅熔體，增強硅熔體的對流，減少雜質的富集，提高硅錠的少子壽命，也降低了不熔雜質的在固液晶面處富集形核的幾率，提高了鑄造類單晶的單晶面積；同時，該方法簡單易操作；(2)本專利技術提供的類單晶硅錠的雜質較少，少子壽命較高，類單晶的單晶面積較大；(3)本專利技術提供的類單晶硅鑄錠爐，通過在鑄錠爐上增加一個攪拌裝置，在晶體生長的時候，將攪拌器伸入到硅熔體中進行攪拌，增強硅熔體的對流，減少雜質的富集，提高了鑄造類單晶的單晶面積。同時，該攪拌裝置結構簡單，易于操作。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術一實施方式提供的類單晶硅鑄錠爐的結構示意圖；圖2為本專利技術對比例提供的實施例2和對比例1制得的類單晶硅錠的少子壽命圖；圖3為本專利技術對比例提供的實施例2和對比例1制得的類單晶硅錠的硅片外觀圖。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。本專利技術實施例第一方面提供了一種類單晶硅錠的制備方法，包括：在坩堝內鋪設籽晶形成籽晶層；在所述籽晶層上方設置熔融狀態的硅熔體，控制所述坩堝底部溫度低于所述籽晶的熔點，使得所述籽晶層不被完全熔化；調節熱場形成過冷狀態，使所述硅熔體在所述籽晶層的基礎上開始長晶；所述長晶過程中，以1轉/分鐘-60轉/分鐘的攪拌速度持續或間斷地攪拌所述硅熔體；待全部硅熔體結晶完后，經退火冷卻得到類單晶硅錠。本專利技術實施方式中，進入長晶階段時，攪拌所述硅熔體，可以增強硅熔體的對流，這樣可以減少金屬雜質進入類單晶硅錠中，減少雜質的富集，提高了類單晶硅錠的少子壽命，也降低了不熔雜質的在固液晶面處富集形核的幾率，提高鑄造類單晶的單晶面積。本專利技術實施方式中，進入長晶階段即可開始攪拌。可以持續攪拌硅熔體直至長晶快要結束，也可以間斷地攪拌硅熔體。本專利技術實施方式中，坩堝為內壁涂有氮化硅涂層的坩堝。具體設置方式為業界常規選擇，在此不做贅述。本專利技術實施方式中，可選地，籽晶為單晶硅籽晶。可選地，籽晶層的厚度為10mm-30mm。本專利技術實施方式中，可選地，攪拌速度為20轉/分鐘-50轉/分鐘。可選地，攪拌速度為1轉/分鐘-20轉/分鐘。進一步可選地，攪拌速度為30轉/分鐘-50轉/分鐘。具體地，攪拌速度可以為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種類單晶硅錠的制備方法，其特征在于，包括：在坩堝內鋪設籽晶形成籽晶層；在所述籽晶層上方設置熔融狀態的硅熔體，控制所述坩堝底部溫度低于所述籽晶的熔點，使得所述籽晶層不被完全熔化；調節熱場形成過冷狀態，使所述硅熔體在所述籽晶層的基礎上開始長晶；所述長晶過程中，以1轉/分鐘?60轉/分鐘的攪拌速度持續或間斷地攪拌所述硅熔體；待全部硅熔體結晶完后，經退火冷卻得到類單晶硅錠。

【技術特征摘要】
1.一種類單晶硅錠的制備方法，其特征在于，包括：在坩堝內鋪設籽晶形成籽晶層；在所述籽晶層上方設置熔融狀態的硅熔體，控制所述坩堝底部溫度低于所述籽晶的熔點，使得所述籽晶層不被完全熔化；調節熱場形成過冷狀態，使所述硅熔體在所述籽晶層的基礎上開始長晶；所述長晶過程中，以1轉/分鐘-60轉/分鐘的攪拌速度持續或間斷地攪拌所述硅熔體；待全部硅熔體結晶完后，經退火冷卻得到類單晶硅錠。2.如權利要求1所述的類單晶硅錠的制備方法，其特征在于，所述攪拌速度為20轉/分鐘-50轉/分鐘。3.如權利要求1所述的類單晶硅錠的制備方法，其特征在于，所述間斷地攪拌所述硅熔體的方式為：每隔5min-1h攪拌一次所述硅熔體，每次攪拌時間為1min-1h。4.如權利要求1所述的類單晶硅錠的制備方法，其特征在于，采用攪拌裝置攪拌所述硅熔體，攪拌時，所述攪拌裝置逐漸上升，所述上升的速度大于或等于所述長...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳紅榮，胡動力，鄢俊琦，黃亮亮，
申請(專利權)人：江西賽維LDK太陽能高科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江西,36