硅单晶生长工艺的控制技术

本文通过对单晶硅拉制过程中的温度控制、坩埚旋转、单晶的旋转与升降速率等参数的分析,详细说明了每个环节对单晶品质存在的影响,提出一套详细的控制理论,提高了无位错单晶的内在质量。

Vau g n e i g l e En i e r n

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硅单晶生长工艺的控制技术Co t o c n l g o i c n S n l it l o h Pr c s nr l Te h o o y f r S l o i g e Crsa i Gr wt o e s

刘磊 LuL i王尚勋 W a gS a g u i e; n h n x n(英利中国新能源，保定 0 0 0 ) 70 0 ( hn n l S lr n ryC mp n i td, adn 7 0 0, hn ) C iaYigi oa eg o a yLmi B oig0 0 0 C ia E e

摘要：本文通过对单晶硅拉制过程中的温度控制、坩埚旋转、单晶的旋转与升降速率等参数的分析，详细说明了每个环节对单晶品质存在的 影响，出一套详细的控制理论，高了无位错单晶的内在质量。提提Ab ta t T e at l n l z ste p r mee ftmp r t r o t l c u il oain a d s gecy t oain a d l ae ea o ae h a t sr c: h ri e a ay e a a tro c h e e a ec nr, r cbe r tt, u o o n i l r s rt t n i rt, lb rt ste i c n l a o t f mp

o nl c s u i epout nca,n r oe e ot lho,m rv gh nr u i s ctn f e ig rs . ns g r t qat i t r co i adp pssh n o ter ipoi en e q at o d l ao—r n e y t i e y a l y nh l d i hn o t c r y n t i l y fio i esl c a 1关键词：晶生长工艺；径生长；制单等控Ke y wor s:sn l rsa r wt rc s; q l dimee r wt; o rl d ig ec t go h p o e s e ua- a trgo h c nto y l

中图分类号： 6 91 0 4.

文献标识码： A

文章编号：0 6-3 (0 2)3 0 2 - 1 10 - 1 2 1 0— 0 3 0 4 1

26断棱对单晶位错的影响等径生长时，果出现断棱，棒又 .如晶足够长时，们会收尾后作为 A段取出。在断棱处会有大量位错存 我但①加料：将多晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，杂质的种类依在，且位错

会沿晶棒向上返一个直径左右，们称之为位错段。而我 电阻的 N或 P型而定。②熔化：加完多晶硅原料于石英埚内后，长 27收尾对单晶位错的影响一般而言，单晶收尾时锅里的料 _晶炉必须关闭并抽成真空后充入高纯氢气使之维持一定压力范围要保证是投料量的 5 1%左右。果收尾时，里的料太少，容易 -0如锅很内，后打开石墨加热器电源，热至熔化温度 ( 4 0()然加 12￣以上，多造成坩埚内熔体过冷，旦过冷必然造成收尾时掉苞，面看起来：将 一表晶硅原料熔化。③缩颈生长：当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢是完整的收尾，际已经失去单晶的结构。这样由断苞处上返一个实浸入硅熔体中。④放肩生长：长完细颈之后。须降低温度与拉速，使直径的单晶会存在比较高的位错密度。 得晶体的直径渐渐增大到所需的大小。⑤等径生长：长完细颈和肩 28拉速对单晶位错的影响等径生长时，速和热场直接关系 .拉部之后，借着拉速与温度的不断调整，可使晶棒直径维持在正负着晶棒内部缺陷的形成( IF D dfc、 O O S、— eet C P等 )根据热力学原理， s。 2 m之间，段直径固定的部分即称为等径部分。单晶硅片取自于拉晶过程中， m这本质点缺陷一定会出现在晶体中。从固液界面形成的点等径部分。⑥尾部生长：在长完等径部分之后将晶棒的直径慢慢缩缺陷，在随着晶棒的冷却过程中，可能发生扩散、再结合等反应，最后小，到成一尖点而与液面分开。这一过程称之为尾部生长。直 在特定温度范围内，通过过饱和析出而聚集形成微缺陷 ( IF D OS、— 2单晶工艺控制技术优化 d f t、 O e csC P等 )大量的微缺陷又可能形成位错。据 V rn o e,根 oo kv的模 21多晶硅熔化温度熔化温度对控制原生单晶中的氧含量起型和其 VG理论，点缺陷和微缺陷的形成与拉晶速度 V和温度梯度 ./着极为重要的作用。控制熔体中氧含量，中包括控制多晶硅熔化 G有直接的关系。因此在实际生产中，以通过调整拉晶速度和改善其可温度，控制石英

坩埚的熔解速度。因此在多晶硅熔化过程中要尽保温系统等方法来达到控制点缺陷、即微缺陷和位错的目的。 量控制加热功率，一定不要使熔体过多的过热。虽然这样会延长多 29坩埚转速坩埚转速对晶体中氧含量有很大影响作用。增 .晶硅的熔化时间，对降低石英士埚的熔解速度是很有效的。其结加士埚转速会加快士埚的溶解速度，但甘甘甘这样便引起熔体中和晶体中氧果能得到熔体中低的氧浓度，而获得的晶体具有比较低的氧含量。含量增加。在晶体生长过程中改变埚转速度是一项常用的措施， 从 被 22晶体生长速度氧浓度与生长速度变化不是一个线性关用来拉平轴向氧含量分布。值得注意的是，般晶锭尾部氧含量总 .一系。在小直径晶体 (” 4”情况下， 3和， ) 4拉速在 35“ .’、 .—47】时范是高的，是由于坩埚中剩余的溶料不多，该坩埚处于很高的位 4 2这在围内生产的是高氧晶体。避开这个范围，高或降低拉速均可获得置并需要保持很高的加热功率。其结果使士埚具有很高的溶解速提甘比较低的氧含量晶体。由此可发现，对大直径晶体 (“ 8 )用度。有，晶体生长时熔体进入熔体辐射区，时晶体逐渐盖住熔 如 6和”采还当此高拉速，获得的晶体是高氧的，生长大直径单晶棒的速度一般体的大部分表面。自由表面的减少引起氧从熔体的蒸发速度降低，则但 控制低于 35”/。 ./ 4 b时 从而增加了熔体中氧浓度 .在士埚中的熔体量很少，就是相当留甘也 23稳定时间多晶硅全部熔化后进行长时间的稳定，使 SO于其与坩埚的接触面积小，使得熔体中氧浓度比较高，有这些 . i故所进行充分挥发可降低熔体中氧浓度。近于 9%溶解的氧以 SO形式因素合在一起造成单晶尾部的氧含量很高。目前技术尚无彻底解 5 i就从熔体自由表面挥发。最后可以找到一个平衡点，进入熔体中的决的办法。有一种方法被用在工艺中，即它涉及在整个晶体生长过程氧与从熔体中挥发的 SO量维持一定的比例。

根据文献报导，一中处于过低的埚位， i某这样可使晶体头部和尾部氧含量降低。 公司采用 2”场， 8 2热装 0公斤多晶料，设定的温度下稳定 4在 5分 21 _ 0坩埚位置起始埚位 (当液面位置 )晶体中氧含量的相对 钟，定后大约再稳定 8分钟，稳熔体就达到了平衡。 影响，同样有着重要的作用。不加上辐射罩时，位的起始位置越在埚 24引颈对单晶位错的影响由于籽晶和硅熔液接触时的热应高，单晶的起始氧含量越高。这是由于要保持给定的熔体温度， .则就力，使籽晶产生位错，些位错必须利用引颈生长使之消失。会这引颈需要增加加热功率。的加热功率会增加石英坩埚的溶解速度和熔高是将籽晶快速往上提升，长出的晶体直径缩小到一定的大小 (~体的对流强度，速对坩埚壁的冲刷。高的起始埚位会使晶体生长使 4加 6 m o为了能完全消除位错， m 一般的原则是让引颈长度约等于一个快，会带来单晶的氧含量有所增加。但 晶棒直径的长度，即对于直径为 10 m的晶棒，引颈长度约为 5m 3结论 10 m。另外， 5m二次缩颈技术也是排除位错的有效方法。如果在引颈通过调整引颈、放肩、等径生长和收尾等步骤的工艺参数，以及过程中，于引颈长度不足等原因未能将位错完全消除，造成控制拉速等方法，以很好地减少位错的产生，到控制位错密度由将可达单晶位错密度的增加，至在单晶生长过程中引起断苞。甚 的目的，除或降低其对太阳能电池的不良影响。消 25放肩对单晶位错的影响出于经济方面的考虑，放肩的形 .参考文献： 状通常较平。果降温太快，面呈现过冷情况，的形状因直径快如液肩[】 1许扬 .高单晶炉真空密闭性能的探 …… 此处隐藏：2160字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……