[发明专利]多晶铸锭晶体生长工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶铸锭晶体生长的新型工艺，尤其是一种能有效地抑制多晶晶体生长过程中杂质的形成，特别是一种能抑制多晶铸锭中杂质特别是晶锭中头部杂质过早形成生长而使其富集于晶锭头部低少子寿命截除区的晶体生长工艺。

背景技术

铸锭多晶边皮料、头料、尾料的长期循环使用，使得多晶循环料中的杂质特别是碳、氮杂质含量越集越多。多晶生长是个分凝排杂的过程，最终大量含碳、氮的杂质相互沉积于循环料特别是头料和边皮料中，在IR检测图象上呈现大范围的杂质阴影。杂质形核要求杂质浓度达到过饱和且有由过冷度所提供的足够的形核驱动力。铸锭多晶生长中局域特别是晶锭头部杂质浓度易于达到过饱和，抑制杂质的形成必需防止硅熔体组分过冷且使其处于较高的温度状态。硅晶体生长末期残留硅熔体少、晶体生长释放的相变潜热少、控温热电偶测温受强扰等易导致组分长时间过冷而使得杂质形核生长。热场改造、优化温度场位型可以有效地抑制杂质形成，但此法改善成本大，大幅增加了生产成本。当前未见有关工艺配方改善抑制杂质形成的公开报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种能够克服原厂工艺对原料纯度要求较高、使用配有长期循环使用铸锭多晶料产出的晶锭的杂质比例过高，影响产品的质量不足等问题的一种可抑制多晶锭中杂质特别是头部杂质形成的用于DSS多晶铸锭炉的晶体生长新型工艺。

本发明所采用的技术方案为：一种多晶铸锭晶体生长工艺，包括以下步骤：在长晶后期减小温降速率、下移隔热笼、适时引入温升速率升温来避免组分过冷抑制杂质过早形核而使其形核生长于晶锭头部低少子寿命截除区。

进一步具体的说，本发明所述的步骤具体为在硅晶体生长末期中心长晶透顶触发前的第一个适当时间段内降低温降速率并缓慢下移隔热笼、在第二个适当时间段内引入温升速率升温并较快速下移隔热笼对硅熔体保温抑制杂质过早形核生长，随之触发中心长晶透顶报警。所述的工艺用于DSS多晶铸锭炉晶体生长的可抑制碳、氮杂等质过早形核生长并使其主要富集于晶锭头部低少子寿命切除区。

本发明采用的技术策略是：熔硅中杂质形核必需要求杂质浓度达到过饱和且有足够大的主要由过冷度提供的形核驱动力。基于此，综合晶体生长末期熔体残留量、炉内热容量、炉体结构、热场位型、控温热电偶受扰状况及自动控制特性等因素调整工艺配方参数来防止硅熔体组分过冷。

本发明工艺可生产出杂质主要富集于硅晶锭头部低少子寿命区域切除层中的高质量晶锭。本发明可以用较差的料铸出较高质量的晶锭。

本发明的有益效果是：在晶体生长过程中可以有效地克服在晶体生长末期阶段组分长时过冷，抑制硅熔体中碳、氮杂质过早形核生长，使其主要富集于晶锭头部低少子寿命切除层中，从而提高产品良率。本发明可以很好地抑制硅熔体中杂质过早形核并使碳、氮等杂质主要形核富集于低少子寿命切除区，近而提高产品良率，进一步降低生产成本。

具体实施方式

现在结合优选实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明为一种多晶铸锭晶体生长工艺，是在硅晶体生长末期中心长晶透顶触发前的第一个适当时间段内降低温降速率并缓慢下移隔热笼、在第二个适当时间段内引入温升速率升温并较快速下移隔热笼来防止硅熔体组分长时过冷，进而抑制碳、氮杂质过早形核生长并使其主要富集于晶锭头部低少子寿命切除区。

DSS多晶铸锭炉厂商提供的原厂工艺配方的晶体生长阶段共分为7个步骤，第6步可触发中心长晶透顶报警，第7步进入边角长晶，第5、6、7步的隔热笼提升高度相同，第5、6步温降速率较大。

本发明的晶体生长后期的温降速率很小，且适时引入温升阶段，可以极有效地控制杂质形核生长。本发明基于此设计的实验工艺配方共分为8个步骤，第7步触发中心长晶透顶报警，第8步进入边角长晶。本发明在长晶后期残留硅熔体较少阶段采取适当措施对熔体进行保温避免组分过冷杂质形核。本发明的中心长晶透顶触发前的第一个适当时间段内(长晶第6步)降低温降速率且同时缓慢下移隔热笼、第二个时间段内(长晶第7步)按一定温升速率升温且同时以较快速率下移隔热笼。在晶体生长末期，本发明可以有效地抑制残留硅熔体组分发生过冷使得碳、氮等杂质过早形核生长而使其富集生长于晶锭头部低少子寿命切除区域。使用本发明工艺配方进行铸锭产出的晶锭的杂质比例明显低于原厂工艺产出的晶锭的杂质比例。

在某一杂质比例长期较高的机台上进行5炉次实验，5个晶锭的平均杂质比例(＜0.3％)远低于其使用原厂工艺配方产出晶锭的平均杂质比例(＞2.4％)，在另一杂质高发炉台进行重复性实验，取得同样的效果。

以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。