[发明专利]一种提高直拉硅单晶生产效率的方法

说明书

技术领域

本发明属于直拉硅单晶生产技术领域，尤其是涉及一种提高直拉硅单晶生产效率的方法。

背景技术

单晶硅，又称硅单晶，是一种半导体材料。近几年来，随着光伏产业的迅猛发展，单晶硅又被用来制作太阳能电池，呈现出供不应求的局面。随着高科技的发展，生产近乎完美的高质量单晶硅，是每一个材料厂家、器件厂家的共同愿望，这种单晶硅具有良好的断面电阻率均匀性、高寿命、含碳量少、微缺陷密度小、含氧量可以控制的特点。

目前，生产单晶硅的方法有直拉法、区熔法、基座法、片状生长法、气相生长法、外延法等，其中基座法、片状生长法、气相生长法和外延法都因各自的不足未能被普遍推广；而直拉法和区熔法比较，以直拉法为主要加工方法，它的投料量多、生产的单晶直径大，设备自动化程度高，工艺比较简单，生产效率高。直拉法生产的单晶硅，占世界单晶硅总量的70％以上。单晶炉是一种在惰性气体环境中，用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化，并用直拉法生长无错位单晶的设备。直拉法又称为切克劳斯基法，简称CZ法。CZ法的特点是在一个直筒型的热系统中，用石墨电阻加热，将装在高纯石英坩埚中的多晶硅熔化，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，同时转动籽晶，再反向转动坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放大、转肩、等径生长、收尾过程，一支硅单晶就生长出了。

采用单晶炉生产直拉硅单晶过程中，在正常的情况下，单晶硅中的原子都是按照金刚石晶格结构的方式整齐有序的排列在一起。而位错则是硅原子在局部地方的排列出现错乱，属于单晶中的线缺陷。产生位错的原因很多，其中一点是热应力引起的塑性变形导致位错的生成，如果能有效消除或者减小热应力引起的塑性变形则可以有效防止位错的生成，硅单晶的收尾工序可以减小硅单晶晶体的直径，使得晶体尾部所受热应力作用的有效面积减小，且当将晶体提离熔硅液面时，热应力的作用效果降至最低，从而最大限度地防止位错生成，这就是传统的单晶收尾工艺。现如今，进行直拉硅单晶生产时，需必须进行收尾工序，因而使得直拉硅单晶的生产效率受到较大限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种提高直拉硅单晶生产效率的方法，其设计合理、方法步骤简单、实现方便且易于掌握、使用效果好，省略了晶体拉制的收尾过程，提高了生产效率，能有效解决现有硅单晶生产过程中因必须进行收尾工序使得直拉硅单晶生产效率受到较大限制的实际问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种提高直拉硅单晶生产效率的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、硅原料及掺杂剂准备：按照单晶炉用硅原料的常规制备方法，制备出生长直拉单晶硅用的硅原料，并按单晶炉用硅原料的常规清洁处理方法，对制备出的硅原料进行清洁处理；同时，根据需制作硅单晶的型号和电阻率，确定需添加掺杂剂的种类和掺杂量，并对生长直拉单晶硅用的掺杂剂进行准备；

步骤二、装料：按照单晶炉的常规装料方法，将步骤一中准备好的硅原料和掺杂剂分别装进已安装到位的石英坩埚内；同时，将事先准备好的籽晶安装在所述单晶炉内的籽晶夹头上；

步骤三、单晶炉炉内处理：采用所述单晶炉且按直拉法的常规处理工艺，依次完成合炉、抽真空、熔料、引晶、放肩、转肩和等径生长过程；

步骤四、后期处理，其后期处理过程如下：

401、关闭单晶炉的石墨热场系统：步骤三中进行等径生长过程中，当等径生长的硅单晶晶体长度达到需制作硅单晶的设定长度时，关闭单晶炉的石墨热场系统，并将所述单晶炉的加热功率降至零，之后所述石英坩埚内剩余的硅熔体表面温度逐渐降低，直至所述硅熔体的表面开始结晶；

402、结晶及晶体提离熔硅液面：所述硅熔体表面开始结晶后，对所述硅熔体表面的结晶现象进行同步观测，直至当所述硅熔体表面的结晶物与当前所生长硅单晶晶体之间的间隙为1mm～5mm时，通过所述单晶炉上所设置的籽晶旋转提升机构将当前所生长的硅单晶晶体向上提升，并使得当前所生长的硅单晶晶体与所述熔硅体的液面相脱离；

403、晶体提升及取晶：通过所述籽晶旋转提升机构将当前所生长的硅单晶晶体提升至单晶炉副炉室内；之后，关闭单晶炉副炉室与单晶炉主炉室之间的隔离阀，对单晶炉主炉室与单晶炉副炉室进行隔离；随后，按照单晶炉的常规取晶方法，自单晶炉副炉室内取出硅单晶晶体，便完成硅单晶的生产过程，获得硅单晶成品。

上述一种提高直拉硅单晶生产效率的方法，其特征是：步骤三中熔料完成后，所述石英坩埚内的硅原料和掺杂剂全部熔化为硅熔体；步骤三中所述的熔料完成后且进行引晶之前，还需进行熔料后提渣，其提渣过程如下：