[发明专利]一种减少晶体热应力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏或光电领域，尤其涉及一种在晶体生长过程中减少晶体应力的方法。

背景技术

在晶体生长的过程中，由于晶体表面与中心部位、头部与尾部之间存在温度差，导致晶体中产生较大的热应力。热应力会导致晶体产生位错，造成后续的晶体加工的碎片率高。为了消除由于晶体在长晶过程中产生的热应力，需要对晶体进行1000℃以上的恒温退火阶段，让硅锭各部位温度更加均匀，也就是说退火阶段主要目的是来降低晶体中的热应力。在采用定向凝固方法制备多晶硅、单晶硅时的退火工艺基本上是在流动的氩气气氛下进行，而采用热交换法/温梯法/泡生法等方法生长蓝宝石晶体时的退火工艺也是在氩气或洁净空气气氛下进行。因此，气氛环境中退火势必会造成晶体内部与表面之间存在一定的温度差，易于产生较大的热应力，从而造成退火不完全，甚至造成晶片裂片或晶体开裂。所以经过气氛退火后，晶体内部仍然存在很大的热应力。

专利公开号为CN101660209的中国专利公开了一种减少多晶硅铸锭应力的方法和装置，该方法包括将多晶硅铸锭从炉室中取出后，立即放置于一个与多晶硅锭形状匹配的保温装置内，自然放置3天～30天后取出；取出后立即去除边皮，并破成标准方锭保存。该装置包括一保温罩及一手车，所述的保温罩为六面体结构。使用本发明的方法和装置，使多晶硅铸锭均匀冷却，则其几乎不会产生热应力；冷却后取出多晶硅锭，并立即将杂质较为集中的边皮去掉，则减少了杂质导致的应力集中，避免杂质存在时导致的顶部开裂。该方法虽然可以实现了减少了多晶硅锭的热应力，但是需要自然放置3-30天，这样会影响多晶硅锭的生产周期和生产效率，而且该方法实施起来复杂，且需投入较高的实施成本。

公开号为CN1724722A的中国专利公开了一种大尺寸蓝宝石单晶的冷心放肩微量提拉制备法，该方法消除热应力的方法是在引晶工艺过程中，缓慢调节籽晶使其下端至熔体液面以上5-20mm处预热，消除热应力。该方法旨在利用缓慢预热的方式，尽可能的减少籽晶熔接时的热应力冲击，属于晶体生长前期引晶阶段的技术专利。与本发明提到的晶体生长结束后采用优化退火工艺进行热处理是完全不相同的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低成本减少多晶硅锭热应力的方法。

本发明的技术方案为：

一种减少晶体热应力的方法，晶体生长工艺主要包括加热、熔化、长晶、退火、冷却五个阶段，其中：在所述退火阶段关闭进气阀门，停止通入气体，同时将炉体内的气体抽出所述炉体，使所述炉体内接近真空状态。

一种减少晶体热应力的方法，其中：在所述退火阶段使得铸锭炉处于真空状态下。

一种减少晶体热应力的方法，其中：

在所述炉体为真空状态下，完成晶体生长的退火和冷却阶段；

在冷却阶段温度低于700℃时，开启进气阀门，开始通入气体，使得硅锭加快冷却。

由于考虑到晶体的生长周期，如果冷却阶段一直在真空状态下进行，则需要冷却的时间过长，所以考虑到尽量不延长晶体所需的冷却时间以及为了降低晶体内部产生的热应力两者之间平衡，所以本发明选择在温度高于或等于700℃时，在真空状态下冷却；当温度低于700℃时，开启进气阀门，开始通入气体，使得硅锭加快冷却。但这只属于本发明的优选方案，本发明的保护范围不限于此。

一项所述的一种减少晶体热应力的方法，其中：所述的退火阶段的温度保持在1000℃以上。

一种减少晶体热应力的方法，其中：所述的真空技术参数的绝对压力控制在0～6×10⁴ Pa。

一种减少晶体热应力的方法，其中：所述的退火阶段的时间为0.5～10小时。

一种减少晶体热应力的方法，其中：所述的冷却阶段，当温度高于700℃时的时间为1～12小时。

一种减少晶体热应力的方法，其中：所述的冷却阶段，当温度低于700℃时的时间为1～10小时。

一种减少晶体热应力的方法，其中：所述的气体是氩气、氮气或氦气中的任意一种或是几种的混合。

一种减少晶体热应力的方法，其中：所述的晶体可以是多晶硅、单晶硅、蓝宝石中的任意一种。

表1 本发明与现有技术的实施效果比较