[发明专利]用于生产硅单晶和多晶硅锭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于由含有硼和磷掺杂剂的熔融的硅生产硅单晶和多晶硅锭的方法。

背景技术

近年来，已经由补充有来自电子芯片行业的适合的碎料、切屑和废料的超纯初生电子级聚硅(ultra pure virgin electronic grade poly-silicon)(EG-Si)生产了光电太阳能电池。由于电子行业最近经历了衰退，已经对闲置的聚硅生产能力进行调整，以使得适于生产PV太阳能电池的低成本级别可用。这使得本来紧张的太阳能级别硅原料(SoG-Si)质量市场暂时得以缓解。随着对电子装置的需求恢复正常水平，聚硅生产能力的主要份额预计会被分配回供应电子行业，使得PV行业缺乏供应。目前，SoG-Si专用的、低成本来源的缺乏以及所导致的供应缺口形成已被视为PV行业进一步发展最严重的障碍之一。

近年来，进行了一些尝试以开发不依赖于电子行业价值链的SoG-Si的新来源。这些努力包括：为当前的聚硅工艺路线引入新技术以显著降低成本，以及开发冶金精炼工艺，将大量可用的冶金级硅(MG-Si)纯化至必需的纯度。

当生产PV太阳能电池时，在专用铸造炉中制备SoG-Si原料的装载物，熔融，并提拉硅单晶或定向固化熔融的硅为多晶方锭。熔化前，含有SoG-Si原料(含有可忽略量的硼和磷)的装载物掺杂有硼或磷，以分别产生p-型或n-型锭。

除极少数情况外，当今生产的商业太阳能电池基于p-型硅锭材料。控制单一掺杂剂(例如硼或磷)的加入以获得材料中优选的电阻率，例如在0.5-1.5 ohm cm范围内。这对应于当预期为p-型锭时加入0.02 - 0.2 ppma硼，并且使用内在质量(几乎纯的硅，具有可忽略含量的掺杂剂)SoG-Si原料。掺杂程序假定其它掺杂剂(在该实施例情况下为磷)的含量可忽略不计(P< 1/10 B)。

在2003年12月29日提交的挪威专利申请第20035830号中，公开了用于生产定向固化的Czochralski硅、浮区(float zone)硅或多晶硅锭或薄硅板或硅带，用于基于通过冶金精炼工艺由冶炼级硅生产的硅原材料来制备片的方法。硅原料含有0.2 ppma至10 ppma硼和0.1至10 ppma磷。硼和磷在硅中具有不同的分配系数。因此，硼在硅中的平衡分配系数为0.8，而磷在硅中的平衡分配系数仅为0.35。由于磷的分配系数低，定向固化期间其余硅熔体中磷的含量将会增加，并且当硼和磷之间的比例([ppma硼]/[ppma磷])变得低于根据挪威专利申请第20035830号生产的硅锭的特定数值时，将在锭高度约2/3位置发生类型变化，从p-型变化为n-型。因此，所生产的多晶锭将含有p-型硅和n-型硅两者。

为了提高含有硼和磷两者的硅锭的p-型材料的该低产量，在EP-A 1848843中拟定增加定向固化工艺期间的硼，以保持其余熔体中硼和磷之间的固定比例，以便用增加量的p-型材料固化多晶锭。然而，定向固化工艺期间少量硼的加入难以控制，具有加入太多或太少硼的风险。这可能会影响固化的锭的电阻率特征。此外，电阻率通常从硅锭的下端向上端增加，导致接近结晶结束时从p-型材料向n-型材料的转变。

当从含有硼和磷两者的硅熔体提拉硅单晶时，存在相同的挑战。

除了获得其中90-99%的单晶和多晶锭为p-型的硅单晶和多晶硅锭以外，重要的是对于单晶和多晶锭的高度具有平稳的电阻率特征；即，从单晶和多晶锭的底端到顶端电阻率变化尽可能地小，因为当单晶和多晶锭被切成片时，这样将会提供具有相同电阻率的硅片。为了获得这一点，硼和磷含量应当对于单晶和多晶锭的高度具有最小变化。

众所周知，可通过在真空下处理硅熔体从硅熔体除去磷。然而，从硅除去磷的这一方式始终作为提拉单晶之前或通过定向固化生产多晶锭之前的单独步骤进行。由于磷比硼更具挥发性，在真空处理硅熔体以便除去磷期间，硅熔体的硼含量不会受到影响。

发明描述

本发明的目的是提供用于增加p-型材料的量的方法，以及当提拉硅单晶时和当由含有硼和磷的硅熔体生产定向固化的多晶硅锭时，获得平稳的电阻率特征。