[发明专利]多晶硅锭及其制备方法、多晶硅片和多晶硅铸锭用坩埚

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅铸锭领域，尤其涉及多晶硅锭及其制备方法、多晶硅片和多晶硅铸锭用坩埚。

背景技术

目前，多晶硅锭的制备方法主要为采用GT Solar所提供的定向凝固系统法（简称DSS）炉晶体生长技术，该方法通常是将硅料装入内壁喷有氮化硅涂层的石英坩埚中，待硅料完全熔化后逐渐降低坩埚底部的温度，使得硅熔体从坩埚底部自下而上不断结晶直至凝固完全，该方法制造的多晶硅锭由于受到石英坩埚及氮化硅涂层的污染，致使靠坩埚区域的晶体质量要低于硅锭中心区域的晶体质量。

现有上述多晶铸锭过程中，多晶在石英坩埚的侧壁行核包含以下缺点：1）在硅料熔化及定向凝固过程中，坩埚侧壁由于靠近加热器温度较高，高温下坩埚侧壁与内壁氮化硅涂层发生化学反应生成的氮氧化物及硅氧化物等杂质容易熔解并在晶体生长阶段容易进入晶体中，易形成夹杂物，诱生缺陷及电池的漏电概率；2）坩埚侧部晶体以枝晶方式行核生成一定晶向的晶粒，且晶粒较大，晶界较少，杂质在晶粒中的扩散距离更长，从而降低了靠近坩埚壁区域的晶体质量。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供多晶硅锭的制备方法，该制备方法可制备获得质量高的多晶硅锭，且简单方便，易于操作，适于大规模生产。本发明同时提供了通过该制备方法获得的高质量的多晶硅锭，以及利用所述多晶硅锭制备获得的多晶硅片和多晶硅铸锭用坩埚。该制备方法制得的多晶硅锭的靠坩埚壁区域的晶粒较小、均匀、规则、位错密度低且杂质少。

第一方面，本发明提供了多晶硅锭的制备方法，包括以下步骤：

在坩埚内壁喷涂氮化硅层之前或之后，在所述坩埚的侧壁内侧上设置阻隔层，所述阻隔层为硅粉涂层、或石英粉涂层、或硅粉与石英粉混合涂层，所述硅粉和所述石英粉的纯度为99.99%以上；

然后在所述坩埚内设置熔融状态的硅料；

控制所述坩埚内的温度沿垂直与所述坩埚底部向上的方向逐渐上升形成温度梯度，使所述熔融状态的硅料开始结晶；

待全部结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。

优选地，所述阻隔层的厚度为1～5mm。

更优选地，所述阻隔层的厚度为2～3mm。

其中，阻隔层的制备方式不限。优选地，所述阻隔层采用涂覆或喷涂的方式制备。

优选地，所述硅粉的颗粒粒径为1～8μm，所述石英粉的颗粒粒径为1～20μm。

更优选地，所述硅粉的颗粒粒径为1～5μm，所述石英粉的颗粒粒径为1～5μm。

本发明所述的坩埚指容置多晶硅锭生长的容器，其形状和种类不限。

优选地，所述设置熔融状态的硅料为：在所述坩埚内填装固体硅料，对所述坩埚进行加热使得所述硅料熔融。

还优选地，所述设置熔融状态的硅料为：在另外一个坩埚内加热固体硅料，制得熔融状态的硅料，将所述熔融状态的硅料浇注至所述设置有阻隔层的坩埚内。

控制坩埚内的热场为对熔融状态的硅料进行冷却，使其达到过冷状态后自下而上凝固。此时，靠近坩埚侧壁的熔融硅料在侧壁的阻隔层上进行大量成核结晶。利用高纯硅粉和/或石英粉制作的阻隔层，涂覆或喷涂在坩埚的四个侧壁内侧，硅粉涂层可以将氮化硅涂层或坩埚内壁与硅熔体或硅晶体隔开，从而在熔化阶段及结晶阶段减少硅氮化物，硅氧化物进入硅溶体或硅晶体，减少了氮、氧等杂质对硅晶体的污染，结晶阶段可以在侧壁剩余的硅粉上大量形核形成小晶粒，阻隔层可以增加坩埚侧壁的形核率，这样在结晶阶段坩埚侧壁行核数目增加，晶粒数目显著增加，形成大量的晶界，石英坩埚中的杂质在晶界中扩散较快，同时由于靠近坩埚壁区域的晶界倾向于平行于坩埚壁，这样大量的晶界降低了杂质的扩散的横向扩散距离，从而提高了靠近坩埚壁部分的硅片的少子载流子寿命。

优选地，形核结晶过程中控制过冷度为-1K～-30K。高的过冷度有利于形成大量以(110)、(112)为主的的晶向，由于晶界为原子错排区，大量的晶界能够阻挡位错的运动增殖，使得硅锭的整体位错减少，从而提高晶体硅的转换效率。

第二方面，本发明提供了多晶硅锭，所述多晶硅锭按照前述多晶硅锭的制备方法制得。所述多晶硅锭的位错密度≤4×10⁵个/cm²。

第三方面，本发明提供了多晶硅片，所述多晶硅片为以前述多晶硅锭为原料进行开方-切片-清洗后制得。