[发明专利]一种硅片母合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体掺杂技术领域，具体涉及一种硅片母合金的制备方法。

背景技术

太阳能电池也称光伏电池，是一种将太阳的光能直接转化为电能的半导体器件。由于它是绿色环保产品，不会引起环境污染，而且是可再生资源，所以在当今能源短缺的情形下，太阳能电池是一种有广阔发展前途的新型能源。

目前在生产太阳能级晶体硅材料时，其电阻率的控制是通过特定电阻率的母合金实现的。光伏用多晶硅、准（类）单晶硅在铸锭或拉制过程中需要对硅料进行电阻率补偿处理，使铸造多晶硅锭、准（类）单晶硅锭电阻率控制在0.5Ω·cm至6Ω·cm以适合制作光伏电池。在铸造过程中，一般使用低阻硼（磷）硅片母合金作为掺杂剂对太阳能级原硅料进行掺杂，硼硅片母合金掺杂剂电阻率一般控制在较低的目标电阻率。

目前，母合金主要通过在高纯原硅料中添加单质掺杂剂，使用单晶炉采用直拉法拉制掺杂剂硅棒，在保证硅料纯度的同时，使硼元素均匀的分散在硅棒中，从而降低原硅料电阻率，使拉制的硅棒符合掺杂剂的要求。CN200510059736.7公开了一种直拉单晶硅用砷掺杂剂的制造方法，采用直拉法生长直拉单晶硅，得到掺砷母合金。CN200910097219.7公开了一种利用多晶硅铸造炉生产母合金的方法，该方法采用多晶硅铸造的方法，对硅料和掺杂剂依次进行抽真空、加热、熔化、长晶、退火、冷却环节，来生产母合金硅锭。CN201310007757.9公开了一种P型掺杂剂及其制备方法，通过去除含有硼元素的不合格的N型单晶硅片中的磷原子，并对去除磷原子的含有硼元素的不合格的N型单晶硅片进行铸锭，制作出P型掺杂剂，实现了不合格硅片的有效利用，降低了生产成本。CN201310296524.5公开了一种N型重掺磷母合金硅棒制备工艺。该法将“N”高纯赤磷加入到熔融的多晶硅中，拉晶，制备母合金。

上述母合金制备方法的技术特征在于：均使用ⅤA、ⅢA族元素单质与硅料在石英坩埚拉制单晶或铸锭制的。存在以下缺点：

（1）均使用第ⅤA、ⅢA族元素单质与硅料在石英坩埚拉制单晶或铸锭制的，在高温下，石英SiO₂与Si反应生成SiO，由于熔融的硅与石英坩埚接触面积较大，硅氧含量较高，氧可以与空位结合形成缺陷，也可以与空位、B结合形成缺陷，也可以团簇形成氧团簇，具有电学性能，还可以形成氧沉淀引入诱生缺陷，影响硅片母合金品质。

（2）上述硅片母合金均使用第ⅤA、ⅢA族元素单质与硅料在石英坩埚拉制单晶或铸锭制的，制备过程包括多晶硅生长、拆炉、破碎、包装、转运、装填、母合金生长等过程，在此过程已引入污染，引入金属、氧等杂质，影响硅片母合金品质。

（3）同时，在使用第ⅤA、ⅢA族元素单质与硅料在石英坩埚拉制单晶或铸锭生长过程中，由于磷遇空气中的氧着火，存在安全隐患；锑在硅里的固溶度较低；单质砷因为在空气中产生毒性高的氧化砷，因而存在安全隐患及掺杂剂不能准确控制的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种硅片母合金的制备方法，该方法制得的硅片母合金为粒状的硅片母合金，可以进行连续加入原料，并降低生产的硅片母合金的成本，提高产量，现有技术中制得的硅片母合金为块状的整体，本发明有效地解决现有技术制得的硅片母合金在使用过程中无法准确称量及二次破碎过程中引入的二次污染问题。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种硅片母合金的制备方法，将精制硅源气体与第IIIA族元素的三氯化物、第IIIA族元素的氢化物、第VA族元素的三氯化物、第VA族元素氢化物中的一种或多种通入到流化床反应器内，并向流化床反应器内通入籽晶并使得该籽晶流体化，通过热分解反应制得硅片母合金，其中，所述第IIIA族元素为硼或铝，所述第VA族元素为磷或砷。

优选的是，所述精制硅源气体为甲硅烷、四氯化硅、三氯化硅、二氯化硅中的一种或几种。

甲硅烷在大于873K的条件下发生热分解反应，产生硅烯中间体（SiH₂），硅烯中间体不稳定，继续分解，生成氢气和硅。反应方程式：SiH₄→Si+2H₂。

二氯化硅在高于872K的条件下，发生热分解反应生成二氯硅烯中间体（SiCl₂），二氯硅烯形成后，通过化学吸附的方式吸附在沉积硅表面，再发生电子迁移生成硅与副产品氯化氢。