[发明专利]一种多晶硅铸锭炉全功率控制铸锭工艺

说明书

技术领域

本发明涉及光伏制作领域，尤其涉及一种多晶硅铸锭炉全功率控制铸锭工艺。

背景技术

铸锭炉以多晶硅为原料，生产合格的多晶硅锭，所用的工艺分为加热、熔化、生长、退火、冷却五个阶段，在加热段使用功率控制使硅料升温，当温度达到温度转换功率参数值时，由加热段跳到熔化段，同时控制方式改为温度控制，使硅料全部熔化完成，当熔化完成后通过手动跳段进入到长晶阶段；在长晶阶段同样使用温度控制方式，打开底部隔热层或提升隔热笼使熔硅底部冷却，形成竖直的温度梯度，从而使熔硅由固液面从下往上生长，在生长完成后进入退火段，对硅锭进行退火处理，减少硅锭内部的内应力，在冷却段使硅锭冷却完成整个运行程序。

由于热场的结构特点，温度控制所使用的热电偶位置在加热器上方，由于温度设定值在变化时，相应的功率也会出现变化，加热器功率的变化会使所测得的温度出现较大波动，此时测量的温度会和硅料实际的温度会出现较大偏差，从而会使热场内出现热场不均匀，打破了硅锭在长晶过程中保持的稳定的平面固液面，使晶体在竖直方向长晶过程中出现凹凸不平液面，晶粒生长竖直方向受限，造成晶粒挤压，产生内部缺陷和热应力不均现象，不能很好的控制长晶，最终影响硅锭合格率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多晶硅铸锭炉全功率控制铸锭工艺，该方法能够提供稳定的热源，热场波动小，并能有效减小硅锭生长时上下温度梯度的温差，工艺控制更合理，能有效消除硅锭的内部应力。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种多晶硅铸锭炉全功率控制铸锭工艺，完全采用功率和时间控制完成铸锭过程中的加热、融化、长晶、退火和冷却五个阶段；加热阶段和融化阶段的结束分别由加热器上方的第一热电偶和石英坩埚下方的第二热电偶达到的预定设定温度警示；每个阶段又分为若干步，进行功率和时间控制；最后制得成品。

优选的，所述的多晶硅铸锭炉型号为JJL500N或JJL800；

其加热阶段：将硅料升温，工艺步骤如下；

第一步：将铸锭炉的加热器功率设定为10%，时间为10分钟，进行预热加热器，为后期加热做准备；

第二步：将铸锭炉的加热器功率设定为定30%至50%，时间为60分钟，开始加热硅料；

第三步：将铸锭炉的加热器功率设定为定50%至70%，时间为60分钟，进一步加热硅料；

第四步：将铸锭炉的加热器功率设定为定70%，时间为600分钟，进行加热硅料；

第五步：将铸锭炉的加热器功率设定为70%，当加热器上方的第一热电偶达到设定温度后，加热阶段工艺结束。

融化阶段：加热阶段结束后进入融化阶段，在12-15小时内将所有硅料完全熔化；其工艺步骤如下；

第一步：在120分钟内，将铸锭炉的加热器功率由70%逐渐降至60%，减小硅料顶部与底部的温差；

第二步：将铸锭炉的加热器功率设定为60%，通过顶部高温计和第二热电偶的变化来判定硅料熔化，当顶部高温计曲线下降或第二热电偶曲线上升触发报警值时发出报警，操作员观察确定熔化完成后进行跳段处理，融化阶段工艺结束。

长晶阶段：融化阶段结束后进入长晶阶段，在25小时内完成整个硅液长晶过程，其工艺步骤如下：

第一步：将铸锭炉的加热器功率设定为35%，时间为20分钟至40分钟，同时匀速打开热场窗口，其开度为30度，降低坩埚底部温度，使硅锭由底部开始生长；

第二步：将铸锭炉的加热器功率设定为40%，时间为3小时，同时匀速将热场窗口，其开度为60度，硅锭开始再长晶过程，由硅液底部小晶核逐渐变大，底部铺满固体硅后开始向竖直方向长晶，热场窗口打开速度和硅液再长晶速度相匹配，保证硅液竖直方向长晶速度为每小时向上长晶12±3mm；

第三步：将铸锭炉的加热器功率设定为45%，时间为5小时至10小时，同时匀速打开热场窗口，其开度为90度，硅锭处于再长晶过程，由硅液底部小晶核逐渐变大，底部铺满固体硅后开始向竖直方向长晶，热场窗口打开速度和硅液再长晶速度相匹配；

第四步：将铸锭炉的加热器功率设定为50%，同时保持热场窗口的开度为90度，直至在顶部观察孔观察到硅液中心完全长晶，延时1小时后程序调整至下一步；

第五步：将铸锭炉的加热器功率设定为50%，同时保持热场窗口的开度为90度，时间为210分钟，完成硅液四周长晶，整个硅锭长晶完成。

退火阶段：长晶阶段结束后进入退火阶段，在3-5小时内完成退火程序，其工艺步骤如下：