[发明专利]通过吸杂来提升硅锭顶部少子寿命的方法

说明书

技术领域

本发明涉及多晶铸锭半熔工艺，尤其涉及一种通过吸杂来提升硅锭顶部少子寿命的方法。

背景技术

高效多晶硅的制备方法分为有籽晶高效多晶硅技术与无籽晶高效多晶硅技术，即俗称的半熔高效与全熔高效。原理上多晶铸锭半熔工艺影响多晶硅锭顶部少子寿命主要因子有二，一是硅锭铸锭过程所形成的晶格缺陷，如位错、晶界、晶向等；二是硅锭本身因原物料所带入的金属杂质及石英陶瓷坩埚铸锭中扩散出的金属杂质，例如铁，铜，钠，钾等等。

有籽晶高效多晶硅技术进一步优化的方向是抑制长晶中后期缺陷的增殖，可以通过保持晶柱生长的垂直性以及晶粒的延续性，将外延生长出的高品质晶粒竖直生长至中上部，从而可以有效提升整体效率，虽然现有的半熔工艺使得硅锭顶部的缺陷已经大幅减少，少子寿命得到明显提升，但对于铸锭的顶部金属杂质较高的情况，目前研究认为基于在硅熔体中的正常分凝所致，所以对于晶锭中的金属杂质，只能基于坩埚的高纯涂层进行隔绝，或者使用较高纯度的原料来解决。

铸造多晶硅中金属杂质一般以间隙态替位态、复合体或沉淀形式存在，往往会引入额外的电子或空穴，导致硅片载流子浓度改变，还可能成为复合中心，大幅度降低少数载流子寿命；另外，由于在多晶硅中含有晶界、位错等大量缺陷，使得金属杂质很易于在这些缺陷处形成金属沉淀，对硅片的性能造成严重的破坏作用，尤其在顶部存在大量的位错增殖现象、各种金属杂质基于分凝在硅锭顶部，所以造成硅锭顶部的少子寿命逐步走低趋势。所以使用时都要切除硅锭的顶端，也就是硅锭的利用率较低。

现有技术对于晶锭中的金属杂质，都是只能基于坩埚的高纯涂层进行隔绝，或者使用较高纯度的原料这种方式提高硅锭少子寿命。缺少新的、高效的方法提高硅锭少子寿命。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提升硅锭顶部少子寿命，即提供一种通过吸杂来提升硅锭顶部少子寿命的方法，利用高浓度磷掺杂扩散的吸杂原理提升顶部硅锭少子寿命0.5～1.0us。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种通过吸杂来提升硅锭顶部少子寿命的方法，利用多晶半熔工艺铸锭，包括以下步骤：

加入吸杂晶体：在铸锭长晶生长末期，向剩余硅液中加入吸杂晶体，使吸杂晶体完全融化，且与硅液混合均匀，得到末期的待生长铸锭。

最优的，所述加入吸杂晶体步骤是在氩气保护的环境下进行，所述吸杂晶体是磷粉或磷硅母合金。

最优的，所述加入吸杂晶体步骤具体为，氩气作为整个铸锭过程的保护气体，在铸锭长晶生长末期，即剩余硅液高度为5～10mm时，向剩余硅液体中加入吸杂晶体，吸杂晶体存放在充满氩气的管道中，且在氩气的保护下被加入到剩余硅液体中，使吸杂晶体完全融化，且与硅液混合均匀，得到末期的待生长铸锭。

最优的，所述加入吸杂晶体步骤具体为，氩气作为整个铸锭过程的保护气体，在铸锭长晶生长末期，即剩余硅液高度为5～10mm时，向剩余硅液体中加入吸杂晶体，吸杂晶体存放在充满氩气的管道中，且在氩气的保护下被加入到剩余硅液体中，向剩余硅液体中加入吸杂晶体后，加大通入的氩气流量，降低隔热笼位置，接着将炉内温度升高至顶部已经生长为固体的晶体熔化下去5～10mm，确保完全融化的吸杂晶体与硅液充分混匀，得到末期的待生长铸锭。

最优的，所述加入吸杂晶体步骤中，向剩余硅液体中加入吸杂晶体之前，长晶阶段的氩气流量为30L/min，向剩余硅液体中加入吸杂晶体之后，通入的氩气流量增加至70L/min～100L/min，隔热笼位置下降至50mm～90mm高度，接着将炉内温度升高至1450摄氏度，使得顶部已经生长为固体的晶体熔化下去5～10mm。

最优的，所述吸杂晶体的电阻率大于0.0011Ω·cm；所述磷粉是浓度为100％的磷粉；所述磷硅母合金是采用拉晶的方式把浓度为100％的磷粉用浓度为100％的硅稀释以后得到。

最优的，还包括以下步骤：

再次长晶：将末期的待生长铸锭进行铸锭再次生长，即在1小时内将炉内温度下降至1390摄氏度，隔热笼开至18cm～20cm高度，接着再在1小时内将温度下降至1350摄氏度，然后直接进入退火，退火温度为1000～1100摄氏度，退火时间为2.5～3.5小时，最终得到了少子寿命提高的硅锭。

最优的，按照图解法、表格法或者计算法把设定的目标电阻率值换算成吸杂晶体浓度值，从而确定吸杂晶体的投入量。

最优的，还包括以下步骤：