[发明专利]一种CZ直拉法太阳能单晶生长工艺

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能用单晶硅加工技术领域，特别是一种CZ直拉法太阳能单晶生长工艺。

背景技术

氧及碳是柴氏（CZ）长晶法中两种非预期加入的杂质。氧原子来自石英坩埚的分解，以插入型(Interstitial)单一原子存在于硅晶体中。若每个氧原子与邻近两个硅原子键结成SiO₂，此键结在电性上而言是钝性的。若每四个氧原子与硅原子键结成SiO₄，则此氧硅合物提供n型的导电作用，它们被称为氧授与者(Oxygen Donors)。这氧授与者可经由插入型氧原子在450℃热处理下产生，其亦可在650℃、30分钟的热处理中消灭。若在650℃~750℃长时间的加热，则生成SiO₂凝核。在750℃~1000℃的高温下，则更易促进氧原子的扩散及生成SiO₂。热处理可导致次表面下的氧原子扩散到硅晶圆表面而离开晶圆，此次表面有均匀结构无缺陷，被称为“去裸带”(Denuded Zone)，而晶圆内部的氧原子则形成SiO₂析出物，析出物附近的应力场变成杂质原子的吸附区，此效应被称为本质杂质吸取作用(Intrinsic Gettering)。去裸带对只运用硅表面层做电传作用的MOS组件是有利的。但当含氧量过低时，硅晶圆内部将无SiO₂析出物而无杂质吸取作用。含氧量过高时，则SiO₂析出物过多，且去裸带无法形成。因此，氧浓度控制及热处理变成制作晶圆的重要制成参数。一般氧浓度的含量为0.91×1018到1.11×1018原子／公分³。氧在硅晶体中可增强其机械强度。与浮融带长晶法比较，柴式长晶法的晶体含有较高的氧，因而表现较高的机械强度。

硅的熔点是1420℃，在硅单晶的生长过程中，为了避免热应力的作用，晶棒在冷却速度较慢，晶棒的头部长时间处于450℃环境下，致使头部插入型氧原子与硅形成SiO₄硅氧化合物，提供N型导电，与掺入的P型原子中和，致使P型原子的导电离子降低，致使单晶棒头部电阻偏高，严重的致使行成N型导电型态。目前P型太阳能电池用单晶棒电学性能要求为1—6Ω.cm，由于头部氧施主作用，致使电阻超出单晶棒超出客户要求，造成不合格产品无法利用，一般厂家头部电阻率不合格率在2%左右。

发明内容

本发明的目的是通过控制拉晶过程参数，提供一种可明显提高晶体质量的CZ直拉法太阳能单晶生长工艺。本发明工艺在转肩等径时，缩短了固液接触面凹凸转换时间，减低了单晶棒头部电阻，提高了单晶品质。

本发明的目的按照下述方案实现：

一种CZ直拉法太阳能单晶生长工艺，包括引晶、放肩和转肩等径工艺过程，其特征在于：通过控制拉晶速度及降温速率，在转肩等径过程之前完成固液界面由凸转平过程，具体操作步骤如下：

（1）引晶工艺   

按照常规的CZ法进行太阳能单晶生长工艺的前期操作，设备升温，待达到液面熔化温度后，进入引晶步骤，引晶工艺过程为：

以3-8mm/min的拉晶速率向上拉晶，维持细晶直径3-5mm，待细晶长度150-200mm，以相对较快的拉晶速度提速，缩小细晶直径1-2mm维持长度3-5mm，降低拉速进入放肩步骤；

（2）放肩工艺   

引晶结束时，进入放肩步骤， 此步骤的工艺过程为：

放肩降低拉速至0.4-0.8mm/min，维持一个线性降温速率15℃-25℃/hr,待晶体直径放大至70-130mm，以1.2mm/min-3mm/min的拉速向上提升，及时降温8℃-10℃ ，同时停止线性降温，待晶体直径稳定后，给予一个固定晶体拉速1-1.5mm/min维持端面直径向上生长，适当的给予坩埚上升速率，待长度生长至50-100mm，降低拉晶速度至0.4-0.6mm/min, 开启线性降温速率，速率为前一步的110%-120%，停止坩埚上升速率，维持晶体直径迅速长大，达到产品要求直径时，进入转肩等径步骤；

（3）转肩等径工艺

待晶体直径生长至产品要求直径后，以1.2mm/min-3mm/min的拉晶速度迅速向上提升，及时降温5-10℃ ，同时停止线性降温，给予坩埚上升速率，根据直径变化率速度，缓慢调节拉速控制，待晶体直径相对稳定后，打开自动等径控制程序，进入自动等径控制阶段.