專利名稱：直拉法生長p型高壽命摻硼硅單晶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直拉法生長P型高壽命摻硼硅單晶的方法，具體是直拉法生長P 型(摻雜硼)、<100>晶向、電阻率3-20 0 ·αιι高壽命硅單晶的方法。在實施本發(fā)明工藝的 條件下，不僅使晶棒的整體少子壽命大大提高，而且斷面少子壽命分布趨于均勻，實現(xiàn)單晶 硅晶格高完整性和高純度的產(chǎn)品升級，較常規(guī)工藝有很大發(fā)展。本發(fā)明對晶體少子壽命的 提高不僅表明微觀晶格完整性的大大改善而且表明晶體生長中雜質(zhì)對晶棒沾污和擴(kuò)散污 染大大減少。若將該P型(摻雜硼)硅片用于太陽能發(fā)電可大大提高光電轉(zhuǎn)換效率，若用 于集成電路襯底可大大提升產(chǎn)品的相關(guān)品質(zhì)參數(shù)，意義重大。
背景技術(shù)：
國內(nèi)外未見有關(guān)于直拉法生長P<100> (摻雜硼)、電阻率3-20 Ω ·αικ整根單晶硅 棒(包括晶棒中心及表面)少子壽命均大于300微秒的報道。常規(guī)方法制取的Ρ<100>硅單晶棒有如下特征整體少子壽命偏低(單晶頭尾表皮 壽命不能達(dá)到300微秒，多數(shù)小于50微妙)；晶棒斷面少子壽命分布不均勻(晶棒表面或 晶棒斷面邊緣遠(yuǎn)低于中心)。CN 200710058315. 1公開了直拉法生長摻鎵硅單晶的方法和裝置。摻鎵P型(摻 雜硼)<100>晶向硅單晶直拉法生長裝置和工藝，在晶體生長工藝中壓縮晶錠的縱向電阻 率分布范圍，結(jié)果表明可使整根摻鎵硅單晶的電阻率從頭部至尾部完全分布在電池制作所 需的電阻率范圍之內(nèi)。使用特定熱裝置和特定工藝生產(chǎn)，在投料量42 45公斤的Φ16" 熱場裝置下生長的Φ150πιπι，Ρ型(摻雜硼)<100>晶向硅單晶的電阻率，可以控制在0.5 3Ω · cm范圍之內(nèi)，為高效太陽能電池的提高效率并抑制效率衰減創(chuàng)造了工業(yè)化的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種優(yōu)化的直拉法生長P<100>、電阻率3-20Ω · cm、直徑 150-200mm、整根硅單晶壽命大于300微秒的生長工藝，實現(xiàn)單晶硅晶格高完整性和高純度 的產(chǎn)品升級。本發(fā)明對晶體少子壽命的提高不僅表明微觀晶格完整性的大大改善而且表明 晶體生長中雜質(zhì)對晶棒沾污和擴(kuò)散污染大大減少。將該P型(摻雜硼)硅片用于太陽能發(fā) 電可大大提高光電轉(zhuǎn)換效率。若用于集成電路襯底可大大提升產(chǎn)品的相關(guān)品質(zhì)參數(shù)，具有 重要經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本發(fā)明提供的直拉法生長P型(摻雜硼)高壽命硅單晶的方法包括裝料、加熱、拉 晶，單晶爐設(shè)備主要包括加熱器、導(dǎo)流筒、坩堝、托盤、爐底護(hù)盤和排氣孔等步驟其中，充氬氣至爐壓25001 35001 ，引細(xì)徑拉速為6 17mm/分鐘，細(xì)徑長度不 小于170mm，直徑彡4mm。本發(fā)明提供的直拉法生長P型(摻雜硼)高壽命硅單晶的方法的具體步驟包括裝 料、化料、拉晶1)按常規(guī)方法將單晶爐清爐并抽真空無誤后裝料，充氬氣至爐壓2500 3500Pao2)降坩堝至石英坩堝上沿低于加熱器上沿時開始加熱化料，化料功率為 900-2500kwo3)化料完畢，降溫至液面有過冷度，待熔硅溫度穩(wěn)定后，降籽晶至高于液面120 150mm處預(yù)熱30 40分鐘。引細(xì)徑，晶轉(zhuǎn)1 8轉(zhuǎn)/分鐘，浸熔25 40分鐘后提拉，拉速 6 17mm/分鐘，細(xì)徑長度不小于170mm，直徑彡4mm。4)等徑生長，控制爐室壓力25001 35001 ，控制晶體的拉速、氬氣流速、晶轉(zhuǎn)和 堝轉(zhuǎn)，調(diào)堝位保持導(dǎo)流筒下沿與液面之間的距離，按常規(guī)工藝調(diào)節(jié)、收尾和冷卻。所述的拉晶過程，利用導(dǎo)流筒的角度將爐內(nèi)氬氣流直吹晶錠外徑與熔硅接觸處， 即結(jié)晶前沿外圍。與常規(guī)工藝不同在于步驟1)所述的充氬氣是將氬氣流速調(diào)至20 100L/h以達(dá)到爐壓25001 3500Pao步驟2)所述的加熱化料功率為1900-2500kw時坩堝轉(zhuǎn)速為0. 5轉(zhuǎn)/分鐘。步驟幻所述的化料完畢后，導(dǎo)流筒下沿與熔硅液面之間的距離調(diào)至不大于35mm。步驟4)所述的控制爐室壓力在2500 3500 是由控制氬氣流量實現(xiàn)；所述的 控制晶體拉速是在在等徑過程中控制拉速范圍為0. 9-1. lmm/min ；所述的控制氬氣流速是 在等徑生長20mm處提升氬氣至30-100L/h ；所述的控制晶轉(zhuǎn)為5_14轉(zhuǎn)/分鐘；所述的控制 堝轉(zhuǎn)為控制等徑堝轉(zhuǎn)為0. 5-1轉(zhuǎn)/分鐘；所述的調(diào)堝位目的為保證融硅至導(dǎo)流筒距離為不 大于35mm的一個恒定值。本發(fā)明使用的多晶硅參數(shù)不得低于太陽能級，其純度要求為B ( 0. lppba, D彡0. 9ppba，C彡0. 5ppma。硼摻雜劑純度為9-11N。單晶硅材料中的原子個數(shù)為0. 5*1023 個/立方厘米。本發(fā)明不僅使晶棒的整體少子壽命大大提高，而且斷面少子壽命分布趨于均勻， 實現(xiàn)單晶硅晶格高完整性和高純度的產(chǎn)品升級，較常規(guī)工藝有很大發(fā)展。本發(fā)明除晶棒少 子壽命呈現(xiàn)與常規(guī)工藝相同的頭高尾低規(guī)律外，與常規(guī)工藝相比本發(fā)明所得單晶棒有如下 特點相同生產(chǎn)條件下，本發(fā)明所得單晶棒少子壽命是常規(guī)工藝所得單晶的5-10倍；晶棒 斷面壽命分布比較均勻；晶棒表面壽命大于300微秒(單晶斷面壽命仍保持中心略高于邊 緣的基本規(guī)律)。本發(fā)明對晶體少子壽命的提高不僅表明微觀晶格完整性的大大改善而且 表明晶體生長中雜質(zhì)對晶棒沾污和擴(kuò)散污染大大減少。若將該P型(摻雜硼)硅片用于 太陽能發(fā)電可大大提高光電轉(zhuǎn)換效率，若用于集成電路襯底可大大提升產(chǎn)品的相關(guān)品質(zhì)參 數(shù)，意義重大，應(yīng)用廣泛。
具體實施例方式實施例1本發(fā)明直拉法生長P型(摻雜硼)高壽命硅單晶的方法包括裝料、加熱、拉晶等步 驟1)按常規(guī)方法將單晶爐清爐，抽真空，真空泄漏率達(dá)到11^/3分鐘，并確認(rèn)無 故障時，開爐、裝料(80公斤hemlock產(chǎn)5級多晶硅(或質(zhì)量更好者均可)，和0. 2克電阻率為0. 002ohm · cm的硼摻雜劑)，并將摻雜劑放至石英堝內(nèi)，置入單晶爐(見CN 200710058315. 1，直拉法生長摻鎵硅單晶的方法和裝置)內(nèi)，充氬氣至爐壓25001 3500Pao2)將坩堝降至石英坩堝的上沿低于加熱器上沿時開始加熱化料，化料功率為 1900j500kw。3)化料完畢，降溫至液面有過冷度，待熔硅溫度穩(wěn)定后，降籽晶至高于液面120 150mm處預(yù)熱30 40分鐘。引細(xì)徑，晶轉(zhuǎn)1 8轉(zhuǎn)/分鐘，浸熔25 40分鐘后提拉，拉速 6 17mm/分鐘，細(xì)徑長度不小于170mm，直徑彡4mm。4)等徑生長，氬氣流速調(diào)至20_100L/h，控制爐室壓力25001 3500Pa，控制晶體 的拉速，氬氣流速和晶轉(zhuǎn)，調(diào)堝位保持導(dǎo)流筒下沿與液面之間的距離和堝轉(zhuǎn)，按常規(guī)工藝調(diào) 節(jié)、收尾和冷卻。實驗測定結(jié)果(按什么標(biāo)準(zhǔn)測定GB/T 1551-2009)投料量80公斤的Φ 20 “熱場裝置下生長的Φ 165mm, P型(摻雜硼)<100>晶向， 硅單晶棒的電阻率，頭部P彡6Ω · cm，尾部P彡3Ω · cm(或頭部ρ彡18 Ω · cm，尾部 P彡6Ω · cm)。間隙氧含量為
彡18. 5ppma，替位碳含量為[Cs]彡0. 5ppma，非平衡 少子壽命τ彡300微秒。
權(quán)利要求
1.一種直拉法生長P型高壽命摻硼硅單晶的方法包括裝料、加熱、拉晶，單晶爐設(shè) 備主要包括加熱器、導(dǎo)流筒、坩堝、托盤、爐底護(hù)盤和排氣孔，其特征在于充氬氣至爐壓 2500Pa 3500Pa，引細(xì)徑拉速為6 17mm/分鐘，細(xì)徑長度不小于170mm，直徑彡4mm。
2.一種拉法生長P型(摻雜硼)高壽命硅單晶的方法，包括裝料、化料、拉晶，其特征在于1)按常規(guī)方法將單晶爐清爐并抽真空無誤后裝料，充氬氣至爐壓2500 3500 ；2)降坩堝至石英坩堝上沿低于加熱器上沿時開始加熱化料，化料功率為900-2500kw；3)化料完畢，降溫至液面有過冷度，待熔硅溫度穩(wěn)定后，降籽晶至高于液面120 150mm處預(yù)熱30 40分鐘；引細(xì)徑，晶轉(zhuǎn)1 8轉(zhuǎn)/分鐘，浸熔25 40分鐘后提拉，拉速 6 17mm/分鐘，細(xì)徑長度不小于170mm，直徑彡4mm ；4)等徑生長，控制爐室壓力2500 3500Pa，控制晶體的拉速、氬氣流速、晶轉(zhuǎn)和堝 轉(zhuǎn)，調(diào)坩堝位置保持導(dǎo)流筒下沿與液面之間的距離，按常規(guī)工藝調(diào)節(jié)、收尾和冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于拉晶過程中利用單晶爐中導(dǎo)流筒的角度將 爐內(nèi)氬氣流直吹晶錠外徑與熔硅接觸處，即結(jié)晶前沿外圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟1)所述的充氬氣是將氬氣流速調(diào)至20 100L/h以達(dá)到爐壓25001 3500Pa。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟2)所述的加熱化料功率為 1900-2500kw時坩堝轉(zhuǎn)速為0. 5轉(zhuǎn)/分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟幻所述的化料完畢后，導(dǎo)流筒下沿 與熔硅液面之間的距離調(diào)至不大于35mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟4)所述的控制爐室壓力在2500 3500 是由控制氬氣流量實現(xiàn)；所述的控制晶體拉速是在等徑過程中控制拉速范圍為 0. 9-1. lmm/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟4)所述的控制氬氣流速是在等徑生 長20mm處提升氬氣至30-100L/h。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟4)所述的控制晶轉(zhuǎn)為5-14轉(zhuǎn)/分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的控制堝轉(zhuǎn)為控制等徑堝轉(zhuǎn)為 0. 5-1轉(zhuǎn)/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直拉法生長P型高壽命摻硼硅單晶的方法。該方法是專門用于生長P型高壽命硅單晶直拉硅單晶生長法。本發(fā)明在投料量70～90公斤的Φ20″熱裝置下生長的Φ150-200mm，P硅單晶的電阻率為3-20Ω·cm，壽命值大于300微秒。本發(fā)明對晶體少子壽命的提高不僅表明微觀晶格完整性的大大改善而且表明晶體生長中雜質(zhì)對晶棒沾污和擴(kuò)散污染大大減少。若將該P型硅片用于太陽能發(fā)電可大大提高光電轉(zhuǎn)換效率，若用于集成電路襯底可大大提升產(chǎn)品的相關(guān)品質(zhì)參數(shù)。本發(fā)明不僅使晶棒的整體少子壽命大大提高，而且斷面少子壽命分布趨于均勻，實現(xiàn)單晶硅晶格高完整性和高純度的產(chǎn)品升級，應(yīng)用廣泛。
文檔編號C30B27/02GK102094236SQ20101060082
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者任丙彥, 任麗 申請人:任丙彥, 任麗