畢業(yè)設(shè)計(jì)-鑄造多晶硅晶體生長速率對雜質(zhì)分布的影響研究(編輯修改稿)
2025-01-08 18:14 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 結(jié)合不僅強(qiáng)烈影響多晶硅的電學(xué)性能,還能導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。雖然氧作為多晶硅的一種主要雜嚴(yán)重影響著硅片的電學(xué)性能及機(jī)械性能，但在另一方面，氧沉淀及其誘生缺陷對硅中的金屬雜質(zhì)等又有很好的吸附作用，由此引發(fā)的內(nèi)吸附技術(shù)也在硅片處理中得到了應(yīng)用。167。 硅中的碳碳作為鑄造多晶硅中的另外一種雜質(zhì)，主要來源于石墨坩堝的玷污。處于替代位置的碳對材料的電學(xué)性能并無影響，但是當(dāng)碳的濃度超過其溶解度很多時(shí)，就會(huì)有SiC沉淀生成，誘生缺陷，導(dǎo)致材料的電學(xué)性能變差。碳的的主要來自多晶硅原料、晶體生長爐內(nèi)的氣氛及石英坩堝與石墨加熱件的反應(yīng)。石英坩堝與石墨加熱件的反應(yīng)式是：C+SiO2 →SiO+CO反應(yīng)生成的CO氣體大都進(jìn)入硅熔體，從而和熔硅反應(yīng)，其反應(yīng)式為：CO+Si→SiO+C和熔硅反應(yīng)后的雜質(zhì)進(jìn)入硅熔體中，最終進(jìn)入硅晶體。，因此，在定向凝固時(shí)，碳將聚集在硅錠的頂部，或單晶硅坩堝的鍋底。碳也是IV族元素，與硅同族，因此，C在硅中不會(huì)產(chǎn)生施主或受主效應(yīng)[13]。表11 硅中主要雜質(zhì)的分凝系數(shù)元素在Si中的平衡分凝系數(shù) 硼（B） 鋁（AL）2103鎵(Ga)8105磷(P) 砷(As)鐵(Fe)104氧(O)銅(Cu)4104碳（C） 金（Au）105 銻（Sb）利用DSS爐鑄造多晶硅對多晶硅有一定的提純作用，它的原理就是雜質(zhì)的分凝效應(yīng)，當(dāng)熔硅從下往上定向凝固時(shí)，根據(jù)雜質(zhì)的分凝效應(yīng)，分凝系數(shù)大于1的雜質(zhì)將會(huì)富集到多晶硅錠的底部，比如O，且隨著晶錠高度的增加該類雜質(zhì)的濃度會(huì)逐漸降低。而分凝系數(shù)小于1的雜質(zhì)，比如C、Fe等，它將會(huì)在多晶硅錠的頂部富集。因此，多晶硅錠的頂、底區(qū)域雜質(zhì)含量較中心高，頂、底部分硅片若制備成太陽能電池，其轉(zhuǎn)化效率與光致衰減率很高，所以在多晶硅片加工過程中，雜質(zhì)含量超標(biāo)的頂、底區(qū)域會(huì)切除作為多晶硅錠的原料回爐使用。幾種多晶硅中常見雜質(zhì)的分凝系數(shù)如表11[15]167?；谝陨险鹿?jié)介紹，定向凝固法制備多晶硅錠，其晶體生長速率控制是提高多晶硅錠質(zhì)量的關(guān)鍵。本文通過研究影響多晶硅長晶速率的因素，通過對比不同長晶速率生長出的鑄錠的電性能及雜質(zhì)分布，優(yōu)化出最優(yōu)的晶體生長工藝，為實(shí)際生產(chǎn)提供參考。第二章 實(shí)驗(yàn)過程本實(shí)驗(yàn)是生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)，從原料開始，到最后樣品檢測都嚴(yán)格按生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)先從原料檢驗(yàn)開始，，鑄錠完成后對多晶硅錠分別取樣進(jìn)行少子壽命測試、雜質(zhì)分布，IR陰影測試。167。樣品制備流程為：檢料→多晶鑄錠過程→剖方。每個(gè)步驟都有一定的操作規(guī)程，在樣品制備時(shí)嚴(yán)格控制可能引入雜質(zhì)的步驟，以減少外來雜質(zhì)的影響。167。檢料的目的主要是檢出一些有明顯缺陷的料。高純的硅料表面表現(xiàn)出銀灰色，色澤較亮。若有雜質(zhì)的話就會(huì)出現(xiàn)斑點(diǎn)，或有的有夾雜顆粒。另一方面，檢料還要把大小料分開裝，以方便往坩堝里裝料。要求三組實(shí)驗(yàn)的原料選擇及配比要相同，從而達(dá)到3組硅料中的雜質(zhì)含量相近，避免實(shí)驗(yàn)的誤差。167。 多晶鑄錠過程鑄錠過程是最重要的過程。多晶鑄錠流程為：坩堝噴涂→坩堝燒結(jié)→裝料→鑄錠→脫模。一、坩堝噴涂圖21 坩堝噴槍設(shè)備 圖22 坩堝噴涂臺本工序是在石英坩堝內(nèi)壁表面進(jìn)行氮化硅（Si3N4）噴涂，防止在鑄錠時(shí)硅液與坩堝壁直接接觸發(fā)生粘連。Si3N4在高溫下比較穩(wěn)定，且不易與熔融的硅液發(fā)生反應(yīng)，并且Si3N4是很好的脫模劑，易于脫模。坩堝噴涂作業(yè)流程為：檢查坩堝→坩堝預(yù)熱→配制氮化硅粉→加熱純水→攪拌氮化硅液體→噴涂作業(yè) 二、坩堝燒結(jié)坩堝燒結(jié)目的是使坩堝和氮化硅涂層結(jié)合更緊密。坩堝燒結(jié)作業(yè)流程：檢查坩堝涂層→擺放坩堝→檢查程序→啟動(dòng)燒結(jié)。圖23 坩堝燒結(jié)爐（1）三、裝料裝料流程為：硅料核計(jì)→檢查坩堝涂層→裝料→裝石墨護(hù)板→緊固護(hù)板（如圖24），圖24 裝料圖四、鑄錠鑄錠程序?yàn)椋杭訜帷稀L晶→退火→冷卻。整個(gè)過程大概需要64個(gè)小時(shí)。加熱利用均布于四周的石墨加熱器按設(shè)定的速率緩慢加熱，去除爐內(nèi)設(shè)施及Si料表面吸附的濕氣等。此時(shí)程序?yàn)楣β士刂?，一般加熱到溫度?750℃，并在該溫度下保溫1至2小時(shí)，以讓坩堝受熱更加均勻?；显龃蠹訜峁β?，使?fàn)t內(nèi)溫度達(dá)到1540℃的Si料熔化溫度并保持至Si料完全熔化。長晶在三組實(shí)驗(yàn)中通過變測量長晶速率邊改變工藝配方中的溫度梯度、溫度補(bǔ)償、隔熱籠位置等工藝參數(shù)的方式，。長晶速率曲線如圖25至27；退火長晶后應(yīng)保溫在Si熔點(diǎn)附近一段時(shí)間，退火溫度選1370℃，退火溫度選以使整個(gè)晶錠的溫度逐漸均勻，退火時(shí)間為6小時(shí)。退火的目的是減少或消除熱應(yīng)力。長晶結(jié)束后程序進(jìn)入退火階段，爐內(nèi)溫度將會(huì)迅速下降，同時(shí)隔熱籠也將緩緩關(guān)閉。冷卻退火后，加熱器停止加熱并通入大流量氬氣，使?fàn)t內(nèi)溫度逐漸降低，氣壓逐漸回升直至達(dá)到大氣壓，冷卻時(shí)間為12h，等冷卻到250℃左右時(shí)，就可以開爐取錠了。硅錠出爐以后，要檢測硅錠外觀。檢查是否有裂紋，是否粘堝，有沒有崩邊。還要看一下硅錠大概的高度，在250cm左右合格。圖25 圖26 圖27 167。 剖方取樣在實(shí)驗(yàn)中，。此工序是把硅錠3切成大小相等的25個(gè)方棒編號如圖圖26樣品的制取說明：①因?yàn)閷?shí)驗(yàn)時(shí)采用的是定向凝固生產(chǎn)方法，不同雜質(zhì)在硅中的會(huì)產(chǎn)生分凝現(xiàn)象，所以雜質(zhì)在沿晶體生長的方向，雜質(zhì)濃度分布會(huì)有差別，所以這次實(shí)驗(yàn)只研究縱向雜質(zhì)分布。②硅錠大小為840840255mm，生產(chǎn)硅片的標(biāo)準(zhǔn)為156156mm，因?yàn)榉桨暨€要經(jīng)過拋光打磨，所以方棒的尺寸會(huì)大于156156mm，
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