多晶硅铸锭工艺的优化与分析

王 锋，张桂芸，周社柱

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024)

多晶硅铸锭工艺的优化与分析

王 锋，张桂芸，周社柱

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024)

多晶硅铸锭生长过程的微晶、位错、隐裂等缺陷严重影响铸锭得料率，通过对多晶硅铸锭过程的研究，分析了控温偶温度、隔热笼提升高度对铸锭工艺的影响。结果表明，对控温偶温度及隔热笼提升高度的优化可以明显消除微晶，改善位错、隐裂等缺陷，显著提高铸锭得料率。

半导体设备；多晶铸锭；定向凝固；优化工艺

多晶硅铸锭以其成本低，产量高，效率高等优势逐渐取代单晶，但是其本身含有的大量晶界、杂质、应力、位错等缺陷严重影响电池转化效率[1-2]。在多晶硅铸锭生产中，晶体的生长依靠自下而上的温度梯度促而长成，这就造成硅锭顶部与底部的温度差，随着铸锭炉单炉产出量的不断增加，硅块的高度也随之增高，这势必进一步加大了顶部与底部的温差。过大的温度差会增加晶体生长过程中的应力，同时也会造成微晶、位错等晶体缺陷。本文通过优化生长工艺来达到减少应力，消除微晶，提高铸锭得料率的目的。

1 试验方法

选取定向凝固生长的G5多晶硅铸锭炉，分别采用原始工艺与优化工艺生产硅锭。将两种不同工艺生长的硅锭破方后，分别采用IRB-50红外探伤仪与WT-2010D少子寿命检测仪对比测试结果。

在定向凝固过程中，控温偶温度TC1和隔热笼的缓慢打开成为硅锭生长的原始驱动力，通过对两个变量的优化可以改变硅锭生长过程中的纵向温度梯度，进而改善生长速度和固液界面的形态，最终达到优化良品率的目的，图1、图2分别为优化工艺前后TC1温度与隔热笼开度的曲线。

图1 TC1温度随时间变化曲线

图2 隔热笼高度随时间变化曲线

2 结果与讨论

2.1 红外探伤检测结果

图3、图4显示为优化工艺前后红外探伤对比图，工艺优化前在硅锭中心偏下部位出现大量阴影，而优化工艺后阴影消失，分析原因为优化工艺TC1温度较原始工艺偏低，隔热笼开度变小，在硅晶体生长过程中，纵向温度梯度是晶体生长的驱动力，当TC1温度较高且隔热笼开度较大时，纵向温度梯度比较大，而硅锭中心区域远离加热器，处于热场温度最低点，过大的温度梯度导致中心区域晶体生长较快，此时固液界面的凸度比较大，会造成位错和杂质富集等缺陷[3]，在红外探伤时显示为阴影。优化后的工艺减小了中心区域的纵向温度梯度，径向温度梯度趋于平缓，使得整个固液界面保持微凸，有利于杂质的扩散[4]。

图3 优化工艺前硅锭纵切面红外探伤图

图4 优化工艺后硅锭纵切面红外探伤图

2.2 少子寿命检测结果

图5为原始工艺生产硅锭的少子寿命图，从图中可以看到许多花纹（即低少子区域），少子图形中的花纹可以代表硅锭中的位错缺陷，碳、氧、金属等杂质可以与位错等缺陷相互作用，会成为少数载流子的复合中心，大大降低少子寿命[5]，从而影响电池片的转换效率。而优化工艺使得固液界面更加平整，有利于晶体的垂直生长，降低位错密度，提高电池转换效率，见图6所示。

3 结论

本文通过对铸锭工艺进行优化，降低TC1温度和隔热笼开度，对比了优化工艺前后硅锭红外探伤和少子寿命检测结果。研究表明：优化的铸锭工艺可以有效消除多晶硅锭的红外阴影，减少位错，减少少子寿命图形中低少子区域的比例，提高电池转换效率。

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Polycrystalline Silicon Ingot Casting Process Optimization and Analysis

WANG Feng，ZHANG Guiyun，ZHOU Shezhu

(The Second Research Institute of CECT，Taiyuan 030024，China)

the polycrystalline silicon ingot growth process of microcrystalline，dislocation，cracked seriously affect the casting defects such as feed rate，in this paper，based on the research of the polycrystalline silicon ingot casting process，analyzes the control WenOu temperature，heat insulation cage hoisting height on the influence of the casting process.Results show that the control WenOu temperature and heat insulation cage hoisting height optimization can significantly eliminate defects such as microcrystalline，improvement of dislocation，cracked，improve ingot feeding rate.

Semiconductor equipment；Crystalline silicon ingot；Directional solidification；Optimization ofprocess

TN304.053

：B

：1004-4507(2015)07-0011-03

2015-05-04