單晶硅中氧和碳的分布及控制方法.pdf

1、單晶硅片是用于太陽(yáng)能電池的優(yōu)良半導(dǎo)體材料，太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率與硅片中的雜質(zhì)有很大關(guān)系，從多晶硅原料到單晶硅錠再到單晶硅片，最后再?gòu)膯尉Ч杵?jīng)過(guò)一系列加工最終被制成太陽(yáng)能電池，其雜質(zhì)的含量也發(fā)生了一系列變化。本文首先在了解單晶硅生產(chǎn)工藝和原理的基礎(chǔ)上，分別確定單晶硅中氧、碳雜質(zhì)在軸向和徑向的分布規(guī)律，進(jìn)一步分析其分布規(guī)律產(chǎn)生的原因及各項(xiàng)影響因素，接下來(lái)通過(guò)試驗(yàn)的方法達(dá)到改善氧、碳分布均勻性及控制其含量的目的。從兩個(gè)方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn):一個(gè)是改

2、變生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)，如單晶爐內(nèi)的氬氣走向、熱場(chǎng)尺寸及所用器件的材料等幾個(gè)條件;另一個(gè)是工藝參數(shù)的改變，如氬氣流量、投料量、晶體旋轉(zhuǎn)速度和坩堝旋轉(zhuǎn)速度。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:
　　(1)單晶爐氬氣走向設(shè)計(jì)采用上走氣能有效的帶走揮發(fā)的SiO、CO等雜質(zhì)，使氧含量減小2×1017atoms/cm3，碳含量減少0.3×1017atoms/cm3;
　　(2)小尺寸熱系統(tǒng)的溫度分布有助于晶體的生長(zhǎng)，氧含量平均降低到9×1017ato

3、ms/cm3，碳含量并沒(méi)有明顯變化;
　　(3)坩堝器件應(yīng)采用高質(zhì)量高純度材料，以減少單晶中雜質(zhì)的融入，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中還需考慮綜合成本;
　　(4)采用40L/min的氬氣流量，，其碳含量均明顯低于流量為35L/min，氧含量反而略有上升;
　　(5)投料量為75kg或60kg，碳氧含量的變化并不明顯;
　　(6)晶體旋轉(zhuǎn)速度相同提高坩堝旋轉(zhuǎn)速度時(shí)(坩堝旋轉(zhuǎn)速度由5rpm上升至7.5rpm)，頭部氧含量有略微

4、下降，尾部碳含量有所上升，并且數(shù)值很不穩(wěn)定出現(xiàn)嚴(yán)重不合格產(chǎn)品;而當(dāng)晶體旋轉(zhuǎn)速度和坩堝旋轉(zhuǎn)速度均提高，即由10/5rpm調(diào)整至12/5 rpm時(shí)，碳氧含量均無(wú)明顯變化。
　　然后根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件對(duì)熱系統(tǒng)進(jìn)行改造，減小加熱器尺寸，增大了熔體的縱向溫度梯度，熔體熱對(duì)流程度減小;將Ar流向下走氣改為上走氣，減小了揮發(fā)物的融入，在改進(jìn)型熱系統(tǒng)中生長(zhǎng)的單晶硅，頭部氧含量控制在10×1017atoms/cm3以下，尾部碳含量控