一种凹陷式类单晶硅籽晶熔化控制的装料方法技术

本发明专利技术公开了一种凹陷式类单晶硅籽晶熔化控制的装料方法，包括以下步骤：在石英坩埚内表面喷涂氮化硅粉末冷却，作为保护层；在石英坩埚底部铺设一层菜籽料；在菜籽料上铺设籽晶板或者籽晶块，作为定向凝铸半熔工艺的籽晶层；使用小颗粒原生多晶硅料将铺设的籽晶板或者籽晶块之间的缝隙填满；在籽晶层上铺设菜籽料，作为缓冲层；在缓冲层上铺设晶砖，作为阻挡层,阻挡层的晶砖从坩埚壁向坩埚中心渐次降低，形成一个凹陷的结构；在阻挡层上逐层码放硅料，直至达到所需的硅料要求。本发明专利技术的特点在于当硅料熔液从顶部向底部流动经过阻挡层时，会沿着晶砖的凹陷角度向坩埚中心流动。这样就可以避免边侧籽晶层熔穿和在中心处的籽晶层未熔化的现象。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多晶硅熔化领域，涉及一种凹陷式类单晶硅籽晶熔化控制的装料方法。
技术介绍
类单晶铸锭所用的设备和铸锭原理与多晶硅铸锭一样，但是，由于类单晶铸锭是需要形成一个大的单晶硅锭，而多晶硅不需要形成大的单晶晶粒，因此，类单晶在铸锭工艺上与多晶硅铸锭存在一定的差异，如需要考虑籽晶层的熔化状态对类单晶硅锭生长的影响。在熔化过程中类单晶的固液界面从上向下移动，将硅料熔化。在多晶铸锭的熔化过程中，固液界面对于多晶生长的影响不大，只需要将硅料熔化，尽量避免将籽晶层熔穿，但是，即使熔穿对晶体生长的影响也不大。对于类单晶铸锭来说，由于必须使得晶体沿着籽晶层进行外延生长，因此，如果出现某些局部区域过熔或者熔化不到位，籽晶层失去作用即无法生长单晶，籽晶层的熔化控制技术对于类单晶铸锭来说显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术目的是：提供一种凹陷式类单晶硅籽晶熔化控制的装料方法。本专利技术的技术方案是：一种凹陷式类单晶硅籽晶熔化控制的装料方法，包括以下步骤：步骤a、在石英坩埚内表面喷涂氮化硅粉末冷却，作为保护层；步骤b、在石英坩埚底部铺设一层菜籽料；步骤c、在菜籽料上铺设籽晶板或者籽晶块，作为定向凝铸半熔工艺的籽晶层；步骤d、使用小颗粒原生多晶硅料将上述步骤中铺设的籽晶板或者籽晶块之间的缝隙填满；步骤e、在籽晶层上铺设50mm-100mm菜籽料，作为缓冲层；步骤f、在缓冲层上铺设36块由头尾料构成的晶砖，作为阻挡层,所述阻挡层的晶砖从坩埚壁向坩埚中心渐次降低，形成一个凹陷的结构；步骤g、在阻挡层上逐层码放如下硅料：交替铺设头尾多晶废料、多晶碎片、原生硅料、多晶颗粒料，直至达到所需的硅料要求。作为优化：所述步骤c中籽晶块的制备过程如下：从单晶硅锭中去除边皮形成单晶硅棒，将硅棒切割成籽晶块，所得籽晶块的尺寸为：156*156*15mm。作为优化：所述步骤c中籽晶板的制备过程如下：采用直拉法制备的8英寸晶棒，沿着直拉方向进行板状切割，所得籽晶板的尺寸为156*980mm2。作为优化：所述步骤e中的缓冲层的填充高度为100-150mm。作为优化：所述步骤f中多晶硅晶砖的长、宽、高分别为156mm、156mm、30-40mm。本专利技术的有益效果如下：本专利技术设计了一种凹陷式类单晶缓冲籽晶熔化控制技术。与多晶硅缓冲式籽晶熔化控制技术相类似的在籽晶板上铺设50mm-100mm菜籽料，作为缓冲层。然后在其上铺设36块由头尾料构成的晶砖，构成阻挡层。由于类单晶需要均匀熔化籽晶层，阻挡层的晶砖从坩埚壁向坩埚中心渐次降低，形成一个凹陷的结构。该结构的特点在于当硅料熔液从顶部向底部流动经过阻挡层时，会沿着晶砖的凹陷角度向坩埚中心流动。这样就可以避免因为铸锭炉的加热器位于坩埚顶部和四壁，坩埚壁处的温度较高，导致坩埚壁处的硅溶液沿着坩埚壁向下流动，接触籽晶层造成边侧籽晶层熔穿的现象。同时，缓冲层向中心流动的硅熔液可以提高坩埚中心的温度，避免了在中心处的籽晶层未熔化的现象。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1、为本专利技术的结构示意图；其中：1籽晶层，2缓冲层，3阻挡层，4硅料，5保护层，6坩埚；图2为本专利技术中凹陷式类单晶缓冲籽晶熔化控制技术硅锭剖面红外扫描图；图3为本专利技术中凹陷式类单晶缓冲籽晶熔化控制技术硅锭少子分布图。具体实施方式具体实施例：如图1所示，一种凹陷式类单晶硅籽晶熔化控制的装料方法，包括以下步骤：步骤a、在石英坩埚6内表面喷涂氮化硅粉末冷却，作为保护层5；步骤b、在石英坩埚6底部铺设一层菜籽料；步骤c、在菜籽料上铺设籽晶板或者籽晶块，作为定向凝铸半熔工艺的籽晶层1；步骤d、使用小颗粒原生多晶硅料将上述步骤中铺设的籽晶板或者籽晶块之间的缝隙填满；步骤e、在籽晶层1上铺设50mm-100mm菜籽料，作为缓冲层2；步骤f、在缓冲层2上铺设36块由头尾料构成的晶砖，作为阻挡层3,所述阻挡层3的晶砖从坩埚壁向坩埚中心渐次降低，形成一个凹陷的结构；步骤g、在阻挡层3上逐层码放如下硅料4：交替铺设头尾多晶废料、多晶碎片、原生硅料、多晶颗粒料，直至达到所需的硅料要求。所述步骤c中籽晶块的制备过程如下：从单晶硅锭中去除边皮形成单晶硅棒，将硅棒切割成籽晶块，所得籽晶块的尺寸为：156*156*15mm。所述步骤c中籽晶板的制备过程如下：采用直拉法制备的8英寸晶棒，沿着直拉方向进行板状切割，所得籽晶板的尺寸为156*980mm2。所述步骤e中的缓冲层2的填充高度为100-150mm。所述步骤f中多晶硅晶砖的长、宽、高分别为156mm、156mm、30-40mm。图2为凹陷式类单晶缓冲籽晶熔化控制技术硅锭剖面红外扫描图。从图中可以看出，该硅锭除了在两个侧壁处形成了多晶外，其他部分均为单晶构成。根据单晶体积/硅锭体积计算得到单晶比例达到87.5％左右，完全达到了产业化的要求。从图2中可以看出该锭的底部籽晶层熔化均匀，在坩埚壁处未出现籽晶熔穿的现象。图3所示为凹陷式类单晶缓冲籽晶熔化控制技术硅锭少子分布图。从图3中可以看出，红区分布比较平直，说明熔液接触硅锭表面时的固液面是比较平直的，这表明凹陷式的装料方式有利于形成融化时的平直固液面，避免了籽晶的过熔或者未熔及籽晶现象。综上所述，本专利技术设计了一种凹陷式类单晶缓冲籽晶熔化控制技术。与多晶硅缓冲式籽晶熔化控制技术相类似的在籽晶板上铺设50mm-100mm菜籽料，作为缓冲层。然后在其上铺设36块由头尾料构成的晶砖，构成阻挡层。由于类单晶需要均匀熔化籽晶层，阻挡层的晶砖从坩埚壁向坩埚中心渐次降低，形成一个凹陷的结构。该结构的特点在于当硅料熔液从顶部向底部流动经过阻挡层时，会沿着晶砖的凹陷角度向坩埚中心流动。这样就可以避免因为铸锭炉的加热器位于坩埚顶部和四壁，坩埚壁处的温度较高，导致坩埚壁处的硅溶液沿着坩埚壁向下流动，接触籽晶层造成边侧籽晶层熔穿的现象。同时，缓冲层向中心流动的硅熔液可以提高坩埚中心的温度，避免了在中心处的籽晶层未熔化的现象。上述实施例仅例示性说明本专利技术的原理及其功效，而非用于限制本专利技术。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
中具有通常知识者在未脱离本专利技术所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利技术的权利要求所涵盖。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凹陷式类单晶硅籽晶熔化控制的装料方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤a、在石英坩埚(6)内表面喷涂氮化硅粉末冷却，作为保护层(5)；步骤b、在石英坩埚(6)底部铺设一层菜籽料；步骤c、在菜籽料上铺设籽晶板或者籽晶块，作为定向凝铸半熔工艺的籽晶层(1)；步骤d、使用小颗粒原生多晶硅料将上述步骤中铺设的籽晶板或者籽晶块之间的缝隙填满；步骤e、在籽晶层(1)上铺设50mm‑100mm菜籽料，作为缓冲层(2)；步骤f、在缓冲层(2)上铺设36块由头尾料构成的晶砖，作为阻挡层(3),所述阻挡层(3)的晶砖从坩埚壁向坩埚中心渐次降低，形成一个凹陷的结构；步骤g、在阻挡层(3)上逐层码放如下硅料(4)：交替铺设头尾多晶废料、多晶碎片、原生硅料、多晶颗粒料，直至达到所需的硅料要求。

【技术特征摘要】
1.一种凹陷式类单晶硅籽晶熔化控制的装料方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤a、在石英坩埚(6)内表面喷涂氮化硅粉末冷却，作为保护层(5)；步骤b、在石英坩埚(6)底部铺设一层菜籽料；步骤c、在菜籽料上铺设籽晶板或者籽晶块，作为定向凝铸半熔工艺的籽晶层(1)；步骤d、使用小颗粒原生多晶硅料将上述步骤中铺设的籽晶板或者籽晶块之间的缝隙填满；步骤e、在籽晶层(1)上铺设50mm-100mm菜籽料，作为缓冲层(2)；步骤f、在缓冲层(2)上铺设36块由头尾料构成的晶砖，作为阻挡层(3),所述阻挡层(3)的晶砖从坩埚壁向坩埚中心渐次降低，形成一个凹陷的结构；步骤g、在阻挡层(3)上逐层码放如下硅料(4)：交替铺设头尾多晶废料、多晶碎片、原生硅料、多晶颗粒料，直至达到所需的硅料要求。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，林凡，朱海峰，陈云，邓洁，章国安，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32