一种多晶硅锭及其制备方法和一种多晶硅铸锭炉技术

本发明专利技术公开了一种多晶硅锭的制备方法，包括：在坩埚内填装硅料后，加热使硅料完全熔化形成硅熔体；调整热场形成过冷状态，使硅熔体开始形核长晶，长晶过程中，对硅熔体进行振动，振动频率至少为30HZ，振动的时间为30min‑90min，振动结束后，硅熔体继续长晶形成硅晶体；待全部硅熔体结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。通过对硅熔体进行振动，坩埚底部形成数量较多的新晶核，制得的多晶硅锭位错较少。本发明专利技术还提供了一种多晶硅铸锭炉，包括铸锭炉本体和振动装置，铸锭炉本体包括坩埚，振动装置包括一振动发生器以及与振动发生器连接的能量传递杆，振动发生器设置在铸锭炉本体上，能量传递杆伸入坩埚内用于振动坩埚内的硅熔体。该振动装置结构简单、易操作。

Polycrystalline silicon ingot and preparation method thereof and polycrystalline silicon ingot furnace

The invention discloses a preparation method of polycrystalline silicon ingot, including: in the crucible filled silicon material after heating the silicon material is completely melted to form a silicon melt; adjust the thermal field forming supercooled state, the silicon melt nucleate crystal growth, crystal growth process, the vibration of the vibration frequency of silicon melt, at least for 30HZ, the vibration time of 30min 90min, after the vibration, the formation of crystal silicon melt to crystal silicon; the silicon melt crystallization after annealing and cooling of polycrystalline silicon ingot. By the vibration of the silicon melt, a new crystal nucleus with a large number of grains is formed at the bottom of the crucible, and the dislocation of the polycrystalline silicon ingot is less. The invention also provides a polycrystalline silicon ingot furnace, including ingot furnace body and a vibration device, ingot furnace body comprises a crucible, vibration device includes a vibration generator and a generator connected with the vibration energy transfer rod vibration generator is arranged in the ingot furnace body, energy transfer rod extends into the silicon melt in a crucible crucible for vibration. The vibration device is simple in structure and easy to operate.

【技术实现步骤摘要】
一种多晶硅锭及其制备方法和一种多晶硅铸锭炉
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种多晶硅锭及其制备方法和一种多晶硅铸锭炉。
技术介绍
近年来，太阳能作为一种新兴的可再生绿色能源已经成为了人们开发和研究的热点。伴随着太阳能电池业的快速发展，成本低且适于规模化生产的多晶硅成为行业内最主要的光伏材料之一，并逐步取代传统的直拉单晶硅在太阳能电池材料市场中的主导地位。目前，DSS(DirectionalSolidificationSystem，定向凝固系统)法被广泛用于多晶硅铸造，工艺流程大致包括加热、熔化、结晶、退火和冷却等步骤，在石英坩埚中生长出的多晶硅锭的晶粒从尾部到头部大多呈柱状，其中，尾部晶粒较小，随着晶体生长高度，晶粒逐渐变大，晶粒长大后，导致头部晶体缺陷不断增多，从而造成多晶硅锭头部硅片的电池转换效率低。因此，有必要制备一种晶粒均匀细小、缺陷较少的多晶硅。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供了一种多晶硅锭的制备方法，该制备方法操作容易，制得的多晶硅的晶粒细小均匀，能够有效降低多晶硅锭头部的位错和缺陷密度。本专利技术还同时公开了一种通过该制备方法获得的多晶硅锭，以及以一种多晶硅铸锭炉。第一方面，本专利技术提供了一种多晶硅锭的制备方法，包括：在坩埚内填装硅料后，加热使所述硅料完全熔化形成硅熔体；调整热场形成过冷状态，使所述硅熔体开始形核长晶，所述长晶过程中，以至少为30HZ的振动频率振动所述硅熔体，所述振动的时间为30min-90min，振动结束后，硅熔体继续长晶形成硅晶体；待全部硅熔体结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。可选地，所述振动包括对硅熔体进行超声振动，所述超声功率为1500W-5000W，超声频率为30KHZ-80KHZ。可选地，所述振动包括对硅熔体进行纵向振动，所述纵向振动产生的振击力为50N-150N，振动频率为30HZ-80HZ。可选地，对所述硅熔体进行至少一次振动。可选地，待所述硅料完全熔化形成硅熔体后，调整热场使所述硅熔体的温度降至凝固点温度，维持30min-40min后，所述硅熔体开始形核长晶，此时对所述硅熔体进行振动。可选地，当所述硅晶体的质量开始降低时，对所述硅晶体上方的硅熔体进行振动。本专利技术第一方面提供的多晶硅锭的制备方法，通过对硅熔体进行振动，坩埚底部形成数量较多的新晶核，待新晶核产生后即停止振动，此时坩埚底部形成了一层均匀细小的晶粒，此后硅熔体会自下而上在此晶粒的基础上逐渐生长，最终生长成完整的多晶硅铸锭，制得的多晶硅锭位错较少。第二方面，本专利技术提供了一种多晶硅锭，所述多晶硅锭按照前述多晶硅锭的制备方法制得。所述多晶硅锭位错密度小于5×103个/cm2。本专利技术第二方面提供的多晶硅锭位错密度较少，质量较高。第三方面，本专利技术提供了一种多晶硅铸锭炉，其特征在于，包括铸锭炉本体和振动装置，铸锭炉本体包括坩埚，所述振动装置包括一振动发生器以及与所述振动发生器连接的能量传递杆，所述振动发生器设置在所述铸锭炉本体上，所述能量传递杆伸入所述坩埚内用于振动所述坩埚内的硅熔体。可选地，所述振动发生器包括超声波发生器，所述能量传递杆包括工具头，所述超声波发生器包括用于将电能转换为超声波的换能器以及用于改变超声波振幅的变幅杆，所述变幅杆的一端与所述换能器连接，另一端与所述工具头连接。可选地，所述振动发生器包括纵向振动发生器，所述能量传递杆包括振动传递杆，所述振动传递杆的一端与所述振动发生器连接，所述振动传递杆的另一端设有与所述振动传递杆垂直的横杆，所述振动发生器带动所述横杆在坩埚中进行纵向振动。本专利技术实施例第三方面提供的多晶硅铸锭炉，该多晶硅铸锭炉中设有振动装置，该振动装置可以对硅熔体进行振动，在坩埚底部形成数量较多的新晶核，待新晶核产生后即停止振动，此时坩埚底部形成了一层均匀细小的晶粒，此后硅熔体会自下而上在此晶粒的基础上逐渐生长，最终生长成完整的多晶硅铸锭，制得的多晶硅锭位错较少。同时，该振动装置结构简单，易于操作。实施本专利技术实施例，具有如下有益效果：(1)本专利技术提供的多晶硅锭的制备方法，通过对硅熔体进行振动，坩埚底部形成数量较多的新晶核，待新晶核产生后即停止振动，此时坩埚底部形成了一层均匀细小的晶粒，此后硅熔体会自下而上在此晶粒的基础上逐渐生长，最终生长成完整的多晶硅铸锭，制得的多晶硅锭位错密度较少；(2)本专利技术提供的多晶硅锭位错密度较少，质量较高；(3)本专利技术实施例第三方面提供的多晶硅铸锭炉，该多晶硅铸锭炉中设有振动装置，该振动装置可以对硅熔体进行振动，振动装置结构简单，易于操作。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1的多晶硅锭的结晶过程示意图；图2是本专利技术一实施方式提供的多晶硅铸锭炉的结构示意图；图3是本专利技术一实施方式提供的振动装置的结构示意图；图4是本专利技术另一实施方式提供的多晶硅铸锭炉的结构示意图；图5是本专利技术实施例1制得的多晶硅锭的少子寿命图；图6是本专利技术实施例1制得的多晶硅锭的硅片外观图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例第一方面提供了一种多晶硅锭的制备方法，包括：在坩埚内填装硅料后，加热使所述硅料完全熔化形成硅熔体；调整热场形成过冷状态，使所述硅熔体开始形核长晶，所述长晶过程中，以至少为30HZ的振动频率振动所述硅熔体，所述振动的时间为30min-90min，振动结束后，硅熔体继续长晶形成硅晶体；待全部硅熔体结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。本专利技术实施例通过对硅熔体进行振动，实现了硅锭的分层式生长，当晶体长到一半时，大晶粒中断长成了一层小晶粒，并在小晶粒上外延生长，从而可以有效控制硅锭头部的晶粒大小。可选地，本专利技术实施例形成的晶粒大小为1mm-3mm。本专利技术实施方式中，待硅料完全熔化形成硅熔体后，调整热场使硅熔体的温度降至凝固点温度，维持30min-40min后，硅熔体开始形核长晶，此时对硅熔体进行振动。在形核长晶的过程中同时对硅熔体进行振动，从而得到一层小晶粒，硅熔体再在这层小晶粒上进行外延生长得到多晶硅，减少了多晶硅中的位错。本专利技术一实施方式中，以30HZ-80KHZ的振动频率振动所述硅熔体，所述振动的时间为30min-90min。可选地，以30HZ-80HZ或30KHZ-80KHZ的振动频率振动所述硅熔体。可选地，振动时间为30min-40min。进一步可选地，振动时间为40min-90min。具体地，振动时间为30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min、80min、85min、90min。本专利技术一实施方式中，所述振动包括对硅熔体进行超声振动，所述超声功率为1500W-5000W，超声频率为30KHZ-80本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅锭的制备方法，其特征在于，包括：在坩埚内填装硅料后，加热使所述硅料完全熔化形成硅熔体；调整热场形成过冷状态，使所述硅熔体开始形核长晶，所述长晶过程中，以至少为30HZ的振动频率振动所述硅熔体，所述振动的时间为30min‑90min，振动结束后，硅熔体继续长晶形成硅晶体；待全部硅熔体结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。

【技术特征摘要】
1.一种多晶硅锭的制备方法，其特征在于，包括：在坩埚内填装硅料后，加热使所述硅料完全熔化形成硅熔体；调整热场形成过冷状态，使所述硅熔体开始形核长晶，所述长晶过程中，以至少为30HZ的振动频率振动所述硅熔体，所述振动的时间为30min-90min，振动结束后，硅熔体继续长晶形成硅晶体；待全部硅熔体结晶完后，经退火冷却得到多晶硅锭。2.如权利要求1所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述振动包括对硅熔体进行超声振动，所述超声功率为1500W-5000W，超声频率为30KHZ-80KHZ。3.如权利要求1所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，所述振动包括对硅熔体进行纵向振动，所述纵向振动产生的振击力为50N-150N，振动频率为30HZ-80HZ。4.如权利要求1所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，对所述硅熔体进行至少一次振动。5.如权利要求1或4所述的多晶硅锭的制备方法，其特征在于，待所述硅料完全熔化形成硅熔体后，调整热场使所述硅熔体的温度降至凝固点温度，维持30min-40min后，所述硅熔体开始形核长晶，此时对所述硅熔体进行振动。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：何亮，胡动力，张学日，李松林，
申请(专利权)人：江西赛维LDK太阳能高科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36