一種類單晶硅鑄錠用籽晶的粘連拼接方法及鑄錠用坩堝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種類單晶硅鑄錠用籽晶的粘連拼接方法，所述拼接方法采用無機粘結劑將相鄰籽晶粘連拼接在一起形成籽晶層；所述無機粘結劑填充在所述籽晶層中籽晶與籽晶的拼接縫隙處，將所述籽晶層用于類單晶硅鑄錠，可以有效避免鑄錠過程中籽晶拼接縫隙處多晶和位錯缺陷的產(chǎn)生，有利于獲得缺陷少、轉換效率高的類單晶硅錠，獲得全單晶硅片的比例大幅提高。本發(fā)明還提供了一種設置有籽晶層的鑄錠用坩堝，適用于高質量類單晶硅的大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】一種類單晶硅鑄錠用籽晶的粘連拼接方法及鑄錠用坩堝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及硅晶體制造領域，尤其涉及一種類單晶硅鑄錠用籽晶的粘連拼接方法及鑄錠用坩堝。
【背景技術】
[0002]目前類硅單晶的常用制造方法為定向凝固法，該方法在平底坩堝底部鋪設籽晶，籽晶緊密拼接形成籽晶層；然后將硅料裝載到籽晶層上；在定向凝固鑄錠爐里通過熔接控制，讓熔融硅料在底部鋪墊籽晶上引晶成核生長，獲得與籽晶相似或一樣的晶粒。
[0003]采用上述方法生長類單晶，主要缺點包括:
[0004]籽晶是采用機械切割獲得，所以表面會存在損傷層或晶體懸掛鍵，在類單晶引晶過程中，籽晶的表面缺陷很容易導致位錯的產(chǎn)生，位錯不斷繁殖發(fā)展，影響后續(xù)晶體質量；
[0005]籽晶層多塊類單晶籽晶采用物理拼接鋪設而成，難以保證籽晶和籽晶拼接處沒有縫隙；在化料過程中，籽晶上部先化完的硅液，會沿著縫隙流下，甚至進入籽晶底部；而硅液在縫隙中往下流動時，冷卻速度比較快，所以很容易在縫隙中產(chǎn)生位錯缺陷和多晶；這些縫隙中的位錯或多晶在引晶過程中容易將其引晶上去，導致后續(xù)階段在側部和籽晶縫隙中產(chǎn)生多晶區(qū)域和位錯缺陷，多晶和位錯影響類單晶硅片的制絨效果及轉換效率，從而影響類單晶娃錠的質量。
[0006]因此，如何避免或減少籽晶拼接縫隙處多晶和位錯缺陷的產(chǎn)生，是獲得缺陷少、轉換效率高的類單晶硅的關鍵。

【發(fā)明內容】

[0007]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種類單晶硅鑄錠用籽晶的粘連拼接方法，所述拼接方法中將籽晶待拼接面表面涂覆無機粘結劑，然后所述籽晶與籽晶通過無機粘結劑實現(xiàn)兩兩粘連拼接；該方法用于定向凝固法類單晶硅鑄錠的籽晶層鋪設，可以有效避免類單晶硅制造過程中籽晶拼接縫隙處多晶和位錯缺陷的產(chǎn)生，有利于獲得缺陷少、轉換效率高的類單晶硅錠，獲得全單晶硅片的比例大幅提高；本發(fā)明還提供了一種設置有籽晶層的鑄錠用坩堝，適用于高質量類單晶硅的大規(guī)模生產(chǎn)。
[0008]第一方面，本發(fā)明提供的一種類單晶硅鑄錠用籽晶的粘連拼接方法，用于定向凝固法類單晶硅鑄錠，包括以下步驟:
[0009](I)提供籽晶，所述籽晶包括至少兩個相鄰的待拼接面；
[0010](2)在所述籽晶的待拼接面表面涂覆無機粘接劑，將涂覆有所述無機粘結劑的待拼接面對位拼接，所述無機粘結劑將相鄰的所述籽晶粘連拼接在一起，覆蓋在坩堝底部形成籽晶層。
[0011] 所述籽晶層由籽晶拼接鋪設形成，所述籽晶包括至少兩個相鄰的待拼接面，所述籽晶要與其他籽晶拼接的側面為待拼接面，不包括與坩堝側壁接觸的側面，所以每個籽晶中待拼接面的數(shù)量與籽晶的形狀以及該籽晶預置于籽晶層(坩堝底部)的位置有關。[0012]優(yōu)選地，步驟(1)中所述籽晶為開方后的多晶硅小方錠經(jīng)截斷制成的多晶硅塊或開方后的單晶硅棒經(jīng)截斷制成的單晶硅塊，其厚度為5~30_。
[0013]優(yōu)選地，步驟(1)中所述籽晶為(100)晶向的單晶硅塊或是以(100)為主要晶向的多晶硅塊。
[0014]所述籽晶的形狀不限，要求底面形狀規(guī)則，上表面可以平整也可以凹凸不平。
[0015]優(yōu)選地，步驟(1)中所述籽晶的待拼接面呈平面或曲面。所述籽晶的待拼接面形狀不限，只要兩兩拼接的籽晶具有相對應的拼接面即可。
[0016]優(yōu)選地，所述籽晶為四棱柱。
[0017]更優(yōu)選地，所述籽晶為正四棱柱或直四棱柱。
[0018]優(yōu)選地，所述籽晶按照步驟(2)所述的方法在坩堝底部粘連拼接，直至鋪設覆蓋整個坩堝的底部區(qū)域，形成籽晶層。
[0019]所述籽晶層的上表面可以平整也可以凹凸不平；優(yōu)選地，所述籽晶層的上表面為中間凸出，兩邊下凹的形態(tài)。
[0020]優(yōu)選地，步驟(2)還包括在所述坩堝底部或者籽晶底部涂覆無機粘結劑，所述無機粘結劑將所述籽晶與坩堝底部粘連。
[0021]在所述坩堝底部或者籽晶底部涂覆無機粘結劑，可以將籽晶層緊密的粘接在坩堝底部，使籽晶層的穩(wěn)定性增強，有效避免加熱過程中由于籽晶縫隙處無機粘結劑的熔融引起籽晶的滑動而導致的位錯缺陷，從而有利于類單晶硅錠質量的提高。
[0022]優(yōu)選地，步驟(2)中所述待拼接面在涂覆無機粘結劑前先采用硅腐蝕液進行腐蝕處理，所述硅腐蝕液為酸腐蝕液或堿腐蝕液。
[0023]所述籽晶在機械加工過程中，表面形成損傷層，所述損傷層的主要損傷形式有微裂紋和位錯等。腐蝕處理的目的是去除損傷層，防止損傷層中的缺陷引晶上去，對類單晶鑄錠的質量造成不良影響。
[0024]所述無機粘結劑為高純度(純度在99.9999%以上)的無機粘接劑，金屬離子的總含量在Ippm以下，那么所述無機粘結劑的使用就不會對類單晶硅的鑄錠引入金屬污染；另一方面，所述無機粘結劑的材料成核過冷度要大于硅成核的過冷度，那么引晶過程中所述無機粘結劑不會結晶，所以就不會形成多晶籽晶，從而避免了拼接縫隙處多晶區(qū)域的產(chǎn)生。
[0025]優(yōu)選地，所述無機粘結劑為硅溶膠粘接劑。
[0026]所述硅溶膠粘結劑填充在所述拼接縫隙處，主要作用包括:
[0027](I)所述硅溶膠粘結劑的粘連機理如下:
[0028]
【權利要求】
1.一種類單晶硅鑄錠用籽晶的粘連拼接方法，用于定向凝固法類單晶硅鑄錠，其特征在于，包括以下步驟: (1)提供籽晶，所述籽晶包括至少兩個相鄰的待拼接面； (2)在所述籽晶的待拼接面表面涂覆無機粘接劑，將涂覆有所述無機粘結劑的待拼接面對位拼接，所述無機粘結劑將相鄰的所述籽晶粘連拼接在一起，覆蓋在坩堝底部形成籽晶層。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種類單晶硅鑄錠用籽晶的粘連拼接方法，其特征在于，步驟(I)中所述籽晶為開方后的多晶硅小方錠經(jīng)截斷制成的多晶硅塊或開方后的單晶硅棒經(jīng)截斷制成的單晶硅塊，其厚度為5~30mm。
3.根據(jù)權利要求 1所述的一種類單晶硅鑄錠用籽晶的粘連拼接方法，其特征在于，步驟(I)中所述籽晶為(100)晶向的單晶硅塊或是以(100)為主要晶向的多晶硅塊。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種類單晶硅鑄錠用籽晶的粘連拼接方法，其特征在于，步驟(I)中所述待拼接面呈平面或曲面。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種類單晶硅鑄錠用籽晶的粘連拼接方法，其特征在于，步驟(2)還包括在所述坩堝底部或者籽晶底部涂覆無機粘結劑，所述無機粘結劑將所述籽晶與坩堝底部粘連。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種類單晶硅鑄錠用籽晶的粘連拼接方法，其特征在于，步驟(2)中所述待拼接面在涂覆無機粘結劑前先采用硅腐蝕液進行腐蝕處理，所述硅腐蝕液為酸腐蝕液或堿腐蝕液。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種類單晶硅鑄錠用籽晶的粘連拼接方法，其特征在于，步驟(2)中所述無機粘結劑為硅溶膠粘接劑。
8.根據(jù)權利要求5所述的一種類單晶硅鑄錠用籽晶的粘連拼接方法，其特征在于，所述酸腐蝕液為質量分數(shù)為49%的氫氟酸和質量分數(shù)為63%的硝酸的混合液，所述酸腐蝕液中氫氟酸和硝酸的體積比為1:3~1:1 ;所述堿腐蝕液為質量分數(shù)為2~50%的氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液。
9.根據(jù)權利要求5所述的一種類單晶硅鑄錠用籽晶的粘連拼接方法，其特征在于，當所述硅腐蝕液為酸腐蝕液時，采用常溫腐蝕，腐蝕時間為Imin~IOmin ;當所述硅腐蝕液為堿腐蝕液時，腐蝕處理的溫度為50°C~100°C，時間為Imin~15min。
10.一種類單晶硅鑄錠用坩堝，其特征在于，所述坩堝包括本體、阻隔層和籽晶層，所述本體包括底座及由底座向上延伸的側壁，所述底座和所述側壁共同圍成一收容空間，所述阻隔層附著在朝向所述收容空間的所述本體底座和側壁表面，所述籽晶層設置于所述本體底座的阻隔層上方，所述阻隔層將所述籽晶層與所述本體底座隔離；所述籽晶層包括多個相互拼接的籽晶，所述籽晶與籽晶的拼接縫隙處填充有無機粘結劑。
【文檔編號】C30B11/14GK103952756SQ201410192435
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權日:2014年5月8日
【發(fā)明者】何亮, 胡動力, 雷琦, 周成, 張學日 申請人:江西賽維Ldk太陽能高科技有限公司