способ обработки выращенных слитков монокристалла кремния

Формула изобретения

Способ обработки выращенных слитков монокристалла кремния, включающий калибровку слитка, определение кристаллографических плоскостей слитка с последующим псевдоквадратированием слитка, отличающийся тем, что калибровку слитка осуществляют после его псевдоквадратирования, а определение кристаллографических плоскостей осуществляют по морфологическим признакам исходного слитка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам обработки выращенных слитков монокристалла кремния и может быть использовано при изготовлении монокристаллических кремниевых пластин солнечных элементов фотовольтаических модулей и интегральных схем.

Для получения максимально эффективной упаковки солнечных элементов и уменьшения тем самым площади, занимаемой фотовольтаическим модулем, кремниевым пластинам, предназначенным для изготовления солнечных элементов, придают форму квадрата или, что применяют гораздо чаще, псевдоквадрата - фигуры, у которой все стороны равны, противоположные стороны параллельны, каждые две рядом расположенные стороны взаимно перпендикулярны и соединены дугой сегмента, являющегося частью окружности. Так как кремниевые пластины получают из выращенных слитков монокристалла кремния путем поперечной резки их на пластины, указанные слитки, имеющие цилиндрическую форму, необходимо подвергнуть обработке для придания им формы псевдопараллелепипеда - тела, в основании которого находится псевдоквадрат. Для получения качественных пластин необходимо, чтобы геометрические центры выращенного цилиндрического слитка монокристалла кремния и обработанного псевдоквадратированного слитка совпадали. Несовпадение указанных центров больше чем на 1 мм приводит к ухудшению качества пластин, нарушению симметрии. Например, согласно стандартной спецификации фирмы ВР Solar для псевдоквадратных пластин, получаемых из слитка диаметром 150 мм, требования по симметрии, определенные для проекции длины дуги сегмента, составляют от 19,53 до 22,59 мм. Такие требования к качеству пластин приводят к необходимости усовершенствовать технологический процесс обработки выращенных слитков монокристалла кремния.

Наиболее близким является способ обработки выращенных слитков монокристалла кремния, включающий первую операцию - калибровку монокристаллического слитка кремния, затем определение кристаллографических плоскостей слитка с помощью оптических или рентгеновских методов и последующее псевдоквадратирование слитка путем срезания четырех горбуш слитка с помощью алмазных кругов с наружной режущей кромкой. Окончательно псевдоквадратированный слиток подвергают стандартным операциям: торцовки и снятию фаски с острых граней слитка с помощью алмазного инструмента (Нашельский А.Я. "Технология специальных материалов электронной техники", 1993, с.241) [1]. Операция калибровки необходима для придания слиткам заданного диаметра (125, 135 или 150 мм), а также для придания им строго цилиндрической формы, так как основное и вспомогательное оборудование рассчитано на работу со стандартными диаметрами.

Однако, при псевдоквадратировании слитка происходит нарушение симметричности слитка. В результате расхождение между центрами цилиндрического и псевдоквадратированного слитков достигает 2-3 мм, что приводит к получению бракованных слитков.

Кроме того, при калибровке исходного слитка монокристалла кремния в безвозвратные потери уходят значительные количества кремния. Так, по известному способу при калибровке слитка со средним диаметром 156 мм и длиной слитка 600 мм с получением до стандартного диаметра 150 мм в безвозвратные потери уходит 2,0 кг кремния.

Задачей изобретения является усовершенствование способа обработки выращенных слитков монокристаллов кремния, в котором путем изменения порядка проведения операций обеспечивается улучшение качества и снижение брака слитков за счет повышения его симметричности, и, кроме того, уменьшаются безвозвратные потери кремния.

Поставленная задача решается предложенным способом обработки выращенных слитков монокристалла кремния, включающим калибровку слитка, определение кристаллографических плоскостей слитка с последующим псевдоквадратированием слитка, в котором калибровку слитка осуществляют после его псевдоквадратирования, а определение кристаллографических плоскостей осуществляют по морфологическим признакам исходного слитка.

Наиболее плотноупакованными плоскостями в решетке кремния являются плоскости (111). При благоприятных условиях роста монокристалла кремния, когда теплоотвод производится только через расплав, монокристалл вырастает в форме октаэдра, имеющего кристаллическую гранецентрированную кубическую решетку, ограниченную плоскостями (111). Пересечения растущих граней (111) образуют на цилиндрической поверхности выращенного слитка монокристалла хорошо заметные дорожки, так называемые псевдоребра, которых при выращивании монокристалла ориентации [100] с плоскостями квадратов (001) и (010) четыре. Поэтому не сложно без использования оптических или рентгеновских методов определить кристаллографические плоскости монокристалла по морфологическим признакам исходного слитка. При последующем псевдоквадратировании слитка происходит нарушение симметричности слитка, обусловленное рядом факторов: состоянием режущей кромки дисков, их биением, условиями охлаждения и вывода шлама из зоны резания, скоростных режимов резания, длиной квадратируемого слитка и так далее. В результате расхождение между центрами цилиндрического и псевдоквадратированного слитков достигает 2-3 мм. Однако, диаметр цилиндрических участков псевдоквадратного слитка больше заданного размера, так как слиток не подвергался еще калибровке, а изначально слитки выращиваются с диаметром, больше необходимого диаметра. В силу этого, а также того, что геометрические центры вращения псевдоквадратированного и цилиндрического слитков совпадают, при последующей калибровке цилиндрических участков будет уменьшаться расстояние между центрами цилиндрического и псевдоквадратированного слитка и увеличиваться симметричность слитка. Кроме того, так как шлифовке подвергается меньшая поверхность слитка, в безвозвратные потери уходит меньшее количество кремния.

На чертеже представлено поперечное сечение псевдоквадратированного слитка.

На чертеже обозначено: слиток псевдоквадратной формы 1, имеющий соответственно дуги сегментов 2, 3, 4, 5; исходный цилиндрический слиток 6: горбуши соответственно 7, 8, 9, 10, которые срезаются при псевдоквадратировании.

Способ осуществляется следующим образом.

Определяют кристаллографические плоскости по морфологическим признакам исходного слитка. Так как исходный слиток представляет собой цилиндр, на боковой цилиндрической поверхности которого хорошо заметны псевдоребра, определение кристаллографических плоскостей заключается в разметке оснований цилиндра путем соединения точек псевдоребер, лежащих в плоскости основания. Операцию псевдоквадратирования осуществляют путем срезания горбуш слитка, при этом плоскость реза лежит параллельно и на заданную величину выше линии, соединяющей две ближние точки псевдоребер. Для этого слиток с размеченными основаниями устанавливается таким образом, чтобы плоскость дисков с наружной режущей кромкой была параллельна проведенной разметке, а расстояние между дисками соответствовало заданной стандартной стороне квадрата: 100100 или 103103, или 125125 мм и так далее. Продольная резка может производиться одним, двумя или четырьмя алмазными дисками одновременно, в зависимости от типа оборудования, применяемого для псевдоквадратирования слитка. Полученный таким образом псевдоквадратированный слиток подвергают калибровке. Указанная калибровка осуществляется на круглошлифовальных или торцевых станках при вращении псевдоквадратированного слитка таким образом, чтобы диагональ псевдоквадрата соответствовала с заданным допуском заданному стандартному значению диаметра слитка. При этом ошлифовывается до заданного диаметра только скругленная поверхность псевдоквадратированного слитка. На чертеже это участки вдоль дуг 2, 3, 4 и 5. Затем производятся обычным образом стандартные операции торцовки, снятия фаски с острых граней слитка.

В табл. 1 показаны параметры выращенных слитков монокристалла кремния, которые подвергались обработке.

Указанные в табл. 1 слитки подвергались обработке. В табл. 2 приведены данные, полученные при обработке этих слитков: слитки 1, 3, 5 и 7 обрабатывались по предложенному способу; слитки 2, 4, 6 и 8 - по известному. При этом, были получены слитки со стороной псевдоквадрата 125125 мм и диагональю 150 мм. В табл. 2 проекция длины дуги сегментов 2, 3, 4 и 5, указанных на чертеже, обозначены соответственно А, В, С и D, расхождение между центром цилиндрического и псевдоквадратированного слитков обозначено знаком .

Как видно из табл.2, предложенный способ позволяет получить слитки, расхождение между цилиндрическим и псевдоквадратированным центром слитка не превышает 0,2 мм, расхождение в размерах скругленных участков в каждом слитке не превышает 0,5 мм. Это обеспечило получение качественных симметричных слитков, отсутствие брака продукции.