史珺博士谈多晶硅铸锭的晶体生长过程

要保证固液界面水平不是那么简单的事情。主要原因是，硅液在凝固后，导热性很小，因此，硅液和凝固的硅锭内部原来高温的热量和结晶时放出的结晶潜热的散发不是很容易。因为热源在四周，底部散热，因此，水平温差始终会存在。尤其是在结晶的后半段时间，随着结晶厚度的增加，温场的复杂程度也越来越大。

现在铸锭的热场的计算模型有DSS型，HEM型，RPDS型等等；这些与实际铸锭的真正热场分布都有不小的差距。硅中杂质的蒸汽压、自由能，甚至结晶产生的熵变，都对结晶进程有影响，而这些因素，是采用原生多晶硅进行铸锭时不需要考虑的。

普罗解决温度梯度的方法是，保持坩埚底部的等温面水平，即温度差很下，那么，由于顶面是液体，可以近似看作等温面，所以，在上下两个面的夹击下，能够大致保证位于中间的固液界面的水平状态。

坩埚底面保持等温的方法主要从两个途径解决，一个，是放置坩埚的平台采用导热性良好的石墨平台，由于石墨导热性很好，因此，在四周与中间存在外界温差时，只要有足够的时间，就能够将整个面的温度大致拉平。要做到这一点，还需要在石墨平台的结构上下功夫，这里面有普罗的专利技术，基本上保证了这一点。

保持固液界面水平还有一个必要条件，就是底部加热体和散热的结构使得底部温度均匀。上海普罗的铸锭炉是目前国际市场上唯一能够保证底部加热和散热均保持均匀的热场结构和炉体结构。

顶部收顶

当晶体长到接近顶部时，最后的收顶过程十分重要。由于红外温度测量的问题，往往测量的温度不一定十分准确，因此，设定的结晶温度可能没有结晶，当顶部的硅液中含有杂质的时候（这是必然的），硅液的熔点也会发生变化，杂质越多，熔点越低，而杂质的含量是难以确定来的，因此，很难控制到温度正好到顶部结晶时结束。此外，在冶金法的硅料中，顶部往往有一层渣，这些渣的存在也会导致温度出现偏差。还有，当晶体长到顶部时，由于四周和中部的温度差异，中部温度即便准确，四周的温度可能也会不同，因此，长晶收尾的过程，必须要考虑整个硅锭的情况。

如果收尾不良，会导致比较严重的后果，甚至可能造成铸锭过程的前功尽弃。首先，如果温度控制不好，收尾的时候，加入晶体距离顶部还有一段距离，那么，在收尾的时候，由于总是存在一个快速降温的过程，这个过程会导致顶部的硅液从表面先凝固，这样，在硅锭下部的晶体和顶部的凝固成的固体壳层之间，会残留一些液体，这些液体在随后的降温过程中也会凝固，由于硅液凝固时体积会膨胀，这样的话，轻则导致硅锭表面“鼓包”现象的产生，重则导致上部已凝固的部分破裂。由于应力的力量非常大，这些破裂不仅仅是最后凝固的部分，而且还会延及下部已经凝固的硅锭。

但是，整个硅锭顶部同时结晶只能是一种理想状况，实际是不可能达到的。正常情况下，硅锭某部分的晶体是最先长到硅液顶部，率先完成结晶。此时，应当在该温度保持一段时间，缓慢地降低加热功率，使硅锭其余区域的晶体慢慢向上生长，通常大约120-180分钟后，整个硅锭顶部的长晶可全部完成。

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