一种用于调整半导体晶锭在其制造期间的电阻率的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于制造由半导体材料制成的晶锭的方法，该方法包括以下步骤：在特定的拉伸条件下从含氧的第一熔融炉料中结晶第一晶锭，称为参考晶锭；测量沿参考晶锭分布的各个区域中的填隙氧浓度；在参考晶锭的各个区域中测量在参考晶锭的结晶过程中形成的热施主的浓度；根据填隙氧浓度和热施主浓度的测量结果确定在结晶过程中由参考晶锭的各个区域经历的用于形成热施主的退火工艺的实际持续时间；计算待获得的热施主浓度值，使得第二晶锭在结晶后具有根据目标分布的轴向电阻率；根据热施主浓度值和用于形成热施主的退火工艺的实际持续时间确定对应于目标轴电阻率分布的填隙氧浓度的轴向分布；在所述特定的拉伸条件下从含氧的第二熔融炉料中结晶第二晶锭，在整个结晶过程中调节第二熔融炉料的氧浓度，以便在第二晶锭中获得填隙氧浓度的轴向分布。

A method for adjusting the resistivity of semiconductor ingot during its manufacturing period.

The present invention relates to a method for manufacturing ingots made of semiconductor materials. The method comprises the following steps: crystallizing the first ingot from the oxygen-containing first melting furnace charge under specific tensile conditions, called a reference ingot; measuring the concentration of interstitial oxygen in various regions along the reference ingot; and each of the reference ingots. The actual duration of the annealing process for the formation of a hot donor during the crystallization of the reference ingot is determined by measuring the oxygen concentration in the filling gap and the heat donor concentration in each region of the reference ingot during the crystallization process, and the heat donor concentration to be obtained is calculated. The second ingot is made to have an axial resistivity according to the target distribution after crystallization; the axial distribution of interstitial oxygen concentration corresponding to the target axial resistivity distribution is determined according to the thermal donor concentration and the actual duration of the annealing process for forming the thermal donor; and the oxygen-containing second melting charge is obtained under the specified tensile condition. The second ingot is moderately crystallized and the oxygen concentration of the second melting charge is adjusted during the whole crystallization process so as to obtain the axial distribution of oxygen concentration in the filling gap in the second ingot.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种用于调整半导体晶锭在其制造期间的电阻率的方法
本专利技术涉及由半导体材料制造晶锭的方法。它特别涉及一种能够调节晶锭的轴向电阻率的制造方法。
技术介绍
切克劳斯基(Czochralski)法是一种常用于形成单晶硅锭的技术。它包括在坩埚中熔化一定量的称为炉料或炉块(mass)的硅，并从单晶籽晶中结晶硅。首先将以待形成的晶体的晶轴取向的晶种浸入硅熔体中。然后旋转并缓慢向上拉动。因此，固体硅锭通过从熔体进料而逐渐生长。硅通常被掺杂以调整其电阻率。诸如硼和磷之类的掺杂剂在结晶之前掺入熔融的炉料或熔化步骤之前的炉料中。采用切克劳斯基(Czochralski)拉伸法，由于偏析现象，掺杂剂倾向于积聚在硅熔体中。在凝固开始的晶锭区域中的掺杂剂浓度低于凝固结束的区域中的掺杂剂浓度。换句话说，随着结晶进展，硅锭中的掺杂剂浓度增加。这产生了在晶锭整个高度上电阻率的变化。变化电阻率的硅锭可能难以充分使用。例如，光伏电池的制造需要一定范围的电阻率。因此通常丢弃晶锭的一端，即电阻率最高或最低的一端。为了节省硅，因此设想在晶锭的大部分高度上形成具有均匀电阻率的硅锭。文献US2007/0056504描述了一种形成具有均匀轴向电阻率的硅锭的技术，其保持硅熔体中的掺杂剂浓度恒定。电阻率的控制是通过定期向硅熔体中加入硅和掺杂剂来实现的。这种技术是繁重的，因为在每个添加步骤中必须将晶锭从熔体中去除，并且必须等待掺杂剂和硅完全熔化。掺杂剂以高掺杂硅粉或板的形式引入。在这些条件下，添加掺杂剂还会导致硅被其他杂质，特别是金属杂质的污染，这对于光伏应用是有害的。最后，如果在晶锭被拉出后没有获得均匀的电阻率，则将其丢弃或回收。专利FR2997096描述了一种方法，该方法通过由退火产生热施主来允许硅锭的电阻率在其结晶之后被校正。当加热到350℃和550℃之间时，热施主是由包含在硅中的填隙氧产生的团聚体(即氧原子占据晶格中的间隙位置)。每个热施主产生两个自由电子，这导致硅的电阻率变化。电荷载体的寿命不受热施主的形成的影响，因为它们不会重新组合。该方法特别包括测量沿晶锭的填隙氧浓度的步骤，计算在晶锭的每个部分中必须产生的热施主浓度以达到目标电阻率值的步骤，计算退火温度的步骤，该退火温度必须施加在晶锭的每个部分以产生这些热施主，并且在包括不同温度区域的炉中应用退火。由于硅是一种优良的热导体，因此硅锭内的温度梯度可能与炉内建立的温度梯度大不相同。然后在晶锭的各个部分中产生的热施主浓度不会与之前计算的浓度相匹配。为此，优选通过切割晶锭来分离这些部分，并将它们分布在炉子的各个温度区域中。因此在每个部分获得所需的热施主浓度。这种方法可以使晶锭的轴向电阻率变得均匀。然而，由于切割步骤和退火步骤是每个晶锭必须完成的，所以要花费很长时间并且花费很多。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种预定轴向电阻率的制造半导体晶锭的快速且经济的方法。术语晶锭的“轴向”电阻率被理解为表示沿晶锭的纵向轴线的电阻率。由于晶锭的形状通常为圆柱形，所以晶锭的纵向轴线可以与该圆柱体的旋转轴线重合。根据本专利技术，这个目标倾向于通过提供一种用于由半导体材料制造晶锭的方法来实现，该方法包括以下步骤：结晶，在特定的拉伸条件下，从含氧的第一熔融炉料中结晶第一晶锭，称为参考晶锭；测量，测量沿参考晶锭分布的不同区域中的填隙氧浓度；测量，在参考晶锭的不同区域中测量在参考晶锭的结晶过程中形成的热施主浓度；确定，根据填隙氧浓度和热施主浓度的测量结果，确定在结晶过程中由参考晶锭的不同区域经历的热施主形成退火的有效时间；计算，计算待获得的热施主浓度值以使第二晶锭在结晶后具有根据目标分布的轴向电阻率；确定，根据热施主浓度值和热施主形成退火的有效时间确定对应于轴向电阻率目标分布的填隙氧浓度的轴向分布；结晶，在所述特定拉伸条件下，从含氧的第二熔融炉料中结晶第二晶锭，其中第二熔融炉料的氧浓度随结晶进展而调节，以便在第二晶锭中获得填隙氧浓度的轴向分布。当晶锭正在结晶时，半导体材料的温度缓慢下降，例如从1414℃(硅的熔点)下降到环境温度(大约25℃)。在350℃和550℃之间，半导体材料中包含的填隙氧形成热施主。使用与参考晶锭相关的方法的步骤来确定给定拉伸方案(recipe)的热施主形成的动力学，并且尤其是在结晶过程中在参考晶锭中形成热施主的持续时间(即，持续时间内半导体材料的温度在350℃和550℃之间)。由于半导体材料的固化(从550℃到350℃)以与常规退火相同的方式产生热施主，因此该持续时间可以被称为“热施主形成退火的有效时间”。随后通过遵循相同的拉伸方案结晶的晶锭将具有与热施主形成相同的有效时间。由于热施主形成的有效时间根据晶锭中的纵向位置而变化(因为温度或多或少地快速下降，取决于该位置)，所以这些步骤在沿参考晶锭分布的若干区域中进行。在这些被称为表征拉伸方案的步骤的这些步骤之后，可以在拉伸之后直接获得具有目标轴向电阻率分布的晶锭。实际上，通过调整在结晶过程中晶锭的每个区域中产生的热施主的数量，可以将轴向电阻率调节至目标分布。考虑到在该区域中形成热施主的有效时间，通过控制掺入晶锭的每个区域中的氧的量来调整所产生的热施主的数量。因此，根据本专利技术的制造方法能够获得具有预定轴向电阻率的晶锭，而不使用切割步骤和随后的退火步骤。因此，根据本专利技术的制造方法比现有技术的方法更快且成本更低。对于每个拉伸方案，参考晶锭的结晶和在该晶锭上进行的测量仅进行一次。然后这些步骤的成本可以分布在通过遵循相同的拉伸方案结晶的大量的晶锭上。因此，这些初步步骤不会导致晶锭的制造成本显著增加。在本专利技术的一个优选实施方式中，目标轴向电阻率分布是恒定的。换句话说，试图获得具有均匀的轴向电阻率的晶锭。根据本专利技术的方法还可以具有下面的一个或多个特征，单独考虑或以所有技术上可能的组合考虑：在预定时间期间内将第二晶锭进行额外的热施主形成退火，然后在确定填隙氧浓度的轴向分布时将附加退火的时间加到有效时间；第二熔融炉料中的氧浓度通过浸入第二熔融炉料中包括围绕第二晶锭布置的环的至少一个区段的片来调节，所述片由含氧材料例如石英或二氧化硅形成；以及所述方法还包括，当第一和第二熔融炉料包含掺杂剂时，在计算热施主浓度值之前确定第二晶锭中的掺杂剂浓度的轴向分布的步骤。当第一和第二熔融炉料包含相同浓度的掺杂剂时，可以通过测量参考晶锭的不同区域中的掺杂剂浓度来确定第二晶锭中掺杂剂浓度的轴向分布，或者可以通过夏尔-顾离物(Scheil-Gulliver)方程计算。附图说明本专利技术的其它特征和优点将从以下给出的描述中变得清楚，所述描述通过实施例而非限制性的方式参照附图给出，其中：-图1表示根据本专利技术的用于制造半导体晶锭的方法的步骤S1至S7；-图2表示结晶第二晶锭的步骤S7的优选实施方式，其使得第二晶锭中的填隙氧浓度增加；以及-图3A至3H示出了根据本专利技术的制造方法的示例性实施方式。为了更清楚起见，在所有附图中相同或相似的元件由相同的附图标记标识。具体实施方式图1是表示能够制造具有特定轴向电阻率分布的半导体材料的晶锭的方法的不同步骤S1至S7的框图。晶锭的半导体材料例如是硅。在第一步骤S1期间，以下称为参考晶锭的第一硅锭由硅熔体结晶。这种也含有氧的熔体是通过在坩埚中熔化硅炉料而获得的。氧可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于由半导体材料制造晶锭的方法，该方法包括以下步骤：结晶(S1)，在特定的拉伸条件下，从含氧的第一熔融炉料中结晶第一晶锭(A)，称为参考晶锭；测量(S2)，测量沿参考晶锭(A)分布的不同区域中的填隙氧浓度([Oi]i)；测量(S3)，在参考晶锭的不同区域中测量在参考晶锭(A)的结晶过程中形成的热施主浓度([DT]i)；确定(S4)，根据填隙氧浓度([Oi]i)和热施主浓度([DT]i)的测量结果，确定在结晶过程中由参考晶锭(A)的不同区域经历的热施主形成退火的有效时间(teff)；计算(S5)，计算待获得的热施主浓度值([DT]tg)以使第二晶锭(B)在结晶后具有根据目标分布的轴向电阻率；确定(S6)，根据热施主浓度值([DT]tg)和热施主形成退火的有效时间(teff)确定对应于轴向电阻率目标分布的填隙氧浓度的轴向分布([Oi]tg)；结晶(S7)，在所述特定拉伸条件下，从含氧的第二熔融炉料中结晶第二晶锭(B)，其中第二熔融炉料的氧浓度随结晶进展而调节，以便在第二晶锭(B)中获得填隙氧浓度的轴向分布([Oi]tg)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.14 FR 15623111.一种用于由半导体材料制造晶锭的方法，该方法包括以下步骤：结晶(S1)，在特定的拉伸条件下，从含氧的第一熔融炉料中结晶第一晶锭(A)，称为参考晶锭；测量(S2)，测量沿参考晶锭(A)分布的不同区域中的填隙氧浓度([Oi]i)；测量(S3)，在参考晶锭的不同区域中测量在参考晶锭(A)的结晶过程中形成的热施主浓度([DT]i)；确定(S4)，根据填隙氧浓度([Oi]i)和热施主浓度([DT]i)的测量结果，确定在结晶过程中由参考晶锭(A)的不同区域经历的热施主形成退火的有效时间(teff)；计算(S5)，计算待获得的热施主浓度值([DT]tg)以使第二晶锭(B)在结晶后具有根据目标分布的轴向电阻率；确定(S6)，根据热施主浓度值([DT]tg)和热施主形成退火的有效时间(teff)确定对应于轴向电阻率目标分布的填隙氧浓度的轴向分布([Oi]tg)；结晶(S7)，在所述特定拉伸条件下，从含氧的第二熔融炉料中结晶第二晶锭(B)，其中第二熔融炉料的氧浓度随结晶进展而调节，以便在第二晶锭(B)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔迪·韦尔曼，迈克尔·阿尔巴里克，塞巴斯蒂安·杜波伊斯，杰基·斯塔德勒，马蒂厄·托马西尼，
申请(专利权)人：法国原子能及替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国,FR