FZ硅和制备FZ硅的方法技术

FZ硅，其中所述FZ硅在经过低于900℃的加工温度下的任何加工步骤后都显示出其少数载流子寿命没有降低。制备FZ硅的方法，其包括在大于或等于900℃的退火温度下使FZ硅退火，并在低于900℃的加工温度下加工经退火的FZ硅。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】FZ硅和制备FZ硅的方法
本专利技术涉及浮区拉制的单晶硅，以下称为FZ硅，以及制备这种FZ硅的方法。
技术介绍
在大多数实际情况中，通过坩埚拉制方法(称为Czochralski方法或CZ法)或通过无坩埚拉制方法(称为区熔法或FZ法)生产硅单晶。直径通常为100至450mm的棒状单晶主要用作生产晶片的基础材料，进而由所述晶片制造电子元件或太阳能电池。在CZ法中，在石英坩埚中制备半导体材料的熔体，并使晶种与熔体表面接触并从熔体中缓慢提起。单晶开始在晶种的底侧生长。另一方面，太阳能应用可以从所谓的连续Czochralski工艺中在经济上获益，在所述连续Czochralski工艺中从坩埚中提拉多个晶锭，在提拉过程中坩埚中再装入硅。在FZ法中，多晶原料棒借助于射频线圈逐渐熔化。通过加入单晶晶种并随后重结晶将熔融材料转变成单晶。在再结晶期间，所得单晶的直径首先被锥形扩大(锥形成)，直到达到所需的最终直径(棒形成)。在锥形成阶段，单晶也被机械支撑，以减轻细晶种(thinseedcrystal)上的负荷。FZ方法的要点描述于例如US6,840,998B2中。FZ方法的一个变体，在下文中称为GFZ方法，使用多晶颗粒状硅代替进料棒。虽然FZ方法利用一个感应加热线圈来熔化进料棒并用于单晶的受控结晶，但GFZ方法使用两个感应加热线圈。多晶颗粒借助于板上的第一感应加热线圈熔化，并随后流过板中心的孔到生长的单晶并形成熔融区。借助于布置在第一感应加热线圈下方的第二感应加热线圈控制单晶的结晶。关于GFZ方法的进一步细节描述于例如US2011/0095018A1中。通过CZ工艺生产的所有单晶硅在晶锭中含有低但显著水平的氧，通常相对于硅的浓度为约20ppma(份每百万原子)。氧主要来自石英坩埚。在生长温度下，大部分氧在晶格中是间隙的，即，单个氧原子存在于晶体硅晶格的间隙中。然而，一些氧以各种原子配置中聚集在一起，也称为簇或氧沉淀核。初始簇和核被称为“生长”缺陷。核和沉淀物都被认为是晶格中的缺陷，其充当结晶固体中的电子和空穴的复合中心或陷阱，从而减少少数载流子复合寿命。去除或消除这些氧缺陷增加了硅中少数载流子的寿命。对于CZ硅，应用各种技术将晶锭中的氧浓度降低到13ppma以下，但这些技术引入了操作限制并且还没有完全成功。大多数现代IC具有在原始晶片表面的大约几微米内的表面区域中形成的有源半导体器件。已经提出使硅晶片在快速热处理(RTP)室中在氧气氛中在大于1150℃的温度下进行快速退火。这种高温氧气退火减少了空位，从而防止了在用于IC的高温加工期间表面区域附近的沉淀。通过不使用石英坩埚的浮区(FZ)工艺生产的单晶硅含有如果有也很少的氧。FZ硅由于没有氧缺陷而表现出非常高的少数载流子寿命。US6,840,998B2涉及通过无坩埚浮区拉制生产的硅单晶，其包含在至少200mm的长度上具有至少200mm直径并且在所述长度的区域中没有位错的硅单晶。US7,025,827B2要求保护一种通过浮区拉制单晶并分割单晶制造掺杂的半导体晶片的方法，所述方法包括在浮区拉制期间，将使用感应线圈产生的熔融材料掺杂掺杂剂；将熔融材料暴露于至少一个旋转磁场；凝固熔融材料以产生单晶；旋转在熔融材料凝固过程中形成的单晶；以及以相反的旋转方向旋转单晶和磁场，磁场的频率为400至700Hz。中子嬗变掺杂(NTD)硅具有已知的任何晶体硅产品的最低电阻率变化。中子嬗变掺杂是通过将未掺杂的硅晶体暴露于核反应堆核心中的合适的热中子通量，而将半导体材料原子核转化为掺杂剂，即将硅原子转化成磷掺杂剂原子。该技术的优点是有机会制造极端均匀的N掺杂硅，这是传统掺杂方法无法实现的。不可避免的辐射产生的缺陷可以通过在约500℃至低于半导体晶体材料的熔融温度的更高温度范围内适当加热指定的时间长度来退火修复。退火对于中子嬗变产生的核素没有影响，但是通过恢复晶体对称性和有序性导致去除辐射损伤缺陷。该恢复过程将电阻率恢复到与掺杂剂含量相对应的水平。US4,135,951A要求保护一种通过退火恢复中子掺杂的半导体材料电阻率并增加所述材料的少数载流子寿命的方法，其包括：将所述材料加热到约600℃或更高但低于材料熔化温度的退火温度，保持四分之一小时至五小时或更长时间；并将加热的材料以1/4℃至约4℃/分钟的冷却速率从退火温度冷却至低于约300℃的环境温度。通常，FZ晶片用于加工半导体器件，例如功率器件。然而，对更高效率的需求也将光伏发展推向标准半导体方法，提供半导体器件生产上相似的质量水平。由FZ材料制成的高效硅太阳能电池具有最高的质量，并且优于CZ单晶硅和多晶硅。功率器件以及光伏应用的衬底的关键参数是：-高的少数载流子寿命-低的氧含量-低的电阻率变化因此，少数载流子寿命是表征FZ晶片在上述领域中的许多应用的适用性的一个关键参数。FZ硅的“原生成的(asgrown)”或“原拉制的(aspulled)”少数载流子寿命取决于电阻率，其范围从约100至大于6000μs。例如，在2Ωcm下，本体寿命超过1000μs并且在30Ωcm下增加到4000μs。然而，少数载流子寿命也显示出对退火过程的强烈依赖性。在低于900℃的温度下退火显著降低“原生成的”寿命。这与是否发生在氧化或非氧化炉气氛中无关。另一方面，在高于900℃的温度下退火不会降低寿命。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的问题之一是避免“原生成的(asgrown)”寿命的这种退化。该问题通过制备FZ硅的方法解决，所述方法包括：a)在大于或等于900℃的退火温度下使FZ硅退火b)在低于900℃的加工温度下加工经退火的FZ硅。本专利技术还涉及FZ硅，其中所述FZ硅在经过低于900℃的加工温度下的任何加工步骤后都显示出其少数载流子寿命没有降低。如果FZ硅在大于或等于900℃的退火温度下退火，则FZ硅在经过低于900℃的加工温度下的任何加工步骤之后都显示出其少数载流子寿命没有降低。没有这样的退火步骤，在低温加工步骤之后，其少数载流子寿命将显著降低。在一个实施方案中，制备FZ硅的方法包括由浮区拉制的硅晶锭机械地形成多个FZ硅晶片的步骤，其中至少一个FZ晶片在大于或等于900℃的退火温度下退火，然后在低于900℃的加工温度下加工。在另一个实施方案中，浮区拉制的硅晶锭在大于或等于900℃的退火温度下退火。在由退火的浮区拉制硅锭机械地形成多个退火的FZ硅晶片之后，在低于900℃的加工温度下加工至少一个退火的FZ晶片。在低于900℃的加工温度下加工退火的FZ硅的一个实例是在晶片上沉积多晶硅层。这种多晶硅沉积通常在约650℃下进行。没有在900℃或更高温度下的高温退火，具有多晶硅层的这种晶片的寿命会降低。专利技术人还表明，在900℃或更高温度下退火可以重置通过在先的低于900℃下的热处理而退化的样品原本高的寿命。已经经历过这种高温退火步骤的FZ硅对随后的较低温度下的退火步骤仍保持广泛的免疫力。因此，它们的寿命不再显著降低。为了理解这些缺陷的起源，已经进行了DLTS研究。根据退火温度，可以观察到几个深层的形成或湮灭。退火期间这些峰的出现和去除与寿命降低行为相关。在本专利技术的一个实施方案中，制备直径为75mm、125mm、150mm或200mm的FZ晶片。在另一个实施方案中，FZ晶片是氮共本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备FZ硅的方法，所述方法包括：‑在大于或等于900℃的退火温度下使FZ硅退火，以及‑在低于900℃的加工温度下加工经退火的FZ硅。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.16 EP EP16155959.61.一种制备FZ硅的方法，所述方法包括：-在大于或等于900℃的退火温度下使FZ硅退火，以及-在低于900℃的加工温度下加工经退火的FZ硅。2.根据权利要求1所述的方法，其包括由FZ拉制的晶锭机械地形成多个FZ硅晶片。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在大于或等于900℃的退火温度下使FZ拉制的晶锭退火。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其包括使所述FZ硅在含氧环境中退火。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中在低于900℃的加工温度下加工至少一个由所述FZ硅形成的FZ晶片。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述退火步骤在快速热处理室...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·胡贝尔，A·伦茨，
申请(专利权)人：硅电子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE