具有低氧浓度区域的晶片制造技术

单晶硅晶片具有50μm至300μm的在第一表面和相对的第二表面之间的厚度。所述晶片包括从所述第一表面延伸第一深度的第一区域。所述第一区域相对于所述晶片的相邻区域具有降低的氧浓度。所述晶片具有大于100μs的体少数载流子寿命。流子寿命。流子寿命。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有低氧浓度区域的晶片
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年8月9日提交并分配有美国专利申请No.62/884,767的临时专利申请的优先权，其公开内容通过引用并入本文。


[0003]本公开涉及晶片，诸如用于太阳能应用的硅晶片。

技术介绍

[0004]硅晶片或板片可用于，例如，集成电路或太阳能电池行业。随着对可再生能源的需求增加，对太阳能电池的需求不断增加。太阳能电池行业的一项主要成本是用于制造太阳能电池的晶片或板片。降低晶片或板片的成本或提高其质量可能会降低太阳能电池的成本和/或提高其效率，并使这种可再生能源技术更加盛行。
[0005]以前，切割硅晶片是通过线锯从浮动区工艺、直拉(Cz)法、利用磁场控制氧的改进的直拉法或直接铸造法制成的大硅晶锭或大硅梨晶(boule)而制成的。通过这些晶片的任何切割厚度(厚度<2mm的晶片)的氧分布变化可以忽略不计。很多时候，晶片上的氧分布几乎是均匀的。
[0006]高效的晶体硅太阳能电池通常需要薄(50至300μm)硅基板，该硅基板具有大于100μs的高体少数载流子寿命(MCL)。现今用于太阳能电池的大多数硅基板是通过线锯由Cz法生产的大型单晶锭而制成的。这些晶片具有显著的氧浓度和氧沉淀缺陷，这些缺陷会降低最终的太阳能电池性能，诸如通过以下一种或多种机制。首先，氧沉淀物及其产生的缺陷会在内部吸收金属污染。这种内部吸收阻止在电池加工过程中从主体中去除金属污染，因此产生了具有低的体MCL和对应低效率的太阳能电池。其次，间隙氧与硼掺杂物反应形成硼
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氧络合物，这也降低了MCL。第三，磷掺杂晶片中的氧会产生降低MCL的陷阱。最后，氧沉淀物和对应的主体材料缺陷会产生应力集中，从而降低整体晶片强度，因此导致电池加工中的破损。
[0007]半导体装置制造商开发了减少硅晶片外层中的氧的技术，但这些工艺不能生产高效太阳能电池所需的期望的晶片。首先，制造商可以将硅片在高温(>1000℃)下在还原、惰性或氧化环境(例如，氩气或氩气和氢气气氛)中停留数小时(例如，12至20小时)，使得材料中的大量氧扩散到晶片表面，然后释放到环境中。在半导体行业中，在晶片表面附近产生的低氧分布(称为“剥蚀区”)约为10至80μm深，晶片厚度超过600μm(例如，剥蚀区小于晶片总厚度的20％)。对于仅建立在晶片表面的顶部10μm至100μm并与其相互作用的一些半导体装置来说，该相对较浅的剥蚀区可能是足够的。对于太阳能电池或在操作期间使用更多晶片厚度的其他应用来说，这样的浅剥蚀区可能是不够的。
[0008]不幸的是，使用这种退火技术远离剥蚀区的主体材料具有高浓度的氧沉淀物，该氧沉淀物在内部吸收金属污染。这会降低体MCL。暴露于如此高温停留的晶片还将具有源自环境的高水平金属污染，这将减少体MCL。在该长时间的高温停留中，经济型太阳能电池生
产所需的薄晶片(50至300μm)还会发生翘曲、弯曲或薯片变形(potato chip)；产生热应力缺陷；并且在太阳能电池加工中可能会出现机械破损问题。此外，CZ基板具有径向间隙氧梯度，从而产生对应较低的径向MCL分布。即使忽略这些缺陷和缺点，太阳能电池加工的经济性也使得为了创建该剥蚀区而进行12至20小时退火的资本强度是成本高昂的。因此，使用退火制造高效太阳能电池的具有低氧剥蚀区和高MCL的薄晶片会导致晶片质量差，并且不具有成本效益。
[0009]经退火的半导体晶片的非剥蚀区(>20％)可在晶片的中心厚度中生长大的体微缺陷(BMD)。这些BMD在内部将金属污染吸收到晶片的中心，从而确保在剥蚀区中的低金属污染水平，但在剩余的中心晶片厚度中提供低寿命。对于太阳能电池来说，通过大的BMD在材料主体中进行强烈的内部吸收是不期望的，因为太阳能电池需要整个晶片主体中的高寿命材料。尽管低氧剥蚀区可能对太阳能晶片有利，但用于创建该区域的退火工艺会导致晶片主体中出现不期望的BMD和污染，从而降低最终主体材料的寿命。
[0010]目前的炉退火技术还导致由污染引起的应力分布(即，破损)和/或低MCL分布。在退火期间，薄晶片会产生位错或滑移，这会降低由载舟支撑的区域或与支撑晶片联结的区域处的MCL。不使用独立退火炉的另一个原因是缺陷的产生。独立的高温退火炉在高温期间机械地接触晶片。这些接触点具有高金属污染并产生滑移或位错，从而局部地降低电学性能。虽然这对于不使用整个晶片的半导体晶片来说是可以接受的，但对于使用整个晶片制造装置的太阳能晶片来说是不可接受的。
[0011]此外，创建剥蚀区需要在晶片形成之后进行单独的退火步骤，这是昂贵的并且有对太阳能晶片增加污染的风险。在退火期间，使用该工艺的剥蚀区仅出现在晶片的一侧。
[0012]在晶片表面上创建低氧层的另一种技术是通过化学气相沉积技术外延生长薄的低氧硅膜。在半导体行业，可以在相对较厚(>600μm)的单晶CZ晶片上沉积几微米的硅膜，以创建低氧表面。然而，在薄硅片(50至300μm)上沉积相对较厚(>20μm)的外延生长膜不可能不产生显著的材料应力、降低MCL和分流太阳能电池的堆叠层错以及翘曲。此外，即使可行，在具有外延生长的薄硅晶片上创建厚的、低氧的硅层对于高效太阳能电池制造商来说是成本高昂的。
[0013]可以制造出穿过晶片厚度表现出均匀地低氧浓度(<1ppma)的单晶硅晶片。这些晶片表面附近的氧浓度与远离晶片表面的内部主体区域中的氧浓度大致相同。具体来说，线锯浮动区晶片可以具有穿过厚度的在低于1ppma的水平上的均匀氧浓度。对于主流商业太阳能电池制造而言，浮动区晶片是成本高昂的。
[0014]外延生长用于直接制造大型单晶硅晶片而无需切割。所得晶片也不具有随厚度任意变化的氧分布。薄硅晶片可以通过外延沉积完全生长，然后从其模板基板上剥离或切开。该外延晶片将具有穿过其厚度的均匀的氧浓度。
[0015]最后，由线锯铸造单晶砖制成的单晶晶片可以具有均匀的且低的穿过主体的氧浓度，并且这种铸造晶片由于其他主体材料缺陷而具有较低的效率。
[0016]一种已研究的用于降低太阳能电池材料成本的有前途的方法是水平带状生长(HRG)技术，其中结晶的板片沿着熔体的表面水平地拉动。在该方法中，熔体表面的一部分被充分冷却以在晶种的帮助下局部地开始结晶，然后可以沿着熔体表面拉伸以形成结晶的板片。局部冷却可以通过提供一种装置来实现，该装置快速地移除熔体表面的开始结晶的
区域上方的热。在适当的条件下，可以在该区域中建立结晶板片的稳定前缘。
[0017]为了在稳态条件下维持该琢面前缘的生长，其中生长速度与单晶板片或“带”的拉动速度相匹配，可以通过结晶器在结晶区域中施加强烈冷却。这可能导致形成初始厚度与施加的冷却强度相称的单晶板片。在硅带生长的情况下，初始厚度经常约为1至2mm。对于诸如由单晶板片或带形成太阳能电池的应用，目标厚度可以约为200μm或更小。这需要减小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种晶片，包括：单晶硅，所述晶片在第一表面和第二表面之间的厚度为50μm至300μm，其中所述第一表面和所述第二表面彼此相对，其中所述晶片包括从所述第一表面向所述第二表面延伸第一深度的第一区域，其中相对于晶片的主体区域，所述第一区域具有降低的氧浓度，并且其中所述晶片具有大于100μs的体少数载流子寿命。2.根据权利要求1所述的晶片，其中所述第一表面和所述第二表面是所述晶片上具有最大表面积的平坦表面。3.根据权利要求1所述的晶片，其中所述第一区域具有0.1至8.0ppma的氧浓度。4.根据权利要求1所述的晶片，其中所述晶片的所述主体区域具有8至25ppma的氧浓度。5.根据权利要求1所述的晶片，其中所述第一深度为至少5μm。6.根据权利要求1所述的晶片，其中所述第一深度为所述厚度的10％至90％。7.根据权利要求6所述的晶片，其中所述第一深度约为所述厚度的30％。8.根据权利要求1所述的晶片，其中相对于所述晶片的所述主体区域，所述第一区域具有降低的体微缺陷浓度。9.根据权利要求1所述的晶片，还包括从所述第二表面向所述第一表面延伸第二深度的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰西，
申请(专利权)人：尖端设备技术公司，
类型：发明
国别省市：