生产具有低氧浓度区域的带或晶片制造技术

使用面对熔体暴露面的冷初始化器形成带，使得带漂浮在熔体上。该带是单晶硅。以小角度将带从硅熔体中拉动离开熔体表面。带以与拉动相同的速度形成。在形成稳定弯液面的坩埚壁处将带与熔体分离。带具有在第一表面和相对的第二表面之间的50μm至5mm的厚度。带包括从第一表面延伸第一深度的第一区域。相对于带的主体，第一区域具有降低的氧浓度。第一区域具有降低的氧浓度。第一区域具有降低的氧浓度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产具有低氧浓度区域的带或晶片
[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.62/884,851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]本公开涉及带或晶片的生产，诸如用于太阳能应用的硅带或晶片。

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。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梨晶(boule)来制造的。通过这些原生晶片的一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。
[0005]实现用于存储器、处理器、太阳能电池或其他应用的高性能半导体装置通常需要硅基板表现出高的少数载流子寿命(MCL)。当今用于半导体晶片和太阳能电池的大多数硅基板是通过线锯由Cz法生产的大单晶锭制成的。这些晶片具有显著的氧浓度和氧产生的缺陷，这些缺陷会降低材料MCL，诸如通过以下机制中的一种或多种。首先，高浓度的氧沉淀物会产生在内部吸收金属污染的体微缺陷(BMD)。对于半导体集成电路，由于诸如栅氧化物失效、高漏电流和短路等影响，靠近表面的装置层中的高BMD密度会导致装置良率和可靠性劣化。在太阳能电池中，氧沉淀物在内部吸收金属污染，从而在电池加工期间无法将其从主体中去除。这可以防止太阳能电池效率所需的高的体MCL。在p型太阳能电池中，高浓度的间隙氧与硼掺杂物反应形成硼
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氧络合物，该络合物也会降低MCL。在n型太阳能电池中，氧可以产生降低MCL的陷阱。最后，氧沉淀物及其对应的BMD会产生应力集中，从而降低整体晶片强度，因此导致下游加工中的破损。
[0006]开发了减少硅晶片表面附近材料区域中的氧驱动退化的技术。首先，制造商可以将抛光的Cz晶片在高温(>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)。这些气氛可以被配置为使间隙氧从晶片表面释放到环境中。在晶片表面附近产生的低氧分布(称为“剥蚀区”)通常为10至80μm深，晶片厚度超过600μm。然后，在高温停留之后通常是低温停留，该低温停留旨在控制剩余晶片主体中氧缺陷的发展和行为。在形成剥蚀区的另一个变体中，制造商对抛光的Cz硅晶片进行快速热处理(RTP)，以使空位外扩散，耗尽靠近表面的空位。这将导致在集成电路(IC)热循环期间在表面处出现无氧沉淀物的剥蚀区。对于半导体装置，可能期望在远离剥蚀区的主体晶片中成核和生长沉淀物。这些缺陷可以远离剥蚀区在内部吸收金属污染并最大化剥蚀区的MCL，以实现最佳装置性能。这种远离剥蚀区的内部吸收可能很重要，因为这样的高温停留将具有源自环境的高水平金属污染，如果没有内部吸收，这将降低剥蚀区的MCL。
[0007]经退火的半导体晶片的非剥蚀区(>20％)可以在晶片的中心厚度中生长大的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。
[0008]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。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局部地降低电学性能的“滑移”或位错。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。
[0009]此外，产生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。
[0010]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。对于用于制造处理器的基板，可以在相对较厚(>600μm)的单晶Cz晶片上沉积几微米(例如，0.5至10μm)的硅膜，以产生低氧表面。外延生长可以产生通过热退火实现的相对较厚(>10μm或>20μm)的低氧区域，但生长这些较厚的外延膜具有高的制造成本，并且会导致材料应力、滑移、堆叠层错、金属污染和翘曲。
[0011]出于以下原因，通过RTP、退火或在表面上外延生长薄膜在晶片表面附近产生低氧区域是不期望的。首先，创建这些晶片需要几个工艺步骤(例如，晶锭生长、线锯、晶片抛光、化学蚀刻和热处理或薄膜生长)，这些步骤使用许多昂贵的工具、大的半导体设施占地面积、大量的材料消耗以及在不同步骤之间移动晶片的劳动力。其次，由离散的Cz晶锭生产的晶片具有沿晶锭和横跨晶锭的一系列特性。由这些离散的Cz晶锭生产的原生晶片在单个晶片上和不同晶片之间表现出氧、掺杂剂和缺陷的径向分布。这种原生变化会影响最终加工晶片的性能。例如，具有径向缺陷分布的晶片会降低来自该晶片的装置的最终良率。此外，在热加工期间无法校正这种径向分布。最后，为了适应大跨度的原生特性，必须在不同条件下对Cz晶片进行装箱和加工，以达到最终所期望的材料特性。这种对特定晶片的装箱、配方修改和跟踪都是昂贵的，并且导致生产线性能欠佳。
[0012]此外，出于以下原因，通过退火、RTP或外延生长薄膜在成本效益高的太阳能电池所需的薄晶片中产生低氧区域是不希望的或不可行的。首先，对于商业上可行的太阳能电池生产来说，广泛的退火工艺、RTP和外延薄膜沉积过于昂贵。其次，远离低氧剥蚀区，长时间的高温退火步骤会使晶片暴露于金属污染中，金属污染会在内部吸收，从而减少体MCL。太阳能电池的性能可能需要高的体MCL(不仅仅是高表面MCL)，因此经过退火处理的剥蚀晶片或具有薄外延膜的晶片不会产生高电池效率所需的高的体MCL。第三，在薄太阳能晶片(50至300μm)上进行退火、RTP或沉积厚外延膜可能是不可能的。具体地，薄晶片具有较低的机械刚度，因此更容易发生翘曲、产生热应力缺陷，并且在太阳能电池加工中可能存在机械破损问题。此外，在长时间的退火期间，薄晶片还会产生位错或滑移，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。RTP工艺涉及激进的冷却速度(50至100℃/min)，这将再次导致薄晶片中的有害热应力引起的缺陷。
[0013]非常期望一种由多晶硅原料直接生产单晶晶片的单步、连续工艺，该晶片在晶片表面附近具有期望的低氧“剥蚀区”和对应的期望的体缺陷分布。生产网状晶片的连续、直
接晶片工艺消除了许多昂贵的下游工艺步骤(如线锯)，并且可以生产出具有比离散Cz晶锭生产更均匀特性的晶片。不幸的是，历史上的直接硅晶片工艺无法制造出具有所期望本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，包括：在坩埚中提供熔体，其中所述熔体包括硅；使用面对所述熔体的暴露面的冷初始化器形成漂浮在所述熔体上的带，其中所述带是单晶硅；以小角度将所述带从所述熔体中拉动离开所述熔体表面，其中所述带以与所述拉动相同的速度形成；以及在形成稳定弯液面的所述坩埚的壁处将所述带与所述熔体分离，其中在所述分离之后所述带具有在第一表面和第二表面之间的50μm至5mm的厚度，其中在所述分离之前所述第二表面面对所述熔体，其中所述第一表面和所述第二表面彼此相对，其中所述带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，并且其中相对于所述带的主体，所述第一区域具有降低的氧浓度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述拉动的速度为大于0.1mm/s至7mm/s。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述坩埚在所述形成方向上的长度为大于5cm至200cm。4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述形成期间在所述带周围的环境温度为1200℃至1420℃。5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述形成期间在所述带周围的气氛具有0.01atm至5atm的压力。6.根据权利要求1所述的方法，其中在所述形成期间在所述坩埚周围的气氛包括H2、Ar、He、另一种惰性气体或其组合中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述形成期间在所述坩埚周围的气氛包括氧气和水蒸气。8.根据权利要求1所述的方法，其中在所述形成期间在所述坩埚周围的气氛包括三氯氧磷或氯化物气体。9.根据权利要求1所述的方法，其中在所述分离之后所述拉动将所述带输送通过多个气体区段，其中所述气体区段中的每一个将所述带暴露于不同的气体。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述拉动将所述带输送通过第一区段和第二区段，其中所述第一区段和所述第二区段在不同的温度下操作，并且其中除去氧气发生在所述第一区段中。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一区段在1200℃至1400℃下操作，而所述第二区段在低于1200℃下操作。12.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述拉动期间当所述带处于所述熔体中时，从所述带的所述第一表面除去氧气。13.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述分离之后在所述拉动期间从所述带的所述第一表面和所述第二表面两者中除去氧气。14.根据权利要求1所述的方法，其中在所述形成期间在所述坩埚周围的气氛还包括掺杂剂。15.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成和拉动连续地发生以生产长度为0.2m至100m的带。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述带具有大于100μs的体少数载流子寿命...

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