降低在多道炉中生长的半导体结晶片的电阻率范围的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于降低在多道生长炉中生产的半导体结晶片的电阻率范围的方法。提供了一种用于生长结晶片的炉，其包括具有材料导入区和包括多个晶体片生长道的晶体生长区的坩埚。所述坩埚被配置成产生从所述材料导入区朝向离材料导入区最远的晶体片生长道的总体单向的材料流动。将以高于痕量的量掺杂有p-型掺杂剂和n-型掺杂剂两者的硅导入到所述材料导入区中。掺杂的硅在坩埚中形成被称为熔体的熔融物质。在所述晶体生长区的每个生长道处从所述熔体形成结晶片。对所述硅进料进行共掺杂能够降低在各条道中形成的结晶片之间的电阻率变动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术公开了一种用于降低在多道生长炉中生产的半导体结晶片的电阻率范围的方法。提供了一种用于生长结晶片的炉，其包括具有材料导入区和包括多个晶体片生长道的晶体生长区的坩埚。所述坩埚被配置成产生从所述材料导入区朝向离材料导入区最远的晶体片生长道的总体单向的材料流动。将以高于痕量的量掺杂有p-型掺杂剂和n-型掺杂剂两者的硅导入到所述材料导入区中。掺杂的硅在坩埚中形成被称为熔体的熔融物质。在所述晶体生长区的每个生长道处从所述熔体形成结晶片。对所述硅进料进行共掺杂能够降低在各条道中形成的结晶片之间的电阻率变动。【专利说明】
总的来说，本专利技术涉及结晶片半导体的制造，更具体来说，本专利技术涉及降低在多道结晶片生长炉的不同道中制造的结晶片的性质变动。
技术介绍
结晶片半导体晶体可以形成各种电子装置的基础。例如，马萨诸塞州Marlborough的Evergreen Solar, Inc.从结晶片半导体晶体形成太阳能电池,Evergreen Solar将所述晶体命名为STRING RIBBON?晶体。硅片的连续生长消除了对批量生产的硅进行切割以形成晶片的需要。例如，在一种实施方式中，将两条高温材料的细丝通过坩埚的底部向上导入，所述坩埚包括一浅层被称为“熔体”的熔融硅。放下晶种至熔体中，使其与两条细丝相连，然后将其从熔体向上竖直拉出。在晶种底端与熔体之间的界面处形成弯液面，并且熔融硅在紧靠熔体上方凝固成固体片。细丝起到使生长中的片的边缘稳定的作用。在此以其全文引为参考的美国专利号7，507，291，描述了一种在单个坩埚中同时生长多个用细丝稳定的结晶片的方法。每个片生长在多道炉的“道”中。因此，与在单道炉中制造结晶片相比，制造晶片的成本降低了。在多道炉中，所述道被安排成使得硅进料邻近第一道被导入、其流过第一道、然后以逐步方式流过后续的道，每个结晶片将掺有不同浓度的掺杂元素。这种变化性是由于每种掺杂剂在固相(结晶片)和液相(熔体)中的溶解性差异造成的。每种掺杂剂以与熔体中的存在量不同的量掺入到结晶片中，正如具体掺杂剂的偏析系数所度量的。大多数元素在Si中的偏析系数小于I。偏析系数是固化片中的掺杂剂浓度与液相中的掺杂剂浓度之比。由于掺杂元素的偏析系数小于1，每种掺杂剂在结晶片中的量小于在形成它的液体中的量。由于每种掺杂剂的偏析系数小于1，当将结晶片从熔体中提取出来时，熔体中每种掺杂剂的浓度最初将升高。随着时间将达到稳态条件，这时熔体中掺杂剂的浓度恒定，并且被移除到带状物中的掺杂剂的量等于进料中供应的掺杂剂的量。此外，当熔体从材料导入点通过每个生长道以总体单向方式流动时，固相和液相之间的这种溶解性差异引起熔体中的掺杂剂浓度从进料导入点起随着道的位置而增加。具体掺杂剂的偏析系数差异引起在炉的不同道中生产的结晶片之间电阻率的进一步变动。结晶片的电阻率取决于晶体中掺杂元素的净载流子浓度。例如，硼和磷是在硅晶片加工中使用的典型掺杂元素。当净载流子浓度ρ-η>0时，晶片为ρ-型，其中ρ是空穴浓度，η是电子浓度。当Ρ_η〈0时,娃晶片为η-型。对于低浓度和 其中是晶片中兀素“X”的浓度——来说，通常假设所有载流子被完全电离，并且Ρ_η=-。因此，当->0时，硅晶片为P-型，而当-〈0，硅晶片为η-型。由于偏析系数的差异，从熔体萃取到结晶片中的硼的量比磷更大。这意味着当非常小时，对于在最接近硅进料导入点的道中生长的结晶片来说，-将小于在最远离进料导入点的道中生长的结晶片的-。得到的熔体中掺杂剂浓度的分布情况，将使在不同道中生产的片具有一定范围的电阻率，这在所述片被加工成光伏太阳能电池时，能够影响每个片将光转化成电的效率。本专利技术优选实施方式的概述在本专利技术的实施方式中，在多道炉中生长结晶半导体片。所述炉包括配置有材料导入区和包括多个晶体片生长道的晶体生长区的坩埚。所述坩埚被配置成产生从所述导入区朝向离材料导入区最远的晶体片生长道的总体单向的材料流动。在所述材料导入区处接收用P-型掺杂剂和Π-型掺杂剂共掺杂的娃。所述η-型掺杂剂与所述P-型掺杂剂的以重量计的浓度比超过0.1。掺杂的硅在坩埚中形成熔体，并且在至少一个结晶片生长道中从所述熔体生长P-型结晶片。将硅与适合水平的掺杂剂共掺杂能够减少在所述炉的各个道中生长的结晶片之间的电导率变动。在本专利技术的一种特定实施方式中，所述P-型掺杂剂是硼，所述η-型掺杂剂是磷，并且磷与硼以重量计的浓度比在0.4至1.0的范围内。在本专利技术的另一种特定实施方式中，P-型掺杂剂是硼，η-型掺杂剂是砷，并且砷与硼以重量计的浓度比在0.9至2.5的范围内。在本专利技术的另一种实施方式中，在多道炉中生长结晶半导体片。所述炉包括配置有材料导入区和包括多个晶体片生长道的晶体生长区的坩埚。所述坩埚被配置成产生从所述导入区朝向离材料导入区最远的晶体片生长道的总体单向的材料流动。在所述材料导入区处接收用P-型掺杂剂和η-型掺杂剂共掺杂的硅。所述P-型掺杂剂与所述η-型掺杂剂的以重量计的浓度比超过0.1。掺杂的硅在坩埚中形成熔体，并且在至少一个结晶片生长道中从所述熔体生长η-型结晶片。将硅与适合水平的掺杂剂共掺杂能够减少在所述炉的各个道中生长的结晶片之间的电导率变动。在本专利技术的一种特定实施方式中，所述P-型掺杂剂是镓，所述η-型掺杂剂是磷，并且镓与磷以重量计的浓度比在4.0至30.0的范围内。在本专利技术的另一种特定实施方式中，P-型掺杂剂是镓，η-型掺杂剂是砷，并且镓与砷以重量计的浓度比在1.0至13.0的范围内。在本专利技术的另一种优选实施方式中，在多道炉中生长结晶半导体片。所述炉包括配置有材料导入区和包括多个晶体片生长道的晶体生长区的坩埚。所述坩埚被配置成产生从所述导入区朝向离材料导入区最远的晶体片生长道的总体单向的材料流动。在所述材料导入区处接收用P-型掺杂剂和η-型掺杂剂共掺杂的娃。所述P-型掺杂剂和η-型掺杂剂以超过痕量的量存在于进料中。掺杂的硅在坩埚中形成熔体，并且在至少一个结晶片生长道中从所述熔体生长结晶片。将硅与适合水平的掺杂剂共掺杂能够减少在所述炉的各个道中生长的结晶片之间的电导率变动。在本专利技术的另一种实施方式中，任何上述实施方式还可以在坩埚中包括材料移除区，不少于0.5%的在材料导入区处导入的材料在材料移除区中被移除。这样的材料移除主要减少所述结晶片中的金属杂质。附图简述通过参考下面的详细描述并同时参考附图，本专利技术的上述特点将更容易理解，在所述附图中:图1示意显示了能够实施本专利技术的示例性实施方式的结晶片生长炉；图2示意显示了图1中示出的生长炉的局部剖视图；图3Α示意显示了被配置成与本专利技术的示例性实施方式一起使用的坩埚；图3Β示意显示了含有液体硅并生长多个结晶片的坩埚；以及图4示出了根据本专利技术的示例性实施方式形成结晶片的过程。【具体实施方式】的详细描述本申请与题为“形成晶体的系统和方法”(System and Method of Forming aCrystal)的美国专利申请系列号11/741，372相关，在此以其全文引为参考。在本专利技术的优选实施方式中，提供了一种减少在多道生长炉中生产的半导体结晶片的电阻率变动的方法。提供了一种用于生长结晶片的炉，其包括具有材料导入区和包括多个晶体片生长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：布莱恩·D·科尔南，加里·J·塔尔诺斯基，黄卫东，斯科特·瑞茨玛，克里斯汀·理查森，
申请(专利权)人：美国盛时公司，
类型：
国别省市：