[发明专利]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

说明书

技术领域

总的来说，本发明涉及结晶片半导体的制造，更具体来说，本发明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。

背景技术

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^TM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1。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p-n>0时，晶片为p-型，其中p是空穴浓度，n是电子浓度。当p-n<0时，硅晶片为n-型。对于低浓度[B]和[P]——其中[X]是晶片中元素“X”的浓度——来说，通常假设所有载流子被完全电离，并且p-n=[B]-[P]。因此，当[B]-[P]>0时，硅晶片为p-型，而当[B]-[P]<0，硅晶片为n-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[P]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，[B]-[P]将小于在最远离进料导入点的道中生长的结晶片的[B]-[P]。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。

本发明优选实施方式的概述

在本发明的实施方式中，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n-型掺杂剂共掺杂的硅。所述n-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。在本发明的一种特定实施方式中，所述p-型掺杂剂是硼，所述n-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。在本发明的另一种特定实施方式中，p-型掺杂剂是硼，n-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。