[发明专利]一种用于调整半导体晶锭在其制造期间的电阻率的方法

说明书

本发明涉及一种用于制造由半导体材料制成的晶锭的方法，该方法包括以下步骤：在特定的拉伸条件下从含氧的第一熔融炉料中结晶第一晶锭，称为参考晶锭；测量沿参考晶锭分布的各个区域中的填隙氧浓度；在参考晶锭的各个区域中测量在参考晶锭的结晶过程中形成的热施主的浓度；根据填隙氧浓度和热施主浓度的测量结果确定在结晶过程中由参考晶锭的各个区域经历的用于形成热施主的退火工艺的实际持续时间；计算待获得的热施主浓度值，使得第二晶锭在结晶后具有根据目标分布的轴向电阻率；根据热施主浓度值和用于形成热施主的退火工艺的实际持续时间确定对应于目标轴电阻率分布的填隙氧浓度的轴向分布；在所述特定的拉伸条件下从含氧的第二熔融炉料中结晶第二晶锭，在整个结晶过程中调节第二熔融炉料的氧浓度，以便在第二晶锭中获得填隙氧浓度的轴向分布。

技术领域

本发明涉及由半导体材料制造晶锭的方法。它特别涉及一种能够调节晶锭的轴向电阻率的制造方法。

背景技术

切克劳斯基(Czochralski)法是一种常用于形成单晶硅锭的技术。它包括在坩埚中熔化一定量的称为炉料或炉块(mass)的硅，并从单晶籽晶中结晶硅。首先将以待形成的晶体的晶轴取向的晶种浸入硅熔体中。然后旋转并缓慢向上拉动。因此，固体硅锭通过从熔体进料而逐渐生长。

硅通常被掺杂以调整其电阻率。诸如硼和磷之类的掺杂剂在结晶之前掺入熔融的炉料或熔化步骤之前的炉料中。

采用切克劳斯基(Czochralski)拉伸法，由于偏析现象，掺杂剂倾向于积聚在硅熔体中。在凝固开始的晶锭区域中的掺杂剂浓度低于凝固结束的区域中的掺杂剂浓度。换句话说，随着结晶进展，硅锭中的掺杂剂浓度增加。这产生了在晶锭整个高度上电阻率的变化。

变化电阻率的硅锭可能难以充分使用。例如，光伏电池的制造需要一定范围的电阻率。因此通常丢弃晶锭的一端，即电阻率最高或最低的一端。为了节省硅，因此设想在晶锭的大部分高度上形成具有均匀电阻率的硅锭。

文献US2007/0056504描述了一种形成具有均匀轴向电阻率的硅锭的技术，其保持硅熔体中的掺杂剂浓度恒定。电阻率的控制是通过定期向硅熔体中加入硅和掺杂剂来实现的。

这种技术是繁重的，因为在每个添加步骤中必须将晶锭从熔体中去除，并且必须等待掺杂剂和硅完全熔化。掺杂剂以高掺杂硅粉或板的形式引入。在这些条件下，添加掺杂剂还会导致硅被其他杂质，特别是金属杂质的污染，这对于光伏应用是有害的。最后，如果在晶锭被拉出后没有获得均匀的电阻率，则将其丢弃或回收。

专利FR2997096描述了一种方法，该方法通过由退火产生热施主来允许硅锭的电阻率在其结晶之后被校正。当加热到350℃和550℃之间时，热施主是由包含在硅中的填隙氧产生的团聚体(即氧原子占据晶格中的间隙位置)。每个热施主产生两个自由电子，这导致硅的电阻率变化。电荷载体的寿命不受热施主的形成的影响，因为它们不会重新组合。

该方法特别包括测量沿晶锭的填隙氧浓度的步骤，计算在晶锭的每个部分中必须产生的热施主浓度以达到目标电阻率值的步骤，计算退火温度的步骤，该退火温度必须施加在晶锭的每个部分以产生这些热施主，并且在包括不同温度区域的炉中应用退火。

由于硅是一种优良的热导体，因此硅锭内的温度梯度可能与炉内建立的温度梯度大不相同。然后在晶锭的各个部分中产生的热施主浓度不会与之前计算的浓度相匹配。为此，优选通过切割晶锭来分离这些部分，并将它们分布在炉子的各个温度区域中。因此在每个部分获得所需的热施主浓度。

这种方法可以使晶锭的轴向电阻率变得均匀。然而，由于切割步骤和退火步骤是每个晶锭必须完成的，所以要花费很长时间并且花费很多。

发明内容

本发明旨在提供一种预定轴向电阻率的制造半导体晶锭的快速且经济的方法。术语晶锭的“轴向”电阻率被理解为表示沿晶锭的纵向轴线的电阻率。由于晶锭的形状通常为圆柱形，所以晶锭的纵向轴线可以与该圆柱体的旋转轴线重合。