專利名稱：在晶體化過程中添增摻質(zhì)半導(dǎo)體進(jìn)料的半導(dǎo)體固化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅質(zhì)的半導(dǎo)體固化方法，更具體地說，是一種在晶體化過程中添增摻質(zhì)半導(dǎo)體進(jìn)料的半導(dǎo)體固化方法，其可以在半導(dǎo)體固化過程中能夠?qū)Π雽?dǎo)體的摻質(zhì)處理進(jìn)行控制。本發(fā)明尤其適用于液體冶金硅質(zhì)的晶體化，其是按以制造光伏電池基材的鑄錠或條帶的形式。
背景技術(shù)：
在一含有一或更多摻質(zhì)的半導(dǎo)體的有向性固化過程中，摻質(zhì)濃度會(huì)沿著晶體化的方向而改變，其原因?yàn)樗鶚?gòu)成的固體的組成是不同于該液體的(在大多數(shù)一般情況下該液體中通常會(huì)出現(xiàn)摻質(zhì)累積)。更詳細(xì)地說，在該液體為完全混合的情況下，在此鑄錠里沿晶體化的方向上的摻質(zhì)分布是由C等式所統(tǒng)馭，這對(duì)于各種類型的摻質(zhì)而言是利用其分離系數(shù)k = Ss/Sy其中Ss為摻質(zhì)物種在該固體硅質(zhì)中的溶解度，而&為摻質(zhì)物種在該液體硅質(zhì)中(熔化)的溶解度。硼質(zhì)及磷質(zhì)兩者在固體硅質(zhì)中具有比起液體硅質(zhì)為較低的溶解度，這可按如一小于I的分離系數(shù)所表示。對(duì)于一給定摻質(zhì)物種，該Scheil-Gulliver等式可依下列形式所表示:Cs = k.CL0.(l_fs)H，其中:Cs:該摻質(zhì)物種在固體晶體化半導(dǎo)體中的濃度，

Clo:該摻質(zhì)物種在液體半導(dǎo)體中的初始濃度，k:該摻質(zhì)物種的分離系數(shù)，fs:晶體化半導(dǎo)體相對(duì)于半導(dǎo)體總量值(液體+固體)的分?jǐn)?shù)。此濃度變異性會(huì)導(dǎo)致像是導(dǎo)電性的電氣性質(zhì)的變化。此外，這會(huì)造成該鑄錠的上方部份被拒除，因?yàn)闈舛仍诖颂帟?huì)急遽地增高，從而降低該方法的材料產(chǎn)獲率。目前的標(biāo)準(zhǔn)光伏電池通常是由自經(jīng)純化的冶金硅質(zhì)鑄錠所生產(chǎn)的材料所制得。此類型的硅質(zhì)含有不純物，并且尤其是摻質(zhì)物種或摻質(zhì)，而這些會(huì)讓該硅質(zhì)具有某些導(dǎo)電性。一半導(dǎo)體在當(dāng)其含有電子接受摻質(zhì)以及電子給予摻質(zhì)兩者時(shí)即稱之為「經(jīng)補(bǔ)償」者。在此一半導(dǎo)體內(nèi)的自由載體濃度是對(duì)應(yīng)于由摻質(zhì)所提供的電子數(shù)量與空穴數(shù)量間的差值，而這些摻質(zhì)在當(dāng)該半導(dǎo)體為硅質(zhì)時(shí)通常為硼質(zhì)(P型，亦即電子接受者)和磷質(zhì)(η型，亦即電子給予者)。磷質(zhì)的分離系數(shù)，kp，是等于0.35，并且硼質(zhì)的分離系數(shù)，kb，是等于0.8。在一未經(jīng)補(bǔ)償?shù)腜型硅質(zhì)鑄錠的晶體化過程中，該鑄錠僅含有硼質(zhì)作為一摻質(zhì)物種。該鑄錠內(nèi)的硼質(zhì)原子的分布于該鑄錠的大部份高度上會(huì)相當(dāng)?shù)鼐R，原因是給定硼質(zhì)的分離系數(shù)為0.8，故而在該硅質(zhì)中此元素僅具略微的分結(jié)情況。然而在制造其中含有磷質(zhì)的硅質(zhì)鑄錠，亦即經(jīng)補(bǔ)償或未經(jīng)補(bǔ)償?shù)摩切凸栀|(zhì)或者是經(jīng)補(bǔ)償?shù)腜型硅質(zhì)的過程中，給定磷質(zhì)的分結(jié)較硼質(zhì)為顯著(kp = 0.35)，故而所獲得的鑄錠的電阻率在該硅質(zhì)鑄錠的高度上會(huì)為非均齊。此外，在一 P型經(jīng)補(bǔ)償硅質(zhì)的鑄錠的起始處時(shí)(亦即最先晶體化的部份)，硼質(zhì)濃度會(huì)大于磷質(zhì)濃度。給定磷質(zhì)會(huì)分結(jié)于一比硼質(zhì)為較大的范圍上，因此在某一固化高度之后，該硅質(zhì)內(nèi)的磷質(zhì)會(huì)比硼質(zhì)多，從而導(dǎo)致該鑄錠中在導(dǎo)電性類型上發(fā)生變化。部份的鑄錠將因此無(wú)法使用。同時(shí)，若在該鑄錠起始處硼質(zhì)與磷質(zhì)濃度之間的差值微小，亦即當(dāng)希望獲得高電阻率硅質(zhì)以供制造例如光伏電池(大于約0.1Ohm.Cm的電阻率)時(shí)，則此效應(yīng)將為顯著(在導(dǎo)電性類型上的變化更靠近于該鑄錠的起始處)。而若對(duì)一給定電阻率而言該硅質(zhì)含有許多磷質(zhì)，則此效應(yīng)甚將更劇烈。在η型鑄錠中雖并未觀察到此在導(dǎo)電性類型上的變化，原因是磷質(zhì)的濃度總是維持高于硼質(zhì)，然而這些濃度之間的差值在該鑄錠的頂部處比起該鑄錠的起始處將會(huì)更大，因此導(dǎo)致非均齊的電阻率，此電阻率會(huì)沿著該鑄錠的高度而降低。因此，在所有情況下，大部份的鑄錠為不適使用，無(wú)論是電阻率的非均齊性或因?yàn)閷?dǎo)電性類型上的變化。在文件WO 2007/001184Α1專利申請(qǐng)里即描述一種用于制造半導(dǎo)體鑄錠的方法，其中為降低電阻率的非均齊性并為推返在鑄錠中導(dǎo)電性變化的位置，會(huì)在硅質(zhì)的晶體成長(zhǎng)過程中添入η或P型摻質(zhì)。相比于無(wú)添增而遵循Scheil-Gulliver等式的成長(zhǎng)作業(yè),此些摻質(zhì)添入雖意味著在成長(zhǎng)過程中可較佳地控制半導(dǎo)體浸浴里摻質(zhì)物種之間的平衡，然而摻質(zhì)物種的總數(shù)變得遠(yuǎn)多于無(wú)添增者，這會(huì)影響到自所獲晶體化硅質(zhì)而制成的裝置的電氣性質(zhì)，特別是在遷移性方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提出一種根據(jù)所希望的導(dǎo)電性類型用于一半導(dǎo)體的固化作業(yè)的方法，例如按鑄錠形式的晶 體化的方法，并且在整個(gè)經(jīng)固化的半導(dǎo)體上擁有均齊的電阻率，同時(shí)避免在該半導(dǎo)體的 整個(gè)或絕大部分上的導(dǎo)電性類型變化，這樣可不致負(fù)面地影響到以該所獲半導(dǎo)體制成的裝置的電氣性質(zhì)。本發(fā)明的另一目的亦為提出一種用于摻質(zhì)半導(dǎo)體的有向性晶體化的經(jīng)改良方法，其中在該鑄錠的整體或一部份上自由載體密度沿該晶體化方向上的變異性會(huì)小于按傳統(tǒng)方法者，而無(wú)須在晶體化的過程中進(jìn)行添增，同時(shí)可確?？傋杂奢d體密度的變異性低于當(dāng)該自由載體密度的變異性是由添增純摻質(zhì)所校正。本發(fā)明提出一種在晶體化過程中添增摻質(zhì)半導(dǎo)體進(jìn)料的半導(dǎo)體固化方法，包含至少下列步驟:-將含有至少一種摻質(zhì)的第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的一熔化半導(dǎo)體進(jìn)行浸浴，-將所述熔化半導(dǎo)體進(jìn)行固化，并且另外包含，在所述熔化半導(dǎo)體的固化過程中，在該固化方法的至少一部份過程里，包括將一份或更多份含有摻質(zhì)的補(bǔ)充性半導(dǎo)體材料添增在所述熔化半導(dǎo)體中進(jìn)行浸浴，而相對(duì)于由所述摻質(zhì)的分離系數(shù)的數(shù)值所自然達(dá)到的變化性，降低在所述浸浴中所述
熔化半導(dǎo)體的
權(quán)利要求
1.晶體化過程中添增摻質(zhì)半導(dǎo)體進(jìn)料的半導(dǎo)體固化方法，其特征在于:包含至少下列步驟: -將含有至少一種摻質(zhì)的第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的一熔化半導(dǎo)體進(jìn)行浸浴， -將所述熔化半導(dǎo)體進(jìn)行固化， 并且另外包含，在所述熔化半導(dǎo)體的固化過程中，在該固化方法的至少一部份過程里，包括將一份或更多份含有摻質(zhì)的補(bǔ)充性半導(dǎo)體材料添增在所述熔化半導(dǎo)體中進(jìn)行浸浴，而相對(duì)于由所述摻質(zhì)的分離系數(shù)的數(shù)值所自然達(dá)到的變化性，降低在所述浸浴中所述熔化半導(dǎo)體的f 丨項(xiàng)的數(shù)值的變化性，從而使得:
2.按權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體固化方法，其特征在于:所述電子接受摻質(zhì)i為硼質(zhì)的原子，并且所述電子給予摻質(zhì)j為磷質(zhì)的原子。
3.按權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體固化方法，其特征在于:所述補(bǔ)充性半導(dǎo)體材料添增，而同時(shí)確保維持下列關(guān)系:
4.按權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體固化方法，其特征在于:所述補(bǔ)充性半導(dǎo)體材料按一低于晶體化速度的添增速度所添增，如此可驗(yàn)證:
5.以上權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體固化方法，其特征在于:所述補(bǔ)充性半導(dǎo)體材料按固體形式添增至所述熔化半導(dǎo)體中進(jìn)行浸浴，并且融化所述補(bǔ)充性半導(dǎo)體材料且混合于所述熔化半導(dǎo)體中。
6.以上權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體固化方法，其特征在于:所述補(bǔ)充性半導(dǎo)體材料是在所述固化方法的至少一部份的過程中按液體形式所添增至所述熔化半導(dǎo)體中進(jìn)行浸浴。
7.按權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體固化方法，其特征在于:所述固化過程中添增多個(gè)補(bǔ)充性半導(dǎo)體材料時(shí)，每次當(dāng)固化半導(dǎo)體的質(zhì)量相對(duì)于在該固化方法結(jié)束時(shí)所獲得的固化半導(dǎo)體的總質(zhì)量增加最多1 %時(shí)，添增一補(bǔ)充性半導(dǎo)體材料。
8.按權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體 固化方法，其特征在于:該固化方法的步驟是在一晶體生長(zhǎng)布里奇曼下降爐中進(jìn)行，其中所述浸浴是位于該晶體生長(zhǎng)布里奇曼下降爐的一熔鍋內(nèi)
9.按權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體固化方法，其特征在于:所述晶體生長(zhǎng)布里奇曼下降爐含有一密閉裹封，該密閉裹封是在一氬氣大氣下，而所述熔鍋放置在其中。
10.按權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體固化方法，其特征在于:所述按固體形式將所述補(bǔ)充性半導(dǎo)體材料添增至所述熔化半導(dǎo)體中進(jìn)行浸浴時(shí)，所述添增是利用一散布裝置所進(jìn)行，并且該散布裝置亦進(jìn)行所述補(bǔ)充性半導(dǎo)體材料的預(yù)熱處理。
11.按權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體固化方法，其特征在于:由所述散布裝置的控制來決定進(jìn)行所述補(bǔ)充性半導(dǎo)體材料添增的時(shí)刻。
12.按權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體固化方法，其特征在于:在所述第一半導(dǎo)體材料內(nèi)至少一類型的摻質(zhì)的濃度是異于在所述補(bǔ)充性半導(dǎo)體材料內(nèi)與該類型相同的摻質(zhì)的濃度。
13.按權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體固化方法，其特征在于:所述熔化半導(dǎo)體是按一鑄錠或條帶的形式所固化。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于半導(dǎo)體固化的方法，包含下列步驟將含有摻質(zhì)的第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的熔化半導(dǎo)體進(jìn)行浸?。粚⑷刍雽?dǎo)體進(jìn)行固化，并且另外包含，在固化過程中包括一或更多步驟，將亦含有摻質(zhì)的補(bǔ)充性半導(dǎo)體材料添增至熔化半導(dǎo)體進(jìn)行浸浴。本發(fā)明使在整個(gè)經(jīng)固化的半導(dǎo)體上擁有均齊的電阻率，同時(shí)避免在該半導(dǎo)體的整個(gè)或絕大部分上的導(dǎo)電性類型變化，這樣可不致負(fù)面地影響到用所獲得的半導(dǎo)體制成的裝置的電氣性質(zhì)。
文檔編號(hào)C30B29/06GK103088407SQ20101030002
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2010年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月5日
發(fā)明者斯萬(wàn)特˙佛羅倫薩, 卡梅爾˙丹尼斯 申請(qǐng)人:法國(guó)原子能委員會(huì)