CN101918314A - 控制由补偿硅原料制成的硅锭中电阻率的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于控制从补偿硅原料形成硅锭过程中的电阻率的方法，本方法配制一用于熔融形成硅熔液的提纯的冶金补偿硅。提纯的冶金补偿硅原料提供一P型占大多数的半导体，本方法估算提纯的冶金补偿硅原料中硼和磷的浓度并加入预定数量的铝或/和镓；本方法进一步将硅原料与预定数量的铝或/和镓熔化来形成一熔融的硅熔液，进行定向凝固；并且，通过加入铝或/和镓来维持该硅锭的电阻率在其整个锭体中具有一致性。在各硅锭中硅原料引起低电阻率的情况下(通常是在0.4Ωcm以下)，磷的差额可以随意加入至铝或/和镓中。在低电阻率(通常接近0.2Ωcm或稍低)时，加入磷是必须的。

Description

控制由补偿硅原料制成的硅锭中电阻率的方法和系统
技术领域
本发明公开的内容涉及半导体材料(例如硅)生产过程中所采用的方法及系统。特别涉及P型硅锭(silicon ingot)形成过程中控制电阻率(resistivity)的方法和系统，该方法和系统可以使用低等级硅原料(silicon feedstock)来制作在太阳能电池或类似产品中十分有用的硅。
背景技术
光电产业正在蓬勃快速发展且成为硅消耗增长的原因，硅消耗超过传统的集成电路(IC)的应用。如今，太阳能电池产业对硅的需求开始与传统IC产业形成竞争。随着现代的制造技术发展，IC产业和太阳能电池产业需要经过精炼、经过提纯的硅原料来作为原始加工材料(starting material)。
用于太阳能电池的替代材料从单晶电子级(electronic grade)硅到含杂质相对较多的冶金级(metallurgical grade)硅。电子级硅加工出来的硅具有接近理论值的效率，但是价格昂贵。另一方面，冶金级硅通常加工不出能正常工作的太阳能电池。早期的太阳能电池使用多晶硅(polycrystalline)，其只有非常低的大约6％的效率。在本专利上下文中，效率是指入射到电池上的能量与电池所收集到的并转化成电流的那部分能量的比值。然而，也许存在着能用于生产太阳能电池的其他的半导体材料。实际上，几乎90％的商业太阳能电池由晶体硅(crystalline silicon)制成。
由于高昂的成本及获得和使用高纯度硅原料的错综复杂的加工要求及与IC产业的竞争，对适合用作太阳能电池的硅的要求不可能由电子级硅、冶金级硅或者其他级别硅的生产者采用已知的加工技术来满足。只要这种状况还存在，那么节能的太阳能电池就不能达到大规模生产。
电阻率是衡量用于生产太阳能电池的硅(Si)的最重要的参数之一。这是因为太阳能电池效率对电阻率比较敏感。最新技术的太阳能电池要求电阻率通常在0.5Ωcm与5.0Ωcm之间。
除了电阻率外，在制造太阳能电池时传导类型是最重要的。传导类型需是P型或者N型，也就是说，电子(electron)或空穴(hole)分别是主要的载流子。在电流电池技术中，P型硅材料通常掺入硼(B)，这会增加半导体中的空穴，换而言之，在各自的硅中扮演接受者的作用。N型硅在电流电池技术中用得很少甚至不用。该材料通常掺入磷(P)，其用于增加电子，换而言之，扮演捐赠者的作用。
基于提纯的冶金硅(upgraded metallurgical silicon，UM-Si)的硅原料常常含有基本相同数量的硼和磷。从而硼引入的空穴与磷引入的电子相互抵消，称为补偿。主要载流子的补偿通常导致硅从P型硅(晶化过程的开始阶段)转化为N型硅(晶化过程的结束阶段)。这是这些掺杂元素的不同分离行为所致：磷具有比硼更小的分离系数(segregation coefficient)。因此，在铸造生产多晶硅的硅锭的情况下，生产过程结束时，硅锭的底部和中部只有P型硅材料而顶部变成了N型硅材料，成为废料。
目前基于提纯的冶金硅的硅原料其电阻率通常在最小电阻率0.5Ωcm以下，该最小电阻率是太阳能电池生产商指定的数值。出现这种情况有一简单的原因：纯化提纯的冶金硅的昂贵的加工过程，该加工过程主要关注排除包括掺杂进入的硼原子核磷原子在内的非金属元素。为了降低成本，出现了缩减该加工过程的明显趋势，也就是说，提纯的冶金硅通常仍然含有较高浓度的掺杂原子。只要硼是主要的掺杂元素，我们就能获得电阻率相对较低的P型硅材料。
磷对硼的补偿，由于在固化过程中硼和磷相异的结合性(incorporation)在晶体化过程中加剧，导致在晶体化过程中电阻率增大。因此，在晶体化开始阶段通常都是很低的电阻率，在晶体化过程中增大。但是，如已述的那样，存在一个普遍的问题：由于磷对硼补偿过度，使电阻率增大得太多，导致传导性从P型转化为N型。向其中加入硼来抑制这一转化是不切实际的，因为这样会进一步使得多晶硅锭底部和中部的电阻率减小。
因此，为了增加硅锭中P型硅材料的份额从而增大该种材料的产出，控制材料的补偿效果是有必要的。
发明内容
本发明披露的方法提供了在使太阳能电池的生产达到量产水平、具经济可行性的硅锭形成过程中相关步骤的整合。本发明披露的内容包括用于形成多晶硅锭的方法和系统，其中硅锭在沿其轴线的全部长度上具有均一的P型半导体材料。通过所披露的加工方法和系统，硅锭可以直接在硅熔炉中形成。例如，利用本发明中披露的方法形成的硅锭，太阳能级晶圆(solar wafer)和太阳能电池能以更高的性价比生产出来(基于多晶硅材料)。
根据本发明披露内容的一方面，在浇铸半导体锭体时，通过配制提纯的冶金硅原料来熔融使其形成硅熔液，来控制硅锭形成过程中的电阻率。本发明公开的方法估算所述提纯的冶金硅原料中硼和磷的浓度。步骤是：分析由改良的硅原料做成的小尺寸参考锭体中硼和磷的初始结合状况。基于这一估算，在熔融前述的大尺寸硅锭之前向提纯的冶金硅原料中加入预定数量的元素周期表中第三簇元素，如Ga和Al。需加入的第三簇元素的预定数量随所估算出的硼和磷的浓度而定。
本发明披露的内容包括将提纯的冶金硅原料及第三簇元素熔融以形成一熔融的硅熔液，该熔液中包含有预定数量的第三簇元素；将熔融的硅熔液进行定向凝固以形成一硅锭，且由于加入了预定数量的第三簇元素，可保持硅锭的电阻率一致性遍布整个锭体。通过这种方式，由提纯的冶金补偿硅(compensatedUM-Si)原料制作出的P型硅锭的电阻率的范围低至大约0.15Ωcm。
本发明揭露的这些优点以及其他的优点，还有附加的新特征，能显然地从本发明所公开的内容中得出。此处的发明内容并不是对要求保护的客体的综合全面的描述，而只是对一些客体的功能的简短描述。此处指出的其他的系统、方法、特征以及优点结合附图及详细描述后对本技术领域的技术人员来说是显而易见的。
附图说明
结合附图，本发明所披露的特征、特点以及优点在以下的详细描述中变得更加明显，相同的参考符号贯用至所有附图，其中：
图1显示了本发明所提出的形成硅锭的一种实施情况；
图2概念性地显示了本发明中形成具有P型硅材料的硅锭的一实施例；
图3概念性地显示了本发明中形成具有P型硅材料的硅锭的一替选实施例；
图4描绘了提纯的冶金补偿硅原料制成的硅锭的轴向上的载流子浓度；
图5描绘了由另一种方式的提纯的冶金补偿硅原料制成的硅锭的轴向上的载流子浓度；
图6描绘了由另一种提纯的冶金补偿硅原料制成的硅锭的轴向上的载流子浓度。
具体实施方式
本发明所披露的方法和系统提供了一种半导体锭的形成方法来生产多晶硅锭。通过采用本发明所披露的技术方案，对低级别半导体材料属性进行改良，如提纯(upgraded)，得到部分纯化的冶金硅。这一改良使得提纯的冶金硅应用于生产太阳能电池，用于太阳能产生及相关用途。此外，本发明所披露的方法和系统特别有利于使用了提纯的冶金硅或其他非电子级硅原料的太阳能电池的生产，而且也能用作电子级硅原料。
由杂质种类(impurity-specific)分离所控制，定向凝固(Directionalsolidification)导致杂质的特征轴向分布(I)。所谓的分离系数S表示了分离特征，其由下面简化了的表达式表示：
S(I)＝f(C(I)crystal/C(I)melt)
其中
S(I)表示特定杂质(如掺杂原子)的分离系数，例如I＝B或者I＝P；
C(I)crystal表示凝固的晶体硅中硼和磷的浓度；
C(B)melt分别表示熔融的硅熔液中硼和磷的浓度。
如果在硅的定向凝固结晶过程中所使用的原料中存在硼和磷，从晶体化后的轴向电阻率的变化来看，得出原料中浓度比率——硼/磷(B/P)是可能的。较为方便，小块硅锭或晶体(例如仅仅一些100克的原料)就足够获得可靠的轴向电阻率测试图(profile)，预先假定原料取样反映了原料关于硼和磷浓度的组成。最重要的是在该小块参考硅锭中硼和磷的初始结合状况的估算。我们应用这一方法来研究不同B/P比率的原料。
在B/P比率接近2及以下时，我们已经看到在各自的硅锭中从P型传导转化成N型传导，导致P型材料10％的产出损失。通常，N型材料的那一部分及相应的P型材料的产出损失可能达到50％。我们发现大大改善由具有这种由补偿引起的(compensation-related)传导类型转化的原料制成的硅锭的轴向电阻率分布的方法。这些方法可以完全抑制转化成N型材料，以致高达100％的硅锭能被使用。更具代表性的是可用的P型材料的产出率大约为95％。
图1显示的图表10概念性地描绘了出现在用于形成硅锭的硅原料熔液中的硼和磷的浓度。在图表10中，纵坐标12涉及硅熔液中掺杂物质的浓度，而轴14代表硅锭形成的阶段，从0％(0.0)～100％(1.0)。图线16表示硅熔液中硼浓度的变化，而图线18表示磷浓度的变化。最初，接近0％的硅锭形成，可能存在B/P比率＞1的状况。
如图表10所示，由于硼和磷的不同的分离系数，在硅锭形成过程中某些位置，磷的浓度超过了硼的浓度。因此，开始是P型半导体材料的硅熔液将变成N型半导体材料。这从图线20可以看出。因此，图线20描绘了在硅变成N型半导体时，硅锭呈现出P-N结。
图2描绘了本发明所披露的加工方法30的一个实施例，其中经补偿后的P型提纯的冶金硅32需要一已确定数量的第三簇元素34，特别是铝和镓，来形成熔化的硅熔液36。如果提纯的冶金硅32的初始电阻率ρ在0.15Ωcm与0.5Ωcm之间，也可以将磷37加入到上述种类的第三簇元素中。采用硅锭的形成方法，例如常见的铸造方式，该方法可获得100％的P型硅锭38。
图3描述了本发明所披露的方法的一个替选实施例，其中提纯的冶金补偿P型硅42具有接近可使用的硅锭50的最小电阻率(约等于0.15Ωcm)的初始电阻率。当接近这一低电阻率时，例如0.2Ωcm，仅仅加入第三簇元素44至熔融硅48中是不充分的。在这种情况下，为了在结束阶段时具有100％的P型硅锭50，以及该硅锭中可用材料具有较高份额(通常接近整个硅锭的95％)，加入额外的磷是必须的。
图4至图6以及附加的文字显示了图2和图3中的加工出的硅锭的轴向电阻率图和相应的描述。图4描绘了由提纯的冶金硅原料制成的硅锭的轴向载流子浓度，硅原料具有浓度为5.0×1016cm-3的硼和浓度为2.4×1016cm-3的磷(B/P比率接近2)。在晶体化的开始阶段，即硅锭的底部处，电阻率是0.6Ωcm，其与初始的主要载流子的浓度2.6x1016cm-3相应。呈现出沿硅锭高度上的接受者浓度减去捐赠者浓度，g是硅锭的凝固部分：g＝0则意味着硅锭的底部，g＝1意味着硅锭的顶部。
因此，图4显示了当采用提纯的冶金硅原料时硅锭轴向电阻率的图60。在该情况下，我们看到导致初始初始电阻率＞0.5Ωcm的材料。沿着纵坐标62，有电子捐赠量控制电阻率的数字Nd，电子接受的负数字Na，如该硅锭(1x1015～1x1017/cm-3)显示的一样。沿着横坐标64，显示了形成硅锭的完成进度，变化范围从0.0至1.0，此处1.0表示硅锭的形成已结束。硅锭的电阻率由初始0.6Ωcm开始，图线66显示未采用本发明的方法时的情况，具有0.8左右的完成进度Nd(实质上等于Na)。在该处，熔融硅中磷的量与硼的量达到平衡。这种平衡的结果先变成一P-N结，然后变成N型半导体材料(对于硅锭的剩余部分)。采用该硅锭将意味着可用P型材料的至少20％的产出损失。
与图线66形成对照，图线68显示了加入能足够抵消所增加的磷浓度(相对于硼而言)的量的镓元素的效果(如图1所示)。图线68显示出硅锭中电阻率有轻微减少(由于加入了镓)。但是，镓的加入进一步提供维持Na与Nd之间的差异在硅锭的大部分中几乎为常量的有益作用。因此，直到硅锭的完成进度达到约95％，电阻率在0.53Ωcm与0.76Ωcm之间变化，这样的硅仍然是P型半导体材料，并且完全避免了P-N结形成。对于正被讨论的特定的硅原料，硅锭的产出损失减少了至少15％，从目前最高技术中的20％降到本发明所披露的5％左右。另一实质性的优点是非常密集的电阻率范围，其达到能用的硅锭95％内的范围。
图5描绘了不同方式补偿后的提纯的冶金硅原料制成的硅锭的轴向载流子浓度情况，其中硼的浓度为7.6×1016cm-3，磷的浓度为5.0×1016cm-3(B/P的比率接近1.5)。在晶体化的开始阶段，即硅锭的底部，电阻率也是0.6Ωcm，其与初始的主要载流子浓度2.6x1016cm-3相应。呈现出的是沿硅锭高度上的接受者浓度减去捐赠者浓度，g是硅锭的凝固部分：g＝0意味着硅锭的底部，g＝1意味着硅锭的顶部。因此，图5显示了也采用提纯的冶金硅材料的硅锭的轴向电阻率的图70，如图2中所示。纵坐标72为Na-Nd的值，范围从1x1015～1x1017/cm-3。沿着横坐标74，是硅锭的完成进度，范围从0.0至1.0。硅锭从初始电阻率0.6Ωcm开始，图线76显示了未采用本发明的方法时的情况，大约0.6左右的完成进度，Nd实质上等于Na。在此处，熔融硅中磷的量与硼的量达到平衡。这种平衡的结果首先变成一P-N结，然后，变成N型半导体材料(对于硅锭的剩余部分)。采用该硅锭将意味着可用P型材料的至少40％的产出损失。
与图线66形成对照，图线68显示了加入能足够抵消所增加的磷浓度(相对于硼而言)的量的镓元素的效果。图线68显示出硅锭中电阻率有轻微减少(由于加入了镓)。但是，镓的加入进一步提供维持Na与Nd之间的差异在硅锭的大部分中几乎为常量的有益作用。因此，直到硅锭的完成进度达到约0.95处，电阻率在0.43Ωcm与0.98Ωcm之间变化，且因此硅仍旧是可用的P型半导体材料。完全避免了P-N结形成。图6描绘了由另一种提纯的冶金补偿硅原料制成的硅锭的轴向载流子浓度，其中硼的浓度为186×1017cm-3，磷的浓度为9.0×1016cm-3(B/P的比率接近2)。在晶体化的开始阶段，即硅锭的底部，电阻率仅为0.2Ωcm，其与初始的主要载流子浓度9.6x1016cm-3相应。呈现出的是沿硅锭高度上的接受者浓度减去捐赠者浓度，g是硅锭的凝固部分：g＝0意味着硅锭的底部，g＝1意味着硅锭的顶部。完全避免了P-N结形成，且在总个硅锭的95％内电阻率变化仍旧是非常低。因此，对于讨论中的特定的硅原料，在硅锭上的产出损失减少了至少35％，从目前最好技术水平的40％下降到本发明的大约5％。
图6显示了硅锭的轴向电阻率的图80来说明本发明所公开的方法如何仍然有利地影响原料上有用的电阻率范围边缘处的电阻率，如图3所示。这样的方法可以用具有明显的较低制造成本的高期望特征的提纯的冶金硅原料，然而此处只列举了一勉强合意的电阻率(如大约0.2Ωcm)。
图80中，纵坐标82标示了Nd-Na的值，其范围为1x1015～5x1017/cm-3。沿着横坐标84，其标示硅锭形成的完成进度，其范围从0.0到1.0。图线86具有初始电阻率0.2Ωcm，其显示了未采用本发明所披露的方法时的状况，在完成进度大约0.8处，Nd实质上等于Na。图线90显示了加入了一定量的镓的效果，加入的量足够能抵消所升高的磷浓度(相对于硼)的作用。但是，几乎贯穿整个硅锭，由此而得到的电阻率低于已经很低的初始电阻率0.2Ωcm(低于该值的电阻率是没多少用处的)。因此，当使用能导致电阻率在有益范围的较低值的硅原料时，单独加入镓(或者铝)实际上是不可能使材料达到更有益的电阻率范围(尽管完全抑制了P-N结形成)。
但是，图线88显示了不同的结果。图线88涉及除已经加入的镓或铝之外还增加了不确定量的磷至硅原料中。如图线88所示，其作用是增加电阻率初始值并避免了P-N结形成。因此，硅仍然是P型半导体材料，且在硅锭的大约95％内，电阻率范围在0.17Ωcm至1.42Ωcm之间。仅仅非常小比例的材料在不太有用的范围(＜0.2Ωcm)，与仅仅只加入第三簇镓(或铝)恰恰相反。
总而言之，在相对较高的硅锭电阻率(超过大约0.4Ωcm)时，仅仅加入铝或镓能有效抵消因磷引起的对硼的补偿。周期表中的这些第三簇元素必须在熔融以开始晶体化之前加入硅原料中。与加入硼的情况相反，当加入铝或镓时，可获得优良的沿晶轴的电阻率一致性，避免在晶体化早期出现电阻率大幅度减少(其当仅仅加入硼而不是铝或镓时发生)。由铝和镓组成的混合物也是可行的。
在相对较低的锭体电阻率(低于大约0.4Ωcm)时，可开始加入镓-磷化合物或用铝-磷化合物代替，来有利地抵消补偿。在非常低的电阻率时(接近大约0.2Ωcm)，加入这样的第三簇元素和磷形成的化合物是必须的。适用某一Ga/P比率或用某一Al/P比率替代(镓能部分地用铝替代，反之亦然)能用来使得可以利用具有很低电阻率的原料，小到大约0.15Ωcm的最小电阻率。如此低品质的材料与低生产成本联系在一起。
我们已经披露了一种用于在由补偿后的硅原料形成硅锭时控制电阻率得方法，包括如下步骤：
-估算最初加入至由经补偿后的硅原料制成的特定硅锭中硼和磷的浓度；
-确定适当数量的镓或/和铝(用于相对而言较高的电阻率)，或者确定适当数量的镓或/和铝以及附加数量的磷(用于相对而言较低的电阻率)；
-准备单独的硅原料用于熔融，以形成熔融硅，通过加入预定数量的镓或/和铝(如果电阻率相对低就还加入磷)；
-使硅熔化然后凝固上述由硅原料及达到平衡数量的镓或/和铝(如果电阻率相对低就还加入磷)；
-通过加入预定数量的镓或/和铝(如果电阻率相对低就还加入磷)维持贯穿各硅锭的特定硅锭的电阻率的均匀性。
本发明描述的半导体加工特征和功用提供来在P型半导体硅锭的形成过程中进行电阻率控制。尽管列举了多个实施例且进行了详细描述，本技术领域的技术人员可以容易地设计出许多落入本发明的其他的变型实施例。在前面对优先实施例的描述用于使本技术领域中任何技术人员制作或使用本发明要求保护的客体。对这些实施例的变型对本领域的技术人员而言是显而易见的，本发明界定出的一般原理在不需要创造性劳动的情况下可以应用于其他实施例。因此，要求保护的客体不只限制在说明书中列出的实施例，而是一个与本发明披露的原理及新特征一致的最广的范围。

Claims (27)

1.在硅锭的形成过程中控制电阻率的方法，包括以下步骤：
配制一提纯的冶金补偿硅原料，供熔化来形成一硅熔液，所述提纯的冶金补偿硅原料包括一P型占大多数的半导体；
估算所述的提纯的冶金补偿硅原料中硼和磷的浓度；
向所述的提纯的冶金补偿硅原料中加入预定数量的元素，该元素从铝或镓组成的组中选取，所述元素的预定数量与所述估算出的硼和磷的浓度相关联。
将所述的太阳能冶金级硅原料和选自由铝或镓组成的组中的预定数量的元素熔化来形成熔融的硅熔液，该熔融的硅熔液中包括预定数量的所述元素；
对所述的熔融的硅熔液进行定向凝固，以形成硅锭，通过加入预定数量的所述元素，所述硅锭在其整个轴向长度上电阻率均匀一致。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述的提纯的冶金补偿硅原料包括具有初始电阻率在0.15Ωcm and 5.0Ωcm范围之间的太阳能冶金级硅。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述估算所述的提纯的冶金补偿硅原料中硼和磷的浓度的步骤由对提纯的冶金补偿硅参考样板的轴向电阻率的定值(determination)而得出。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述估算所述的提纯的冶金补偿硅原料具有0.5Ωcm以上的电阻率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述估算所述的提纯的冶金补偿硅原料包括一0.15Ωcm～0.5Ωcm之间的电阻率范围。
6.根据权利要求1所述的方法，其中向所述的提纯的冶金补偿硅原料中加入元素的步骤还包括以下步骤，即在初始电阻率处于0.15Ωcm与0.5Ωcm之间时，向该提纯的冶金补偿硅原料中加入预定数量的铝。
7.根据权利要求1所述的方法，其中向所述的提纯的冶金补偿硅原料中加入元素的步骤还包括以下步骤，即在初始电阻率小于0.4Ωcm时，向该提纯的冶金补偿硅原料中加入预定数量的铝和预定数量的磷。
8.根据权利要求1所述的方法，特征在于还包括以下步骤，即在电阻率处于0.15Ωcm和0.5Ωcm之间时，向所述的提纯的冶金补偿硅原料中加入铝-磷化合物。
9.根据权利要求1所述的方法，其中向所述的提纯的冶金补偿硅原料中加入元素的步骤还包括以下步骤，即向所述的提纯的冶金补偿硅原料中加入预定数量的镓元素。
10.根据权利要求1所述的方法，其中向所述的提纯的冶金补偿硅原料中加入元素的步骤还包括以下步骤，即在初始电阻率处于0.15Ωcm与0.5Ωcm之间时，向该提纯的冶金补偿硅原料中加入预定数量的镓。
11.根据权利要求1所述的方法，其中向所述的提纯的冶金补偿硅原料中加入元素的步骤还包括以下步骤，即在初始电阻率小于0.4Ωcm时，向该提纯的冶金补偿硅原料中加入预定数量的镓和预定数量的磷。
12.根据权利要求1所述的方法，特征在于还包括以下步骤，即在电阻率在0.15Ωcm和0.5Ωcm之间时，向所述的提纯的冶金补偿硅原料中加入铝-磷化合物。
13.根据权利要求1所述的方法，其中向所述的提纯的冶金补偿硅原料中加入元素的步骤还包括以下步骤，即向所述的提纯的冶金补偿硅原料中加入由预定数量的铝和预定数量的镓组成的混合物。
14.根据权利要求1所述的方法，其中对所述的熔融的硅熔液进行定向凝固的步骤还包括以下步骤，即生产出含有基本一致且遍及整个锭体的P型掺杂分布的硅锭。
15.根据权利要求1所述的方法，其中对所述的熔融的硅熔液进行定向凝固的步骤还包括以下步骤，即生产出含有100％的P型硅材料的硅锭；该硅锭的95％都具有处于0.53Ωcm和0.76Ωcm之间的电阻率。
16.根据权利要求1所述的方法，其中对所述的熔融的硅熔液进行定向凝固的步骤还包括以下步骤，即生产出含有100％的P型硅材料的硅锭；该硅锭的95％都具有处于0.43Ωcm和0.98Ωcm之间的电阻率。
17.一种半导体硅锭，其包括：
一种硅材料，其由提纯的冶金级补偿硅原料熔融成硅熔液后制作形成，所述的提纯的冶金级补偿硅原料包含主要是P型半导体的硼-磷化合物；
所述硅材料还包括一预定数量的用来形成熔融硅熔液的元素，该元素选自由铝或镓组成的组中，该组中的所述的预定数量供在整个硅锭形成过程中维持所述硅熔液处于P型占大多数的硅材料的状态；
所述硅锭是利用所述的熔融的硅熔液的定向凝固而形成。
18.根据权利要求17所述的半导体硅锭，其中所述的提纯的冶金补偿硅原料包括初始电阻率在0.15Ωcm与5.0Ωcm之间的太阳能冶金级硅。
19.根据权利要求17所述的半导体硅锭，其中所述的提纯的冶金级补偿硅原料包括电阻率在0.5Ωcm以上的太阳能冶金级硅。
20.根据权利要求17所述的半导体硅锭，其中向所述的提纯的冶金级补偿硅原料中加入元素的步骤还包括以下步骤，即在初始电阻率处于0.15Ωcm与0.5Ωcm之间时，向该提纯的冶金级补偿硅原料中加入预定数量的铝。
21.根据权利要求17所述的半导体硅锭，其中向所述的提纯的冶金级补偿硅原料中加入元素的步骤还包括以下步骤，即在初始电阻率小于0.4Ωcm时，向该提纯的冶金级补偿硅原料中加入预定数量的铝和预定数量的磷。
22.根据权利要求17所述的半导体硅锭，特征在于其可利用以下步骤来形成，即向所述的提纯的冶金级补偿硅原料中加入铝-磷化合物来抵消在当电阻率处于0.2Ωcm和0.5Ωcm之间时进行的定向凝固的步骤中发生的电阻率调整(resistivity compensation)。
23.根据权利要求17所述的半导体硅锭，特征在于其可利用以下步骤来形成，即向所述的提纯的冶金级补偿硅原料中加入铝-磷化合物来抵消在当电阻率处于0.2Ωcm以下时进行的定向凝固的步骤中发生的电阻率调整。
24.根据权利要求17所述的半导体硅锭，其中进行所述熔融的硅熔液的定向凝固的步骤还包括以下步骤，即生产出含有100％的P型硅材料的硅锭；该硅锭的95％都具有处于0.53Ωcm和0.76Ωcm之间的电阻率。
25.根据权利要求17所述的半导体硅锭，利用向所述的提纯的冶金级补偿硅原料中加入元素的步骤还包括以下步骤，即在电阻率接近0.5Ωcm时，向该提纯的冶金级补偿硅原料中加入预定数量的镓。
26.一种供形成大粒多晶半导体硅锭的系统，其包括：
一熔炉，其用于接收并熔融提纯的冶金级补偿硅原料来形成以硅熔液，所述的提纯的冶金级补偿硅原料包含一P型占大多数的半导体；
一估算装置，其用于估算所述的提纯的冶金级补偿硅原料中硼和磷的浓度；
一元素加入装置，其用于向所述的提纯的冶金级补偿硅原料中加入预定数量、选自由铝或镓形成的组中的元素，元素的预定数量与所估算的硼和磷的浓度相关；
一加热装置，其用于熔化所述冶金级硅原料及所述选自由铝或镓形成的组中的元素以形成熔融的硅熔液，该硅熔液中包含所述的预定数量的、选自由铝或镓形成的组中的元素；以及
一硅凝固装置，其用于对所述的硅熔液进行定向凝固，来形成一硅锭；并且，利用所加入的选自由铝或镓形成的组中的、预定数量的所述元素来维持该硅锭的电阻率在其整个锭体中具有一致性。
27.根据权利要求26所述的系统，特征在于还包括电阻率估算器具，其用来估算从提纯的冶金补偿硅参考样板的轴向电阻率定值中推理出的太阳能冶金级硅中硼和磷的浓度。
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