CN114667370A - 生产具有低氧浓度区域的带或晶片 - Google Patents

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布兰登·威利亚德
查尔斯·鲍恩
布赖恩·麦克穆伦
大卫·莫雷尔
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Abstract

使用面对熔体暴露面的冷初始化器形成带，使得带漂浮在熔体上。该带是单晶硅。以小角度将带从硅熔体中拉动离开熔体表面。带以与拉动相同的速度形成。在形成稳定弯液面的坩埚壁处将带与熔体分离。带具有在第一表面和相对的第二表面之间的50μm至5mm的厚度。带包括从第一表面延伸第一深度的第一区域。相对于带的主体，第一区域具有降低的氧浓度。

Description

生产具有低氧浓度区域的带或晶片
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年8月9日提交并分配有美国专利申请No.62/884,851的临时专利申请的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及带或晶片的生产，诸如用于太阳能应用的硅带或晶片。
背景技术
硅晶片或板片可用于，例如，集成电路或太阳能电池行业。以前，切割硅晶片是通过线锯从浮动区工艺、直拉(Cz)法、利用磁场控制氧的改进的直拉法或直接铸造法制成的大硅晶锭或梨晶(boule)来制造的。通过这些原生晶片的一些晶片的任何切割厚度(厚度<2mm的晶片)的氧分布变化可以忽略不计。很多时候，晶片上的氧分布几乎是均匀的。
实现用于存储器、处理器、太阳能电池或其他应用的高性能半导体装置通常需要硅基板表现出高的少数载流子寿命(MCL)。当今用于半导体晶片和太阳能电池的大多数硅基板是通过线锯由Cz法生产的大单晶锭制成的。这些晶片具有显著的氧浓度和氧产生的缺陷，这些缺陷会降低材料MCL，诸如通过以下机制中的一种或多种。首先，高浓度的氧沉淀物会产生在内部吸收金属污染的体微缺陷(BMD)。对于半导体集成电路，由于诸如栅氧化物失效、高漏电流和短路等影响，靠近表面的装置层中的高BMD密度会导致装置良率和可靠性劣化。在太阳能电池中，氧沉淀物在内部吸收金属污染，从而在电池加工期间无法将其从主体中去除。这可以防止太阳能电池效率所需的高的体MCL。在p型太阳能电池中，高浓度的间隙氧与硼掺杂物反应形成硼-氧络合物，该络合物也会降低MCL。在n型太阳能电池中，氧可以产生降低MCL的陷阱。最后，氧沉淀物及其对应的BMD会产生应力集中，从而降低整体晶片强度，因此导致下游加工中的破损。
开发了减少硅晶片表面附近材料区域中的氧驱动退化的技术。首先，制造商可以将抛光的Cz晶片在高温(>1000℃)下在还原、惰性或氧化环境(例如，氩气或氩气和氢气气氛)中停留数小时(例如，12至20小时)。这些气氛可以被配置为使间隙氧从晶片表面释放到环境中。在晶片表面附近产生的低氧分布(称为“剥蚀区”)通常为10至80μm深，晶片厚度超过600μm。然后，在高温停留之后通常是低温停留，该低温停留旨在控制剩余晶片主体中氧缺陷的发展和行为。在形成剥蚀区的另一个变体中，制造商对抛光的Cz硅晶片进行快速热处理(RTP)，以使空位外扩散，耗尽靠近表面的空位。这将导致在集成电路(IC)热循环期间在表面处出现无氧沉淀物的剥蚀区。对于半导体装置，可能期望在远离剥蚀区的主体晶片中成核和生长沉淀物。这些缺陷可以远离剥蚀区在内部吸收金属污染并最大化剥蚀区的MCL，以实现最佳装置性能。这种远离剥蚀区的内部吸收可能很重要，因为这样的高温停留将具有源自环境的高水平金属污染，如果没有内部吸收，这将降低剥蚀区的MCL。
经退火的半导体晶片的非剥蚀区(>20％)可以在晶片的中心厚度中生长大的BMD。这些BMD在内部将金属污染吸收到晶片的中心，从而确保在剥蚀区中的低金属污染水平，但在剩余的中心晶片厚度中提供低寿命。对于太阳能电池来说，通过大的BMD在材料主体中进行强烈的内部吸收是不期望的，因为太阳能电池需要整个晶片主体中的高寿命材料。尽管低氧剥蚀区可能对太阳能晶片有利，但用于创建该区域的退火工艺会导致晶片主体中出现不期望的BMD和污染，从而降低最终主体材料的寿命。
目前的炉退火技术还导致由污染引起的应力分布(即，破损)和/或低MCL分布。不使用独立退火炉的另一个原因是缺陷的产生。独立的高温退火炉在高温期间机械地接触晶片。这些接触点具有高金属污染并产生局部地降低电学性能的“滑移”或位错。虽然这对于不使用整个晶片的半导体晶片来说是可以接受的，但对于使用整个晶片制造装置的太阳能晶片来说是不可接受的。
此外，产生剥蚀区需要在晶片形成之后进行单独的退火步骤，这是昂贵的并且有对太阳能晶片增加污染的风险。在退火期间，使用该工艺的剥蚀区仅出现在晶片的一侧。
在晶片表面上创建低氧层的另一种技术是通过化学气相沉积技术外延生长薄的低氧硅膜。对于用于制造处理器的基板，可以在相对较厚(>600μm)的单晶Cz晶片上沉积几微米(例如，0.5至10μm)的硅膜，以产生低氧表面。外延生长可以产生通过热退火实现的相对较厚(>10μm或>20μm)的低氧区域，但生长这些较厚的外延膜具有高的制造成本，并且会导致材料应力、滑移、堆叠层错、金属污染和翘曲。
出于以下原因，通过RTP、退火或在表面上外延生长薄膜在晶片表面附近产生低氧区域是不期望的。首先，创建这些晶片需要几个工艺步骤(例如，晶锭生长、线锯、晶片抛光、化学蚀刻和热处理或薄膜生长)，这些步骤使用许多昂贵的工具、大的半导体设施占地面积、大量的材料消耗以及在不同步骤之间移动晶片的劳动力。其次，由离散的Cz晶锭生产的晶片具有沿晶锭和横跨晶锭的一系列特性。由这些离散的Cz晶锭生产的原生晶片在单个晶片上和不同晶片之间表现出氧、掺杂剂和缺陷的径向分布。这种原生变化会影响最终加工晶片的性能。例如，具有径向缺陷分布的晶片会降低来自该晶片的装置的最终良率。此外，在热加工期间无法校正这种径向分布。最后，为了适应大跨度的原生特性，必须在不同条件下对Cz晶片进行装箱和加工，以达到最终所期望的材料特性。这种对特定晶片的装箱、配方修改和跟踪都是昂贵的，并且导致生产线性能欠佳。
此外，出于以下原因，通过退火、RTP或外延生长薄膜在成本效益高的太阳能电池所需的薄晶片中产生低氧区域是不希望的或不可行的。首先，对于商业上可行的太阳能电池生产来说，广泛的退火工艺、RTP和外延薄膜沉积过于昂贵。其次，远离低氧剥蚀区，长时间的高温退火步骤会使晶片暴露于金属污染中，金属污染会在内部吸收，从而减少体MCL。太阳能电池的性能可能需要高的体MCL(不仅仅是高表面MCL)，因此经过退火处理的剥蚀晶片或具有薄外延膜的晶片不会产生高电池效率所需的高的体MCL。第三，在薄太阳能晶片(50至300μm)上进行退火、RTP或沉积厚外延膜可能是不可能的。具体地，薄晶片具有较低的机械刚度，因此更容易发生翘曲、产生热应力缺陷，并且在太阳能电池加工中可能存在机械破损问题。此外，在长时间的退火期间，薄晶片还会产生位错或滑移，这会降低由载舟支撑的区域或与支撑晶片联结的区域处的MCL。RTP工艺涉及激进的冷却速度(50至100℃/min)，这将再次导致薄晶片中的有害热应力引起的缺陷。
非常期望一种由多晶硅原料直接生产单晶晶片的单步、连续工艺，该晶片在晶片表面附近具有期望的低氧“剥蚀区”和对应的期望的体缺陷分布。生产网状晶片的连续、直接晶片工艺消除了许多昂贵的下游工艺步骤(如线锯)，并且可以生产出具有比离散Cz晶锭生产更均匀特性的晶片。不幸的是，历史上的直接硅晶片工艺无法制造出具有所期望氧分布的全尺寸单晶硅晶片。具体地，竖直带工艺(如边缘进给生长和线带)以及水平基板工艺(如基板上的带生长)可生产多晶硅晶片。一种被称为树枝状纤网的竖直带工艺显示出制造单晶晶片的能力，然而在变得不稳定之前，该工艺仅能生产窄的材料(约2英寸宽)。太阳能和半导体装置需要更大的晶片(>4英寸)来进行经济的装置制造。已执行了通过在多孔硅基板上外延生长全尺寸硅晶片直接制造单晶硅晶片，然后将其与多孔基板机械分离。不幸的是，该最终的晶片在其无法成形的材料厚度上具有均匀、低氧的分布，这使得它对于某些应用来说是不切实际的。通过外延生长生产晶片是昂贵的，并且会出现限制MCL的例如堆叠层错和位错级联的缺陷。
已研究的降低太阳能电池材料成本的一种有前途的方法是浮动硅法(FSM)，它是一种水平带生长(HRG)技术，其中沿着熔体表面水平地拉动结晶的板片。在该方法中，熔体表面的一部分被充分冷却以在晶种的帮助下局部地开始结晶，然后可以沿着熔体表面拉伸(同时漂浮)以形成结晶的板片。局部冷却可以通过采用一种装置来实现，该装置快速地移除熔体表面的开始结晶的区域上方的热。在适当的条件下，可以在该区域中建立结晶板片的稳定前缘。在Cz或其他带生长工艺中无法形成琢面前缘，而琢面前缘的形成可以增加生长界面的固有稳定性。
为了在稳态条件下维持该琢面前缘的生长，其中生长速度与单晶板片或“带”的拉动速度相匹配，可以通过结晶器在结晶区域中施加强烈冷却。这可能导致形成初始厚度与施加的冷却强度相称的单晶板片。在硅带生长的情况下，初始厚度经常约为1至2mm。对于诸如由单晶板片或带形成太阳能电池的应用，目标厚度可以约为200μm或更小。这需要减小初始形成的带的厚度。这可以通过在沿拉动方向拉动带时在容纳熔体的坩埚区域上加热带来实现。由于在带与熔体接触的同时带被拉过该区域，给定厚度的带可以回熔，从而将带厚度减小到目标厚度。这种回熔方法特别适用于所谓的浮动硅法(FSM)，其中根据上文一般描述的程序形成漂浮在硅熔体的表面上的硅板片。
除了这些益处之外，使用HRG生产的晶片的寿命或其他改进将是有益的。需要改进技术以形成具有低氧浓度区域的带或晶片。
发明内容
在第一实施方案中提供了一种方法。在坩埚中提供包括硅的熔体。从熔体形成带。使用面对熔体暴露面的冷初始化器使带漂浮在熔体上。该带是单晶硅。以小角度将带从熔体中拉动离开熔体表面。带以与拉动相同的速度形成。在形成稳定弯液面的坩埚壁处将带与熔体分离。带在与熔体分离后具有在第一表面和第二表面之间的50μm至5mm的厚度。在分离之前第二表面面对熔体。第一表面与第二表面彼此相对。带包括从第一表面向第二表面延伸第一深度的第一区域。相对于带的主体，第一区域具有降低的氧浓度。
拉动的速度可以为大于0.1mm/s至7mm/s。坩埚在形成方向上的长度可以为大于5cm至200cm。
在形成期间，在带周围的环境温度可以为1200℃至1420℃。在形成期间，在带周围的气氛可以具有0.01atm至5atm的压力。在形成期间，在坩埚周围的气氛可以包括H2、Ar、He、另一种惰性气体或其组合中的一种或多种。在形成期间，在坩埚周围的气氛可以包括掺杂剂。在一个例子中，在形成期间，在坩埚周围的气氛包括氧气和水蒸气。在另一个例子中，在形成期间，在坩埚周围的气氛包括三氯氧磷或氯化物气体。
在分离之后拉动可以将带输送通过多个气体区段。每个气体区段使带暴露于不同的气体中。
拉动还可以将带输送通过第一区段和第二区段，其中第一区段和第二区段在不同的温度下操作。除去氧气发生在第一区段中。在一个例子中，第一区段在1200℃至1400℃下操作，而第二区段在低于1200℃下操作。
该方法可以包括在拉动期间当带在熔体中时从带的第一表面除去氧气。
该方法可以包括在与熔体分离之后在拉动期间从带的第一表面和第二表面两者中除去氧气。
形成和拉动可以连续发生以生产长度为0.2m至100m的带。
带可以具有大于100μs的体少数载流子寿命。
该方法可以包括在分离之后在拉动期间使用气流悬浮和/或机械支撑件来支撑带。该支撑被配置为使带的污染最小化。
该方法可以包括在拉动期间将带的一部分熔融成熔体。
该方法可以包括将带分割(singulate，或称为分离或切割)成一个或多个晶片。
可以使用第一实施方案的方法生产晶片。晶片可以是太阳能电池或半导体晶片。晶片可以是正方形、伪正方形、矩形或圆形。
在与熔体分离之后，第一表面和第二表面之间的厚度可以为50μm至300μm。
在一个例子中，第一表面和第二表面是带上具有最大表面积的表面。
第一区域可以具有0.1至8.0ppma的氧浓度。带的主体可以具有8至25ppma的氧浓度。
第一深度可以至少为5μm。在一个例子中，第一深度为厚度的10％至90％。例如，第一深度为厚度的20％至90％。
相对于带的主体，第一区域可以具有降低的体微缺陷浓度。
该方法可以包括从第二表面向第一表面延伸第二深度的第二区域。相对于设置在第一区域和第二区域之间的带的主体，第二区域具有降低的氧浓度。第二区域可以具有0.1至8.0ppma的氧浓度。
第二深度可以至少为5μm。第一深度和第二深度组合可以为厚度的10％至90％。在一个例子中，第二深度约为厚度的10％。相对于设置在第一区域和第二区域之间的晶片的主体，第一区域和第二区域可以具有降低的体微缺陷浓度。第一深度和第二深度可以是不同的距离。
带还可以包括掺杂剂。
带在第一区域中可以具有0至1e11/cm3的平均氧沉淀物计数。
可以使用第一实施方案的方法生产带。
可以使用装置来执行第一实施方案的方法。
附图说明
为了更全面地理解本公开的本质和目的，应参考结合附图进行的以下详细描述，其中：
图1是根据本公开的具有不对称的前和后剥蚀区分布的晶片的分布曲线图，其中前和后剥蚀区(DZ前和DZ后)两者的特征在于与主体氧含量(O高)相比，具有低的近表面氧含量(O低)；
图2图示了根据本公开的氧分布的实施方案；
图3图示了示例性晶片的SIMS测量结果；
图4图示了在太阳能电池加工的不同阶段期间示例性晶片的测量的MCL，其中寿命从<1μs增加至955μs；
图5图示了太阳能电池加工后晶片的最终测量的体MCL；
图6是根据本公开的示例性晶片的横截面视图；
图7是根据本公开的用于生产晶片的系统的示例性横截面；以及
图8是图示了具有剥蚀区和定制缺陷的带的生产的系统的示例性横截面。
具体实施方式
尽管将根据某些实施方案来描述要求保护的主题，但其他实施方案，包括未提供本文阐述的所有益处和特征的实施方案，也在本公开的范围内。在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种结构、逻辑、工艺步骤和电子改变。因此，本公开的范围仅通过参考所附权利要求来定义。
使用表现出低氧含量的硅材料制造半导体装置将是有益的，尤其是在晶片表面附近的材料区域中，在其中制造装置或(在太阳能电池的情况下)吸收最多日光。氧沉淀和BMD计数直接与主体氧含量成比例，低于临界浓度时沉淀可忽略不计。此外，对于给定的氧浓度，晶片的热加工可用于控制沉淀、控制BMD密度，并最小化氧的有害影响。氧化硼降解机制可以与间隙氧浓度的平方成比例。
本文公开的实施方案提出了一种单步工艺，该工艺直接生产具有剥蚀区和定制缺陷分布的单晶晶片，克服了目前生产退火Cz晶片的多步工艺的成本和质量限制。由连续供给多晶硅的熔体连续生产带，并且离开工具的原生带具有所期望的来自晶片表面的低氧分布和对应的低BMD。可以控制在所生产的带周围的气氛和温度分布，以增加距带表面的低氧浓度区域的深度。该带随后被分割或以其他方式分离成单独的晶片，然后晶片被抛光并进一步加工成半导体装置、太阳能电池和其他硅装置，如电池阳极。
在本文公开的实施方案中，石英坩埚中的硅熔体向带提供氧气。该坩埚可以由高纯度石英制成，从而减少对熔体的金属污染。此外，为了提高其在熔体中的寿命并提供所期望的溶解速率，坩埚壁可以涂有各种材料，如氮化硅和氧化钡。还可以使用其他涂层。可以通过电阻加热器或其他加热方法来提供热量，以将熔体保持在接近硅熔融温度的温度。
当抽取固体带材料时可以通过将新的多晶硅原料连续进给至熔体以补充熔体来维持熔体水平。原料可以是固体碎片或颗粒或液态硅熔体。随着更多的晶片被拉出并且分隔导致掺杂剂累积，这种原料材料可以被掺杂以在所生产的带中保持目标电阻率分布。掺杂剂可以包括但不限于硼、磷、镓、锗和锑。熔体还可以掺杂有氮以增加晶片的机械强度。该工艺任选地可以具有从坩埚中逐渐移除硅熔体的另一种进料。这种熔体抽取特征可以减少金属污染物在熔体中的累积，这将转化为金属污染在带中的累积。熔化原料的热量可以由电阻加热器或其他加热器提供。
机械系统连续地拉动带并将离散晶片从带线中分割出来。连续的原料补充和掺杂克服了Cz晶体生长的缺点，其中离散的熔体体积由于掺杂剂的累积而产生具有电阻率跨度的晶锭。此外，与间歇Cz工艺相比，连续的原料补充导致金属累积的连续稀释和晶片中较低的金属浓度(因此，较高的MCL)。此外，连续生产具有恒定熔体高度和热分布的硅晶片减少了晶片之间的氧和缺陷分布的变化。因此，连续生长和掺杂可以减少材料装箱并提高下游加工的整体性能。
通过用冷初始化器从前缘带界面抽取热量，然后将该固化的带在熔体表面上水平地拉向坩埚边缘，从而在熔体表面上初始形成固体带，如图8所示。冷初始化器可以使用辐射、平流和对流中的一种或多种来冷却硅表面。硅带漂浮在其熔体的表面上，并且在熔体中内在不需要其他支撑方式。例如，冷初始化器可以是带有或具有冷却射流的冷块。该冷初始化器的长度大致定义了带的宽度，而冷却程度定义了带的原生初始厚度。带的宽度可以在2cm至50cm之间(例如，5cm至50cm)。预期用于半导体制造的带的宽度可能超过300mm，并且预期用于太阳能电池制造的带的宽度可能超过156mm，用于标准电池加工。从带表面到冷初始化器的热量抽取可以通过辐射冷却、向冷却气体平流和/或冷初始化器和具有高气体流量的带表面之间的对流。冷初始化器和平流冷却的一个实施例是引导高热导率气体(如氦气、氢气或其他惰性气体)的碰撞射流。通过直接形成硅带或硅板片，所创建的晶片特性不会像由圆柱形晶锭形成的Cz晶片那样具有径向缺陷分布。此外，从中心到晶片边缘的缺陷分布比Cz晶片更均匀。这种使用线性冷初始化器来创建近似线性的热条件能够使材料特性更均匀。
为了稳定冷初始化器附近的前缘固化界面，该工艺任选地对在固化区域附近的熔体进行局部加热。这可以创建在给定的拉动速度下稳定生长宽单晶带所需的热条件。对在带前缘固化界面附近的熔体进行局部加热可以有助于在给定的拉动速度下稳定晶体生长界面。还可以定制带周围熔体中产生的热分布以适应和稳定可能更容易受到生长不稳定性影响的带边缘。
当随后将生长的带拉过熔体表面时，带的厚度可以从其原始的、原生的厚度(如由冷块产生的)增加或减少到目标的、所期望的厚度分布。该工艺可以生产厚度在25μm和5mm之间的带。用于半导体装置制造的带的厚度可能超过600μm，并且用于太阳能电池制造的带可能具有约160μm或更大的厚度，尽管其他厚度也是可能的。例如，提高浮动带下方的熔融温度会使带的厚度分布回熔或变薄。另一个实例是浮动带上方的辐射表面可以降低到硅的熔融温度以下，以进一步从带表面抽取潜热，从而增加其厚度。熔体或局部辐射元件的温度可以在1300℃和1600℃之间。硅熔融温度可以为1414℃或更高。在熔体或辐射炉中产生的热分布可以进一步成形，以也局部造型最终的晶片厚度分布。例如，可以局部产生较厚的带边缘(以增加处理强度)，或者可以平滑最终的带厚度分布，从而以最少的后处理抛光来实现厚度均匀性目标，从而实现加工所需的目标厚度分布。使用空间独立的多个浸入式回熔加热器可以消除任何生长厚度的不均匀性。除了控制熔融温度或炉中其他元件的温度之外，可以通过增加坩埚长度或调整拉动速度来控制最终的带厚度分布。长度和拉动速度的组合可以控制带与熔体保持接触的时间。在拉动期间，带漂浮在熔体表面上。
本文公开的实施方案可以从带形成硅晶片，该硅晶片表现出用于高效的太阳能电池的高度期望的材料特性的以下组合。可以形成具有从其表面的一个或两个中延伸的低氧浓度分布的薄(50至300μm)单晶硅晶片，如图1或图2所示。这些低氧区域可以表现出小于8ppma的总氧浓度并构成总晶片厚度的5％至90％(例如，总晶片厚度的10％至90％或总晶片厚度的大于20％至90％)。远离低氧区域的剩余主体晶片氧浓度可为8ppma至25ppma。这些低氧区域可以尽可能大以最小化上述的氧驱动太阳能电池退化机制。低氧区域可以从面对光的表面、后表面或两个表面延伸，并且可以是对称的或不对称的。在一个例子中，最低的氧分布从面对太阳的晶片表面延伸，因为它吸收了大部分的光，并且对最终太阳能电池效率的影响最大。在另一个例子中，低氧区域从不面对光的晶片表面(即后表面)延伸，因为这是太阳能电池特征所在的位置。可以使用较浅的低氧深度，因为产生较深的低氧分布的工艺条件还可能导致更多的污染。此外，较浅的低氧深度可能是有益的，因为间隙氧可以通过提供抗滑性来提高晶片的机械强度。氮掺杂可用于抵消因氧浓度降低而导致的机械强度损失，而不会影响电学性能。具有较高主体氧的较浅的低氧深度也可能有利于半导体装置的内部吸收应用。
表现出穿过很大一部分晶片厚度的剥蚀区或低氧区域的晶片不同于先前的晶片，在先前的晶片中仅相对薄的晶片顶层表现出低氧。穿过较大部分的厚度提供低氧分布为太阳能电池装置提供了益处，因为最终效率取决于主体材料的特性，而不是晶片表面附近的材料的质量(例如像半导体装置一样)。半导体装置的性能通常仅取决于顶部80μm或更小的材料特性，而不是像太阳能电池性能那样取决于主体材料特性。图3示出了由SIMS测量的随距晶片表面的深度变化的测量的氧浓度。通过FTIR测量时这些分布对应的主体氧浓度超过15ppma。这些测量的分布可以代表晶片的两侧。
这种具有所公开的氧分布的薄晶片还可以在最终的太阳能电池装置中表现出在典型太阳能电池的材料电阻率下高于100μs的最终体MCL。由于最终的太阳能电池效率取决于MCL和电阻率的组合，该100μs的MCL是在掺杂至0.1ohm-cm和10ohm-cm之间的电阻率的晶片上测量的。目前的p型太阳能电池目前使用在0.5ohm-cm至3ohm-cm之间的掺杂，而n型太阳能电池目前使用在2ohm-cm和6ohm-cm之间的掺杂。掺杂材料可以是硼、镓、磷、锑或其他已知的硅掺杂剂。此外，可以在制成太阳能电池装置的晶片上测量该MCL。太阳能电池加工可以吸收金属污染并钝化缺陷，以增加晶片的原生MCL。所公开的低氧分布不容易产生氧沉淀物，因此晶片的体MCL可以在如图4所示的太阳能电池加工中增加，以给出图4所示的最终测量的MCL。晶片能够将体MCL增加三个数量级以上，这与先前的晶片不同，在先前的晶片中，主体中的氧沉淀物会在内部吸收金属污染并防止这种增加。对于该体MCL，本文公开的实施方案可以具有低于109/cm3的主体氧沉淀物密度。
在一个实施方案中，提供了一种形成带的方法。在坩埚中提供包括硅的熔体。使用具有直接面对熔体暴露面的冷初始化器表面的冷初始化器，在熔体上水平地形成单晶硅的带。在形成弯液面的坩埚边缘处，带与熔体分离。可以将带提升至坩埚边缘上方约0.2mm至2mm处，以增强弯液面稳定性。此时，带可能具有小角度。所得带从第一表面到第二表面的厚度为25μm至5mm(例如，50μm至5mm或50μm至300μm)。第一表面和第二表面彼此相对。第一表面和第二表面可以是带的外表面。带包括从第一表面延伸第一深度的第一区域。相对于带的主体，第一区域具有降低的氧浓度。带的少数载流子寿命大于100μs。
在一个例子中，拉动速度为大于0.1mm/s至小于15mm/s(例如，0.1mm/s至7mm/s)，包括至0.1mm/s的所有值及其间的范围。例如，拉动速度可以是10mm/s。拉动速度会影响带中的空位。
坩埚可以在水平形成或带拉动的方向上具有大于5cm至小于2m(例如，1m或200cm)的长度，包括至1cm的所有值及其间的范围。例如，坩埚的长度可以小于0.5m。
在形成期间在带周围的气氛可以包括H2、Ar、He、另一种惰性气体或其组合中的一种或多种，以控制氧缺陷或创建附加的材料性能。在形成期间在坩埚周围的气氛还可以包括氧气和水蒸气、三氯氧磷或另一种氯化物气体。气氛可能处于正压。N2可以在形成期间作为加强剂添加到在带周围的气氛中。掺杂剂，诸如包括硼(例如，三氟化硼或乙硼烷)、砷(例如，砷化氢)或磷(例如，磷化氢)的掺杂剂，还可以在形成期间添加到在带周围的气氛中。在带和/或坩埚周围的压力可以是0.01atm至5atm(例如，0.01atm至1.5atm)。
形成和拉动可以连续发生。例如，形成和拉动可以生产长度为0.2m至100m或更长、宽度为2cm至50cm的带。可以将带分割(例如，切片)成一个或多个晶片。例如，这些晶片可用于制造太阳能电池或半导体晶片。
在形成期间，在带周围的环境温度可为1200℃至1420℃。在带离开熔体后温度可能低于1400℃。
在一个例子中，拉动可以将带输送通过多个气体区段。每个气体区段都将带暴露于不同的气体中。
在另一个例子中，拉动将带输送通过第一区段和第二区段。第一区段和第二区段在不同的温度下操作。除去氧气发生在第一区段中。例如，第一区段可以在1200℃至1400℃的温度下操作，而第二区段可以在小于1200℃的温度下操作。
在拉动期间，当带处于熔体中时，氧气会从带的第一表面除去。在拉动期间，在将带从熔体中移除后，氧气会从带的第一表面和第二表面两者除去。
本文公开的实施方案使用一步法来形成具有在其形成期间存在于带中的所期望第一区域和第二区域的带。这避免了第二退火步骤或其他附加的制造步骤，从而节省了时间并降低了生产成本。
剥蚀区是半导体行业通常使用的术语，以描述为更好的电子特性而有目的地产生的晶片表面的低氧区。剥蚀区的特征在于具有低氧和减少的缺陷。因为晶片中的间隙氧扩散到晶片表面并释放到退火气氛，所以在退火期间形成了剥蚀区。剥蚀区的深度与氧扩散系数和时间的平方根成比例。在HRG工艺中，当晶片表面在熔体上行进时以及在其与熔体表面分离后会除去氧气。在该带工艺中，由于氧在熔融温度(例如，1412℃)下扩散较快，因此形成深剥蚀区可能仅需要几分钟。
公开了一种晶片或带，其可用于太阳能、半导体或其他应用。晶片可以包括硅，还可以包括锗、氧化镓、蓝宝石和/或其他材料或由锗、氧化镓、蓝宝石和/或其他材料制成。晶片或带可以是具有(100)、(110)或(111)取向的单晶。掺杂剂或其他添加剂，诸如磷、硼、镓、砷、铟、锗、锑、铝、铋、锂或氮，还可以掺入晶片或带中。
在一个例子中，带在与熔体分离后从第一表面到第二表面的厚度为50μm至5mm(例如，50μm至1mm)，包括至1.0μm的所有值及其间的范围。第一表面与第二表面彼此相对。在一个实施方案中，带或晶片的厚度为50μm至950μm。在另一个实施方案中，带或晶片的厚度为50μm至600μm或50μm至300μm。第一表面和第二表面可以是带上具有最大表面积的带的表面并且可以是平坦的或有纹理的。从带分割的晶片可以是正方形、伪正方形、矩形或圆形。圆形晶片可以包括边缘处的平坦部分。
对于太阳能电池应用，在与熔体分离之后，带100的厚度可以为50μm至300μm。硅基板可以至少为50μm厚以吸收足够部分的入射太阳光谱。厚度超过300μm的硅基板可能需要附加的加工时间来吸收和更多的原料材料。带可以是单晶以避免晶界，因为晶界会降低电池效率和/或机械强度。
带100可以包括从第一表面101延伸第一深度106的第一区域103和从第二表面102延伸第二深度107的第二区域104，如图6所示。第一区域103和第二区域104是剥蚀区的示例。第一表面101和第二表面102可以是带100的外表面。相对于设置在第一区域和第二区域之间的带的剩余部分(即，具有厚度108的中心主体103)，第一区域103和第二区域104具有减少的氧浓度。第一区域103和第二区域104是剥蚀区。在一个例子中，第一区域103和第二区域104具有0.1至8.0ppma的氧浓度，包括至0.1ppma的所有值及其间的范围。第一区域103和/或第二区域104具有0.1至7.0ppma、0.1至5.0ppma、0.1至3.0ppma、0.1至2.0ppma或0.1至1.0ppma的氧浓度。通过在第一区域103中和第一表面101处具有低氧浓度，可以在太阳能电池中发生最多电活动的地方使用最高质量、最佳性能的材料。
用于太阳能电池的晶片在第一区域103和第二区域104之间的区域(即，主体区域105)中(诸如直接与第一区域103或第二区域104相邻或在带100的中心)可以具有8ppma至25ppma的主体氧含量范围。主体氧含量高于8ppma的硅会形成降低最终太阳能电池效率的缺陷。在硼掺杂材料中，氧可以与硼键合以形成络合物，从而缩短寿命。这种机制通常被称为光致降解。硅可能是易碎的，而间隙氧可以通过位错钉扎和锁定来增加晶片的机械稳定性。氧含量低于1ppma的晶片可能是易碎的，并且在加工期间可能具有很高的破损率。半导体和其他应用的氧含量可能比太阳能电池更高。
第一深度106和第二深度107的尺寸可以变化并且可以彼此不同。第一深度106和第二深度107可以至少为5μm。在一个例子中，第一深度106是带100的厚度109的至少约10％并且可以为至多90％，包括至1％的所有值及其间的范围。在另一个例子中，第一深度106约为带100的厚度109的30％。在仍另一个例子中，第一深度106是带100的厚度109的约10％至约50％，包括至1％的所有值及其间的范围。在一个例子中，第二深度107约为带100的厚度109的10％。第一深度106和第二深度107组合可以占带100的厚度109的10％和90％之间，包括至1％的所有值及其间的范围。因此，第一深度106的距离和第二深度107的距离之和可以是带100的总厚度109的10％至90％。
相对于设置在第一区域103和第二区域104之间的带100的剩余部分(即主体区域105)，第一区域103和第二区域104可以具有降低的BMD浓度。在一个例子中，第一区域103和第二区域104没有体微缺陷。降低的BMD浓度还可以存在于非剥蚀区(例如，第一区域103和第二区域104之间的主体区域105)中。
对于太阳能电池，在第一区域103和第二区域104中可以存在0/cm3至1e11/cm3的BMD计数。高氧与内部结构缺陷组合可以沉淀氧簇(例如，BMD)，其用作金属杂质的内部吸收位点。带有BMD的晶片会导致太阳能电池效率降低。高BMD计数和其他结构缺陷会降低晶片机械强度并导致太阳能电池破损。半导体和其他应用可能具有比太阳能电池更大的BMD计数。在非剥蚀区中(即，相对于第一区域103和第二区域104，在主体区域105中)可能存在较高浓度的BMD。
对于太阳能电池，第一区域103和/或第二区域104的剥蚀区可以延伸晶片厚度的>20％。如图1所示，剥蚀区(DZ)的特征在于没有BMD，氧浓度低于主体，并且没有过多的空位或间隙。晶片厚度的一部分(例如，>20％)表现出非常适合于具有高电学性能的剥蚀区。在第一区域103、第二区域104和/或非剥蚀区(例如，第一区域103和第二区域104之间的区域)中可以出现较低的空位计数。
第一区域103和第二区域104可以具有硅空位。空位的浓度可以取决于在形成期间的使用图7或图8的系统的晶体拉动速度和跨越生长前沿的热梯度。
当在材料加工后的最终太阳能电池装置中测量时，用于太阳能电池生产的晶片的体少数载流子寿命(MCL)可以大于100μs和/或小于或等于50000μs，包括至1.0μs的所有值及其间的范围。MCL是被激发电子在导带中停留的时间并影响太阳能电池效率。对于高效太阳能电池，MCL可能大于100μs。对于用于半导体装置生产的晶片，体MCL可能低得多(<1μs)，因为在半导体装置制造中期望具有用于内部吸收的氧沉淀物。
虽然公开了具有第一区域103和第二区域104两者，但某些带可能仅具有降低氧浓度的第一区域103。
对于太阳能电池，至少在晶片的向阳侧(大部分光被吸收的地方)上具有剥蚀区是有益的。在晶片的黑暗侧上具有剥蚀区也会是有用的。前和后剥蚀区的相应大小可以被定制以最大化给定太阳能电池架构的电学性能并实现足够的机械强度。机械强度可以与氧含量相关。图1示出了晶片的示例，该晶片表现出不同大小的前和后剥蚀区。注意剥蚀区和主体中氧含量的大小，以及晶片厚度。
表1列出了带或晶片的示例性材料特性。表2列出了带或晶片可能表现出的附加特性。表1的特性是示例性的，而其他值或特性也是可能的。
表1：带材料特性
特性(单位) 范围
平均厚度(μm) 50-300
显微结构 单晶
晶体取向 (100)
太阳能晶片的体少数载流子寿命(μs) >100
半导体晶片的体少数载流子寿命(μs) <100
主体氧含量(O<sub>高</sub>,ppma) 8-25
剥蚀区氧含量(O<sub>低</sub>,ppma) 0.1-8
具有剥蚀区的晶片厚度分数(％) 5％-90％
前侧/日光侧剥蚀区厚度分数(％) 5％-90％
背侧/黑暗侧剥蚀区厚度分数(％) 0％-30％
平均氧沉淀物计数(计数/cm<sup>3</sup>) 0-1e16/cm<sup>3</sup>
在表1中，第一区域103是日光侧剥蚀区，而第二区域104是黑暗侧剥蚀区。
可以使用卡尺、千分尺、激光扫描或其他技术测量平均厚度。可以使用例如XRD来测量晶体取向。可以使用XRD、目视检查或其他技术测量微观结构。可以通过Sinton QSSPC、u-PCD或其他技术测量体少数载流子寿命。可以在已加工成太阳能电池的用碘化物-乙醇或其他材料钝化的晶片上测量平均少数载流子寿命。可以使用例如FTIR测量主体氧含量。可以使用SIMS、FTIR或其他技术测量氧含量、具有剥蚀区的晶片厚度分数或厚度分数。
带或晶片可以掺杂有硅掺杂剂，其包括磷、硼、镓、砷、铟、锗或其他材料。因此，所得晶片可以是p型或n型的。
带或晶片可以具有1e13/cm3至1e15/cm3的氮水平，其可以以atm/cm3测量。氮可以扩散到带或晶片中。此范围内的氮浓度可用于提高机械性能。
氢还可以扩散到带或晶片中。氢扩散到最终晶片可以降低复合中心的电活动。
成品晶片表面可以是抛光的或可以具有不同的纹理。为了增加光捕获和/或增强表面钝化，至少可以对太阳能电池的前面进行纹理化。可能的晶片表面的非穷尽列表包括通过化学蚀刻形成表面金字塔、通过湿化学形成硅纳米线(称为黑硅)或通过反应离子蚀刻形成蜂窝状点蚀结构。电池的背面也可以是有纹理的，但在某些电池架构中，它可以是无纹理的，也可以抛光到最小的粗糙度。
成品晶片可以包括装置修改，诸如激光孔、条形码或选择性掺杂分布。为了创建装置，晶片通常会被机械地或电学地改变。一些实施例包括在晶片主体上用激光打孔，选择性地掺杂晶片的不同区域，或者在表面做标记用于晶片跟踪。这些修改不会改变剥蚀区的其他益处。虽然这些修改可能在物理上改变晶片，但这些修改不会改变剥蚀区的其他益处。
总厚度变化可以为<0.5μm至100μm。晶片的总厚度变化可能会影响电池加工步骤，如接触烧制。一些电池架构利用不同的厚度分布来实现不同的特征。
所得晶片可以是正方形、伪正方形、矩形、圆形或其他形状。例如，最终的晶片可以是矩形、正方形或圆形，其临界尺寸(长度或直径)范围为1英寸至18英寸(例如，12英寸)。
本文的描述并未穷尽所有不同的加工步骤或创建太阳能、半导体或其他装置所需的附加晶片特征。其他步骤或规格是可能的。
太阳能电池装置中的最终晶片可以表现出用于太阳能电池生产的特定几何形状或材料特性。这些特征通常不会影响本文公开的低氧分布或掩盖在成品太阳能电池中测量的最终高MCL，该最终高MCL是由公开的氧驱动的MCL退化的最小化引起的。
在图2中，氧浓度分布显示为距晶片顶面的深度的函数。具体地，在一个或两个晶片表面上可以存在特定厚度的低氧区域(<8ppma)。如图3所示，该氧深度分布是距所生产的晶片的顶面测量的，这可能是最小化氧驱动的太阳能电池退化机制所期望的。
本文公开的实施方案不同于切割的Cz晶片，因为所公开的晶片具有穿过晶片厚度的不同氧分布。通过直接切割晶锭不能产生表面附近的低氧浓度而较深主体中的高氧浓度的分布。
在特定实施方案中，薄晶片(例如，<300μm)用于太阳能电池。晶片厚度的一部分(>10％)表现出低氧以避免寿命退化机制。可以存在零到低分数的BMD，以避免导致低寿命晶片(<100μs)的内部吸收。太阳能电池加工可以将金属吸收到远离晶片中心的晶片表面。BMD会产生残余应力，从而增加用于太阳能电池加工的薄晶片的破损，诸如通过降低晶片中的间隙氧浓度。
还可以形成不对称的氧分布。解耦的剥蚀区可以控制氧分布，从而实现高的最终晶片强度和定制的电学性能。可以形成解耦的剥蚀区，而不会造成过多的晶片破损或附加工艺步骤的成本。
本文公开的晶片可以使用FSM法制造。一种用于FSM带生产的系统，如图7或图8所示的系统可以包括用于收容熔体的坩埚和具有直接地面对熔体的暴露面的冷初始化器表面的冷初始化器。冷初始化器被配置为以与拉动相同的速度形成漂浮在熔体表面上的带。在操作期间，在坩埚中提供熔体。在带与在坩埚壁处的熔体分离之前，带的厚度在回熔区中得到控制，在坩埚壁处形成稳定的弯液面。
一种用于晶片生产的系统，如图7或图8所示的系统可以包括用于收容熔体的坩埚和具有直接地面对熔体的暴露面的冷块表面的冷块。该冷块被配置为在冷块表面产生冷块温度，该冷块温度低于熔体在暴露面处的熔融温度，由此在熔体上形成带。冷块还可以提供冷却射流以帮助形成固体带。在操作期间，在坩埚中提供熔体。使用冷块在熔体上水平地形成带，该冷块具有直接地面对熔体的暴露面的冷块表面。回熔加热器可以在带形成之后减小熔体中的带的厚度。使用拉出器以小角度将带从熔体中拉动离开熔体表面。可以相对于熔体表面以0°角或小角度(例如，小于10°)将带从坩埚中拉动。将带支撑并分割成晶片，诸如使用激光器。使用该系统制造的晶片可以具有本文描述的降低的氧浓度。在熔体中或与熔体分离后会除去氧气。
本文公开的实施方案可以在高温(例如，1200至1414℃或1200至1400℃)下控制在带周围的周围环境，以从带表面除去氧气，并在带表面产生高度期望的低氧分布。高温下从晶片表面的除去氧气和除气速度与氧在硅中的扩散系数和带表面处的大气条件成比例。不同的气体混合物和大气压力可以通过增加从带表面移除扩散氧的速度来增强除气。气体混合物可以包括氩气、氢气、氦气或任何其他惰性气体，这些惰性气体可能会或也可能不会产生可增强氧移除的还原性气氛。相关的大气压力包括低于大气压的低压力(例如，0.01atm)到正压系统(例如，5atm)。此外，可以定制在带表面周围的气流分布，以增加除气，同时通过气体输送使金属污染最小化。
在带周围可以有一个或多个具有不同气体混合物的气体区段。这些气体区段可以面向带的一侧或多侧。在一个例子中，气体区段可以被配置为使带表面的金属污染最小化。气体区段可以通过隔离每个气体区段的结构阻隔层或气体阻隔层隔开。例如，图8具有可以使用不同气体的两个区段。
由于低氧区域深度(或剥蚀深度)可以直接与其在高温(例如，1200至1420℃)下花费的时间量成比例，因此高温区(除气区)的长度可以被配置为使得带可以在高温下停留足够长的时间，以在给定的拉动速度下达到所期望的剥蚀区深度。剥蚀区深度(例如，在第一区域和第二区域中)可以被定义为类似于硅中的氧浓度低于8ppma的地方，相比之下主体起始氧水平为8至25ppma。降低氧浓度与较低的BMD密度相关。对于增加的MCL，可能期望BMD密度低于1e9/cm3。具体地，为了实现装置制造所期望的最终区域深度，可以将带在高温下停留足够长的时间，以便在一个或两个带表面上产生10至300μm之间的剥蚀区深度。对于在0.1和7mm/s之间的稳定晶体拉动速度，带可以在高温(例如，1200至1414℃或1200至1420℃)下保持约5cm至200cm的长度，如图8所示。由于每个相应晶片表面的低氧分布区的深度由表面释放到环境中的时间量决定，面对熔体的带表面(例如，第二区域)的剥蚀区深度可能较小，因为它暴露在工具环境中的时间较少。因此，带分离的坩埚边缘和分别冷却(<1200℃)带的坩埚边缘之间的距离可以决定特定剥蚀区深度的深度。对于该工艺，可能期望在一个晶片表面上具有相对深的剥蚀区(约100μm)，用于生产半导体IC装置，其中该装置仅与晶片表面的顶部100μm相互作用。对于太阳能电池的生产，还可能期望在两个晶片表面都具有深剥蚀区，其中低氧分布能够实现高体MCL。特别是对于太阳能电池，剥蚀区的深度可以是总带厚度的一部分，诸如10％至95％。
固体带可以在坩埚边缘上在约0.2mm至2mm的略微升高的高度处分离，这可以确保保持稳定的弯液面并且在分离期间熔体不会溢出坩埚的唇部。坩埚边缘还可以成形为包括钉扎特征，以增加弯液面或毛细管的稳定性。可以增加带表面和坩埚之间的弯液面的气体压力以增加弯液面的稳定性。关于如何增加气体压力的一个实施例是将碰撞射流直接局部聚焦在坩埚边缘和带表面之间形成的该弯液面处。
当带从冷初始化器行进至其达到室温的地方时，带被机械支撑以最小化金属污染和缺陷的产生。在高温下机械地偏转薄带会机械地使带屈服并引起不期望的位错。与带的物理接触会局部地导致不期望的滑移、位错和金属污染。当带漂浮在熔体表面上时，将带支撑在熔体上的机构是任选的。当带在坩埚边缘分离时，带可以被支撑，因为在那里预计带会经历最大的机械偏转。在带与熔体分离之后的拉动期间，可以通过几种方法来支撑带，这些方法包括气流悬浮和/或机械支撑。首先，可以通过定向气流使带悬浮，该气流在带表面上产生局部高压或低压以支撑带。气流悬浮方法的示例可以包括伯努利夹具(Bernoulligripper)、气体轴承、空气-曲棍球台或其他使用气体压力的技术。另一种方法是用例如辊子或滑轨机械地支撑带。为了使这种接触方法的有害影响最小化，这些支撑件和带表面之间的接触面积可以最小化。支撑件可由不易污染硅的高温半导体级材料制成，该材料如为碳化硅、氮化硅、石英或硅。可以最小化带的偏转以防止带机械地屈服、翘曲或产生结构缺陷。
本文公开的实施方案在带冷却至室温时定制在带周围的热分布和大气条件以实现期望的缺陷分布和最终材料特性。间隙氧在约1000℃下开始沉淀，并且这些沉淀物的大小会继续生长，直至带温度降低至约800℃以下。半导体行业目前使用的热退火工艺可以通过将晶片在这些温度范围内停留特定时间段来控制沉淀物的密度和大小及其产生的BMD。例如，为了根据需要增加氧沉淀物的大小以产生剥蚀区，将晶片长时间保持在约800℃下。为了使用于高效太阳能电池所期望的沉淀物的发展最小化，晶片可以在这些温度下停留尽可能短的时间。低于1e9/cm3的BMD密度与高MCL相关联，而高于约1e11/cm3的BMD密度局部会产生高的内部吸收，从而产生低的MCL。本文公开的实施方案在带从坩埚行进至工具末端时在带周围产生热区，以具体控制带中的氧驱动缺陷分布。如果合适，沿着带长度的温度分布既可以将带温度从其原始高温(例如，1200至1414℃)斜变到特定的中间温度，如果合适，停留给定的时间长度，重复该斜变并在另一个温度下停留适当的时间，最后将带斜变到室温(例如，15至25℃)。温度分布可以通过电阻加热器、异型绝缘、辐射几何形状和/或表面以及气流的组合来产生和保持。可以定制这些热分布，以便不会因热机械应力而产生缺陷。带温度曲线的二阶导数会引起热应力，甚至会导致带发生机械弯曲。这可以通过在带宽度(垂直于拉动方向)上引入横向温度分布来补偿。因此，本文公开的实施方案中的温度分布的梯度和二阶导数可以被配置为不产生这种不期望的热应力。对于0.1至7mm/s的预计拉动速度，带从高温到室温的整个冷却区可能在2cm和5m之间。
在一个例子中，在带中产生一个或多个剥蚀区所需的时间可以为1分钟至60分钟。在工具中的各种温度和/或气体区段中形成一个或多个剥蚀区的时间可以是在带处于熔体中时或者在与熔体分离之后。
该系统可以包括长度可以为2cm至500cm的一个或多个温度区。图8的实施方案包括两个温度区：除气区和冷却区。可能有多于两个的温度区。区段中的每一个都可以分离或隔离。区段之间的气帘可以提供隔离。使用特定压力的气流、与真空设置或真空泵组合的气流、挡板或其他几何结构、和/或带本身还可用于将区段彼此隔离。在一个例子中，区段可以通过隔热件、隔热罩、加热器或其他物理机构隔开。
例如，使用惰性或还原性气氛，温度区可以为800℃至约1414℃。每个温度区的停留时间可以为1分钟至60分钟。在一个例子中，温度可以为大于1200℃至约1414℃。在相似的温度下可以包括附加的气体，诸如掺杂剂。
当带处于熔体中时或当使用气流悬浮支撑带时，温度区可以在带中形成剥蚀区。这减少了在带中产生的缺陷或位错的数量以及在带中发生的污染的量。减少与金属组件的物理接触意味着金属污染更少。还减少了带中的位错，这提高了电学性能。
在带处于熔体中时形成剥蚀区还防止下垂。如果带在空间中悬臂，则可能会发生下垂，这可能会由于带自身的重量通过重力而产生滑移或位错。
在一个例子中，可以存在温度在特定时间保持在温度设定点以控制缺陷分布的部段。可以在带上实施温度梯度以最小化热应力的影响。可以实现沿拉动方向的温度梯度以最小化热应力的影响。可以控制温度曲线的二阶导数以最小化热应力和机械翘曲。该系统可以包括一个或多个温度梯度和/或二阶导数。可以通过电阻加热器、异型绝缘、辐射几何形状和/或表面以及气流的组合来产生和保持温度区。
在一个例子中，用于控制氧气除去的区域可以在空间上与被配置为使缺陷最小化并在带中创建所期望材料特性的区域重叠。
与定制的热分布相结合，当带从高温转变至室温时，可以定制带的气体气氛和机械支撑，以还提高材料性能。带可以暴露于不同的气体混合物中，以创建功能性或提高性能。将带暴露于惰性气体(如氩气或氮气)可以保持其清洁度，并且创建氩气与还原性气体(如氢气)的混合物可以进一步帮助表面清洁度。此外，已显示，如果需要，氩气、氮气和氧气的混合物可以增加氧化物的沉淀。使用含有氧气和一些水蒸气的气体混合物可以在晶片表面上生长热氧化物，从而最小化金属污染。另一种气体混合物可以包含三氯氧磷或氯化物气体。将带暴露于三氯氧磷或氯化物气体中，将具有局部产生具有高磷浓度的晶片表面和保护性玻璃表面的组合效果。这种高度掺杂的表面会吸收金属污染，因此会增加体MCL，这对于太阳能电池等装置来说是期望的。玻璃表面将防止环境对晶片的进一步的金属污染。当带从坩埚行进至室温时，可能有一种或多种气体混合物暴露于带上。这些气体混合物可以通过气帘、引导流动几何形状和旨在将气体混合物彼此分离的其他技术来隔开。这些气体区段中的一个或所有的大气压力可以包括低于大气压的低压力(例如，0.01atm)到正压系统(例如，5atm)。工具气氛可以对周围环境开放或密封。可以定制在带表面周围的气流分布，以增加除气，同时通过气体输送使金属污染最小化。
定制单晶带的热分布以控制缺陷或将其暴露于产生所需材料特性的特定气体混合物是有益的。与目前先形成晶片然后再对其进行加工以实现特定晶片特性的多步骤工艺相比，使用单个工具直接生产定制晶片可以提供降低的成本和降低的工厂复杂性。通过在不同机器之间移动晶片，可以形成和加工晶片而不会有污染环境的风险。
在带被冷却至约室温之后，带可以被分割成离散的晶片。晶片可以是矩形的、正方形的、伪正方形的、圆形的或可以从带切割的任何几何形状。可以通过如激光划线和切割、激光烧蚀、和机械划线和切割的传统技术来执行分割。最终离散晶片的临界尺寸范围可以为1cm至50cm(例如，1至45cm或20至50cm)。
然后可以进一步加工或标记晶片以产生用于最终半导体装置或太阳能电池的附加特征或材料特性。在一个实施例中，可以用化学品或机械磨损对晶片进行研磨和抛光。在另一个实施例中，可以对晶片进行化学纹理化或机械抛光以创建所期望的最终表面粗糙度。材料或几何特征可以添加到表面或在主体中创建最终所期望的装置。实施例最终产品可以包括但不限于太阳能电池、MOSFET或用于锂离子电池的阳极。
虽然已相对于一个或多个特定实施方案描述了本公开，但是应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下可以做出本公开的其他实施方案。因此，本公开被视为仅受所附权利要求及其合理解释的限制。

Claims (41)

1.一种方法，包括：
在坩埚中提供熔体，其中所述熔体包括硅；
使用面对所述熔体的暴露面的冷初始化器形成漂浮在所述熔体上的带，其中所述带是单晶硅；
以小角度将所述带从所述熔体中拉动离开所述熔体表面，其中所述带以与所述拉动相同的速度形成；以及
在形成稳定弯液面的所述坩埚的壁处将所述带与所述熔体分离，其中在所述分离之后所述带具有在第一表面和第二表面之间的50μm至5mm的厚度，其中在所述分离之前所述第二表面面对所述熔体，其中所述第一表面和所述第二表面彼此相对，其中所述带包括从所述第一表面向所述第二表面延伸第一深度的第一区域，并且其中相对于所述带的主体，所述第一区域具有降低的氧浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述拉动的速度为大于0.1mm/s至7mm/s。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述坩埚在所述形成方向上的长度为大于5cm至200cm。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述形成期间在所述带周围的环境温度为1200℃至1420℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述形成期间在所述带周围的气氛具有0.01atm至5atm的压力。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在所述形成期间在所述坩埚周围的气氛包括H2、Ar、He、另一种惰性气体或其组合中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述形成期间在所述坩埚周围的气氛包括氧气和水蒸气。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在所述形成期间在所述坩埚周围的气氛包括三氯氧磷或氯化物气体。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在所述分离之后所述拉动将所述带输送通过多个气体区段，其中所述气体区段中的每一个将所述带暴露于不同的气体。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述拉动将所述带输送通过第一区段和第二区段，其中所述第一区段和所述第二区段在不同的温度下操作，并且其中除去氧气发生在所述第一区段中。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一区段在1200℃至1400℃下操作，而所述第二区段在低于1200℃下操作。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述拉动期间当所述带处于所述熔体中时，从所述带的所述第一表面除去氧气。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述分离之后在所述拉动期间从所述带的所述第一表面和所述第二表面两者中除去氧气。
14.根据权利要求1所述的方法，其中在所述形成期间在所述坩埚周围的气氛还包括掺杂剂。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成和拉动连续地发生以生产长度为0.2m至100m的带。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述带具有大于100μs的体少数载流子寿命。
17.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述分离之后在所述拉动期间使用气流悬浮和/或机械支撑件来支撑所述带，并且其中所述支撑被配置为使所述带的污染最小化。
18.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述拉动期间将所述带的一部分熔融成所述熔体。
19.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述带分割成一个或多个晶片。
20.一种使用权利要求19所述的方法生产的晶片。
21.根据权利要求20所述的晶片，其中所述晶片是太阳能电池。
22.根据权利要求20所述的晶片，其中所述晶片是半导体晶片。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述晶片是正方形、伪正方形、矩形或圆形。
24.根据权利要求1所述的方法，其中在所述分离之后第一表面和第二表面之间的所述厚度为50μm至300μm。
25.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一表面和所述第二表面是所述带上具有最大表面积的表面。
26.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一区域具有0.1至8.0ppma的氧浓度。
27.根据权利要求1所述的方法，其中所述带的所述主体具有8至25ppma的氧浓度。
28.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一深度至少为5μm。
29.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一深度为所述厚度的5％至90％。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述第一深度为所述厚度的20％至90％。
31.根据权利要求1所述的方法，其中相对于所述带的所述主体，所述第一区域具有降低的体微缺陷浓度。
32.根据权利要求1所述的方法，还包括从所述第二表面向所述第一表面延伸第二深度的第二区域，并且其中相对于设置在所述第一区域和所述第二区域之间的所述带的所述主体，所述第二区域具有降低的氧浓度。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述第二区域具有0.1至8.0ppma的氧浓度。
34.根据权利要求32所述的方法，其中所述第二深度至少为5μm。
35.根据权利要求32所述的方法，其中所述第一深度和所述第二深度组合为所述厚度的5％至90％。
36.根据权利要求32所述的方法，其中所述第二深度约为所述厚度的10％。
37.根据权利要求32所述的方法，其中相对于设置在所述第一区域和所述第二区域之间的所述带的所述主体，所述第一区域和所述第二区域具有降低的体微缺陷浓度。
38.根据权利要求32所述的方法，其中所述第一深度和所述第二深度是不同的距离。
39.根据权利要求1所述的方法，其中所述带还包括掺杂剂。
40.根据权利要求1所述的方法，其中所述带在所述第一区域中具有0至1e11/cm3的平均氧沉淀物计数。
41.一种使用权利要求1所述的方法生产的带。
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