DE102015201380A1 - Ingot and process for its production - Google Patents

Ingot and process for its production Download PDF

Info

Publication number
DE102015201380A1
DE102015201380A1 DE102015201380.4A DE102015201380A DE102015201380A1 DE 102015201380 A1 DE102015201380 A1 DE 102015201380A1 DE 102015201380 A DE102015201380 A DE 102015201380A DE 102015201380 A1 DE102015201380 A1 DE 102015201380A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ingot
concentration
wafer
interstitial oxygen
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102015201380.4A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102015201380B4 (en
Inventor
Gerd Fischer
Franziska Wolny
Friedrich Robert Zacharias
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meyer Burger Germany GmbH
Original Assignee
SolarWorld Innovations GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SolarWorld Innovations GmbH filed Critical SolarWorld Innovations GmbH
Priority to DE102015201380.4A priority Critical patent/DE102015201380B4/en
Publication of DE102015201380A1 publication Critical patent/DE102015201380A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102015201380B4 publication Critical patent/DE102015201380B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/006—Controlling or regulating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L31/0288—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table characterised by the doping material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

Ein Wafer (1) aus einem Halbleiter-Material weist einen Konzentrationsgradienten des interstitiellen Sauerstoffs und gegenläufig ein Konzentrationsgradient des Dotierstoffes auf. Hierdurch kann die Bildung eines rekombinationsaktiven Komplexes reduziert werden.A wafer (1) made of a semiconductor material has a concentration gradient of the interstitial oxygen and, in opposite directions, a concentration gradient of the dopant. This can reduce the formation of a recombination-active complex.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ingot aus einem Halbleiter-Material. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Wafer aus einem Halbleiter-Material und eine aus einem derartigen Wafer hergestellte Solarzelle. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Ingots sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Wafers aus einem derartigen Ingot.The invention relates to an ingot made of a semiconductor material. The invention further relates to a wafer made of a semiconductor material and a solar cell produced from such a wafer. In addition, the invention relates to a method for producing an ingot and a method for producing a wafer from such an ingot.

Halbleiter-Ingots können zur Herstellung von Solarzellen verwendet werden. Es ist bekannt, dass Defekte zu einer verringerten Lebensdauer der Minoritätsladungsträger führen können. Dies wirkt sich nachteilig auf den Wirkungsgrad einer aus einem derartigen Ingot hergestellten Solarzelle aus. Semiconductor ingots can be used to make solar cells. It is known that defects can lead to a reduced lifetime of the minority carriers. This has a disadvantageous effect on the efficiency of a solar cell produced from such an ingot.

Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Ingots ist aus der DE 10 2011 005 503 A1 bekannt.An apparatus for producing an ingot is known from DE 10 2011 005 503 A1 known.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Ingot zu verbessern.It is an object of the invention to improve an ingot.

Diese Aufgabe wird durch einen Ingot aus einem Halbleiter-Material mit einer in einer Richtung monoton abnehmenden Konzentration interstitiellen Sauerstoffs gelöst. This object is achieved by an ingot of a semiconductor material having a monotonically decreasing concentration of interstitial oxygen in one direction.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch eine derartige Verteilung der interstitiellen Sauerstoffkonzentration die Eigenschaften des Ingots verbessert werden können.According to the invention, it has been recognized that the properties of the ingot can be improved by such a distribution of the interstitial oxygen concentration.

Bei dem Halbleiter-Material handelt es sich insbesondere um Silizium. Beim Ingot handelt es sich somit insbesondere um einen Silizium-Ingot. Es handelt sich insbesondere um einen dotierten Ingot.The semiconductor material is in particular silicon. The ingot is thus in particular a silicon ingot. It is in particular a doped ingot.

Die Konzentration interstitiellen Sauerstoffs weist insbesondere einen Gradienten in einer vorbestimmten Richtung auf. Der Gradient der Konzentration interstitiellen Sauerstoffs liegt insbesondere im Bereich von 1017 cm–3/50 mm bis 5·1017 cm–3/50 mm. Er beträgt insbesondere höchstens 3·1017 cm–3/50 mm, insbesondere höchstens 2·1017 cm–3/50 mm, insbesondere höchstens 2·1017 cm–3/100 mm. Diese Angaben beziehen sich insbesondere auf ein mittleres Drittel des Ingots in Wachstumsrichtung. Sie können sich auch auf den gesamten Ingot beziehen. Weitere Details zum Verlauf der Konzentration interstitiellen Sauerstoffs über die Höhe des Ingots ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele. In particular, the concentration of interstitial oxygen has a gradient in a predetermined direction. The gradient of the concentration of interstitial oxygen is in particular in the range of 10 17 cm -3 / 50 mm to 5 × 10 17 cm -3 / 50 mm. In particular, it is at most 3 × 10 17 cm -3 / 50 mm, in particular at most 2 × 10 17 cm -3 / 50 mm, in particular at most 2 × 10 17 cm -3 / 100 mm. These data relate in particular to a middle third of the ingot in the growth direction. You can also refer to the entire ingot. Further details on the course of the concentration of interstitial oxygen over the height of the ingot can be found in the description of the exemplary embodiments.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung nimmt die Konzentration, insbesondere die mittlere Konzentration, interstitiellen Sauerstoffs in Richtung parallel zur Wachstumsrichtung des Ingots monoton ab. Unter der Wachstumsrichtung sei hierbei die Richtung des Kristallwachstums bei der Herstellung des Ingots verstanden. Der Ingot kann insbesondere mittels gerichteter Erstarrung, insbesondere mittels eines sogenannten Vertical Gradient Freeze(VGF)-Verfahrens hergestellt werden. According to one aspect of the invention, the concentration, in particular the mean concentration, of interstitial oxygen decreases monotonically in the direction parallel to the growth direction of the ingot. In the direction of growth, the direction of crystal growth in the production of the ingot is understood here. The ingot can be produced in particular by means of directed solidification, in particular by means of a so-called Vertical Gradient Freeze (VGF) method.

Die Konzentration interstitiellen Sauerstoffs nimmt insbesondere vom Boden des Ingots zu dessen Kappe hin monoton ab. The concentration of interstitial oxygen in particular decreases monotonically from the bottom of the ingot to its cap.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung liegt die Konzentration interstitiellen Sauerstoffs im Ingot im Bereich von 1016/cm3 bis 1018/cm3, insbesondere im Bereich von 5·1016/cm bis 5·1017/cm3. Sie kann insbesondere bei mehr als 1017/cm3 liegen. Sie kann insbesondere bei weniger als 3·1017/cm3, insbesondere bei weniger als 2·1017/cm3 liegen. Diese Angaben geben jeweils die Anzahl der Sauerstoffatome je Volumeneinheit an. Sie beziehen sich insbesondere auf den Ingot nach dem Abtrennen eines Bodenbereichs mit einer Höhe von 50 mm. According to one aspect of the invention, the concentration of interstitial oxygen in the ingot is in the range of 10 16 / cm 3 to 10 18 / cm 3 , in particular in the range of 5 × 10 16 / cm to 5 × 10 17 / cm 3 . In particular, it may be more than 10 17 / cm 3 . In particular, it may be less than 3 × 10 17 / cm 3 , in particular less than 2 × 10 17 / cm 3 . These data indicate the number of oxygen atoms per unit volume. They refer in particular to the ingot after separating a bottom area with a height of 50 mm.

Diese Angaben können sich auf den gesamten Ingot beziehen. Die Angaben geben insbesondere jeweils die Unter- bzw. die Obergrenze der Konzentrationen auf entgegengesetzten Seiten des Ingots wieder. Im Ingot selbst gibt es einen Konzentrationsgradienten. Der Gradient selbst kann über die Höhe des Ingots schwanken. Er weist insbesondere einen nicht-linearen Verlauf auf. Die Konzentration interstitiellen Sauerstoffs zeigt über die Höhe des Ingots insbesondere einen Verlauf mit einem Minimalwert von 5·1016/cm3 und einem Maximalwert von 2·1018/cm3, insbesondere einem Minimalwert von 1017/cm3 und einem Maximalwert von 3·1017/cm3. Entsprechende Konzentrationen und Konzentrationsgradienten ergeben sich für Wafer, welche in einer Richtung parallel zur Längsachse des Ingots aus diesem geschnitten werden.This information can refer to the entire ingot. In particular, the data reflect the lower or the upper limit of the concentrations on opposite sides of the ingot. In the ingot itself there is a concentration gradient. The gradient itself may vary over the height of the ingot. In particular, it has a non-linear course. In particular, the concentration of interstitial oxygen shows over the height of the ingot a course with a minimum value of 5 × 10 16 / cm 3 and a maximum value of 2 × 10 18 / cm 3 , in particular a minimum value of 10 17 / cm 3 and a maximum value of 3 · 10 17 / cm 3 . Corresponding concentrations and concentration gradients result for wafers which are cut in a direction parallel to the longitudinal axis of the ingot.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Ingot auch über mindestens 50%, insbesondere mindestens 70%, insbesondere mindestens 90% seiner Höhe eine im Wesentlichen konstante Konzentration interstitiellen Sauerstoffs aufweisen. Diese Konzentration liegt insbesondere bei weniger als 5·1017/cm3, insbesondere bei weniger als 3·1017/cm3, insbesondere bei weniger als 2·1017/cm3. Im Übrigen wird auf die vorhergehend angegebenen Minimalwerte verwiesen. Die Angaben können sich auf den gesamten Ingot oder auf den Ingot nach Abtrennung eines 50 mm dicken Bodenbereichs beziehen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Konzentration interstitiellen Sauerstoffs einen gegenläufigen Verlauf zu einer Konzentration eines Dotierstoffs auf. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich hierdurch die Bildung eines rekombinationsaktiven Defektes reduzieren lässt.According to a further aspect of the invention, the ingot may also have an essentially constant concentration of interstitial oxygen over at least 50%, in particular at least 70%, in particular at least 90% of its height. This concentration is in particular less than 5 × 10 17 / cm 3 , in particular less than 3 × 10 17 / cm 3 , in particular less than 2 × 10 17 / cm 3 . Incidentally, reference is made to the previously indicated minimum values. The data may refer to the whole ingot or to the ingot after separation of a 50 mm thick bottom area. According to another aspect of the invention, the concentration of interstitial oxygen has an opposite course to a concentration of a dopant. According to the invention, it has been recognized that this can reduce the formation of a recombination-active defect.

Bei der Dotierung handelt es sich insbesondere um eine p-Dotierung. Als Dotierstoff dienen insbesondere dreiwertige Elemente, das heißt Elemente der dritten Hauptgruppe. Als Dotierstoff kommen insbesondere Bor, Aluminium, Gallium und Indium in Frage. The doping is in particular a p-type doping. Trivalent elements, in particular trivalent elements, are used as the dopant Elements of the third main group. As a dopant in particular boron, aluminum, gallium and indium come into question.

Der Dotant weist insbesondere einen zum Gradienten der Konzentration interstitiellen Sauerstoffs gegenläufigen Gradienten auf. In particular, the dopant has a gradient which is opposite to the gradient of the concentration of interstitial oxygen.

Die Konzentration des Dotierstoffs kann insbesondere im Bereich von 1015/cm3 bis 1017/cm3, insbesondere im Bereich von 7·1015/cm3 bis 1,6·1016/cm3, insbesondere im Bereich von 7·1015/cm bis 9·1015/cm3 oder im Bereich von 1,4·1016/cm3 bis 1,6·1016/cm3 liegen. Niedrigere Konzentrationen führen zu einem limitierten Wirkungsgrad der aus dem Ingot hergestellten Solarzellen, insbesondere aufgrund des höheren Basiswiderstandes. Diese Angaben beziehen sich wiederum auf die Minimal- bzw. Maximalwerte der Konzentration des Dotierstoffs im Ingot bzw. im Wafer. Der Dotierstoff weist insbesondere einen Konzentrationsgradienten im Ingot auf. Der Konzentrationsgradient des Dotierstoffs weist über die Höhe des Ingots insbesondere einen nicht-linearen Verlauf auf.The concentration of the dopant may in particular be in the range of 10 15 / cm 3 to 10 17 / cm 3 , in particular in the range of 7 · 10 15 / cm 3 to 1.6 · 10 16 / cm 3 , in particular in the range of 7 · 10 15 / cm to 9 x 10 15 / cm 3 or in the range of 1.4 x 10 16 / cm 3 to 1.6 x 10 16 / cm 3 . Lower concentrations lead to a limited efficiency of the solar cells produced from the ingot, in particular due to the higher base resistance. These data again relate to the minimum or maximum values of the concentration of the dopant in the ingot or in the wafer. In particular, the dopant has a concentration gradient in the ingot. The concentration gradient of the dopant has in particular a non-linear course over the height of the ingot.

Durch die gegenläufigen Gradienten der interstitiellen Sauerstoffkonzentration einerseits und des Dotierstoffs andererseits lässt sich die Bildung der Dotierstoff-Sauerstoff-Defekte, insbesondere der Bor-Sauerstoff-Defekte, verringern, insbesondere minimieren.By the opposite gradient of the interstitial oxygen concentration on the one hand and the dopant on the other hand, the formation of the dopant-oxygen defects, in particular the boron-oxygen defects, reduce, in particular minimize.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wafer zu verbessern.Another object of the invention is to improve a wafer.

Diese Aufgabe wird durch einen Wafer aus einem Halbleiter-Material mit einer in einer Richtung parallel zu einer Schnittfläche des Wafers abnehmenden Konzentration interstitiellen Sauerstoffs gelöst.This object is achieved by a wafer of a semiconductor material having a concentration of interstitial oxygen decreasing in a direction parallel to a sectional area of the wafer.

Als Schnittfläche wird hierbei die Fläche bezeichnet, entlang welcher der Wafer aus dem Ingot geschnitten wird. In this case, the sectional area is the area along which the wafer is cut out of the ingot.

Der Wafer ist insbesondere aus einem Ingot gemäß der vorhergehenden Beschreibung hergestellt. Der Gradient interstitiellen Sauerstoffs, welcher in Richtung parallel zur Schnittfläche, das heißt zur Oberfläche, des Wafers verläuft, und ein zusätzlicher gegenläufiger Gradient der Dotierstoffkonzentration führt zu der bereits erwähnten Minimierung der Dotierstoff-Sauerstoff-Defekte, insbesondere der Bor-Sauerstoff-Defekte.The wafer is in particular made of an ingot according to the preceding description. The gradient of interstitial oxygen, which runs in the direction parallel to the cut surface, that is to the surface, of the wafer, and an additional opposite gradient of the dopant concentration leads to the already mentioned minimization of the dopant-oxygen defects, in particular the boron-oxygen defects.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung verläuft der Gradient der Konzentration interstitiellen Sauerstoffs parallel zu einer Seitenkante des Wafers. In one aspect of the invention, the gradient of the concentration of interstitial oxygen is parallel to a side edge of the wafer.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beträgt die mittlere Lebensdauer der Minoritätsladungsträger bei einem derartigen Wafer nach einer Oberflächenpassivierung mindestens 90 µs, insbesondere mindestens 100 µs, insbesondere mindestens 110 µs, insbesondere mindestens 120 µs. Es wurde gefunden, dass sich die mittlere Lebensdauer durch den Gradienten der Konzentration interstitiellen Sauerstoffs auf derartige Werte vergrößern lässt.According to a further aspect of the invention, the average lifetime of the minority charge carriers in such a wafer after surface passivation is at least 90 μs, in particular at least 100 μs, in particular at least 110 μs, in particular at least 120 μs. It has been found that the average lifetime can be increased to such values by the gradient of the concentration of interstitial oxygen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Solarzelle zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch eine Solarzelle gelöst, welche aus einem Wafer gemäß der vorhergehenden Beschreibung hergestellt wird. Die Reduzierung der Bildung rekombinationsaktiver Defekte, insbesondere Bor-Sauerstoff-Defekte, führt zu einer längeren mittleren Lebensdauer der Minoritätsladungsträger und damit zu einem höheren Wirkungsgrad der Solarzelle.Another object of the invention is to improve a solar cell. This object is achieved by a solar cell which is produced from a wafer according to the preceding description. The reduction of the formation of recombination-active defects, in particular boron-oxygen defects, leads to a longer average life of the minority charge carriers and thus to a higher efficiency of the solar cell.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Ingots zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den folgenden Schritten gelöst:

  • – Bereitstellungsschritt zur Bereitstellung einer Halbleiter-Schmelze,
  • – eine Homogenisierungsphase und
  • – eine Kristallisationsphase,
  • – wobei ein Spülgas-Volumenstrom in der Homogenisierungsphase zunächst höher ist und während der Homogenisierungsphase und/oder der Kristallisationsphase mindestens einmal reduziert wird.
Another object of the invention is to improve a process for producing an ingot. This task is solved by a procedure with the following steps:
  • Providing step for providing a semiconductor melt,
  • A homogenisation phase and
  • A crystallization phase,
  • - Wherein a purge gas volume flow in the homogenization phase is initially higher and is reduced at least once during the homogenization phase and / or the crystallization phase.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine derartige Reduzierung des Spülgas-Volumenstroms zu einer verbesserten Abdampf-Kinetik von Siliziumoxid und Sauerstoff aus der Siliziumschmelze und damit zu der bereits beschriebenen in Wachstumsrichtung monoton abnehmenden Konzentration interstitiellen Sauerstoffs führt.According to the invention, it has been recognized that such a reduction of the purge gas volume flow leads to an improved exhaust kinetics of silicon oxide and oxygen from the silicon melt and thus to the concentration of interstitial oxygen which is monotonically decreasing in the growth direction.

Der Spülgas-Volumenstrom kann vom Beginn der Homogenisierungsphase zum Ende der Kristallisationsphase monoton, insbesondere streng monoton, reduziert werden. Er kann auch mehrfach reduziert werden. Er kann insbesondere mehrfach schrittweise reduziert werden. Er kann auch phasenweise konstant gehalten werden. Er kann auch kontinuierlich reduziert werden. The purge gas volume flow can be monotonically reduced, in particular strictly monotonically, from the beginning of the homogenization phase to the end of the crystallization phase. It can also be reduced several times. In particular, it can be reduced step by step several times. It can also be kept constant in phases. It can also be reduced continuously.

Der Spülgas-Volumenstrom während der Schmelzphase und/oder während der Homogenisierungsphase und/oder während der Kristallisationsphase liegt insbesondere im Bereich von 5 l/min bis 100 l/min, insbesondere im Bereich von 10 l/min bis 30 l/min. The purge gas volume flow during the melt phase and / or during the homogenization phase and / or during the crystallization phase is in particular in the range of 5 l / min to 100 l / min, in particular in the range of 10 l / min to 30 l / min.

Die Homogenisierungsphase kann innerhalb einer Schmelzphase, zwischen der Schmelzphase und der Kristallisationsphase oder zu Beginn der Kristallisationsphase vorgesehen sein. Die Homogenisierungsphase dauert insbesondere im Bereich von 1 h bis 10 h, insbesondere im Bereich von 4 h bis 10 h.The homogenization phase can be provided within a melt phase, between the melt phase and the crystallization phase or at the beginning of the crystallization phase. The Homogenization phase lasts in particular in the range of 1 h to 10 h, in particular in the range of 4 h to 10 h.

Zur Bereitstellung der Halbleiter-Schmelze kann eine Schmelzphase vorgesehen sein. Das Silizium kann insbesondere während der Schmelzphase in einem Tiegel aufgeschmolzen werden. To provide the semiconductor melt, a melt phase may be provided. The silicon can be melted in a crucible, in particular during the melting phase.

Die Temperatur der Schmelze während der Homogenisierungsphase und/oder während der Kristallisationsphase liegt insbesondere im Bereich von 1400°C bis 1600°C. The temperature of the melt during the homogenization phase and / or during the crystallization phase is in particular in the range from 1400 ° C. to 1600 ° C.

Die Temperatur der Halbleiter-Schmelze kann insbesondere während der Homogenisierungsphase einmal oder mehrmals reduziert werden. The temperature of the semiconductor melt can be reduced once or several times, in particular during the homogenization phase.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Anlagendruck während der Homogenisierungsphase im Bereich von 100 mbar bis 900 mbar, insbesondere im Bereich von 400 mbar bis 900 mbar, gehalten. Diesbezüglich wurde erkannt, dass ein zu hoher Spülgas-Volumenstrom und/oder ein zu niedriger Anlagendruck und/oder eine zu hohe Ofeninnenraum/Schmelztemperatur und/oder eine zu stark ausgeprägte Homogenisierungsphase zu einer Zersetzung der Kokillenbeschichtung, insbesondere im Bereich der Tripel-Punkt-Linie (Schmelze/Ofenatmosphäre/Kokillenbeschichtung) führen kann. According to one aspect of the invention, a system pressure during the homogenization phase in the range of 100 mbar to 900 mbar, in particular in the range of 400 mbar to 900 mbar, maintained. In this regard, it has been recognized that too high purge gas volume flow and / or too low system pressure and / or too high furnace interior / melting temperature and / or excessive homogenization phase lead to decomposition of the mold coating, especially in the region of the triple point line (Melt / furnace atmosphere / mold coating) can lead.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Wafers zu verbessern. Another object of the invention is to improve a process for producing a wafer.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zunächst ein Ingot gemäß der vorhergehenden Beschreibung hergestellt wird, und sodann entlang der Wachstumsrichtung in Wafer zerteilt wird.This object is achieved by first preparing an ingot as described above and then dividing it into wafers along the growth direction.

Weitere Einzelheiten, Details und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:Further details, details and advantages of the invention will become apparent from the description of embodiments with reference to the drawings. Show it:

1 schematisch den Verlauf von Temperatur, Druck und Spülgas während unterschiedlicher Phasen eines Verfahrens zur Herstellung eines Ingots, 1 schematically the course of temperature, pressure and purge gas during different phases of a method for producing an ingot,

2 schematisch den Verlauf der Konzentrationen von substitutionellem Bor [Bs] und interstitiellem Sauerstoff [Oi] über die Höhe eines Ingots, 2 schematically the course of the concentrations of substitutional boron [Bs] and interstitial oxygen [Oi] over the height of an ingot,

3 einen aus dem Ingot gemäß 2 hergestellten Wafer mit gegenläufigen Gradienten von substitutionellem Bor [Bs] und interstitiellem Sauerstoff [Oi] und 3 one out of the ingot according to 2 Wafers with opposite gradients of substitutional boron [Bs] and interstitial oxygen [Oi] and

4 exemplarische Verläufe der Konzentration interstitiellen Sauerstoffs [Oi] über die Höhe eines Ingots, wie sie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt wurden. 4 Exemplary courses of the concentration of interstitial oxygen [Oi] over the height of an ingot, as they were achieved with the method according to invention.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren beschrieben. In the following an embodiment of the invention will be described with reference to FIGS.

Zur Herstellung eines in 2 schematisch angedeuteten Ingots 1 wird zunächst eine Vorrichtung bereitgestellt, wie sie beispielsweise aus der DE 10 2011 005 503 A1 bekannt ist. Die DE 10 2011 005 503 A1 ist hiermit als Bestandteil der vorliegenden Erfindung vollständig in diese integriert.For making an in 2 schematically indicated ingots 1 First, a device is provided, as for example from the DE 10 2011 005 503 A1 is known. The DE 10 2011 005 503 A1 is hereby fully integrated into this as part of the present invention.

Ein Verfahren zur Herstellung des Ingots 1 umfasst eine Schmelzphase 2, eine Homogenisierungsphase 3, eine Kristallisationsphase 4 und eine Abkühlphase 5. A method of making the ingot 1 includes a melt phase 2 , a homogenization phase 3 , a crystallization phase 4 and a cooling phase 5 ,

Die Schmelzphase 2 dient der Bereitstellung einer Schmelze, insbesondere einer Halbleiterschmelze, insbesondere einer Siliziumschmelze. Die Homogenisierungsphase 3 dient der Homogenisierung dieser Schmelze. Die Kristallisationsphase 4 dient der Kristallisation der Schmelze. Die Schmelze wird insbesondere gerichtet kristallisiert. Zur Kristallisation der Schmelze ist insbesondere ein sogenanntes Vertical Gradient Freeze(VGF)Verfahren vorgesehen. Die Schmelze kristallisiert insbesondere in Richtung parallel zu einer Wachstumsrichtung 9. The melting phase 2 serves to provide a melt, in particular a semiconductor melt, in particular a silicon melt. The homogenization phase 3 serves to homogenize this melt. The crystallization phase 4 serves to crystallize the melt. The melt is crystallized in particular directionally. For crystallization of the melt in particular a so-called vertical gradient freeze (VGF) method is provided. The melt crystallizes in particular in the direction parallel to a growth direction 9 ,

Die Schmelze ist insbesondere dotiert, das heißt sie weist eine von null verschiedene Konzentration eines Dotierstoffs auf. Bei dem Dotierstoff handelt es sich insbesondere um ein dreiwertiges Element. Als Dotierstoff kommen insbesondere Bor, Aluminium, Gallium und Indium in Frage. Im Folgenden wird der Einfachheit halber angenommen, dass es sich beim Dotierstoff um Bor handelt. Die Angaben sind entsprechend auf die alternativen Dotierstoffe übertragbar. In particular, the melt is doped, that is, it has a non-zero concentration of a dopant. The dopant is in particular a trivalent element. As a dopant in particular boron, aluminum, gallium and indium come into question. In the following it is assumed for the sake of simplicity that the dopant is boron. The data can be transferred accordingly to the alternative dopants.

Während der unterschiedlichen Phasen 2 bis 5 werden die Temperatur 6 und/oder der Druck 7 und/oder die Spülgasmenge 8 in der Vorrichtung zur Herstellung des Ingots 1 gesteuert, insbesondere geregelt. Ein exemplarischer Verlauf des Drucks 6, der Temperatur 7 und der Spülgasmenge 8 in der Vorrichtung ist in 1 dargestellt. Die in der 1 dargestellten Verläufe von Druck 6, Temperatur 7 und Spülgasmenge 8 sind exemplarisch zu verstehen.During the different phases 2 to 5 be the temperature 6 and / or the pressure 7 and / or the amount of purge gas 8th in the device for producing the ingot 1 controlled, in particular regulated. An exemplary course of the pressure 6 , the temperature 7 and the amount of purge gas 8th in the device is in 1 shown. The in the 1 illustrated courses of pressure 6 , Temperature 7 and purge gas 8th are to be understood as examples.

Die Homogenisierungsphase 3 ist zwischen der Schmelzphase 2 und der Kristallisationsphase 4 vorgesehen. Sie muss nicht notwendigerweise eine separate Phase bilden. Sie kann insbesondere mit der Schmelzphase 2 überlappen, das heißt zumindest zeitweise innerhalb der Schmelzphase 2 angeordnet sein. Sie kann auch mit der Kristallisationsphase 4 überlappen. Die Homogenisierungsphase 3 ist insbesondere am Ende der Schmelzphase 2 und/oder nach dieser vorgesehen. Die Homogenisierungsphase 3 ist insbesondere zu Beginn der Kristallisationsphase 4 und/oder vor dieser angeordnet.The homogenization phase 3 is between the melting phase 2 and the crystallization phase 4 intended. It does not necessarily have to be a separate phase. It can especially with the melting phase 2 overlap, that is at least temporarily within the melt phase 2 be arranged. It also works with the crystallization phase 4 overlap. The homogenization phase 3 is especially at the end of the melting phase 2 and / or after that. The homogenization phase 3 is especially at the beginning of the crystallization phase 4 and / or arranged in front of this.

Die Homogenisierungsphase 3 hat eine Gesamtdauer im Bereich von 1 h bis 10 h. The homogenization phase 3 has a total duration in the range of 1 h to 10 h.

Eine Reduktion der Konzentration interstitiellen Sauerstoffs [Oi] parallel zur Wachstumsrichtung 9 des Ingots 1, das heißt ein sich vom Boden 10 des Ingots 1 zu dessen Kappe 11 erstreckender Gradient der Konzentration interstitiellen Sauerstoffs, lässt sich durch eine Kombination oder Einzelauswahl der folgenden Maßnahmen realisieren:
Der Druck 6 in der Anlage, insbesondere im Bereich der Schmelze, wird während der Schmelzphase 2 und/oder der Kristallisationsphase 4 und/oder insbesondere der Homogenisierungsphase 3 im Bereich von 100 mbar bis 900 mbar gehalten. Der Druck 6 wird hierbei während der Schmelzphase 2 phasenweise konstant gehalten. Der Druck 6 wird insbesondere während der Kristallisationsphase 4 konstant gehalten. Während der Homogenisierungsphase 3 wird der Druck 6 reduziert. Er wird insbesondere auf einen Wert im Bereich von 30% bis 70%, insbesondere im Bereich von 45% bis 55% des Drucks während der zweiten Hälfte der Schmelzphase 2 und/oder des Drucks während der Kristallisationsphase 4 reduziert. Der Druck 6 während der Kristallisationsphase 4 kann im Wesentlichen genau so groß sein wie der Druck 6 während der zweiten Hälfte der Schmelzphase 2. A reduction in the concentration of interstitial oxygen [Oi] parallel to the growth direction 9 of the ingot 1 that means one from the ground 10 of the ingot 1 to the cap 11 extending gradient of the concentration of interstitial oxygen, can be realized by a combination or single selection of the following measures:
The pressure 6 in the plant, especially in the melt, is during the melting phase 2 and / or the crystallization phase 4 and / or in particular the homogenization phase 3 kept in the range of 100 mbar to 900 mbar. The pressure 6 This is during the melting phase 2 kept constant in phases. The pressure 6 especially during the crystallization phase 4 kept constant. During the homogenization phase 3 will the pressure 6 reduced. In particular, it is set to a value in the range of 30% to 70%, in particular in the range of 45% to 55%, of the pressure during the second half of the melt phase 2 and / or the pressure during the crystallization phase 4 reduced. The pressure 6 during the crystallization phase 4 can be essentially the same size as the print 6 during the second half of the melting phase 2 ,

Die Temperatur 7 der Schmelze während der Homogenisierungsphase 3 und/oder der Kristallisationsphase 4 liegt im Bereich von 1000°C bis 1600°C.The temperature 7 the melt during the homogenization phase 3 and / or the crystallization phase 4 is in the range of 1000 ° C to 1600 ° C.

Die Temperatur 7 wird während der zweiten Hälfte der Schmelzphase 2 konstant gehalten. Sie wird während der Homogenisierungsphase 3 einmal oder mehrfach stufenweise reduziert. Die Temperatur 7 wird während der Kristallisationsphase 4 im Wesentlichen konstant gehalten.The temperature 7 is during the second half of the melting phase 2 kept constant. It will be during the homogenization phase 3 gradually reduced once or several times. The temperature 7 is during the crystallization phase 4 kept substantially constant.

Die Durchmischung der Schmelze kann beispielsweise durch eine Auftriebsströmung, das heißt durch Konvektion, und/oder mittels einer Rührvorrichtung verstärkt werden. Als Rührvorrichtung kann insbesondere eine berührungslose, insbesondere eine elektromagnetische Rührvorrichtung, dienen. Eine entsprechende Vorrichtung ist aus der DE 10 2006 020 234 A bzw. der EP 1 849 892 A1 , auf die hiermit verwiesen wird, bekannt.The mixing of the melt can be enhanced, for example, by a buoyancy flow, that is, by convection, and / or by means of a stirring device. As a stirring device may in particular a non-contact, in particular an electromagnetic stirring serve. A corresponding device is from the DE 10 2006 020 234 A or the EP 1 849 892 A1 , to which reference is hereby known.

Die Spülgasmenge 8, das heißt der Spülgasvolumenstrom, während der Schmelzphase 2 und/oder der Homogenisierungsphase 3 und/oder der Kristallisationsphase 4 liegt im Bereich von 5 l/min bis 100 l/min. Die Spülgasmenge 8 wird insbesondere von Beginn der Homogenisierungsphase 4 zum Ende derselben reduziert. Sie kann graduell reduziert werden. Sie kann auch stufenweise reduziert werden. Sie kann einmal oder mehrmals reduziert werden.The amount of purge gas 8th , that is the purge gas volume flow, during the melt phase 2 and / or the homogenization phase 3 and / or the crystallization phase 4 is in the range of 5 l / min to 100 l / min. The amount of purge gas 8th is especially from the beginning of the homogenization phase 4 reduced to the end of it. It can be gradually reduced. It can also be gradually reduced. It can be reduced once or several times.

Die Steuerung, insbesondere die Regelung, des Drucks 6 und/oder der Temperatur 7 und/oder der Spülgasmenge 8 tragen zu einer verbesserten Abdampf-Kinetik von Siliziumoxid aus der Silizium-Schmelze und zum Abtransport von Siliziumoxid über der Schmelze bei.The control, in particular the regulation of the pressure 6 and / or the temperature 7 and / or the amount of purge gas 8th contribute to an improved evaporation kinetics of silicon oxide from the silicon melt and to the removal of silicon oxide over the melt.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein zu hoher Spülgas-Volumenstrom, ein zu niedriger Anlagendruck, eine zu hohe Ofeninnenraum- oder Schmelztemperatur und eine zu stark ausgeprägte Homogenisierungsphase 3 zu einer Zersetzung der Kokillenbeschichtung, insbesondere im Bereich der Tripel-Punkt-Linie (Schmelze/Ofenatmosphäre/Kokillenbeschichtung) führen kann. Für Details sei auf die bereits genannte DE 10 2011 005 503 A1 verwiesen.According to the invention, it has been recognized that too high a purge gas volume flow, an excessively low system pressure, an excessively high furnace interior or melting temperature and an excessively pronounced homogenization phase 3 can lead to a decomposition of the mold coating, in particular in the region of the triple point line (melt / furnace atmosphere / mold coating). For details, please refer to the already mentioned DE 10 2011 005 503 A1 directed.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere mit Hilfe der Steuerung, insbesondere der Regelung, des Drucks 6 und/oder der Temperatur 7 und/oder der Spülgasmenge 8 konnten Ingots mit folgenden Konzentrationen und Gradienten der Konzentration interstitiellen Sauerstoffs hergestellt werden: Im Bereich des Bodens des Ingots liegt die Konzentration interstitiellen Sauerstoffs bei (7 ± 2)·1017/cm3. Die Schwankungsbreite gibt hierbei die maximalen Schwankungen eines Mittelwerts in einem beliebigen, würfelförmigen Volumen von 1 cm3 wieder. In einem Bodenbereich, insbesondere in den ersten 50 mm in Wachstumsrichtung 9 liegt der Gradient interstitiellen Sauerstoffs in Wachstumsrichtung 9 im Bereich von 3·1017 cm–3/50 mm bis 5·1017 cm–3/50 mm, d.h. 6·1016/cm4 bis 1017/cm4. Bei einer Höhe von 50 mm ausgehend vom Boden 10 des Ingots 1 liegt die Konzentration interstitiellen Sauerstoffs im Bereich von 2·1017/cm3 bis 4·1017/cm3. In dem sich daran in Wachstumsrichtung 9 anschließenden Bereich, insbesondere im Bereich von 50 mm bis 150 mm vom Boden 10 des Ingots 1 in Wachstumsrichtung 9 liegt der Gradient der Konzentration interstitiellen Sauerstoffs im Bereich von 1017 cm–3/100 mm bis 3·1017 cm–3/100 mm, d.h. im Bereich von 1016/cm4 bis 3·1016/cm4, insbesondere bei etwa 2·1016/cm4. Die Konzentration interstitiellen Sauerstoffs nimmt insbesondere in Wachstumsrichtung 9 im Bereich von 50 mm bis 150 mm gemessen vom Boden 10 des Ingots 1 auf einen Wert von etwa 1017/cm3 ab.With the method according to the invention, in particular with the aid of the control, in particular the control, of the pressure 6 and / or the temperature 7 and / or the amount of purge gas 8th Ingots with the following concentrations and gradients of the concentration of interstitial oxygen could be produced: In the area of the bottom of the ingot, the concentration of interstitial oxygen is (7 ± 2) · 10 17 / cm 3 . The fluctuation range here represents the maximum fluctuations of an average value in any cube-shaped volume of 1 cm 3 . In a soil area, especially in the first 50 mm in the direction of growth 9 is the gradient of interstitial oxygen in the growth direction 9 in the range of 3 × 10 17 cm -3 / 50 mm to 5 × 10 17 cm -3 / 50 mm, ie 6 × 10 16 / cm 4 to 10 17 / cm 4 . At a height of 50 mm from the ground 10 of the ingot 1 For example, the concentration of interstitial oxygen is in the range of 2 × 10 17 / cm 3 to 4 × 10 17 / cm 3 . In it, in the growth direction 9 subsequent area, in particular in the range of 50 mm to 150 mm from the ground 10 of the ingot 1 in the growth direction 9 For example, the gradient of the concentration of interstitial oxygen is in the range of 10 17 cm -3 / 100 mm to 3 × 10 17 cm -3 / 100 mm, ie in the range of 10 16 / cm 4 to 3 × 10 16 / cm 4 , especially at about 2 × 10 16 / cm 4 . The concentration of interstitial oxygen increases especially in the direction of growth 9 in the range of 50 mm to 150 mm measured from the ground 10 of the ingot 1 to a value of about 10 17 / cm 3 .

In der 2 ist schematisch ein exemplarischer Verlauf der Konzentration interstitiellen Sauerstoffs [Oi] und substitutionellen Bors [Bs] über die Höhe des Ingots angedeutet. Die Konzentration interstitiellen Sauerstoffs [Oi] nimmt vom Boden 10 des Ingots 1 zur Kappe 11 desselben hin ab. Sie weist mit anderen Worten einen parallel zur Wachstumsrichtung 9 verlaufenden Gradienten 12 im Volumen des Ingots 1 auf. Der [Oi]-Gradient 12 ist in den 2 und 3 ebenfalls schematisch angedeutet. In the 2 is schematically indicated an exemplary course of the concentration of interstitial oxygen [Oi] and substitutional boron [Bs] over the height of the ingot. The concentration of interstitial oxygen [Oi] decreases from the ground 10 of the ingot 1 to the cap 11 from the same point. In other words, it points one parallel to the direction of growth 9 running gradient 12 in the volume of ingots 1 on. The [Oi] gradient 12 is in the 2 and 3 also indicated schematically.

Die Konzentration substitutionellen Bors [Bs] weist einen umgekehrten Gradienten 13 auf. Die Konzentration substitutionellen Bors [Bs] nimmt insbesondere vom Boden 10 des Ingots 1 zu dessen Kappe 11 hin zu. The concentration of substitutional Bors [Bs] has a reversed gradient 13 on. The concentration of substitutional boron [Bs] decreases in particular from the soil 10 of the ingot 1 to the cap 11 towards.

Die Konzentration des interstitiellen Sauerstoffs [Oi] im Volumen des Ingots 1 liegt insbesondere im Bereich von 1·1017/cm3 bis 5·1017/cm3.The concentration of interstitial oxygen [Oi] in the volume of the ingot 1 is in particular in the range of 1 × 10 17 / cm 3 to 5 × 10 17 / cm 3 .

Die Konzentration substitutionellen Bors [Bs] im Volumen des Ingots 1 liegt insbesondere im Bereich von 7·1015/cm3 bis 1,6·1016/cm3, insbesondere im Bereich von 7·1015/cm3 bis 9·1015/cm3 oder im Bereich von 1,4·1016/cm3 bis 1,6·1016/cm3.The concentration of substitutional boron [Bs] in the volume of the ingot 1 is in particular in the range of 7 × 10 15 / cm 3 to 1.6 × 10 16 / cm 3 , in particular in the range of 7 × 10 15 / cm 3 to 9 × 10 15 / cm 3 or in the range of 1.4 × 10 16 / cm 3 to 1.6 x 10 16 / cm 3 .

Durch die Steuerung des Druckes 6, der Temperatur 7 und der Spülgasmenge 8 während der Schmelzphase 2, der Homogenisierungsphase 3 und der Kristallisationsphase 4 konnte der vorhergehend beschriebene Verlauf der Konzentration interstitiellen Sauerstoffs [Oi] erreicht werden. Dies führte zusammen mit dem gegenläufigen Verlauf der Konzentration substitutionellen Bors [Bs] zu einer mittleren Lebensdauer der Minoritätsladungsträger im vollständig degradierten Zustand von 120 µs. Die mittlere Lebensdauer der Minoritätsladungsträger in den aus dem Ingot 1 geschnittenen Wafern 14 beträgt insbesondere mindestens 90 µs, insbesondere mindestens 100 µs, insbesondere mindestens 110 µs. By controlling the pressure 6 , the temperature 7 and the amount of purge gas 8th during the melting phase 2 , the homogenization phase 3 and the crystallization phase 4 the previously described course of the concentration of interstitial oxygen [Oi] could be achieved. This, together with the opposite course of the concentration of substitutional boron [Bs], resulted in a mean lifetime of the minority charge carriers in the completely degraded state of 120 μs. The mean lifetime of the minority carriers in the out of the ingot 1 sliced wafers 14 is in particular at least 90 .mu.s, in particular at least 100 .mu.s, in particular at least 110 .mu.s.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich die Konzentration des interstitiellen Sauerstoffs [Oi], insbesondere deren Verlauf über die Höhe des Ingots 1 und damit der Gradient der Konzentration interstitiellen Sauerstoffs [Oi] durch Steuerung, insbesondere Regelung, des Drucks 6 und/oder der Temperatur 7 und/oder der Spülgasmenge 8 beeinflussen lassen. Unterschiedliche Verläufe der Konzentration interstitiellen Sauerstoffs [Oi], welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht wurden, sind exemplarisch in der 4 dargestellt. According to the invention it was recognized that the concentration of interstitial oxygen [Oi], in particular their course over the height of the ingot 1 and thus the gradient of the concentration of interstitial oxygen [Oi] by controlling, in particular regulating, the pressure 6 and / or the temperature 7 and / or the amount of purge gas 8th be influenced. Different courses of the concentration of interstitial oxygen [Oi], which were achieved with the method according to invention, are exemplary in the 4 shown.

Es stellte sich insbesondere heraus, dass es möglich ist, Ingots 1 mit einem Gradienten im Bereich von 0 bis 1018 cm–3/50 mm herzustellen. Die erfindungsgemäß hergestellten Ingots 1 weisen auf den ersten 50 mm ausgehend vom Boden 10 vorzugsweise einen Gradienten im Bereich von 3·1017 cm–3/50 mm bis 5·1017cm–3/50 mm auf. Die Konzentration interstitiellen Sauerstoffs [Oi] fällt in den ersten 50 mm ausgehend vom Boden 10 des Ingots 1 insbesondere von einem Wert von höchstens 5·1017 cm–3 bis 1018 cm–3 auf Werte im Bereich von 1017 cm–3 bis 5·1017 cm–3, insbesondere auf Werte von höchstens 3·1017 cm–3, insbesondere höchstens 2·1017 cm–3.It turned out in particular that it is possible to use ingots 1 with a gradient ranging from 0 to 10 18 cm -3 / 50 mm. The ingots produced according to the invention 1 point to the first 50 mm from the ground 10 preferably a gradient in the range of 3 × 10 17 cm -3 / 50 mm to 5 × 10 17 cm -3 / 50 mm. The concentration of interstitial oxygen [Oi] drops in the first 50 mm from the bottom 10 of the ingot 1 in particular from a value of at most 5 × 10 17 cm -3 to 10 18 cm -3 to values in the range of 10 17 cm -3 to 5 × 10 17 cm -3 , in particular to values of at most 3 × 10 17 cm -3 , in particular at most 2 × 10 17 cm -3 .

In einem Mittenbereich, insbesondere bei einer Höhe von 50 mm bis 150 mm gemessen vom Boden 10 des Ingots 1 liegt der Gradient der Konzentration interstitiellen Sauerstoffs [Oi] insbesondere bei höchstens 2·1017 cm–3/50 mm, insbesondere höchstens 2·1017 cm–3/100 mm.In a central area, in particular at a height of 50 mm to 150 mm measured from the ground 10 of the ingot 1 In particular, the gradient of the concentration of interstitial oxygen [Oi] is at most 2 × 10 17 cm -3 / 50 mm, in particular at most 2 × 10 17 cm -3 / 100 mm.

Es hat sich gezeigt, dass durch die Steuerung, insbesondere die Regelung, von Druck 6 und/oder Temperatur 7 und/oder der Spülgasmenge 8 ein im Wesentlichen beliebiger Gradient interstitiellen Sauerstoffs [Oi] einstellbar ist. It has been shown that by the control, in particular the regulation of pressure 6 and / or temperature 7 and / or the amount of purge gas 8th a substantially arbitrary gradient of interstitial oxygen [Oi] is adjustable.

Im Folgenden wird die Herstellung von Wafern 14 aus dem Ingot 1 beschrieben.The following is the production of wafers 14 from the ingot 1 described.

Zur Herstellung von Wafern 14 werden zunächst vom Ingot 1 der Bodenund der Kappenbereich abgetrennt. Hierzu werden jeweils einige Zentimeter oben und unten vom Ingot 1 abgeschnitten. Es ist insbesondere vorgesehen, den Bodenbereich, insbesondere die ersten 50 mm ausgehend vom Boden 10 des Ingots 1 abzuschneiden. For the production of wafers 14 be first from the ingot 1 the floor and the cap area are separated. For this purpose, a few centimeters each at the top and bottom of the ingot 1 cut off. In particular, it is provided the floor area, in particular the first 50 mm from the ground 10 of the ingot 1 to cut off.

Sodann wird der Ingot 1 in Wafer zersägt. Der Ingot 1 wird insbesondere entlang von Schnittebenen 15 zersägt. Die Schnittebenen 15 verlaufen parallel zur Wachstumsrichtung 9. Der Ingot 1 wird insbesondere vertikal zersägt.Then the ingot 1 sawn into wafers. The ingot 1 in particular along cutting planes 15 sawed. The cutting planes 15 run parallel to the growth direction 9 , The ingot 1 is sawed in particular vertically.

Die einzelnen Wafer 14 weisen vorzugsweise eine in Richtung parallel zu der Schnittebene 15 abnehmende Konzentration interstitiellen Sauerstoffs [Oi] auf. Sie weisen eine in entgegengesetzter Richtung abnehmende Konzentration substitutionellen Bors [Bs] auf. Die Schnittebene 15, welche auch als Schnittfläche bezeichnet wird, definiert jeweils eine Vorder- oder Rückseite eines Wafers 14.The individual wafers 14 preferably have a direction parallel to the cutting plane 15 decreasing concentration of interstitial oxygen [Oi]. They have a decreasing concentration of substitutional boron [Bs] in the opposite direction. The cutting plane 15 , which is also referred to as a cut surface, each defines a front or back side of a wafer 14 ,

Der [Oi]-Gradient 12 und der [Bs]-Gradient 13 verlaufen parallel zu einer Seitenkante 16 des Wafers 14. In der 3 sind schematisch Isolinien 17 der Konzentration substitutionellen Bors [Bs] eingezeichnet. Benachbarte Isolinien 17 unterscheiden sich hierbei jeweils um denselben Betrag der Konzentration substitutionellen Bors [Bs]. Der in einer Richtung parallel zu einer Seitenkante 16 des Wafers 14 zunehmende Abstand der Isolinien 17 verdeutlicht daher den [Bs]-Gradienten 13. Der [Oi]-Gradient 12 verläuft in entgegengesetzter Richtung. Dies ist schematisch in der rechten Hälfte der 3 angedeutet. The [Oi] gradient 12 and the [Bs] gradient 13 run parallel to a side edge 16 of the wafer 14 , In the 3 are schematic isolines 17 the concentration of substitutional boron [Bs]. Neighboring isolines 17 each differ by the same amount of the concentration of substitutional boron [Bs]. The one-way parallel to a side edge 16 of the wafer 14 increasing distance of the isolines 17 therefore illustrates the [Bs] gradient 13 , The [Oi] gradient 12 runs in the opposite direction. This is schematically in the right half of the 3 indicated.

In nachfolgenden weiteren Prozessschritten wird aus dem Wafer 14 eine Solarzelle hergestellt. In subsequent further process steps, the wafer becomes 14 a solar cell made.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011005503 A1 [0003, 0042, 0042] DE 102011005503 A1 [0003, 0042, 0042]
  • DE 102006020234 A [0052] DE 102006020234 A [0052]
  • EP 1849892 A1 [0052] EP 1849892 A1 [0052]
  • DE 102011005503 [0055] DE 102011005503 [0055]

Claims (10)

Ingot (1) aus einem Halbleiter-Material mit einer in Richtung parallel zu einer Wachstumsrichtung (9) des Ingots (1) monoton abnehmenden Konzentration interstitiellen Sauerstoffs ([Oi]), dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration interstitiellen Sauerstoffs ([Oi]) in einem in Wachstumsrichtung (9) mittleren Bereich des Ingots (1) einen Gradienten von höchstens 2·1017 cm–3/50 mm aufweist.Ingot ( 1 ) of a semiconductor material having a direction parallel to a growth direction ( 9 ) of the ingot ( 1 ) monotonically decreasing concentration of interstitial oxygen ([Oi]), characterized in that the concentration of interstitial oxygen ([Oi]) in a growth direction ( 9 ) middle portion of the ingot ( 1 ) has a gradient of at most 2 × 10 17 cm -3 / 50 mm. Ingot (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gradient der Konzentration interstitiellen Sauerstoffs ([Oi]) im oberen Drittel des Ingots (1) in Wachstumsrichtung (9) höchstens 1017 cm–3/100 mm beträgt. Ingot ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the gradient of the concentration of interstitial oxygen ([Oi]) in the upper third of the ingot ( 1 ) in the growth direction ( 9 ) is at most 10 17 cm -3 / 100 mm. Wafer (14) aus einem Halbleiter-Material mit einer in einer Richtung parallel zu einer Schnittfläche (15) des Wafers (14) abnehmenden Konzentration interstitiellen Sauerstoffs ([Oi]) oder mit einer Konzentration interstitiellen Sauerstoffs ([Oi]), welche im gesamten Bereich der Schnittfläche (15) des Wafers (14) höchstens 3·1017/cm3 beträgt.Wafer ( 14 ) of a semiconductor material having a direction parallel to a cut surface ( 15 ) of the wafer ( 14 ) decreasing concentration of interstitial oxygen ([Oi]) or with a concentration of interstitial oxygen ([Oi]), which is present in the entire area of the cut surface ( 15 ) of the wafer ( 14 ) is at most 3 × 10 17 / cm 3 . Wafer (14) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gradient der Konzentration interstitiellen Sauerstoffs ([Oi]) parallel zu einer Seitenkante (16) des Wafers (14) verläuft.Wafer ( 14 ) according to claim 3, characterized in that a gradient of the concentration of interstitial oxygen ([Oi]) parallel to a side edge ( 16 ) of the wafer ( 14 ) runs. Wafer (14) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, mit einer Konzentration eines Dotierstoffs, welche in Richtung der abnehmenden Konzentration interstitiellen Sauerstoffs ([Oi]) zunimmt. Wafer ( 14 ) according to any one of claims 3 to 4, having a concentration of a dopant which increases in the direction of decreasing concentration of interstitial oxygen ([Oi]). Wafer (14) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern im Wafer (14) mindestens 90 µs beträgt.Wafer ( 14 ) according to one of claims 3 to 5, characterized in that an average lifetime of minority carriers in the wafer ( 14 ) is at least 90 μs. Solarzelle hergestellt aus einem Wafer (14) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6.Solar cell made of a wafer ( 14 ) according to one of claims 3 to 6. Verfahren zur Herstellung eines Ingots (1) umfassend 8.1. einen Bereitstellungsschritt zur Bereitstellung einer Halbleiter-Schmelze, 8.2. eine Homogenisierungsphase (3) und 8.3. eine Kristallisationsphase (4), 8.4. wobei ein Spülgas-Volumenstrom während der Homogenisierungsphase (3) und/oder der Kristallisationsphase (4) mindestens einmal reduziert wird.Method for producing an ingot ( 1 comprising 8.1. a provisioning step for providing a semiconductor melt, 8.2. a homogenization phase ( 3 ) and 8.3. a crystallization phase ( 4 8.4. wherein a purge gas volume flow during the homogenization phase ( 3 ) and / or the crystallization phase ( 4 ) is reduced at least once. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anlagendruck (p) während der Homogenisierungsphase (3) im Bereich von 100 mbar bis 900 mbar gehalten wird.A method according to claim 8, characterized in that a system pressure (p) during the homogenization phase ( 3 ) is maintained in the range of 100 mbar to 900 mbar. Verfahren zur Herstellung eines Wafers (14) umfassend die folgenden Schritte: 10.1. Herstellung eines Ingots (1) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 9, 10.2. Schneiden des Ingots (1) in Wafer in Richtung parallel zu einer Wachstumsrichtung (9).Method for producing a wafer ( 14 ) comprising the following steps: 10.1. Production of an ingot ( 1 ) according to one of claims 8 to 9, 10.2. Cutting the ingot ( 1 ) in wafers in the direction parallel to a growth direction ( 9 ).
DE102015201380.4A 2015-01-27 2015-01-27 Ingot and wafer and process for their production and use of a wafer Expired - Fee Related DE102015201380B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015201380.4A DE102015201380B4 (en) 2015-01-27 2015-01-27 Ingot and wafer and process for their production and use of a wafer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015201380.4A DE102015201380B4 (en) 2015-01-27 2015-01-27 Ingot and wafer and process for their production and use of a wafer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102015201380A1 true DE102015201380A1 (en) 2016-07-28
DE102015201380B4 DE102015201380B4 (en) 2018-07-05

Family

ID=56364592

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015201380.4A Expired - Fee Related DE102015201380B4 (en) 2015-01-27 2015-01-27 Ingot and wafer and process for their production and use of a wafer

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015201380B4 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006020234A1 (en) 2006-04-27 2007-10-31 Deutsche Solar Ag Furnace for non-metal melting
DE102010029741A1 (en) * 2010-06-07 2011-12-08 Solarworld Innovations Gmbh Method for producing silicon wafers and silicon solar cell
DE102011005503A1 (en) 2011-03-14 2012-09-20 Solarworld Innovations Gmbh Device useful for producing silicon blocks comprises container for receiving silicon melt, covering for partially covering internal space, purge gas device for producing purge gas flow and means for slowing down exhaust steam steam-kinetics
DE102012218229A1 (en) * 2012-10-05 2014-04-10 Solarworld Innovations Gmbh A method of manufacturing a silicon single crystal seed and a silicon wafer, silicon wafer, and silicon solar cell

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006020234A1 (en) 2006-04-27 2007-10-31 Deutsche Solar Ag Furnace for non-metal melting
EP1849892A1 (en) 2006-04-27 2007-10-31 Deutsche Solar AG Furnace for non ferrous metal smelting
DE102010029741A1 (en) * 2010-06-07 2011-12-08 Solarworld Innovations Gmbh Method for producing silicon wafers and silicon solar cell
DE102011005503A1 (en) 2011-03-14 2012-09-20 Solarworld Innovations Gmbh Device useful for producing silicon blocks comprises container for receiving silicon melt, covering for partially covering internal space, purge gas device for producing purge gas flow and means for slowing down exhaust steam steam-kinetics
DE102012218229A1 (en) * 2012-10-05 2014-04-10 Solarworld Innovations Gmbh A method of manufacturing a silicon single crystal seed and a silicon wafer, silicon wafer, and silicon solar cell

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015201380B4 (en) 2018-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112014002133B4 (en) A production method of a single crystal, silicon single crystal, a method of producing a silicon wafer, a production method of a silicon epitaxial wafer, and silicon epitaxial wafers
DE112015005768B4 (en) Process for the production of monocrystal
EP2028292B1 (en) Method for manufacturing monocrystalline metal or semi-metal bodies
DE102011002599B4 (en) Process for producing a silicon ingot and silicon ingot
DE1135671B (en) Method for producing a pn junction and / or a gradient of an electrically active element in a semiconductor crystal
DE112015003573T5 (en) Method of controlling resistivity and N-type silicon single crystal
DE60307497T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR BREADING MULTIPLE CRYSTALLINE TAPES FROM A SINGLE TIP
DE102013200079A1 (en) Plant and method for cutting silicon blocks
EP2354278B1 (en) Method for producing a single crystal composed of silicon using molten granules
EP2890834B1 (en) Model predictive control of the zone-melting process
EP0021385A1 (en) Process for making silicon bars
DE112013003894B4 (en) Method for growing silicon single crystal
DE102011086669B4 (en) Process for the production of silicon blocks as well as silicon block
DE102012203524B4 (en) Process for the production of silicon ingots
DE2554354C3 (en) Process for pulling a crystal and apparatus for carrying out this process
DE112019000182T5 (en) Crystallization furnace for crystalline silicon grown by directional solidification and its application
DE112013006489T5 (en) Single crystal ingot, apparatus and method of making the same
DE112017004790T5 (en) single crystal
DE2616700C2 (en) Method for forming a thin layer of a semiconductor material of groups III-V by epitaxial growth, and apparatus for carrying out the method
DE102011075093B4 (en) Method for producing a silicon ingot and method for producing silicon wafers
DE102012203706B4 (en) Process for the preparation of silicon ingots, process for the production of seed templates, seed crystal and its use, and crucibles
DE102012218229B4 (en) A method of manufacturing a silicon single crystal seed and a silicon wafer, silicon wafer, and silicon solar cell
DE102010014110B4 (en) Process for the production of a semiconductor single crystal
DE102015201380B4 (en) Ingot and wafer and process for their production and use of a wafer
DE102012203527B4 (en) Process for the production of silicon ingots

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: MEYER BURGER (GERMANY) GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: SOLARWORLD INNOVATIONS GMBH, 09599 FREIBERG, DE

Owner name: SOLARWORLD INDUSTRIES GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: SOLARWORLD INNOVATIONS GMBH, 09599 FREIBERG, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: RAU, SCHNECK & HUEBNER PATENTANWAELTE RECHTSAN, DE

R018 Grant decision by examination section/examining division
R082 Change of representative
R020 Patent grant now final
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: MEYER BURGER (GERMANY) GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: SOLARWORLD INDUSTRIES GMBH, 53175 BONN, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee