TW202129090A - 製造具有低氧濃度區之帶或晶圓 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種帶，其經形成使得該帶使用面向熔體之暴露表面之冷初始器來浮動於該熔體上。該帶係單晶矽。該帶以相對於該熔體表面之低角度自該矽熔體拉引。該帶以相同於該拉引之速率形成。該帶在其中形成穩定彎月面之坩堝之壁處與該熔體分離。該帶具有自50 μm至5 mm之第一表面與對置第二表面之間的厚度。該帶包含自該第一表面延伸第一深度之第一區域。該第一區域具有相對於該帶之塊體減小之氧濃度。

Description

製造具有低氧濃度區之帶或晶圓
本發明係關於諸如用於太陽能應用之矽帶或晶圓之帶或晶圓之製造。
矽晶圓或板片可用於(例如)積體電路或太陽能電池產業中。先前，藉由線鋸由浮區程序、丘克拉斯基(Cz)程序、其中使用磁場來控制氧之修改丘克拉斯基程序或直接鑄造程序製成之大矽錠或矽塊來製造切割矽晶圓。貫穿一些此等原生晶圓(晶圓＜2 mm厚)之任何切塊之厚度之氧分佈可忽略。氧分佈通常幾乎跨晶圓均勻。
達成記憶體、處理器、太陽能電池或其他應用之高效能半導體裝置通常需要展現高少數載子壽命(MCL)之矽基板。藉由線鋸由Cz程序製造之大單晶錠來製造現今用於半導體晶圓及太陽能電池之多數矽基板。此等晶圓具有顯著氧濃度及氧產生缺陷，其可(諸如)藉由一或多個以下機制來使材料MCL降級。首先，高濃度之氧沈澱可產生內部吸除金屬污染之體微缺陷(BMD)。針對半導體積體電路，靠近表面之裝置層中之高BMD密度歸因於諸如閘極氧化物失效、高漏電流及短路之效應而引起裝置良率及可靠性劣化。在太陽能電池中，氧沈澱內部吸除金屬污染，使得其無法在電池處理期間自塊體移除。此阻礙太陽能電池效率所需之高體MCL。在p型太陽能電池中，高濃度之填隙氧與硼摻雜物反應以形成亦降低MCL之硼氧複合物。在n型太陽能電池中，氧可產生降低MCL之陷阱。最後，氧沈澱及其對應BMD產生應力集中，其降低總體晶圓強度且因此引起下游處理中之破裂。
開發技術以減少矽晶圓表面附近之材料區域中之氧驅動降級。首先，製造者要使經拋光Cz晶圓在高溫(＞1000°C)下數小時(例如12小時至20小時)停留於還原、惰性或氧化環境(例如氬氣或氬氣及氫氣氛圍)中。此等氛圍可經組態以引起填隙氧自晶圓表面釋氣至環境。晶圓表面附近之所得低氧分佈(稱為「剝蝕區」)在超過600 μm厚之晶圓上通常為10 μm至80 μm深。接著，在高溫停留之後進行經設計以控制剩餘晶圓塊體中之氧缺陷之發展及行為之低溫停留。在形成剝蝕區之另一變型中，製造者使經拋光Cz矽晶圓經受用於空位外擴散之快速熱程序(RTP)以耗乏靠近表面之空位。此將導致無氧沈澱之積體電路(IC)熱循環期間之表面處之剝蝕區。針對半導體裝置，可期望在遠離剝蝕區之塊體晶圓中成核及生長沈澱。此等缺陷可內部吸除金屬污染遠離剝蝕區且最大化剝蝕區之MCL以最佳化裝置效能。此內部吸除遠離剝蝕區可為很重要的，因為此高溫停留將具有源自環境之高程度金屬污染，其將在不用於內部吸除時降低剝蝕區之MCL。
經退火半導體晶圓之非剝蝕面積(＞20%)會生長晶圓之中心厚度中之大BMD。此等BMD將金屬污染內部吸除至晶圓之中心且因此確保剝蝕區之低程度金屬污染，但提供剩餘中心晶圓厚度之之低壽命。經由BMD之材料塊體之強內部吸除不是太陽能電池期望的，因為太陽能電池需要整個晶圓塊體中之高壽命材料。儘管低氧剝蝕區可有益於太陽能晶圓，但用於產生此區之退火程序導致降低最終塊體材料壽命之晶圓塊體中之非所要BMD及污染。
當前爐退火技術亦導致由污染引起之應力分佈(即，破裂)及/或低MCL分佈。不使用獨立退火爐之一額外原因係缺陷產生。獨立高溫退火爐在高溫期間機械觸碰晶圓。該等觸碰點具有高金屬污染且產生使電效能局部降級之斷層或位錯。儘管此對不使用整個晶圓之半導體晶圓而言係可接受的，但使裝置由整個晶圓製成之太陽能晶圓不可接受。
此外，產生剝蝕區需要形成晶圓之後的單獨退火步驟，其很昂貴且具有污染太陽能晶圓之風險。使用此程序之剝蝕區僅在退火期間發生於晶圓之一側上。
用於在晶圓表面上產生低氧層之另一技術係經由化學汽相沈積技術來磊晶生長薄低氧矽膜。針對用於製造處理器之基板，可將數微米(例如0.5 μm至10 μm)矽膜沈積於相對較厚(＞600 μm)之單晶Cz晶圓上以產生低氧表面。磊晶生長可產生由熱退火達成之相對較厚(＞10 μm或＞20 μm)之低氧區域，但生長此等較厚磊晶膜具有高製造成本且會引起材料應力、斷層、疊差、金屬污染及翹曲。
藉由RTP、退火或在表面上磊晶生長薄膜來產生晶圓表面附近之低氧區域由於以下原因而不受歡迎。第一，產生此等晶圓需要若干程序步驟(例如錠生長、線鋸、晶圓拋光、化學蝕刻及熱處理或膜生長)，其使用諸多昂貴工具、大半導體設備占用面積、相當大之材料消耗及勞力來使晶圓移動於不同步驟之間。第二，由離散Cz錠製成之晶圓具有沿錠及跨錠之一系列性質。由此等離散Cz錠製成之原生晶圓展現徑向跨單一晶圓及不同晶圓之間的氧、摻雜劑及缺陷分佈。此原生變動會影響最終經處理晶圓之效能。例如，具有徑向缺陷分佈之晶圓會降低來自該晶圓之裝置之最終良率。另外，此等徑向分佈無法在熱處理期間被校正。最後，為適應大跨度之原生性質，Cz晶圓必須在不同條件分級及處理以達成最終所要材料性質。特定晶圓之此分級、配方修改及追蹤既昂貴又導致不佳線效能。
此外，由於以下原因，不期望或無法藉由退火、RTP或磊晶生長膜來產生具成本效益之太陽能電池所需之薄晶圓中之低氧區域。第一，大量退火程序、RTP及磊晶膜沈積對商業可行太陽能電池製造而言太昂貴。第二，在低氧剝蝕區域遠離處，長高溫退火步驟將使晶圓暴露於將內部吸除且因此降低體MCL之金屬污染。太陽能電池之效能需要高體MCL (非僅高表面MCL)，因此來自退火之剝蝕晶圓或具有薄磊晶膜之晶圓不會產生高電池效率所需之高體MCL。第三，退火、RTP或將厚磊晶膜沈積於薄太陽能晶圓(50 μm至300 μm)上可能不可行。具體言之，薄晶圓具有低機械勁度且因此更易於翹曲、產生熱應力缺陷且可能具有太陽能電池處理中之機械破裂問題。此外，在長退火期間，薄晶圓亦會產生位錯或斷層，其將降低由載子船支撐或結合至支撐晶圓之區域處之MCL。RTP程序涉及主動冷卻速率(50°C/min至100°C/min)，其亦會導致薄晶圓中之有害熱應力誘發缺陷。
高度期望直接自多晶矽原料製造具有晶圓表面附近之想要低氧「剝蝕區」及對應所要塊體缺陷分佈之單晶晶圓之單步驟連續程序。製造網狀晶圓之連續直接晶圓程序無需諸多昂貴下游程序步驟(如線鋸)且可製造具有比離散Cz錠製造更均勻之性質之晶圓。不幸地，歷史直接矽晶圓程序已無法產生具有所要氧分佈之原型單晶矽晶圓。具體言之，垂直帶程序(如饋邊生長及線帶)及水平基板程序(如基板上帶生長)製造多晶晶圓。稱為樹枝狀網之一垂直帶程序展示製造單晶晶圓之能力，然而，程序僅可在變成不穩定之前產生窄材料(約2英寸寬)。太陽能及半導體裝置需要較大晶圓(＞4英寸)用於經濟裝置製造。已執行藉由在多孔矽基板上磊晶生長原型矽晶圓且接著與多孔基板分離來直接製造單晶矽晶圓。不幸地，此最終晶圓具有無法塑形之貫穿其材料厚度之均勻低氧分佈，此使其無法用於特定應用。由磊晶生長製造晶圓很昂貴且經受如疊差及位錯級聯之MCL限制缺陷。
已被調查用於降低太陽能電池材料之成本之一有力方法係浮矽法(FSM)，其係其中沿熔體之表面水平拉引結晶板片之一類型之水平帶生長(HRG)技術。在此方法中，充分冷卻熔體表面之一部分以藉助晶種來局部引發結晶，晶種接著可沿熔體表面(在浮動時)牽引以形成結晶板片。可藉由採用快速移除其中引發結晶之熔體表面之區域上方之熱之裝置來完成局部冷卻。在適當條件下，結晶板片之穩定前緣可建立於此區域中。刻面前緣之形成無法在Cz或其他帶生長程序中實現且可將內在穩定性添加至生長界面。
為在穩態條件中以匹配單晶板片或「帶」之拉引速度之生長速度持續此刻面前緣之生長，可由結晶區域中之結晶器施加強烈冷卻。此可導致其初始厚度與所施加之冷卻之強度相稱之單晶板片形成。就矽帶生長而言，初始厚度通常約為1 mm至2 mm。針對諸如由單晶板片或帶形成太陽能電池之應用，目標厚度可約為200 μm或更小。此需要減小初始形成帶之厚度。此可藉由在沿拉引方向拉引帶時在含有熔體之坩堝之區域上加熱帶來完成。隨著帶被牽引通過區域同時帶與熔體接觸，給定厚度之帶可回融以因此將帶厚度減小至目標厚度。此回融法尤其非常適合於所謂之浮矽法(FSM)，其中根據上文大體描述之程序在矽熔體之表面上浮動形成矽板片。
除此等益處之外，使用HRG所製造之晶圓之壽命或其他改良將為有益的。需要用於形成具有低氧濃度區域之帶或晶圓之改良技術。
第一實施例中提供一種方法。在坩堝中提供包含矽之熔體。由該熔體形成帶。該帶使用面向該熔體之暴露表面之冷初始器來浮動於該熔體上。該帶係單晶矽。以相對於該熔體表面之低角度自該熔體拉引該帶。以相同於該拉引之速率形成該帶。該帶在其中形成穩定彎月面之該坩堝之壁處與該熔體分離。在與該熔體分離之後，該帶具有自50 μm至5 mm之第一表面與第二表面之間的厚度。該第二表面在該分離之前面向該熔體。該第一表面及該第二表面彼此對置。該帶包含自該第一表面朝向該第二表面延伸第一深度之第一區域。該第一區域具有相對於該帶之塊體減小之氧濃度。
該拉引之速度可為自大於0.1 mm/s至7 mm/s。該坩堝可具有自大於5 cm至200 cm之沿該形成之方向之長度。
在該形成期間，該帶周圍之環境溫度可為自1200°C至1420°C。在該形成期間，該帶周圍之氛圍可具有自0.01 atm至5 atm之一壓力。在該形成期間，該坩堝周圍之氛圍可包含H2 、Ar、He、另一惰性氣體或其等之組合之一或多者。在該形成期間，該坩堝周圍之氛圍可包含摻雜劑。在一例項中，在該形成期間，該坩堝周圍之氛圍包含氧氣及水蒸汽。在另一例項中，在該形成期間，該坩堝周圍之氛圍包含氯氧化磷或氯化物氣體。
該拉引可在該分離之後輸送該帶通過複數個氣體區。該等氣體區之各者使該帶暴露於不同氣體。
該拉引亦可輸送該帶通過第一區及第二區，其中該第一區及該第二區以不同溫度操作。氧釋氣發生於該第一區中。在一例項中，該第一區以自1200°C至1400°C操作且該第二區以小於1200°C操作。
該方法可包含在該拉引期間，當該帶位於該熔體中時使氧自該帶之該第一表面釋氣。
該方法可包含在與該熔體分離之後，在該拉引期間使氧自該帶之該第一表面及該第二表面兩者釋氣。
該形成及該拉引可連續發生以產生自0.2 m至100 m長之帶。
該帶可具有大於100 μs之體少數載子壽命。
該方法可包含在該分離之後，在該拉引期間使用氣流懸浮及/或機械支撐來支撐該帶。該支撐經組態以最小化該帶之污染。
該方法可包含在該拉引期間使該帶之一部分熔融成該熔體。
該方法可包含將該帶單粒化成一或多個晶圓。
可使用該第一實施例之該方法來製造晶圓。該晶圓可為太陽能電池或半導體晶圓。該晶圓可呈正方形、準正方形、矩形或圓形。
在與該熔體分離之後，第一表面與第二表面之間的該厚度可為自50 μm至300 μm。
在一例項中，該第一表面及該第二表面係該帶上具有最大表面積之表面。
該第一區域可具有自0.1 ppma至8.0 ppma之氧濃度。該帶之塊體可具有8 ppma至25 ppma之氧濃度。
該第一深度可為至少5 μm。在一例項中，該第一深度係該厚度之自10%至90%。例如，該第一深度係該厚度之自20%至90%。
該第一區域可具有相對於該帶之該塊體減小之體微缺陷濃度。
該方法可包含自該第二表面朝向該第一表面延伸第二深度之第二區域。該第二區域具有相對於安置於該第一區域與該第二區域之間的該帶之該塊體減小之氧濃度。該第二區域可具有0.1 ppma至8.0 ppma之氧濃度。
該第二深度可為至少5 μm。該第一深度及該第二深度之組合可為該厚度之自10%至90%。在一例項中，該第二深度係該厚度之約10%。該第一區域及該第二區域可具有相對於安置於該第一區域與該第二區域之間的該晶圓之該塊體減小之體微缺陷濃度。該第一深度及該第二深度可為不同距離。
該帶可進一步包含摻雜劑。
該帶可具有該第一區域中之自0/cm3 至1e11/cm3 之平均氧沈澱計數。
可使用該第一實施例之該方法來製造帶。
可使用設備來執行該第一實施例之該方法。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張2019年8月9日申請且讓與美國申請案第62/884,851號之臨時專利申請案之優先權，該案之揭示內容以引用的方式併入本文中。
儘管將根據特定實施例來描述主張標的，但包含未提供本文中所闡述之所有益處及特徵之實施例之其他實施例亦在本發明之範疇內。可在不背離本發明之範疇的情況下作出各種結構、邏輯、程序步驟及電子改變。因此，僅參考隨附申請專利範圍來界定本發明之範疇。
使用尤其在其中製造裝置或其中吸收大部分陽光(就太陽能電池而言)之晶圓表面附近之材料區域中展現低氧含量之矽材料來製造半導體裝置將為有益的。氧沈澱及BMD計數與體氧含量直接成比例，且在低於臨界濃度時存在可忽略沈澱。此外，針對給定氧濃度，可使用晶圓之熱處理來控制沈澱、控制BMD密度及最小化氧之有害效應。硼氧化物降級機制可與填隙氧濃度之平方成比例。
本文中所揭示之實施例呈現直接製造具有剝蝕區及經調適缺陷分佈之單晶晶圓之單步驟程序，其克服製造退火Cz晶圓之目前多步驟程序之成本及品質限制。由連續供給多晶矽之熔體連續製造帶，且離開工具之原生帶具有來自晶圓表面之所要低氧分佈及對應低BMD。可控制所製造之帶周圍之氛圍及溫度分佈以增大自帶表面之低氧濃度區域之深度。稍後將此帶單粒化或否則分離成個別晶圓，個別晶圓接著經拋光及進一步處理成半導體裝置、太陽能電池及如電池陽極之其他矽裝置。
在本文所揭示之實施例中，石英坩堝中之矽熔體供氧至帶。此坩堝可由高純度石英製成，使得其減少對熔體之金屬污染。此外，為延長其在熔體中之壽命且提供所要溶解速率，坩堝壁可塗覆有如氮化矽及氧化鋇之各種材料。亦可使用其他塗層。使熔體維持接近矽之熔融溫度之溫度之熱可由電阻加熱器或其他加熱法提供。
可藉由在提取固體帶材料時連續供給新多晶矽原料至熔體用於補充來維持熔融位準。原料可為固體晶片或顆粒或液體矽熔體。此原料物質可經摻雜以隨著更多晶圓被拉引而維持所製造之帶之目標電阻率分佈且分離導致摻雜劑累積。摻雜劑可包含(但不限於)硼、磷、鎵、鍺及銻。熔體亦可摻雜有氮以增大晶圓機械強度。此程序可視情況具有自坩堝逐漸移除矽熔體之另一給料。此熔體提取特徵可減少熔體中之金屬污染物之累積，其將轉化成帶中之金屬污染之累積。用於熔融原料之熱可由電阻或其他加熱器提供。
機械系統連續拉引帶且自線上之帶單粒化離散晶圓。連續原料補充及摻雜克服其中離散熔體由於摻雜劑累積而產生具有電阻率跨度之錠之Cz晶體生長之缺點。另外，連續原料補充導致連續稀釋金屬累積且比分批Cz程序降低晶圓中之金屬污染(且因此提高MCL)。此外，使用恆定熔體高度及熱分佈來連續製造矽晶圓減小晶圓之間的氧及缺陷分佈之變動。因此，連續生長及摻雜可減少材料分級且提高下游處理之總體效能。
首先，藉由使用冷初始器自前緣帶界面提取熱且接著跨熔體表面朝向坩堝邊緣拉引此凝固帶來在熔體表面上形成固體帶，如圖8中所展示。冷初始器可使用輻射、平流及對流之一或多者來冷卻矽表面。矽帶浮動於其熔體之表面上且本身無需熔體內之其他支撐構件。例如，冷初始器可為具有冷卻噴流之冷塊或具有冷卻噴流。此冷初始器之長度大致界定帶之寬度及冷卻之量級以界定帶之原生初步厚度。帶寬可介於2 cm至50 cm之間(例如自5 cm至50 cm)。意欲用於半導體製造之帶可超過300 mm寬，且意欲用於太陽能電池製造之帶可超過156 mm寬用於標準電池處理。自帶表面至冷初始器之熱提取可透過輻射冷卻、平流至冷卻氣體及/或以高氣流在冷初始器與帶表面之間對流。冷初始器及平流冷卻之一實例係導引如氦氣、氫氣或其他惰性氣體之高導熱性氣體之衝擊噴流。藉由直接形成矽之帶或板片，所產生之晶圓性質不像由圓柱形錠形成之Cz晶圓般經受具有徑向缺陷分佈。此外，自中心至晶圓邊緣之缺陷分佈比Cz晶圓更均勻。依此方式使用線性冷初始器來產生近似線性熱條件可實現更均質材料性質。
為使冷初始器附近之前緣凝固界面穩定，此程序視情況具有凝固區域附近之熔體之局部加熱。此可產生以給定拉引速率穩定生長寬單晶帶所需之熱條件。局部加熱帶之前緣凝固界面附近之熔體可有助於以給定拉引速率使晶體生長界面穩定。帶周圍之熔體之所得熱分佈亦可經調適以適應及穩定更易受生長不穩定性影響之帶邊緣。
當接著跨熔體表面拉引生長帶時，帶厚度可自其原始原生厚度(如由冷塊所產生)增大或減小至目標所要厚度分佈。此程序可製造厚度介於25 μm至5 mm之間的帶。適合於半導體裝置製造之帶可超過600 μm厚，且適合於太陽能電池製造之帶可具有約160 μm或更大之厚度，但其他厚度係可行的。例如，升高浮動帶下方之熔融溫度回融或薄化帶之厚度分佈。另一實例係可將浮動帶上方之輻射表面降低至低於矽之熔融溫度以進一步自帶表面提取潛熱且因此增大其厚度。熔體或局部輻射元件之溫度可介於1300°C至1600°C之間。矽熔融溫度可為1414°C或更大。熔體或輻射爐中所產生之熱分佈可經進一步整形以亦局部形塑最終晶圓厚度分佈。例如，可局部產生較厚帶邊緣(用於增大處置強度)或可平滑化最終帶厚度分佈，使得處理所需之目標厚度分佈由最小後製程拋光達成以達成厚度均勻性目標。可使用空間獨立之多個浸沒式回融加熱器來緩和任何生長厚度不均勻性。除控制熔融溫度或爐中之其他元件之溫度之外，亦可藉由增大坩堝長度或調整拉引速率來控制最終帶厚度分佈。長度及拉引速率之組合可支配帶保持與熔體接觸之時間。帶在拉引期間浮動於熔體之表面上。
本文中所揭示之實例可由帶形成展現高效率太陽能電池之高度期望材料性質之以下組合之矽晶圓。可形成具有自其表面之一或兩者延伸之低氧濃度分佈之薄(50 μm至300 μm)單晶矽晶圓，如圖1或圖2中所展示。此等低氧區域可展現小於8 ppma之總低氧濃度且組成總晶圓厚度之5%至90% (例如總晶圓厚度之10至90%或總晶圓厚度之大於20%至90%)。遠離低氧區之剩餘塊體晶圓氧濃度可為自8 ppma至25 ppma氧。此等低氧區域可儘可能大以最小化上述氧驅動太陽能電池降級機制。低氧區域可自向光表面、後表面或兩個表面延伸且可對稱或不對稱。在一例項中，最低氧分佈自面向太陽之晶圓表面延伸，因為其吸收大部分光且對最終太陽能電池效率影響最大。在另一例項中，低氧區域自不面向光之晶圓表面(即，後表面)延伸，因為其係太陽能電池特徵所在之位置。可使用較淺低氧深度，因為產生較深低氧分佈之程序條件亦會導致更多污染。此外，較淺低氧深度可為有益的，因為填隙氧可藉由提供防滑性來提高晶圓之機械強度。可在不影響電效能之情況下使用氮摻雜來抵消由減小氧濃度導致之損失機械強度。具有較高體氧之較淺低氧深度亦可有益於半導體裝置之內部吸除應用。
展現貫穿大分率之晶圓厚度之剝蝕區或低氧區域之晶圓不同於其中僅晶圓之相對較薄頂層展現低氧之先前晶圓。提供貫穿較大分率之厚度之低氧分佈有益於太陽能電池裝置，因為最終效率取決於塊體材料性質而非如同半導體裝置般取決於晶圓表面附近之材料之品質。半導體裝置效能一般取決於僅上80 μm或更小之材料性質而非如同太陽能電池效能般取決於塊體材料性質。圖3展示由SIMS量測之隨距晶圓表面之深度而變化之量測氧濃度。此等分佈之對應體氧濃度超過15 ppma，如由FTIR所量測。此等量測分佈可表示晶圓兩側。
具有揭示氧分佈之此薄晶圓亦可展現典型太陽能電池之材料電阻率處之高於100 μs之最終太陽能電池裝置中之最終體MCL。因為最終太陽能電池效率取決於MCL及電阻率之組合，所以此100 μs MCL於摻雜至0.1 ohm-cm至10 ohm-cm之間的電阻率之晶圓上量測。流行p型太陽能電池當前使用0.5 ohm-cm至3 ohm-cm之間的摻雜，且n型太陽能電池當前使用2 ohm-cm至6 ohm-cm之間的摻雜。摻雜材料可為硼、鎵、磷、銻或矽之其他已知摻雜劑。此外，此MCL可於製成太陽能電池裝置之晶圓上量測。太陽能電池處理可吸除金屬污染及鈍化缺陷以增大晶圓之原生MCL。所揭示之低氧分佈不易於產生氧沈澱，因此，晶圓之體MCL可在太陽能電池處理中增大(如圖4中所展示)以給出圖4中所展示之最終量測MCL。晶圓使體MCL增大超過三個數量級之能力不同於其中塊體中之氧沈澱將內部吸除金屬污染且防止此增大之先前晶圓。本文中所揭示之實施例可具有用於此體MCL之低於109 /cm3 之體氧沈澱密度。
在一實施例中，提供形成帶之方法。在坩堝中提供包含矽之熔體。使用具有直接面向熔體之暴露表面之冷初始器表面之冷初始器來在熔體上水平形成帶，其係單晶矽。帶在其中形成彎月面之坩堝之邊緣處與熔體分離。可將帶提升至坩堝邊緣上方約0.2 mm至約2 mm以增強彎月面穩定性。此時，帶可具有小角度。所得帶具有自25 μm至5 mm (例如50 μm至5 mm或50 μm至300 μm)之自第一表面至第二表面之厚度。第一表面及第二表面彼此對置。第一表面及第二表面可為帶之外表面。帶包含自第一表面延伸第一深度之第一區域。第一區域具有相對於帶之塊體減小之氧濃度。帶具有大於100 μs之少數載子壽命。
在一例項中，拉引速度係自大於0.1 mm/s至小於15 mm/s (例如0.1 mm/s至7 mm/s)，其包含至0.1 mm/s之所有值及其等之間的範圍。例如，拉引速度可為10 mm/s。拉引速度會影響帶中之空位。
坩堝可具有自大於5 cm至小於2 m (例如1 m或200 cm)之沿水平形成或帶拉引之方向之長度，其包含至1 cm之所有值及其等之間的範圍。例如，坩堝可小於0.5 m長。
在形成期間，帶周圍之氛圍可包含H2 、Ar、He、另一惰性氣體或其等之組合之一或多者以控制氧缺陷或產生額外材料效能。在形成期間，坩堝周圍之氛圍亦可包含氧氣及水蒸汽、氯氧化磷或另一氯化物氣體。氛圍可處於正壓。可在形成期間在帶周圍之氛圍中添加N2 作為強化劑。亦可在形成期間在帶周圍之氛圍中添加摻雜劑，諸如包含硼(例如三氟化硼或乙硼烷)、砷(例如砷化氫)或磷(例如磷化氫)之摻雜劑。帶及/或坩堝周圍之壓力可為0.01 atm至5 atm (例如自0.01 atm至1.5 atm)。
形成及拉引可連續發生。例如，形成及拉引可產生長度為自0.2 m至100 m或更大且寬度為2 cm至50 cm之帶。可將帶單粒化(例如切割)成一或多個晶圓。此等晶圓可用於製造(例如)太陽能電池或半導體晶圓。
在形成期間，帶周圍之環境溫度可為自1200°C至1420°C。在帶離開熔體之後，溫度可低於1400°C。
在一例項中，拉引可輸送帶通過複數個氣體區。氣體區之各者使帶暴露於不同氣體。
在另一例項中，拉引輸送帶通過第一區及第二區。第一區及第二區以不同溫度操作。氧釋氣發生於第一區中。例如，第一區可以自1200°C至1400°C操作，且第二區可以小於1200°C操作。
在拉引期間，當帶位於熔體中時，氧可自帶之第一表面釋氣。在拉引期間，在自熔體移除帶之後，氧可自帶之第一表面及第二表面兩者釋氣。
本文中所揭示之實施例使用單步驟程序來形成帶，其中在帶形成期間帶中存在所要第一區域及第二區域。此避免第二退火步驟或其他額外製造步驟，其節省時間且降低製造成本。
剝蝕區係常由半導體產業用於描述為了較佳電子性質而特意產生之晶圓表面之低氧區之術語。剝蝕區之特徵在於具有低氧及減少缺陷。剝蝕區形成於退火期間，因為晶圓中之填隙氧擴散至晶圓表面且釋氣至退火氛圍。剝蝕區之深度與氧之擴散係數之平方根及時間成比例。在HRG程序中，晶圓表面在其行進於熔體上時及在其與熔體表面分離之後使氧釋氣。在此帶程序中，深剝蝕區可僅用數分鐘來形成，因為氧在熔融溫度(例如1412°C)之擴散較快。
揭示可用於太陽能、半導體或其他應用之晶圓或帶。晶圓可包含矽，但亦可包含鍺、氧化鎵、藍寶石及/或其他材料或由鍺、氧化鎵、藍寶石及/或其他材料製成。晶圓或帶可為具有(100)、(110)或(111)定向之單晶體。諸如磷、硼、鎵、砷、銦、鍺、銻、鋁、鉍、鋰或氮之摻雜劑或其他添加劑亦可併入至晶圓或帶中。
在一例項中，帶在與熔體分離之後具有自50 μm至5 mm (例如50 μm至1 mm)之自第一表面至第二表面之厚度，其包含至1.0 μm之所有值及其等之間的範圍。第一表面及第二表面彼此對置。在一實施例中，帶或晶圓之厚度係自50 μm至950 μm。在另一實施例中，帶或晶圓之厚度係自50 μm至600 μm或自50 μm至300 μm。第一表面及第二表面可為帶上具有最大表面積且可平坦或有紋理之帶之表面。自帶單粒化之晶圓可呈正方形、準正方形、矩形或圓形。圓形晶圓可包含邊緣處之平面。
針對太陽能電池應用，在與熔體分離之後，帶100之厚度可為自50 μm至300 μm。矽基板可為至少50 μm厚以吸收足夠分率之傳入射太陽光譜。厚於300 μm之矽基板需要用於吸除之額外處理時間及更多原料物質。帶可為單晶體以避免晶界，因為晶界會降低電池效率及/或機械強度。
帶100可包含自第一表面101延伸第一深度106之第一區域103及自第二表面102延伸第二深度107之第二區域104，諸如圖6中所展示。第一區域103及第二區域104係剝蝕區之實例。第一表面101及第二表面102可為帶100之外表面。第一區域103及第二區域104具有相對於安置於第一區域與第二區域之間的帶之剩餘部分(即，具有厚度108之中心塊體區域105)減小之氧濃度。第一區域103及第二區域104係剝蝕區。在一例項中，第一區域103及第二區域104具有自0.1 ppma至8.0 ppma之氧濃度，其包含至0.1 ppma之所有值及其等之間的範圍。第一區域103及/或第二區域104具有自0.1 ppma至7.0 ppma、自0.1 ppma至5.0 ppma、自0.1 ppma至3.0 ppma、自0.1 ppma至2.0 ppma或自0.1 ppma至1.0 ppma之氧濃度。可藉由在第一區域103中及第一表面101處具有低氧濃度來使用最高品質、最佳效能材料，其中大部分電活動發生於太陽能電池中。
用於太陽能電池之晶圓可具有第一區域103與第二區域104之間的區域(即，塊體區域105)(諸如直接相鄰於第一區域103或第二區域104)或帶100之中心中之自8 ppma至25 ppma之體氧含量範圍。具有高於8 ppma之體氧含量之矽會形成降低最終太陽能電池效率之缺陷。在摻硼材料中，氧可與硼結合以形成降低壽命之複合物。此機制通常指稱光誘發降級。矽可為脆性的，且填隙氧可經由位錯釘紮及鎖定來增加晶圓機械韌性。具有低於1 ppma之氧含量之晶圓可為易碎的且會在處理期間具有高破裂率。半導體及其他應用可具有大於太陽能電池之氧含量。
第一深度106及第二深度107可變動尺寸且可彼此不同。第一深度106及第二深度107可為至少5 μm。在一例項中，第一深度106係帶100之厚度109之至少約10%且可高達90%，其包含至1%之所有值及其等之間的範圍。在另一例項中，第一深度106係帶100之厚度109之約30%。在又一例項中，第一深度106係帶100之厚度109之自約10%至約50%，其包含至1%之所有值及其等之間的範圍。在一例項中，第二深度107係帶100之厚度109之約10%。第一深度106及第二深度107之組合可占帶100之厚度109之10%至90%之間，其包含至1%之所有值及其等之間的範圍。因此，第一深度106之距離及第二深度107之距離之和可為帶100之總厚度109之自10%至90%。
第一區域103及第二區域104可具有相對於安置於第一區域103與第二區域104之間的帶100之剩餘部分(即，塊體區域105)減小之BMD濃度。在一例項中，第一區域103及第二區域104不具有體微缺陷。BMD之減小濃度亦可存在於非剝蝕區域(例如第一區域103與第二區域104之間的塊體區域105)中。
針對太陽能電池，自0/cm3 至1e11/cm3 之BMD計數可存在於第一區域103及第二區域104中。高氧與內部結構缺陷之組合可沈澱氧團(例如BMD)，其充當金屬雜質之內部吸除位點。具有BMD之晶圓會導致較低太陽能電池效率。高BMD計數及其他結構缺陷會降低晶圓機械強度且導致太陽能電池破裂。半導體及其他應用可具有大於太陽能電池之BMD計數。非剝蝕區域中(即，相對於第一區域103及第二區域104之塊體區域105中)可存在較高BMD濃度。
針對太陽能電池，第一區域103及/或第二區域104之剝蝕區可延伸晶圓厚度之＞20%。如圖1中所展示，剝蝕區(DZ)之特徵在於不具有BMD、具有低於塊體之氧濃度及不具有過量空位或填隙。具有一分率之晶圓厚度(例如＞20%)展現剝蝕區非常適合於具有高電性質。較低空位計數可發生於第一區域103、第二區域104及/或非剝蝕區域(例如第一區域103與第二區域104之間的區域)中。
第一區域103及第二區域104可具有矽空位。空位之濃度可取決於拉晶速度及使用圖7或圖8之系統之形成期間跨生長正面之熱梯度。
當在材料處理之後在最終太陽能電池裝置中量測時，針對太陽能電池所製造之晶圓之體少數載子壽命(MCL)可大於100 μs及/或小於或等於50000 μs，其包含至1.0 μs之所有值及其等之間的範圍。MCL係激發電子保持於導帶中且影響太陽能電池效率之時長。針對高效率太陽能電池，MCL可大於100 μs。關於針對半導體裝置所製造之晶圓，體MCL可低得多(＜1 μs)，因為期望具有氧沈澱用於半導體裝置製造中之內部吸除。
儘管使用第一區域103及第二區域104兩者來揭示，但特定帶可僅具有含減小氧濃度之第一區域103。
針對太陽能電池，至少在晶圓之向陽側(其中吸收大部分光)上具有剝蝕區係有益的。在晶圓之暗側上具有剝蝕區亦可有幫助。前剝蝕區及後剝蝕區之各自大小可經調適以最大化給定太陽能電池架構之電效能且實現足夠機械強度。機械強度可與氧含量相關。圖1展示展現不同大小之前剝蝕區及後剝蝕區兩者之晶圓之實例。應注意剝蝕區及塊體兩者中之氧含量之量級及晶圓厚度。
表1列出帶或晶圓之例示性材料性質。表2列出帶或晶圓可展現之額外性質。表1之性質僅供例示，且其他值或性質係可行的。
性質(單位) 範圍
平均厚度(μm) 50至300
微結構 單晶體
晶體定向 (100)
太陽能晶圓之體少數載子壽命(μs) ＞100
半導體晶圓之體少數載子壽命(μs) ＜100
體氧含量(OHIGH ，ppma) 8至25
剝蝕區氧含量(OLOW ，ppma) 0.1至8
剝蝕區占晶圓厚度之分率(%) 5%至90%
前側/陽側剝蝕區厚度分率(%) 5%至90%
後側/暗側剝蝕區厚度分率(%) 0%至30%
平均氧沈澱計數(計數/cm2 ) 0/cm3 至1e16/cm3
表1：帶材料性質
在表1中，第一區域103係陽側剝蝕區且第二區域104係暗側剝蝕區。
可使用卡尺、測微計、雷射掃描或其他技術來量測平均厚度。可使用(例如) XRD來量測晶體定向。可使用XRD、目視檢測或其他技術來量測微結構。可藉由Sinton QSSPC、u-PCD或其他技術來量測體少數載子壽命。可在已被處理成太陽能電池之由碘化物-乙醇或其他材料鈍化之晶圓上量測平均少數載子壽命。可使用(例如) FTIR來量測體氧含量。可使用SIMS、FTIR或其他技術來量測氧含量、剝蝕區占晶圓厚度之分率或厚度分率。
帶或晶圓可摻雜有包含磷、硼、鎵、砷、銦、鍺或其他材料之矽摻雜劑。因此，所得晶圓可為p型或n型。
帶或晶圓可具有自1e13/cm3 至1e15/cm3 之氮含量，其可依原子/cm3 量測。氮可擴散至帶或晶圓中。此範圍內之氮濃度可用於提高機械效能。
氫亦可擴散至帶或晶圓中。使氫擴散至最終晶圓可減少重組中心之電活動。
完成晶圓表面可經拋光或可具有不同紋理。為增加光擷取及/或增強表面鈍化，至少太陽能電池之正面可有紋理。可能晶圓表面之非詳盡列表包含經由化學蝕刻來形成表面角錐、透過濕化學來形成矽奈米線(稱為黑矽)或經由反應性離子蝕刻之蜂巢孔蝕結構。電池之背面亦可有紋理，但在一些電池架構中，其可無紋理或被拋光至最小粗糙度。
完成晶圓可包含諸如雷射孔、條碼或選擇性摻雜分佈之裝置修改。為產生裝置，通常機械或電更改晶圓。一些實例包含雷射穿過晶圓之塊體之孔、選擇性摻雜晶圓之不同區域或標記表面用於晶圓追蹤。此等修改不改變剝蝕區之其他益處。儘管此等修改可實體上改變晶圓，但此等修改不改變剝蝕區之其他益處。
總厚度變動可為自＜0.5 μm至100 μm。晶圓之總厚度變動會影響如接觸燒製之電池處理步驟。一些電池架構利用不同厚度分佈來達成不同特徵。
所得晶圓可呈正方形、準正方形、矩形、圓形或其他形狀。例如，最終晶圓可呈具有自1英寸至18英寸之範圍內(例如12英寸)之臨界尺寸(長度或直徑)之矩形、正方形或圓形。
本文描述未窮舉產生太陽能、半導體或其他裝置所需之所有不同處理步驟或額外晶圓特徵。其他步驟或規格係可行的。
太陽能電池裝置中之最終晶圓可展現用於製造太陽能電池之特定幾何形狀或材料性質。此等特徵一般不影響本文中所揭示之低氧分佈或模糊完成太陽能電池中所量測之最終高MCL (其由氧驅動MCL降級之揭示最小化導致)。
在圖2中，展示隨距頂部晶圓表面之深度而變化之氧濃度分佈。具體言之，一或兩個晶圓表面上可存在特定厚度之低氧區域(＜8 ppma)。如圖3中所見，此氧深度分佈自所製造之晶圓之頂面量測，可期望其最小化氧驅動太陽能電池降級機制。
本文中所揭示之實施例不同於切割Cz晶圓，因為所揭示之晶圓具有貫穿晶圓厚度之不同氧分佈。無法藉由直接切割錠來實現具有表面附近之低氧濃度及深入塊體中之高氧濃度之分佈。
在一特定實施例中，薄晶圓(例如＜300 um)用於太陽能電池。一分率(＞10%)之晶圓厚度展現低氧以避免壽命降級機制。可存在零至低分率之BMD以避免導致低壽命晶圓(＜100 μs)之內部吸除。太陽能電池處理可吸除金屬至晶圓表面以遠離晶圓中心。BMD可產生殘餘應力，其(諸如)藉由減小晶圓中之填隙氧之濃度來增加用於太陽能電池處理之薄晶圓之破裂。
亦可形成不對稱氧分佈。不配對剝蝕區可控制氧分佈以實現高最終晶圓強度及經調適電性質。可形成無過度晶圓破裂或額外處理步驟成本之不配對剝蝕區。
可使用FSM程序來製造本文中所揭示之晶圓。用於FSM帶製造之系統(諸如圖7或圖8中所繪示之系統)可包含用於收容熔體之坩堝及具有直接面向熔體之暴露表面之冷初始器表面之冷初始器。冷初始器經組態以以相同於拉引帶之速率形成浮動於熔體之表面上之帶。在操作期間，在坩堝中提供熔體。在帶於其中形成穩定彎月面之坩堝壁處與熔體分離之前，在回融區中控制帶之厚度。
用於晶圓製造之系統(諸如圖7或圖8中所繪示之系統)可包含用於收容熔體之坩堝及具有直接面向熔體之暴露表面之冷塊表面之冷塊。冷塊經組態以產生低於暴露表面處之熔體之熔融溫度之冷塊表面處之冷塊溫度以藉此在熔體上形成帶。冷塊亦可提供冷卻噴流以促進固體帶形成。在操作期間，在坩堝中提供熔體。使用具有直接面向熔體之暴露表面之冷塊表面之冷塊在熔體上水平形成帶。回融加熱器可在形成熔體中之帶之後減小其厚度。使用拉晶機以相對於熔體表面之低角度自熔體拉引帶。可以0°角或相對於熔體之表面之小角度(例如小於10°)自坩堝拉引帶。支撐帶且(諸如)使用雷射來將其單粒化成晶圓。使用此系統所製造之晶圓可具有本文中所描述之減小氧濃度。氧釋氣可發生於熔體中或與熔體分離之後。
本文中所揭示之實施例可以高溫(例如1200°C至1414°C或1200°C至1400°C)控制帶周圍之周圍環境以使氧自帶之表面釋氣且產生帶表面處之高度期望低氧分佈。氧以高溫自晶圓表面釋氣且釋氣速率由矽中氧之擴散係數及帶之表面處之大氣條件比例調整。不同氣體混合物及大氣壓可藉由增大自帶表面移除擴散氧之速率來增強釋氣。氣體混合物可包含氬氣、氫氣、氦氣或亦可或可不產生將增強氧移除之還原氛圍之任何其他惰性氣體。相關大氣壓力包含低次大氣壓(例如0.01 atm)指正壓系統(例如5 atm)。此外，帶表面周圍之氣流分佈可經調適以增加釋氣，同時亦經由氣體輸送來最小化金屬污染。
帶周圍可存在具有不同氣體混合物之一或多個氣體區。此等氣體區可以帶之一或多個側為目標。在一例項中，氣體區可經組態以最小化至帶表面之金屬污染。氣體區可由可隔離各氣體區之結構障壁或氣體障壁分離。例如，圖8具有可使用不同氣體之兩個區。
因為低氧區之深度(或剝蝕深度)可直接與其在高溫(例如1200°C至1420°C)花費之時間量成比例，所以高溫區(釋氣區)之長度可經組態使得帶可在高溫停留足夠長以以給定拉引速率達成所要剝蝕區深度。剝蝕區深度(例如在第一區域及第二區域中)可界定為類似於矽中之氧濃度低於8 ppma (與8 ppma至25 ppma之塊體起始氧含量相比)之位置。減小氧濃度與降低BMD密度相關。為提高MCL，可期望具有低於1e9/cm3 之BMD密度。具體言之，為達成裝置製造所要之最終區深度，可使帶在高溫停留足夠長以在一或兩個帶表面上產生10 μm至300 μm之間的剝蝕區深度。針對0.1 mm/s至7 mm/s之間的穩定拉晶速率，帶可停留在高溫(例如1200°C至1414°C或1200°C至1420°C)以達自約5 cm至約200 cm之長度，如圖8中所展示。因為自每一各自晶圓表面之低氧分佈區之深度由表面釋氣至環境之時間量判定，所以面向熔體之帶表面(例如第二區域)之剝蝕區深度可較小，因為其花費較少時間來暴露於工具氛圍。因此，帶分離時之坩堝之邊緣與帶分別冷卻(＜1200°C)時之坩堝之邊緣之間的距離可指定該特定剝蝕區深度之深度。為了此程序，可期望在一晶圓表面(約100 μm)上具有用於製造半導體IC裝置之相對較深剝蝕區，其中裝置僅與晶圓表面之上100 μm相互作用。亦可期望具有來自兩個晶圓表面之深剝蝕區用於製造太陽能電池，其中低氧分佈實現高體MCL。尤其對太陽能電池而言，剝蝕區之深度可為總帶厚度之一分率，諸如自10%至95%。
固體帶可在坩堝之邊緣上以約0.2 mm至約2 mm之略微凸起高度分離，其可確保維持穩定彎月面且熔體不會在分離期間溢出坩堝之唇緣。坩堝邊緣亦可經塑形以包含用於提高彎月面或毛細管穩定性之釘紮特徵。可增大帶表面與坩堝之間的彎月面上之氣壓以提高彎月面穩定性。關於如何增大氣壓之一實例係使衝擊噴流直接局部聚焦於形成於坩堝邊緣與帶表面之間的此彎月面處。
隨著帶自冷初始器行進至其達到室溫之位置，帶經機械支撐以最小化金屬污染及缺陷產生。以高溫機械偏轉薄帶會使帶機械屈服且導致非所要位錯。與帶實體接觸會局部導致非所要斷層、位錯及金屬污染。隨著帶浮動於熔體表面上，可選擇將帶支撐於熔體上之機制。可在帶分離於坩堝之邊緣上時支撐帶，因為其係預期將經歷大部分機械偏轉之位置。可在帶與熔體分離之後在拉引期間經由若干方法(其包含氣流懸浮及/或機械支撐)來支撐帶。首先，可由在帶表面上產生局部高壓或低壓之定向氣流使帶懸浮以支撐帶。氣流懸浮法之實例可包含柏努利(Bernoulli)夾爪、氣體軸承、手動曲棍球台或使用氣壓之其他技術。另一方法係使用(例如)輥子或滑軌來機械支撐帶。為最小化使用此接觸法之有害效應，可最小化此等支撐件與帶表面之間的接觸面積。支撐件可由不易於污染矽之高溫半導體級材料(如碳化矽、氮化矽、石英或矽)製成。可最小化帶之偏轉以防止帶機械屈服、翹曲或產生結構缺陷。
本文中所揭示之實施例調適帶周圍之熱分佈及大氣條件以在帶冷卻至室溫時達成所要缺陷分佈及最終材料性質。填隙氧開始在約1000°C沈澱，且此等沈澱可不斷生長大小，直至帶溫度降低至約低於800°C。當前由半導體產業使用之熱退火程序可藉由使晶圓在特定時段內停留於此等溫度狀況中來控制沈澱之密度及大小兩者及其所得BMD。例如，為增大氧沈澱之大小(如產生剝蝕區所期望)，使晶圓長時間保持約800°C。為最小化沈澱之發展(如高效率太陽能電池所期望)，晶圓可儘可能短時間地停留於此等溫度處。低於1e9/cm3 之BMD密度與高MCL相關聯，且高於約1e11/cm3 之BMD密度局部產生高內部吸除及因此低MCL。本文中所揭示之實施例在帶自坩堝行進至工具之末端時在帶周圍產生熱區以特別控制帶中之氧驅動缺陷分佈。沿帶之長度之溫度分佈可使帶溫度視情況自其原始高溫(例如1200°C至1414°C)斜變至特定中間溫度，視情況在給定時長內停留，視情況在另一溫度重複此斜變及停留，且接著最終使帶斜降至室溫(例如15°C至25°C)。可由電阻加熱器、異形絕緣材料、輻射幾何形狀及/或表面及氣流之組合產生及維持溫度分佈。此等熱分佈可經調適以不因熱機械應力而產生缺陷。帶之溫度分佈之二階導數可引起熱應力且甚至使帶機械彎曲。此可藉由引入跨帶寬度(垂直於拉引方向)之橫向溫度分佈來補償。因此，在本文所揭示之實施例中，溫度分佈之梯度及二階導數可經組態以不產生此非所要熱應力。針對0.1 mm/s至7 mm/s之預期拉引速率，其中帶自高溫變成室溫之整個冷卻區可介於2 cm至5 m之間。
在一例項中，產生帶中之一或若干剝蝕區所需之時間可為自1分鐘至60分鐘。以工具在各種溫度及/或氣體區中形成一或若干剝蝕區之此時間可在帶位於熔體中時或在與熔體分離之後。
系統可包含一或多個溫度區，其可為自2 cm至500 cm長。圖8之實施例包含兩個溫度區：釋氣區及冷卻區。兩個以上溫度區係可行的。可分離或隔離區之各者。區之間的氣幕可提供隔離。使用特定壓力之氣流、氣流與真空設定或真空泵之組合、折流板或其他幾何結構及/或帶本身可用於使區彼此隔離。在一例項中，區可由絕緣材料、熱屏蔽、加熱器或其他實體機構分離。
例如，使用惰性或還原氛圍之溫度區可為自800°C至約1414°C。每溫度區之停留時間可為自1分鐘至60分鐘。在一例項中，溫度可為自大於1200°C至約1414°C。諸如摻雜劑之額外氣體可包含於類似溫度處。
當帶位於熔體中或使用氣流懸浮來支撐帶時，溫度區可形成帶中之剝蝕區域。此減少所產生之缺陷或位錯之數目及發生於帶中之污染量。減少與金屬組件之實體接觸意謂存在較少金屬污染。亦減少帶中之位錯，其提高電效能。
在帶位於熔體中時形成剝蝕區域亦防止鬆垂。鬆垂可發生於帶懸臂於空間中時，其可歸因於帶本身之重力而產生斷層或位錯。
在一例項中，可存在其中溫度在特定時間內維持為溫度設定點以控制缺陷分佈之區段。可實施跨帶之溫度梯度以最小化熱應力之效應。可實施沿拉引方向之溫度梯度以最小化熱應力之效應。可控制溫度分佈之二階導數以最小化熱應力及機械翹曲。系統可包含一或多個溫度梯度及/或二階導數。可由電阻加熱器、異形絕緣材料、輻射幾何形狀及/或表面及氣流之組合產生及維持溫度區。
在一例項中，用於控制氧釋氣之區可與經組態以最小化缺陷且產生帶中之所要材料性質之區空間重疊。
結合經調適熱分佈，帶之氣體氛圍及機械支撐可經調適以亦提高帶自高溫轉變至室溫時之材料效能。帶可暴露於不同氣體混合物以產生功能或提高效能。使帶暴露於如氬氣或氮氣之惰性氣體可維持其清潔，且產生氬氣與還原氣體(如氫氣)之混合物可進一步促進表面清潔。此外，研究表明氬氣、氮氣及氧氣之混合物可視情況增加氧化物之沈澱。使用含有氧氣及一些水蒸汽之氣體混合物可在晶圓表面上生長熱氧化物，其最小化金屬污染。另一氣體混合物可含有氯氧化磷或氯化物氣體。使帶暴露於氯氧化磷或氯化物氣體將具有局部產生具有高磷濃度之晶圓表面及保護性玻璃表面之組合效應。此高度摻雜表面將吸除金屬污染且因此提高體MCL，其係如太陽能電池之裝置所期望的。玻璃表面將防止自環境至晶圓之進一步金屬污染。當帶自坩堝行進至室溫時，可存在暴露於帶之一或多個氣體混合物。此等氣體混合物可由氣幕、導流幾何形狀及意欲使氣體混合物彼此分離之其他技術分離。此等氣體區之一或所有者中之大氣壓可包含低次大氣壓(例如0.01 atm)至正壓系統(例如5 atm)。工具氛圍可通向周圍環境或密封。帶表面周圍之氣流分佈可經調適以增加釋氣，同時亦經由氣體輸送來最小化金屬污染。
調適單晶帶之熱分佈以控制缺陷或使其暴露於產生所要材料性質之特定氣體混合物係有益的。與當前經執行以首先形成晶圓且接著稍後處理其以達成特定晶圓性質之多步驟程序相比，使用單一工具來直接製造經調適晶圓可提供降低成本及降低工廠複雜性。可在無環境污染風險之情況下藉由在不同機器之間移動晶圓來形成及處理晶圓。
在帶冷卻至約室溫之後，可將帶單粒化成離散晶圓。晶圓可呈矩形、正方形、準正方形、圓形或可自帶切割之任何幾何形狀。可藉由如雷射刻劃及分裂、雷射燒蝕及機械刻劃及分裂之傳統技術來執行單粒化。最終離散晶圓臨界尺寸可在自1 cm至50 cm之範圍內(例如1 cm至45 cm或20 cm至50 cm)。
接著，可進一步處理或標記晶圓以產生最終半導體裝置或太陽能電池之額外特徵或材料性質。在一實例中，可使用化學品或機械磨蝕來研磨及拋光晶圓。在另一實例中，可化學紋理化或機械拋光晶圓以產生所要最終表面粗糙度。可將材料或幾何特徵添加至表面或塊體中以產生最終所要裝置。實例性最終產品可包含(但不限於)太陽能電池、MOSFET或鋰離子電池之陽極。
儘管已相對於一或多個特定實施例來描述本發明，但應瞭解，可在不背離本發明之範疇的情況下進行本發明之其他實施例。因此，本發明被視為僅受限於隨附申請專利範圍及其合理解譯。
100:帶 101:第一表面 102:第二表面 103:第一區域 104:第二區域 105:塊體區域 106:第一深度 107:第二深度 108:厚度 109:厚度
為更完全理解本發明之性質及目的，應參考結合附圖之以下詳細描述，其中： 圖1係根據本發明之具有不對稱前後剝蝕區分佈之晶圓之分佈圖，其中前後兩個剝蝕區(DZFront 及DZBack )之特徵在於具有低於體氧含量(OHIGH )之低近表面氧含量(OLOW )； 圖2繪示根據本發明之氧分佈之實施例； 圖3繪示例示性晶圓之SIMS量測； 圖4繪示太陽能電池處理之不同階段期間之例示性晶圓之量測MCL，其中壽命自＜1 μs增大至955 μs； 圖5繪示太陽能電池處理之後的晶圓之最終量測體MCL； 圖6係根據本發明之例示性晶圓之橫截面圖； 圖7係用於製造晶圓之根據本發明之系統之例示性橫截面；及 圖8係繪示具有剝蝕區及經調適缺陷之帶之製造的系統之例示性橫截面。

Claims (41)

  1. 一種方法，其包括： 在坩堝中提供熔體，其中該熔體包含矽； 使用面向該熔體之暴露表面之冷初始器來形成浮動於該熔體上之帶，其中該帶係單晶矽； 以相對於該熔體表面之低角度自該熔體拉引該帶，其中以相同於該拉引之速率形成該帶；及 使該帶在其中形成穩定彎月面之該坩堝之壁處與該熔體分離，其中該帶在該分離之後具有自50 μm至5 mm之第一表面與第二表面之間的厚度，其中該第二表面在該分離之前面向該熔體，其中該第一表面及該第二表面彼此對置，其中該帶包含自該第一表面朝向該第二表面延伸第一深度之第一區域，且其中該第一區域具有相對於該帶之塊體減小之氧濃度。
  2. 如請求項1之方法，其中該拉引之速度係自大於0.1 mm/s至7 mm/s。
  3. 如請求項1之方法，其中該坩堝具有自大於5 cm至200 cm之沿該形成之方向之長度。
  4. 如請求項1之方法，其中在該形成期間，該帶周圍之環境溫度係自1200°C至1420°C。
  5. 如請求項1之方法，其中在該形成期間，該帶周圍之氛圍具有自0.01 atm至5 atm之壓力。
  6. 如請求項1之方法，其中在該形成期間，該坩堝周圍之氛圍包含H2 、Ar、He、另一惰性氣體或其等之組合之一或多者。
  7. 如請求項1之方法，其中在該形成期間，該坩堝周圍之氛圍包含氧氣及水蒸汽。
  8. 如請求項1之方法，其中在該形成期間，該坩堝周圍之氛圍包含氯氧化磷或氯化物氣體。
  9. 如請求項1之方法，其中該拉引在該分離之後輸送該帶通過複數個氣體區，其中該等氣體區之各者使該帶暴露於不同氣體。
  10. 如請求項1之方法，其中該拉引輸送該帶通過第一區及第二區，其中該第一區及該第二區以不同溫度操作，且其中氧釋氣發生於該第一區中。
  11. 如請求項10之方法，其中該第一區以自1200°C至1400°C操作且該第二區以小於1200°C操作。
  12. 如請求項1之方法，其進一步包括在該拉引期間，當該帶位於該熔體中時，使氧自該帶之該第一表面釋氣。
  13. 如請求項1之方法，其進一步包括在該分離之後，在該拉引期間使氧自該帶之該第一表面及該第二表面兩者釋氣。
  14. 如請求項1之方法，其中在該形成期間，該坩堝周圍之氛圍進一步包含摻雜劑。
  15. 如請求項1之方法，其中該形成及該拉引連續發生以產生自0.2 m至100 m長之帶。
  16. 如請求項1之方法，其中該帶具有大於100 μs之體少數載子壽命。
  17. 如請求項1之方法，其進一步包括在該分離之後在該拉引期間使用氣流懸浮及/或機械支撐來支撐該帶，且其中該支撐經組態以最小化該帶之污染。
  18. 如請求項1之方法，其進一步包括在該拉引期間使該帶之一部分熔融成該熔體。
  19. 如請求項1之方法，其進一步包括將該帶單粒化成一或多個晶圓。
  20. 一種晶圓，其使用如請求項19之方法來製造。
  21. 如請求項20之晶圓，其中該晶圓係太陽能電池。
  22. 如請求項20之晶圓，其中該晶圓係半導體晶圓。
  23. 如請求項20之晶圓，其中該晶圓呈正方形、準正方形、矩形或圓形。
  24. 如請求項1之方法，其中在該分離之後，第一表面與第二表面之間的該厚度係自50 μm至300 μm。
  25. 如請求項1之方法，其中該第一表面及該第二表面係該帶上具有最大表面積之表面。
  26. 如請求項1之方法，其中該第一區域具有自0.1 ppma至8.0 ppma之氧濃度。
  27. 如請求項1之方法，其中該帶之該塊體具有自8 ppma至25 ppma之氧濃度。
  28. 如請求項1之方法，其中該第一深度係至少5 μm。
  29. 如請求項1之方法，其中該第一深度係該厚度之自5%至90%。
  30. 如請求項29之方法，其中該第一深度係該厚度之自20%至90%。
  31. 如請求項1之方法，其中該第一區域具有相對於該帶之該塊體減小之體微缺陷濃度。
  32. 如請求項1之方法，其進一步包括自該第二表面朝向該第一表面延伸第二深度之第二區域，且其中該第二區域具有相對於安置於該第一區域與該第二區域之間的該帶之該塊體減小之氧濃度。
  33. 如請求項32之方法，其中該第二區域具有自0.1 ppma至8.0 ppma之氧濃度。
  34. 如請求項32之方法，其中該第二深度係至少5 μm。
  35. 如請求項32之方法，其中該第一深度及該第二深度之組合係該厚度之自5%至90%。
  36. 如請求項32之方法，其中該第二深度係該厚度之約10%。
  37. 如請求項32之方法，其中該第一區域及該第二區域具有相對於安置於該第一區域與該第二區域之間的該帶之該塊體減小之體微缺陷濃度。
  38. 如請求項32之方法，其中該第一深度及該第二深度係不同距離。
  39. 如請求項1之方法，其中該帶進一步包含摻雜劑。
  40. 如請求項1之方法，其中該帶具有該第一區域中之自0/cm3 至1e11/cm3 之平均氧沈澱計數。
  41. 一種帶，其使用如請求項1之方法來製造。
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