TWI594447B - 在矽晶圓中抑制少數載子壽命衰減之製程及包括硼之矽晶圓 - Google Patents

在矽晶圓中抑制少數載子壽命衰減之製程及包括硼之矽晶圓 Download PDF

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Description

在矽晶圓中抑制少數載子壽命衰減之製程及包括硼之矽晶圓
本揭示內容之領域係關於在所用矽晶圓中抑制少數載子壽命衰減之製程。特定而言，該揭示內容之領域係關於用於減小少數載子壽命衰減缺陷本身之濃度之高效且成本有效之製程。
本申請案主張2011年6月3日提出申請之美國臨時申請案第61/493,119號之權利，其全部內容以引用方式併入本文中。
對於太陽能電池及尤其在含硼p型單晶矽晶圓(藉由柴可斯基(Czochralski)方法生長)及亦通常(在較低程度上)多晶晶圓(藉由澆注生長)上製得之電池而言，在暴露於光時或在黑暗中將少數載子注入電池中時，該等電池之性能發生衰減。此性能衰減持續發生直至達成遠低於初始效率之穩定效率為止。基於CZ晶圓之電池之效率損失可高達約10%或更高。Czochralski太陽能電池之該效率損失限制了高效矽電池之潛力及單晶矽在工業中之應用，此乃因Czochralski電池之生產通常比基於多晶矽之電池更為昂貴。
已發現，可藉由在低溫下將晶圓退火數分鐘(例如在約200℃下之退火)來至少暫時性逆轉此衰減；然而，在隨後照射後將損失藉由低溫退火達成之效率增加。已報導，可藉由在介於50℃與約230℃之間之低溫退火期間將過量電子注入晶圓中(例如，藉由照射晶圓)來永久性逆轉衰減； 然而，為在該等條件下發生永久性恢復，必須在相對較長時間段內(例如，數十小時)進行低溫退火。
業內持續需要在太陽能電池中抑制與光誘導衰減有關之衰減缺陷之商業可行方法。
本揭示內容之一態樣涉及在矽晶圓中抑制與衰減缺陷有關之少數載子壽命衰減之製程。晶圓包括濃度為至少約1013個原子/cm3之硼。衰減缺陷係由快速擴散組份及含二聚氧之組份構成。將矽晶圓加熱至足以溶解衰減缺陷之快速擴散組份之預先存在奈米沈澱物之溫度T1。以冷卻速率R1將矽晶圓自T1冷卻至溫度T2。以冷卻速率R2將矽晶圓自T2冷卻至溫度T3。R1對R2之比率為至少約2：1。
本揭示內容之另一態樣涉及在矽晶圓中抑制與衰減缺陷有關之少數載子壽命衰減之製程。晶圓包括濃度為至少約1013個原子/cm3之硼。衰減缺陷係由快速擴散組份及含二聚氧之組份構成。將矽晶圓加熱至足以使衰減缺陷之快速擴散組份之奈米沈澱物成核之溫度T1。以至少約100℃/sec之冷卻速率R1將矽晶圓自T1冷卻至溫度T2。
本揭示內容之又一態樣涉及矽晶圓。硼以至少約1013個原子/cm3之濃度存在於晶圓中。藉由以下方式來抑制與衰減缺陷(包括快速擴散組份及含二聚氧之組份)有關之晶圓之少數載子壽命衰減：將矽晶圓加熱至足以使衰減缺陷之快速擴散組份之奈米沈澱物成核之溫度T1。以冷卻速率R1將矽晶圓自T1冷卻至溫度T2。在照射晶圓的同時以冷卻速 率R2將矽晶圓自T2冷卻至溫度T3，R1對R2之比率為至少約2：1。
應注意，關於上述本揭示內容態樣，存在對該等特徵之各種改良。其他特徵亦可納入本揭示內容之上述態樣中。該等改良及其他特徵可個別地或以任一組合存在。舉例而言，下文針對本揭示內容之闡釋實施例中之任一者論述之各種特徵可單獨或以任一組合納入本揭示內容上述態樣中的任一者中。
不受限於特定理論，據信，含硼及氧晶圓中少數載子壽命之衰減與少數載子壽命衰減缺陷(「MCLD」，在本文中亦稱為「衰減缺陷」)之存在有關。據信，此少數載子壽命衰減缺陷係由以下兩種組份構成：快速擴散組份(「FDC」)，例如隙間硼、隙間銅或隙間鎳；及含二聚氧之組份(「DOCC」)，例如氧之二聚體(O2)或取代性硼及二聚體之複合物(BsO2)。衰減缺陷可由隙間硼及氧二聚體構成(BiO2)；然而，應注意，衰減缺陷可為快速作用組份(Bi、Cui或Nii)及含氧組份(O2或BsO2)之任一組合。應注意，據信，硼形成導致少數載子壽命衰減之潛在機制之一部分且硼形成作為快速作用組份或含氧組份之缺陷之一部分。就此而言，本申請案不應限於特定衰減缺陷。如本文中所使用，「快速擴散組份」或「含氧組份」係指形成導致少數載子壽命損失之少數載子壽命衰減缺陷之各別組份。
在冷卻至室溫之矽晶圓中，據信，快速擴散組份(FDC)群體通常經分佈結合成奈米沈澱物(NPPT)形式及/或結合至含二聚氧之組份(DOCC)。快速擴散組份與含二聚氧之組份結合之組合形成如上所述之少數載子壽命衰減缺陷(MCLD)。並不認為結合成NPPT之群體部分會引起少數載子壽命衰減，此乃因並不認為其係MCLD群體之一部分。根據本揭示內容之實施例，可藉由以下方式來高效且成本有效地溶解MCLD缺陷：將FDC自MCLD缺陷群體快速轉移至奈米沈澱物NPPT群體並由此自系統減小或消除MCLD群體。
在穩態下，存在下列一般反應：
反應常數可為恆定的，從而在適當溫度(例如並不產生少數電荷載子之約200℃)下在系統中存在極少FDC(極少鍵發生斷裂)。MCLD之濃度基本不變。
藉由將少數電荷載子引入系統中，可阻斷MCLD之電荷狀態及反應(1)中之逆向反應，從而FDC不能與DOCC反應形成MCLD。以此方式，僅發生正向反應，其中MCLD溶解形成FDC及DOCC；熱釋放之FDC此時不能與DOCC重組而再形成MCLD：MCLD → FDC+DOCC (2)。
根據本揭示內容之實施例，為減小MCLD之濃度，自系統去除FDC以防止其隨後與DOCC重組並形成MCLD。此可 藉由促進FDC與其根據下列反應自由結合(因FDC之快速擴散性質)之奈米沈澱物之組合來達成：FDC → NPPT (3)。
在過量少數電荷載子條件下，熱釋放FDC(此時，其與DOCC之再結合實質上受到阻抑)擴散穿過系統直至其接觸其結合之NPPT為止。
因此，可降低FDC之濃度。此減小之結果係自MCLD源經由反應(2)產生更多FDC，FDC然後亦在周圍擴散直至其再次亦由NPPT捕獲為止，以減小FDC之濃度，使得再次自MCLD源釋放更多FDC。此可持續發生直至將所有FDC自MCLD抽離至NPPT為止，由此實質上減小或甚至實質上消除少數載子壽命衰減缺陷之群體。
根據本揭示內容之實施例，可藉由產生數量密度(N)及半徑(R)之實質上高於通常存在者之乘積NR來增加反應(3)之發生速率。此至少部分地設定使FDC沉降為NPPT之時間常數。據信，FDC至NPPT之沉降速率之時間常數可設定MCLD溶解速率之時間常數。
不受限於任一特定理論，已發現，可藉由在較高溫度下溶解之後形成NPPT之溫度下之冷卻速率來設定NR乘積。根據本揭示內容之實施例，此可藉由使用此溫度下之相對較大冷卻速率來控制，以使沉降及MCLD溶解之時間常數極小。因此，隨後或同時之少數電荷載子注入溶解過程可相對快速地發生(例如，在太陽能電池製造製程中)。
根據本揭示內容之方法，將含硼矽晶圓退火以溶解衰減缺陷之快速擴散組份之預先存在奈米沈澱物。然後在該等快速擴散組份之奈米沈澱物發產生核以形成新奈米沈澱物分佈之溫度範圍內快速冷卻晶圓，其中數量密度(N)及半徑(R)之乘積NR實質上高於通常存在者。此新奈米沈澱物分佈係試樣中之更有效永久性恢復之基礎。在永久性恢復溫度範圍中於過量電子條件下(例如，在照射下)滯留期間，增加奈米沈澱物之NR乘積使得衰減缺陷之濃度更快速地減小。衰減缺陷中快速擴散組份之奈米沈澱物之已確立分佈消耗了大部分殘餘快速擴散組份以將其自衰減缺陷帶走，由此減小衰減缺陷之濃度並誘導少數載子壽命之永久性恢復。亦即，在晶圓中形成衰減缺陷之快速擴散組份之奈米沈澱物時，晶圓經受永久性去活化過程(例如，低溫退火，同時產生少數電荷載子)，以藉由使用高數量密度之奈米沈澱物作為快速擴散組份之儲槽使晶圓之隙間快速擴散組份空乏來防止形成壽命衰減缺陷。
就此而言，已發現，衰減之永久性損失可不僅涉及將衰減缺陷自活性狀態轉變至潛在狀態，且亦涉及消除或減小潛在狀態之實際密度。衰減缺陷之濃度愈低，則可產生之活性衰減缺陷愈少。據信，由於少數電荷載子之引入使得將快速擴散組份自衰減缺陷抽吸至晶圓中生長之奈米沈澱物之分佈而發生永久性恢復。
就此而言，已發現，在永久性去活化處理期間可由該等快速擴散組份之奈米沈澱物消耗衰減中心處快速擴散組份 之速率常數獨立於形成複合物之快速擴散組份的初始濃度，且更具體而言獨立於隙間快速擴散組份原子，而依賴於晶圓自退火溫度T1經由形成衰減中心之快速擴散組份之奈米沈澱物之溫度範圍冷卻的速率。具體而言，已發現，沉降速率與沈澱物密度(N)及沈澱物半徑(R)之乘積成正比且N及R與隙間快速擴散組份原子之初始濃度(Ci)及冷卻速率(q)成正比，如下所述：N~q3/2/Ci 1/2 (1)，R~Ci 1/2/q1/2 (2)。
因此，在永久性去活化處理期間隙間快速擴散組份之沉降速率(以及潛在缺陷之密度減小之速率)主要與冷卻速率成正比，如下文所展示：沉降速率~NR~(q3/2 ＊ Ci 1/2)/(Ci 1/2 ＊ q1/2)~q (3)。
因此，沉降速率與冷卻速率成正比。因此，藉由經由奈米沈澱物成核之溫度快速冷卻p型含硼半導體晶圓，沈積NR可成比例增加，由此增加在永久性去活化處理期間消耗隙間快速擴散原子之速率，由此更快速地減小衰減中心之濃度並由此更快速地永久性抑制少數載子壽命之衰減。
在用於永久性復原太陽能電池之少數載子壽命及效率之本揭示內容之一或多項實施例中，將含硼矽晶圓熱退火至如下溫度T1：足以溶解衰減中心之快速擴散組份之預先存在奈米沈澱物且高於第一步驟S1中奈米沈澱物之成核溫度。就此而言，應理解，儘管經受本揭示內容之抑制少數 載子壽命衰減之方法之矽晶圓可在本文中稱為單晶矽晶圓(亦即，藉由Czochralski方法生長之晶錠切片)，但亦可使用多晶矽晶圓。另外，上述製程步驟可(不限於)應用至磊晶矽層或甚至應用至浮區(FZ)(若摻雜氧)單晶矽晶圓。另外，經受本揭示內容一實施例之衰減抑制製程之含硼晶圓可為已納入所製造太陽能電池(亦即，其中形成p-n接面之電池)中之晶圓、光伏打模組或根據太陽能電池製造中之一或多個中間步驟產生之晶圓結構。另一選擇為，含硼晶圓可為已經受太陽能電池製造製程之獨立式晶圓。
就此而言，儘管可將晶圓闡述為通常用於太陽能電池應用中之p型晶圓，但在一些特定實施例中，晶圓中所含之p型摻雜劑之數量密度可小於晶圓中在業內通常歸類為「p型」之p型摻雜劑的密度(例如，數量密度小於通常用於p-晶圓者)。不管總p型摻雜濃度如何，經受本揭示內容之實施例之製程之晶圓含有至少約1013個硼原子/cm3。在其他實施例中，晶圓含有至少約1014個硼原子/cm3、至少約1015個硼原子/cm3、至少約1016個硼原子/cm3或甚至至少約1017個硼原子/cm3(例如，約1013個硼原子/cm3至約1018個硼原子/cm3、約1013個硼原子/cm3至約1017個硼原子/cm3、約1014個硼原子/cm3至約1017個硼原子/cm3或約1015個硼原子/cm3至約1018個硼原子/cm3)。除硼外，晶圓可含有其他p型摻雜劑，例如鋁及鎵。總p型摻雜量可使得晶圓歸類為p-、p、p+、p++型晶圓或可具有如上文所論述之小於p-摻雜晶圓之濃度。晶圓中之氧濃度可在Czochralski生長矽之典 型範圍內，例如濃度介於約5×1017個原子/cm3與約9×1017個原子/cm3或甚至約5×1016個原子/cm3至約3×1018個原子/cm3之間。應理解，上文所列舉之p型摻雜劑及氧濃度係實例性且可使用其他濃度，此並不背離本揭示內容之範圍。在一些實施例中，可使用一或多種n型摻雜劑(例如，磷、砷、銻或其組合)反摻雜晶圓，其中p型摻雜劑及n型摻雜劑之相對濃度應使得可將晶圓描述為如上文所論述之p型晶圓。
矽晶圓之直徑可為約150 mm、約200 mm、約300 mm、約450 mm或更大。可將起始晶圓拋光、蝕刻及/或研磨，或可在應用本揭示內容中永久性抑制少數載子壽命衰減之方法之後實施該等操作。應進一步注意，本揭示內容之實施例可包含任一太陽能電池或可在上面製造太陽能電池之晶圓(不管其形狀及/或大小如何)，包含(例如)多晶澆注晶圓及「假正方形」CZ晶圓。
熱處理S1涉及：將晶圓加熱至足以溶解衰減缺陷之快速擴散組份之預先存在奈米沈澱物以及衰減缺陷本身之溫度T1，及在該溫度下退火相對較短時間段。據信，衰減中心之快速擴散組份之預先存在奈米沈澱物在至少約650℃之溫度下溶解且可在低至約600℃、低至約550℃或甚至低至500℃之溫度下溶解。因此，T1可為至少約500℃、至少約600℃、至少約650℃、至少約700℃或約500℃至約1300℃、約500℃至約1150℃、約500℃至約1000℃、約500℃至約850℃、約500℃至約750℃或約600℃至約 750℃。晶圓通常在此溫度T1下或高於此溫度T1下維持至少約1秒、通常至少數秒(例如，至少約3秒、至少約5秒等)或甚至數十秒(例如，至少約20秒、至少約30秒、至少約40秒等)及甚至長達約60秒。
較佳地，熱退火S1形成涉及加熱p型晶圓之現有製程步驟(例如太陽能電池製造製程步驟)之一部分。另一選擇為或此外，可在(例如)諸多市售爐(例如，帶式爐)中之任一者或快速熱退火(「RTA」)爐(其中藉由高功率燈組將晶圓個別地加熱)實施熱退火步驟S1。可在步驟S1中自形成習用處理步驟之一部分之中間溫度或自室溫來加熱晶圓。在一些實施例中，將晶圓加熱至足以溶解快速擴散組份之奈米沈澱物之溫度，而並不將溫度維持於中間溫度(例如，繼續增加溫度直至達到期望溫度為止)。可在諸多不同環境或氣氛中將晶圓退火，包含彼等通常用於太陽能電池製造者，包含(例如)含有氫或對於矽而言係惰性之氣體(例如，稀有氣體，例如氬)之環境。下文所闡述之處理步驟S2及S3可在類似環境中實施。
在完成熱退火步驟S1後，在步驟S2中，以至少約100℃/sec之冷卻速率R1(其中較佳冷卻速率為至少約200℃/sec)將晶圓自T1快速冷卻至第二溫度T2以使得形成快速擴散組份之奈米沈澱物之高數量密度N(各自具有標稱半徑R)。在一些實施例中，冷卻速率可為至少約250℃/sec、至少約500℃/sec、至少約750℃/sec或甚至至少約1000℃/sec。應理解，晶圓無需以恆定速率自T1冷卻至T2。冷卻速率R在 冷卻期間可為恆定值或有所變化以使得形成奈米沈澱物之高數量密度N。通常，可以大於所列舉最小值之速率冷卻晶圓，其中最大冷卻速率係彼等若超過則可損壞晶圓之完整性者(例如，在其以上可在晶圓中形成錯位之溫度)。通常，以高於通常用於習用處理中之習用冷卻速率(例如，高於用於快速熱退火操作中之冷卻速率)之速率R1將晶圓自T1冷卻至T2。亦即，因極高熱梯度及藉由光子釋放提供之其他冷卻，習用快速熱退火爐通常自高溫(例如1200℃)快速冷卻至約650℃或甚至600℃。然而，為在低於600℃之溫度下(例如，600℃至約300℃或更低)達成該等快速冷卻速率，可應用其他冷卻方式。
用於在步驟S2中快速冷卻晶圓之適宜裝置通常包括散熱片，其中藉由熱量傳導轉移將熱量自晶圓快速轉移至散熱片。適宜裝置可包含熱板，其包含在冷卻期間與晶圓之一或多個表面熱接觸之表面。在一些實施例中，藉由使熱板與致冷劑接觸來冷卻熱板。在一些實施例中，將晶圓部分地或完全浸漬於流體中以快速冷卻晶圓。另一選擇為或此外，裝置可利用處於小於晶圓之溫度下之冷卻環境以快速冷卻晶圓。
冷卻步驟S2使得衰減缺陷之快速擴散組份之原子在晶圓中變得過飽和。藉由在超過習用製程之速率下冷卻，奈米沈澱物之數量密度(乘積NR)可相對於涉及較慢冷卻速率之製程有所增加，由此實質上增加快速擴散組份之奈米沈澱物之NR乘積(數量密度)。
通常，T2比T1小至少約50℃或至少約100℃、至少約150℃、至少約200℃、至少約250℃或甚至比T1小至少約300℃。T2可小於約500℃、小於約450℃、小於約400℃、小於約350℃、小於約300℃或甚至小於約250℃(例如，約150℃至約450℃或約250℃至約400℃)。較佳地，在T1與T2之間快速冷卻晶圓時，T2應盡可能低，此使得處理時間有所減小；然而，T2應足夠高以使晶圓在下文所闡述之步驟S3中發生效率損失之永久性抑制。
就此而言，應理解，可在並不產生少數電荷載子(亦即，並不照射晶圓或向晶圓施加電流)之情形下實施熱退火步驟S1及快速冷卻步驟S2；然而，應理解，可(不限於)在熱退火步驟及/或冷卻步驟期間產生少數電荷載子。熱退火步驟S1及快速冷卻步驟S2使得快速擴散組份之原子形成NR乘積大於習用方法之分佈，此容許應用相對較短永久性恢復製程S3，如下文所闡釋。
在第三步驟S3中，在約室溫(約25℃)至約250℃(例如，約室溫至約200℃、約室溫至約150℃、約室溫至約100℃、約50℃至約250℃或約50℃至約150℃)之溫度下產生少數電荷載子以永久性抑制壽命載子衰減。在一實施例中，在以冷卻速率R2將晶圓自T2冷卻至溫度T3的同時產生少數電荷載子。就此而言，已發現，熱退火步驟S1及冷卻步驟S2使得在短於習用永久性去活化處理(例如，美國專利公開案第2010/0243036號中所揭示之去活化方法，出於所有相關及一致性目的，其以引用方式併入本文中)之時 間段內實施永久性去活化步驟S3。
不受限於任一特定理論，據信，永久性恢復可係由於少數載子(例如，電子)阻斷隙間快速擴散組份至衰減缺陷之正常路徑，由此將該等隙間快速擴散組份抽吸至快速擴散物種之奈米沈澱物，從而使得隙間快速擴散組份被奈米沈澱物消耗。因認為衰減缺陷與快速擴散組份及含氧組份以平衡形式存在，故藉由奈米沈澱物消耗隙間快速擴散組份使得少數載子衰減缺陷永久性空乏。藉由自步驟S1之退火溫度T1快速冷卻晶圓，沈澱物密度(N)及奈米沈澱物半徑(R)之乘積可有所增加，此增加了由奈米沈澱物消耗隙間快速擴散組份之速率(舉例而言，歸因於相對較大數量之快速擴散組份之奈米沈澱物用作儲槽，從而消耗隙間快速擴散組份，而快速消耗隙間快速擴散組份)。因此，可在短於習用製程之時間段內實施本揭示內容之永久性恢復製程且並無永久性抑制壽命載子衰減之相應損失，由此增加了總處理能力。就此而言，應理解，本文所用之「永久性恢復」係指抑制少數載子壽命衰減，此實質上持續所得光伏打電池之正常壽命。
在本揭示內容之若干實施例中，T3為小於約250℃及在其他實施例中小於約200℃、小於約150℃、小於約100℃、小於約50℃或約200℃至約室溫(例如，約25℃)、約150℃至約25℃、約100℃至約25℃或約150℃至約50℃。在溫度T2與T3之間之冷卻速率R2應足夠低以使得晶圓達成壽命載子衰減之永久性抑制。藉由熱退火步驟S1及 冷卻步驟S2，步驟S3中之冷卻速率R2通常可小於用於永久性抑制壽命載子衰減之習用方法中之冷卻速率，在習用方法中，將晶圓在一定溫度下保持一定時間段(例如，長達數小時)並冷卻回環境溫度(亦即，使用大小為若干度/分鐘之冷卻速率)。實例性冷卻速率R2包含使得產生足量少數載子以抑制少數載子衰減之冷卻速率，例如小於約10℃/sec、小於約5℃/sec、小於約1℃/sec、小於約0.5℃/sec或甚至小於約0.1℃/sec。冷卻速率應足夠高以避免不必要地減小通量。可使用至少約0.01℃/sec、至少約0.1℃/sec或甚至至少0.5℃/sec之實例性最小冷卻速率R2。在若干實施例中，冷卻速率R2介於約0.01℃/sec至約10℃/sec、約0.1℃/sec至約10℃/sec、約0.5℃/sec至約10℃/sec或約0.1℃/sec至約5℃/sec之間。
就此而言，應理解，在溫度T2與T3之間，晶圓無需以通常均勻之速率進行冷卻。舉例而言，晶圓可在T2或T2與T3之間之任一溫度下保持一定時間段(例如，約30秒至約15分鐘)且然後冷卻(例如，冷卻至約環境溫度)。因此，R2(及上述R1)代表時間平均化冷卻速率，包含將晶圓保持於溫度T2及/或T2及T3之間之其他溫度下之時間(亦即，R2為T2-T3除以將晶圓自T2冷卻至T3之時間)。
在本揭示內容之一些特定實施例中，晶圓可在永久性抑制步驟S3之後經受進一步處理(亦即，器件製造)，此可能需要在完成S3後加熱晶圓。在該等實施例中，可將晶圓在溫度T2下保持一定時間段以完成永久性抑制步驟S3且然 後加熱至高於T2以完成另一熱處理步驟。在該等實施例中，R2視為約為0且T2通常等於T3。在永久性抑制步驟S3之後實施另一處理(亦即，器件製造)之實施例中，另一處理步驟較佳地並不將晶圓加熱至高於約650℃或甚至高於600℃之溫度，此乃因該加熱可導致沈澱物溶解且損失永久性衰減抑制。
通常，冷卻速率R2小於冷卻速率R1以使得晶圓在步驟S3期間達成重組中心之永久性去活化。舉例而言，R1對R2之比率可為至少約2：1。在其他實施例中，R1對R2之比率為至少約3：1、至少約5：1、至少約10：1、至少約20：1、至少約50：1或約2：1至約200：1、約2：1至約150：1、約10：1至約150：1或約20：1至約150：1。
藉由將能夠在矽中產生電子之任一光引導至晶圓，可在步驟S3期間產生少數電荷載子。對於波長短於約1.1 μm之光而言，可以至少約50 mW/cm2及在其他實施例中至少約100 mW/cm2或甚至約200 mW/cm2之強度照射晶圓。應注意，亦可使用波長長於約1.1 μm之光；然而，在一些實施例中，相對於較短波長光應施加較高功率之光或施加較長時間段(例如，至少約500 mW/cm2或甚至至少約1,000 mW/cm2)。在一或多項實施例中，經由位於帶式爐內或快速熱退火裝置之加熱燈來提供照射。較佳地，可照射所有晶圓表面以流入少數電荷載子；然而，在本揭示內容之一或多項實施例中，僅照射晶圓之前表面。
作為照射之另一選擇或除照射外，在步驟S3期間可藉由 向晶圓施加電流來產生少數電荷載子。通常，可藉由在晶圓上或晶圓內形成n型層(例如，藉由植入、擴散或沈積離散層，例如磊晶層(epi-layer))施加此一電流，其中在p層與n層之間形成pn接面。將電流施加至pn接面處以在摻雜有p型摻雜劑之晶圓區域中提供少數載子。施加至晶圓之電壓可為至少約0.4伏或甚至至少約0.7伏。可藉由將電流施加至所製造光伏打電池或甚至施加至所製造光伏打模組來將電流施加至p型晶圓。應理解，在將晶圓自T2冷卻至T3之全部時間期間，未必產生少數載子。
在本揭示內容之一或多項特定實施例中，T1為至少約600℃，T2為小於約250℃，R1為至少約100℃/sec，T3約為環境溫度(例如，約25℃)且R2小於約5℃/sec。
可藉由彼等熟習此項技術者已知之方法中之任一者來量測本發明衰減抑制製程之效應。實例性方法包含(1)藉由將含有含硼晶圓之太陽能電池暴露於光較小時間段(例如，小於約1毫秒或甚至小於約200微秒之時間段)來量測該電池之效率，(2)將電池暴露於光較長時間(例如，至少一小時、更通常數小時或數天或甚至一或多個月)以試圖使性能衰減，及(3)量測在步驟2中暴露於光之後之效率。若效率損失可忽略或較小(例如，小於約10%之效率損失或(如在其他實施例中)小於約5%、小於約1%或小於約0.5%之效率損失)，則已達成衰減之永久性抑制。
在介紹本揭示內容之要素或其較佳實施例時，冠詞「一(a、an)」、「該(the)」及「該(said)」欲意指存在一或多個 要素。術語「包括」、「包含」及「具有」意欲具有囊括性且意指除所列示要素外亦可具有其他要素。
因在不背離本揭示內容範圍之情況下可對上文裝置和方法作出各種改動，故以上說明書所含及附圖中所展示之所有內容皆應解釋為具有說明性而不具有限制意義。

Claims (54)

  1. 一種在包括硼之矽晶圓中抑制與少數載子壽命衰減缺陷有關之少數載子壽命衰減之方法，硼係以至少約1013個原子/cm3之濃度存在於該矽晶圓中，該衰減缺陷包括快速擴散組份及含二聚氧之組份(dimeric oxygen-containing component)，該方法包括：將該矽晶圓加熱至足以溶解該衰減缺陷之該快速擴散組份之預先存在奈米沈澱物(precipitates)之溫度T1；以至少約100℃/sec之冷卻速率R1將該矽晶圓自T1冷卻至溫度T2；及以冷卻速率R2將該矽晶圓自T2冷卻至溫度T3，其中R1對R2之比率為至少約2：1。
  2. 如請求項1之方法，其中該衰減缺陷之該等快速擴散組份之該等預先存在奈米沈澱物係由硼、銅、鎳或其組合構成。
  3. 如請求項1之方法，其中該衰減缺陷之該等快速擴散組份之該等預先存在奈米沈澱物係由硼構成。
  4. 如請求項1之方法，其中R1對R2之比率為至少約3：1。
  5. 如請求項1之方法，其中R1對R2之比率為至少約10：1。
  6. 如請求項1之方法，其中R1對R2之比率為至少約50：1。
  7. 如請求項1之方法，其中在將該矽晶圓自T2冷卻至T3的同時產生少數電荷載子。
  8. 如請求項7之方法，其中藉由在將該矽晶圓自T2冷卻至T3的同時照射該矽晶圓來產生少數電荷載子。
  9. 如請求項7之方法，其中藉由在將該矽晶圓自T2冷卻至T3的同時向該矽晶圓施加電流來產生少數電荷載子。
  10. 如請求項1之方法，其中R1為至少約500℃/sec。
  11. 如請求項1之方法，其中T1為至少約500℃。
  12. 如請求項1之方法，其中T1為至少約650℃。
  13. 如請求項1之方法，其中T2為小於約500℃。
  14. 如請求項1之方法，其中T2為小於約350℃。
  15. 如請求項1之方法，其中T2為小於約250℃。
  16. 如請求項1之方法，其中T3為小於約250℃。
  17. 如請求項1之方法，其中T3為小於約150℃。
  18. 如請求項1之方法，其中T3為小於約50℃。
  19. 如請求項1之方法，其中R2為小於約10℃/sec。
  20. 如請求項1之方法，其中R2為小於約1℃/sec。
  21. 如請求項1之方法，其中R2為小於約0.1℃/sec。
  22. 如請求項1之方法，其中該矽晶圓包括一第二p型摻雜劑，該第二p型摻雜劑係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)及其組合組成之群。
  23. 如請求項1之方法，其中該矽晶圓係單晶矽晶圓。
  24. 如請求項1之方法，其中該矽晶圓係藉由柴可斯基(Czochralski)方法生長之晶錠切片。
  25. 如請求項1之方法，其中該矽晶圓形成太陽能電池之部分。
  26. 如請求項1至24之方法，其中該矽晶圓係獨立式晶圓。
  27. 如請求項1之方法，其中將該矽晶圓加熱至足以溶解該 衰減缺陷之該等快速擴散組份之該等預先存在奈米沈澱物之溫度T1係太陽能電池製造製程的部分。
  28. 如請求項1之方法，其中T1為至少約600℃，T2小於約250℃，R1為至少約100℃/sec，T3為約25℃且R2小於約5℃/sec。
  29. 一種在包括硼之矽晶圓中抑制與衰減缺陷有關之少數載子壽命衰減之方法，硼係以至少約1013個原子/cm3之濃度存在於該矽晶圓中，該衰減缺陷包括快速擴散組份及含二聚氧之組份，該方法包括：將該矽晶圓加熱至足以溶解該衰減缺陷之該快速擴散組份之奈米沈澱物之溫度T1；及以至少約100℃/sec之冷卻速率R1將該矽晶圓自T1冷卻至溫度T2。
  30. 如請求項29之方法，其中該衰減缺陷之該等快速擴散組份之該等奈米沈澱物係由硼、銅、鎳或其組合構成。
  31. 如請求項29之方法，其中該衰減缺陷之該等快速擴散組份之該等奈米沈澱物係由硼構成。
  32. 如請求項29之方法，其中R1對R2之比率為至少約2：1。
  33. 如請求項29之方法，其中以冷卻速率R2將該矽晶圓自T2冷卻至溫度T3，而在將該矽晶圓自T2冷卻至T3的同時產生少數電荷載子。
  34. 如請求項33之方法，其中藉由在將該矽晶圓自T2冷卻至T3的同時照射該矽晶圓來產生少數電荷載子。
  35. 如請求項33之方法，其中藉由在將該矽晶圓自T2冷卻至 T3的同時向該矽晶圓施加電流來產生少數電荷載子。
  36. 如請求項33之方法，其中T3為小於約250℃。
  37. 如請求項33之方法，其中T3為小於約150℃。
  38. 如請求項33之方法，其中R2為小於約10℃/sec。
  39. 如請求項33之方法，其中R2為小於約1℃/sec。
  40. 如請求項29之方法，其中T1為至少約500℃。
  41. 如請求項29之方法，其中T2為小於約500℃。
  42. 如請求項29之方法，其中T2為小於約250℃。
  43. 如請求項29之方法，其中R1為至少約200℃/sec。
  44. 如請求項29之方法，其中R1為至少約500℃/sec。
  45. 如請求項29之方法，其中R1為至少約1000℃/sec。
  46. 如請求項29之方法，其中該矽晶圓包括第二p型摻雜劑，該第二p型摻雜劑係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)及其組合組成之群。
  47. 如請求項29之方法，其中該矽晶圓係單晶矽晶圓。
  48. 如請求項29之方法，其中該矽晶圓係藉由柴可斯基(Czochralski)方法生長之晶錠切片。
  49. 如請求項29之方法，其中該矽晶圓形成太陽能電池之部分。
  50. 如請求項29至48之方法，其中該矽晶圓係獨立式晶圓。
  51. 一種包括硼之矽晶圓，硼係以至少約1013個原子/cm3之濃度存在於該矽晶圓中，藉由以下步驟來抑制該矽晶圓中與包括快速擴散組份及含二聚氧之組份之衰減缺陷有關之少數載子壽命衰減： 將該矽晶圓加熱至足以使該衰減缺陷之該快速擴散組份之奈米沈澱物成核之溫度T1；以至少約100℃/sec之冷卻速率R1將該矽晶圓自T1冷卻至溫度T2；及在照射該矽晶圓的同時以冷卻速率R2將該矽晶圓自T2冷卻至溫度T3，R1對R2之比率為至少約2：1。
  52. 如請求項51之矽晶圓，其中R1對R2之比率為至少約10：1。
  53. 如請求項51之矽晶圓，其中R1對R2之比率為至少約20：1。
  54. 如請求項51之矽晶圓，其中R1對R2之比率為至少約50：1。
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TW200814347A (en) * 2006-03-21 2008-03-16 Univ Konstanz Method for fabricating a photovoltaic element with stabilised efficiency
US20120222741A1 (en) * 2009-09-18 2012-09-06 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour I'etude Et I'exploitation Des Procedes Georges Claude Solar cell with improved performance
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