專利名稱：在晶體化過程中添增摻質半導體進料的半導體固化方法
技術領域：
本發明涉及一種硅質的半導體固化方法，更具體地說，是一種在晶體化過程中添增摻質半導體進料的半導體固化方法，其可以在半導體固化過程中能夠對半導體的摻質處理進行控制。本發明尤其適用于液體冶金硅質的晶體化，其是按以制造光伏電池基材的鑄錠或條帶的形式。
背景技術：
在一含有一或更多摻質的半導體的有向性固化過程中，摻質濃度會沿著晶體化的方向而改變，其原因為所構成的固體的組成是不同于該液體的(在大多數一般情況下該液體中通常會出現摻質累積)。更詳細地說，在該液體為完全混合的情況下，在此鑄錠里沿晶體化的方向上的摻質分布是由C等式所統馭，這對于各種類型的摻質而言是利用其分離系數k = Ss/Sy其中Ss為摻質物種在該固體硅質中的溶解度，而&為摻質物種在該液體硅質中(熔化)的溶解度。硼質及磷質兩者在固體硅質中具有比起液體硅質為較低的溶解度，這可按如一小于I的分離系數所表示。對于一給定摻質物種，該Scheil-Gulliver等式可依下列形式所表示:Cs = k.CL0.(l_fs)H，其中:Cs:該摻質物種在固體晶體化半導體中的濃度，
Clo:該摻質物種在液體半導體中的初始濃度，k:該摻質物種的分離系數，fs:晶體化半導體相對于半導體總量值(液體+固體)的分數。此濃度變異性會導致像是導電性的電氣性質的變化。此外，這會造成該鑄錠的上方部份被拒除，因為濃度在此處會急遽地增高，從而降低該方法的材料產獲率。目前的標準光伏電池通常是由自經純化的冶金硅質鑄錠所生產的材料所制得。此類型的硅質含有不純物，并且尤其是摻質物種或摻質，而這些會讓該硅質具有某些導電性。一半導體在當其含有電子接受摻質以及電子給予摻質兩者時即稱之為「經補償」者。在此一半導體內的自由載體濃度是對應于由摻質所提供的電子數量與空穴數量間的差值，而這些摻質在當該半導體為硅質時通常為硼質(P型，亦即電子接受者)和磷質(η型，亦即電子給予者)。磷質的分離系數，kp，是等于0.35，并且硼質的分離系數，kb，是等于0.8。在一未經補償的P型硅質鑄錠的晶體化過程中，該鑄錠僅含有硼質作為一摻質物種。該鑄錠內的硼質原子的分布于該鑄錠的大部份高度上會相當地均齊，原因是給定硼質的分離系數為0.8，故而在該硅質中此元素僅具略微的分結情況。然而在制造其中含有磷質的硅質鑄錠，亦即經補償或未經補償的η型硅質或者是經補償的P型硅質的過程中，給定磷質的分結較硼質為顯著(kp = 0.35)，故而所獲得的鑄錠的電阻率在該硅質鑄錠的高度上會為非均齊。此外，在一 P型經補償硅質的鑄錠的起始處時(亦即最先晶體化的部份)，硼質濃度會大于磷質濃度。給定磷質會分結于一比硼質為較大的范圍上，因此在某一固化高度之后，該硅質內的磷質會比硼質多，從而導致該鑄錠中在導電性類型上發生變化。部份的鑄錠將因此無法使用。同時，若在該鑄錠起始處硼質與磷質濃度之間的差值微小，亦即當希望獲得高電阻率硅質以供制造例如光伏電池(大于約0.1Ohm.Cm的電阻率)時，則此效應將為顯著(在導電性類型上的變化更靠近于該鑄錠的起始處)。而若對一給定電阻率而言該硅質含有許多磷質，則此效應甚將更劇烈。在η型鑄錠中雖并未觀察到此在導電性類型上的變化，原因是磷質的濃度總是維持高于硼質，然而這些濃度之間的差值在該鑄錠的頂部處比起該鑄錠的起始處將會更大，因此導致非均齊的電阻率，此電阻率會沿著該鑄錠的高度而降低。因此，在所有情況下，大部份的鑄錠為不適使用，無論是電阻率的非均齊性或因為導電性類型上的變化。在文件WO 2007/001184Α1專利申請里即描述一種用于制造半導體鑄錠的方法，其中為降低電阻率的非均齊性并為推返在鑄錠中導電性變化的位置，會在硅質的晶體成長過程中添入η或P型摻質。相比于無添增而遵循Scheil-Gulliver等式的成長作業,此些摻質添入雖意味著在成長過程中可較佳地控制半導體浸浴里摻質物種之間的平衡，然而摻質物種的總數變得遠多于無添增者，這會影響到自所獲晶體化硅質而制成的裝置的電氣性質，特別是在遷移性方面。
發明內容
本發明目的在于提出一種根據所希望的導電性類型用于一半導體的固化作業的方法，例如按鑄錠形式的晶 體化的方法，并且在整個經固化的半導體上擁有均齊的電阻率，同時避免在該半導體的 整個或絕大部分上的導電性類型變化，這樣可不致負面地影響到以該所獲半導體制成的裝置的電氣性質。本發明的另一目的亦為提出一種用于摻質半導體的有向性晶體化的經改良方法，其中在該鑄錠的整體或一部份上自由載體密度沿該晶體化方向上的變異性會小于按傳統方法者，而無須在晶體化的過程中進行添增，同時可確保總自由載體密度的變異性低于當該自由載體密度的變異性是由添增純摻質所校正。本發明提出一種在晶體化過程中添增摻質半導體進料的半導體固化方法，包含至少下列步驟:-將含有至少一種摻質的第一半導體材料構成的一熔化半導體進行浸浴，-將所述熔化半導體進行固化，并且另外包含，在所述熔化半導體的固化過程中，在該固化方法的至少一部份過程里，包括將一份或更多份含有摻質的補充性半導體材料添增在所述熔化半導體中進行浸浴，而相對于由所述摻質的分離系數的數值所自然達到的變化性，降低在所述浸浴中所述
熔化半導體的
權利要求
1.晶體化過程中添增摻質半導體進料的半導體固化方法，其特征在于:包含至少下列步驟: -將含有至少一種摻質的第一半導體材料構成的一熔化半導體進行浸浴， -將所述熔化半導體進行固化， 并且另外包含，在所述熔化半導體的固化過程中，在該固化方法的至少一部份過程里，包括將一份或更多份含有摻質的補充性半導體材料添增在所述熔化半導體中進行浸浴，而相對于由所述摻質的分離系數的數值所自然達到的變化性，降低在所述浸浴中所述熔化半導體的f 丨項的數值的變化性，從而使得:
2.按權利要求1所述的半導體固化方法，其特征在于:所述電子接受摻質i為硼質的原子，并且所述電子給予摻質j為磷質的原子。
3.按權利要求2所述的半導體固化方法，其特征在于:所述補充性半導體材料添增，而同時確保維持下列關系:
4.按權利要求3所述的半導體固化方法，其特征在于:所述補充性半導體材料按一低于晶體化速度的添增速度所添增，如此可驗證:
5.以上權利要求1-4任一項所述的半導體固化方法，其特征在于:所述補充性半導體材料按固體形式添增至所述熔化半導體中進行浸浴，并且融化所述補充性半導體材料且混合于所述熔化半導體中。
6.以上權利要求1-4任一項所述的半導體固化方法，其特征在于:所述補充性半導體材料是在所述固化方法的至少一部份的過程中按液體形式所添增至所述熔化半導體中進行浸浴。
7.按權利要求6所述的半導體固化方法，其特征在于:所述固化過程中添增多個補充性半導體材料時，每次當固化半導體的質量相對于在該固化方法結束時所獲得的固化半導體的總質量增加最多1 %時，添增一補充性半導體材料。
8.按權利要求7所述的半導體 固化方法，其特征在于:該固化方法的步驟是在一晶體生長布里奇曼下降爐中進行，其中所述浸浴是位于該晶體生長布里奇曼下降爐的一熔鍋內
9.按權利要求8所述的半導體固化方法，其特征在于:所述晶體生長布里奇曼下降爐含有一密閉裹封，該密閉裹封是在一氬氣大氣下，而所述熔鍋放置在其中。
10.按權利要求9所述的半導體固化方法，其特征在于:所述按固體形式將所述補充性半導體材料添增至所述熔化半導體中進行浸浴時，所述添增是利用一散布裝置所進行，并且該散布裝置亦進行所述補充性半導體材料的預熱處理。
11.按權利要求7所述的半導體固化方法，其特征在于:由所述散布裝置的控制來決定進行所述補充性半導體材料添增的時刻。
12.按權利要求11所述的半導體固化方法，其特征在于:在所述第一半導體材料內至少一類型的摻質的濃度是異于在所述補充性半導體材料內與該類型相同的摻質的濃度。
13.按權利要求12所述的半導體固化方法，其特征在于:所述熔化半導體是按一鑄錠或條帶的形式所固化。
全文摘要
本發明公開一種用于半導體固化的方法，包含下列步驟將含有摻質的第一半導體材料構成的熔化半導體進行浸浴；將熔化半導體進行固化，并且另外包含，在固化過程中包括一或更多步驟，將亦含有摻質的補充性半導體材料添增至熔化半導體進行浸浴。本發明使在整個經固化的半導體上擁有均齊的電阻率，同時避免在該半導體的整個或絕大部分上的導電性類型變化，這樣可不致負面地影響到用所獲得的半導體制成的裝置的電氣性質。
文檔編號C30B29/06GK103088407SQ20101030002
公開日2013年5月8日 申請日期2010年1月4日 優先權日2009年1月5日
發明者斯萬特˙佛羅倫薩, 卡梅爾˙丹尼斯 申請人:法國原子能委員會