一种掺杂的铸造单晶硅及制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102312291A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102312291A(43)申请公布日2012.01.11(21)申请号201010218718.X(22)申请日2010.07.05(71)申请人赵钧永地址200335上海市仙霞西路300弄14号1101室(72)发明人赵钧永(51)Int.Cl.C30B29/06(2006.01)C30B11/04(2006.01)H01L29/16(2006.01)权利要求书1页说明书9页(54)发明名称一种掺杂的铸造单晶硅及制备方法(57)摘要本发明涉及用于半导体领域的单晶硅材料，特别适用于光电领域的连续单晶硅固体实体材料。现有的直拉单晶硅材料，其性能对包括金属、氧、碳等的杂质和重掺的III、V族杂质的耐受性较差，并含有包括漩涡缺陷和氧致堆垛层错缺陷在内的多种缺陷，本发明提出了一种掺杂有氧、碳、氮、锗的半导体铸造单晶硅及其生产方法，其不含或基本上不含漩涡缺陷和氧致堆垛层错缺陷，并且其半导体性能对包括过渡金属和重掺III、V族杂质等在内的杂质耐受性提高，在同等杂质浓度下，具有更好的光电等半导体性能。CN10239ACCNN110231229102312293A权利要求书1/1页1.一种掺杂的方向凝固铸造单晶硅，其含有任选自III族和V族元素中的至少一种元素的掺杂剂，其特征是，还掺杂有浓度为0.2～4*1017cm3的碳，0.1～12*1016cm3的氮，0.5～20*1017cm3的氧，0.2*1016～1*1020cm-3的锗。2.根据1，其特征为，掺杂杂质浓度按以下一组杂质含量范围中的至少一种进一步优选：氮1.5～4.5*1015cm-3、碳0.5～2*1017cm-3、氧1～10*1017cm-3和锗1～50*1016cm-3。3.根据1，其特征为，还含有氢。4.生产权利要求1～3的单晶硅的方法，包含有步骤：在包含有石墨加热器的方向凝固铸造装置中，使用其内壁涂有含氮脱离涂层的石英坩埚熔化添加有适量锗的硅原料，任选添加含氮的原料，任选添加含碳的原料，任选添加含氧的原料，任选提供含氮元素的气氛，任选提供含碳元素的气氛，任选提供含氧元素的气氛，冷却熔化的原料，使其自坩埚底部的凝固起始部位向上方作方向凝固，获得本发明的掺杂的铸造单晶硅。5.生产权利要求1～3的单晶硅的方法，包含有步骤：将单晶硅整块或多个单晶硅块以至少覆盖部分坩埚底部的方式铺于坩埚底部，作为籽晶；将掺有至少部分所述的目标掺杂杂质的硅原料置于籽晶上；提供温度垂直梯度分布的热场，加热熔化坩埚内的硅原料和籽晶的上部分，同时保持籽晶的下部分的固态不变；冷却所述的坩埚内的熔体，使熔体自籽晶固态和熔硅交界的部位向上作方向凝固，获得本发明的掺杂的铸造单晶硅。6.生产权利要求1～3的单晶硅的方法，包含有步骤：提供底壁包含有向下凸出的籽晶容纳部位的坩埚，将单晶籽晶置于该籽晶容纳部位，将掺有至少部分所述的目标掺杂杂质的原料硅置于单晶籽晶上；提供温度垂直梯度分布的热场，加热熔化原料硅和单晶籽晶的上部分，同时保持单晶籽晶下部分的固态不变；冷却所述的坩埚内的熔体，使熔体自单晶籽晶固态和熔硅交界的部位向上作方向凝固，获得本发明的掺杂的铸造单晶硅。7.生产权利要求1～3的单晶硅的方法，包含有步骤：提供底壁包含有向下凸出的选晶器部位的坩埚，将掺有至少部分所述的目标掺杂杂质的原料硅置于包括选晶器部位腔体在内的坩埚内；提供温度垂直梯度分布的热场，加热熔化原料硅；冷却所述的坩埚内的熔体，使熔体自坩埚底部选晶器部位自下向上作方向凝固，获得本发明的掺杂的铸造单晶硅。8.一种半导体元件，包括但不限于二极管晶元、晶闸管晶元、光电池片，其特征是，其包含有权利要求1～3所述的单晶硅，和由该单晶硅形成的p-n结。9.一种半导体器件，包括但不限于二极管、晶闸管、光电池，其特征是包含有权利要求1～3所述的单晶硅。10.根据权利要求1～3的单晶硅用于制作包含p-n结的包括但不限于晶体或晶片、二极管、晶闸管、光电池片或光电池的半导体元件、器件的用途。2CCNN110231229102312293A说明书1/9页一种掺杂的铸造单晶硅及制备方法技术领域[0001]本发明一般涉及用于半导体领域的单晶硅材料，特别适用于光电领域的连续单晶硅固体实体材料。背景技术[0002]基于晶硅的光电池(或称光伏电池、太阳能电池)应具有最大可能地将太阳能辐射功率转化为电流的效率、以及尽可能长久的使用寿命和衰减速率。这是由多种因素决定的，例如硅原材料的纯度，硅晶体的类型(单晶、多晶)和缺陷、杂质分布以及晶向、内应力。其中，单晶硅光电池被认为是具有最高的效率。同时，由于硅晶体被制成晶片使用，工业上倾向于制造较大尺寸的硅晶体毛胚(实体)，以获得较大尺寸的晶片