买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：奈克斯沃夫有限公司

摘要：本发明涉及一种用于制造用于电子元件的硅晶圆的方法，该方法具有在载体衬底上外延生长硅层和将硅层从载体衬底上分离以作为硅晶圆的方法步骤，其中，在外延生长期间，向硅层中引入至少一种p型掺杂材料和至少一种n型掺杂材料。本发明的特征在于，实现向硅层中引入掺杂材料，使得形成具有各自大于1×1014cm‑3的电活性p型掺杂和电活性n型掺杂的硅层。

主权项：1.一种用于制造用于电子元件的硅晶圆的方法，该方法包括在载体衬底（1）上外延生长硅层（2）的方法步骤和将所述硅层（2）从所述载体衬底（1）上分离以用作硅晶圆的方法步骤，其中，在所述外延生长期间，向所述硅层（2）中引入至少一种p型掺杂材料和至少一种n型掺杂材料，其特征在于，所述至少一种p型掺杂材料和所述至少一种n型掺杂材料被引入到所述硅层（2）中，使得形成具有电活性p型掺杂和电活性n型掺杂的所述硅层（2），所述电活性p型掺杂和所述电活性n型掺杂的浓度各自位于1×1014cm-3至1×1016cm-3的范围内，形成具有至少1×1014cm-3的电活性净掺杂的所述硅晶圆，使得能够在硅晶圆制造过程中在工艺室中容忍存在掺杂材料的明显更大的不准确性。

全文数据：用于电子元件的硅晶圆和制造该硅晶圆的方法技术领域本发明涉及一种根据方案7的前序部分的用于制造电子元件的硅晶圆以及根据方案1的前序部分的用于制造该硅晶圆的方法。背景技术对于大面积的电子构件、例如大面积的发光元件或者光伏太阳能电池而言，需求低成本且具有高电子性能的半导体晶片，因为在这种元件中，半导体晶片的材料成本占整个产品成本的很大比例。发明内容本发明的目的在于，改进硅晶圆的性能。该目的通过根据方案1的方法、根据方案7的硅晶圆和根据方案15的用于外延生长硅层的装置的用途来实现。根据本发明的硅晶圆优选借助于根据本发明的方法，尤其是这里优选的实施方案来制造。根据本发明的方法优选用于制造根据本发明的硅晶圆，尤其是其优选的实施方案。本发明建立在以下认知上：硅晶圆的电活性净掺杂代表了制造这种晶片时的决定性目标值，该目标值迄今为止不能高精度地进行预设或者需要昂贵的工艺步骤。特别地，具有低电活性净掺杂或者在极限情况下不具有电活性净掺杂的硅晶圆的制造不能高精度地进行或者所需的工艺步骤的成本高。在这种情况下，电活性净掺杂描述了掺杂材料的浓度该浓度有助于半导体材料的导电性，与总掺杂相反总掺杂描述了被引入到半导体层中的所有掺杂原子的总量。在此，由于补偿了无助于导电性的相反极性的掺杂原子n型掺杂材料和p型掺杂材料，所以净掺杂总是小于总掺杂。对现有制造方法的研究和问题分析表明，在制造硅晶圆的过程中，经常产生对硅晶圆的p型掺杂和n型掺杂的不希望的副作用。特别地，需处理的原材料中或者工艺环境中的掺杂残余导致在晶片中存在难以阻止的且具有影响性的掺杂成分。由此，必须接受在预设硅晶圆的电活性目标掺杂时的较低精度-尤其是具有期望的低电活性净掺杂，或者在极限情况下目的是制造无电活性掺杂的硅晶圆-或者必须借助于昂贵的工艺来完成以避免在制造过程中，尤其是在将硅加工成硅晶圆的工艺室中包含掺杂的材料。因此，根据迄今已知的用于制造硅晶圆的教导，一直试图将电活性掺杂材料仅设置在希望进行电活性净掺杂的范围内。对于已知的铸模制造过程尤其如此，因为尤其是由于各个掺杂材料的不同析出系数而产生上面描述的缺点。特别地，这些缺点导致净掺杂浓度的不希望的变化。反之，根据本发明的用于制造电子元件的硅晶圆具有借助于至少一种p型掺杂材料的p型掺杂和借助于至少一种n型掺杂材料的n型掺杂。明显的是，p型掺杂和n型掺杂的电活性浓度分别大于1×1013cm-3。因此，在根据本发明的硅晶圆中，相对较高比例地以大于1×1013cm-3的电活性浓度来形成至少一种p型掺杂材料和至少一种n型掺杂材料。使用这些相反掺杂类型的掺杂材料导致电活性掺杂的补偿，使得电活性净掺杂近似由两种相反掺杂材料的电活性密度差来给出。因此，预设至少1×1013cm-3的基础水平，并且经由n型掺杂浓度与p型掺杂浓度的差来确定晶片的电活性净掺杂，反之亦然。这带来了显著的优点：由于1×1013cm-3的基础水平，明显小于基础水平的杂质对半导体层的导电性没有影响或者仅有可以忽略的影响。因此，只要在制造硅晶圆时其产生的电活性密度与1×1013cm-3的基础水平相比是较小的，就可以在硅晶圆制造过程中在工艺室中容忍存在掺杂材料的明显更大的不准确性。这导致对这种工艺室中的气体组成的精度要求的显著降低，并且因此节省了成本。此外，本发明能够实现以成本有利的方式高精度地制造没有电活性净掺杂或者具有很少电活性净掺杂的硅晶圆：它在工艺技术上明显更简单，能够在至少1×1014cm-3的掺杂水平中形成均衡的电活性p型掺杂和电活性n型掺杂或者p型掺杂与n型掺杂之差促使形成低电活性净掺杂。这一方面是由已经提及的杂质引起的，这些杂质导致电活性掺杂。同样地，可在控制技术上更简单地处理工艺室中掺杂材料的混合，对于存在p型掺杂材料预设值和对于存在n型掺杂材料预设值时，这导致大于1×1014cm-3的电活性掺杂并因此与先前预设的值相比较是更大的。因此，总的来说，材料流速、尤其是在将掺杂材料引入到本发明的工艺室中时的气体流速更容易处理，因为选择相对较大浓度的p型掺杂材料和n型掺杂材料以达到至少1×1014cm-3的基础水平。此外，开头提及的目的通过根据方案1的用于制造用于电子元件的硅晶圆的方法来实现。根据本发明的方法具有在载体衬底上外延生长硅层以及将硅层从载体衬底上分离以作为硅晶圆的方法步骤。在外延生长期间，将至少一种p型掺杂材料和至少一种n型掺杂材料引入到硅层中，以形成电活性掺杂。明显的是，实现将掺杂材料引入到硅层中，使得形成具有各自大于1×1013cm-3的电活性p型掺杂和电活性n型掺杂的硅层。因此，以这种方式制造的硅晶圆具有之前描述的优点。另外，所描述的在载体衬底上外延生长硅层并将硅层从载体衬底上分离以作为硅晶圆的方法特别适用于制造这样的硅晶圆。为了制造硅晶圆，迄今为止广泛使用的方法是由硅块“铸模”借助于锯切方法来制造半导体晶片。这些铸模由熔化的半导体结晶而成。该结晶受扩散过程制约，根据Scheil定律，扩散过程导致掺杂材料在结晶体中的分布不均匀。在此，浓度的改变是元素特定的，并且只有付出相当大的努力才能在连续的结晶过程中受到影响。因此，仅在相当大的技术努力下，才能在结晶的情况下，通过增加n型掺杂以及p型掺杂的基础掺杂水平来导致稳定的净掺杂，但是在晶体长度上仍然存在掺杂水平的显著增加的不均匀性。在载体衬底上外延生长硅层并随后将硅层分离为硅晶圆的方法本身是已知的，并且例如在文献“R.Brendel,ReviewofLayerTransferProcessesforCrystallineThin-FilmSiliconSolarCells.JapaneseJournalofAppliedPhysics,2001,407R,p.4431”中描述。因此，根据本发明的方法通过在生长期间提供不仅至少一种p型掺杂材料而且提供至少一种n型掺杂材料来改进已知的借助于外延生长制造硅晶圆的方法，使得在硅层中形成至少1×1013cm-3的电活性p型掺杂和至少1×1013cm-3的电活性n型掺杂。如果在优选的实施例中选择更高基础水平的电活性p型掺杂和n型掺杂，尤其由此使得硅晶圆具有各自大于5×1014cm-3、优选为1×1015cm-3、尤其是5×1015cm-3的电活性浓度的p型掺杂和n型掺杂，则之前提及的优点被增强。尤其有利地，p型掺杂和n型掺杂的电活性浓度位于1×1014cm-3到1×1016cm-3的范围中。同样有利的是，根据本发明的方法用于制造具有这种参数的硅晶圆。如已经提及的，可以以更高的精度或者至少相当低的成本来在至少1×1014cm-3的p型掺杂和n型掺杂的基础水平下产生低的电活性净掺杂。因此，根据本发明的硅晶圆优选被制造成像这样提及的高电阻晶片。在该有利的实施方案中，硅晶圆具有的电活性净掺杂使得硅晶圆具有大于1Ωcm、优选大于5Ωcm、尤其大于20Ωcm的比电阻。这种高电阻晶片尤其适合于用作高效太阳能电池，在该太阳能电池中，电导率由光照情况下的光吸收产生的载流子来确定，并且其次仅由引入到材料中的掺杂原子来确定。可选地或者附加地，硅晶圆优选利用至少5×1014cm-3、尤其在5×1014cm-3到1×1016cm-3范围中、优选在5×1014cm-3到5×1015cm-3范围中的电活性净掺杂来制造。电活性净掺杂描述了电活性p型掺杂与电活性n型掺杂之间的差值，其中，分别从具有较高掺杂的掺杂类型中减去具有较低掺杂的掺杂类型，以确定电活性净掺杂具有较高掺杂的掺杂类型。因此，在有利的实施方案中，这种制造方法使得能够产生具有之前提及的参数的硅晶圆。在制造电子元件时，期望存在精确定义的掺杂，尤其是精确定义的电活性净掺杂，因为这会明显影响电子特性，例如载流子迁移率或者载流子复合率。因此，如上所述，根据本发明的晶片中的电活性p型掺杂和n型掺杂的至少1×1014cm-3的基础水平也使得能够精确地预设电活性净掺杂的变化过程，尤其是在厚度方向上、即垂直于硅晶圆的正面。因此有利的是，硅晶圆具有在厚度方向上基本不变的电活性净掺杂。因此，该方法有利地被设计成使得硅层在厚度方向上形成基本不变的电活性净掺杂。然而，可选地，精确地预设电活性净掺杂的可能性也开启了有针对性地预设电活性净掺杂在厚度方向上的变化过程的可能性。因此，在有利的实施方案中，硅晶圆像这样具有电活性净掺杂，该净掺杂在厚度方向上具有阶梯状变化过程或者线性变化过程。这对于在光伏太阳能电池中形成所谓的“背面场”BSF或者漂移场是特别有利的，其可以有效地减少晶片表面处或块体中的电荷载流子复合。这同样适用于所谓的“正面场”FSF。因此，根据本发明的方法优选被如此设计以使得硅层具有电活性净掺杂的这种轮廓。因此，尤其可以实现电活性净掺杂在厚度方向上的变化过程，该变化过程与在由铸模制造硅晶圆时的典型变化过程不同。通常期望避免这种典型的指数变化过程，尤其是根据Scheil定律的变化过程。因此，根据本发明的硅晶圆有利地具有在厚度方向上具有非指数变化的电活性净掺杂，尤其是不根据Scheil定律变化的电活性静掺杂。制造这样的硅晶圆尤其借助于根据本发明的方法来实现。在根据本发明的方法中，优选使用厚度至少为50μm、尤其至少为100μm、尤其优选地厚度位于50μm到350μm范围中的硅层。因此，根据本发明的硅晶圆有利地具有至少50μm的厚度，尤其是至少100μm的厚度，尤其优选地具有位于50μm到350μm范围中的厚度。在工艺技术上特别简单并且因此成本有利的是，在优选的实施方案中，在根据本发明的用于在工艺室中外延生长硅层的方法中，同时引入包含n型掺杂材料、p型掺杂材料和硅的气体。在工艺技术上同样特别简单并且成本有利的是，在优选的实施方案中，至少一种掺杂材料经由固定的掺杂源例如磷玻璃或者硼玻璃或者包含磷或者硼的陶瓷被引入到工艺中。根据本发明的硅晶圆特别适用于制造大面积的半导体元件，例如大面积的发光元件，例如LED。根据本发明的硅晶圆优选用于制造光伏太阳能电池，因为尤其是在光伏太阳能电池的情况下，总成本显著地取决于所使用的半导体层的质量和成本，并且尤其在光伏太阳能电池的情况下，需要精确地预设电活性净掺杂。因此，硅晶圆优选用于制造光伏太阳能电池，尤其是硅晶圆至少覆盖至少10×10cm2的面积，使得硅晶圆的正面和背面各自具有至少10×10cm2的面积。可选地或者附加地，有利的是，硅晶圆具有至少300μs、优选至少500μs的电荷载流子寿命，和或硅晶圆具有位于30μm到300μm范围中的厚度，尤其是位于50μm到200μm范围中的厚度。如之前描述的，已知具有用于在载体衬底上外延生长硅层的装置。因此，进一步通过应用用于外延生长硅层的装置来实现开头提及的目的，其中，该装置具有用于容纳载体衬底的工艺室以及用于加热工艺室的加热装置和至少一个到工艺室中的气体入口。该装置用于借助于至少一种p型掺杂材料来制造具有p型掺杂的硅晶圆以及借助于至少一种n型掺杂材料来制造具有n型掺杂的硅晶圆，其中，p型掺杂和n型掺杂的电活性密度各自大于1×1014cm-3。附图说明其它优选的特征和实施方案接下来参考实施例的附图进行阐述。其中：图1示出了用于执行根据本发明方法的实施例的装置的实施例。具体实施方式图1示出了用于外延生长硅层的装置。该装置具有用于容纳载体衬底1的工艺室3。载体衬底1可以借助于被设计为输送带的输送装置6来进出工艺室3。为此，工艺室3具有闸。借助于加热装置5，可加热工艺室3。此外，可以经由气体入口4将气流引入到工艺室3中。可以经由气体出口从工艺室中除去气体。图1中所示的装置及其操作可以以其自身已知的方式来实现，尤其是如在文献WO2012084187或者文献DE102015118042中所描述的。在根据本发明的方法的一个示例性实施例中，首先对载体衬底1的表面位于图1中的顶部进行多孔化。载体衬底的多孔化自身是已知的，并且尤其用于能够将外延生长的硅层从载体衬底上分离。载体衬底自身同样由硅构成。以这种方式进行预处理的载体衬底借助于输送装置6进入到工艺室3中，直到图1中所示的大约中间的位置。随后，实现硅层2的外延生长，其中，工艺室3借助于加热装置5来加热，并且经由气体入口4引入包含硅的氯硅烷气体或者硅烷气体以及例如乙硼烷气体其含有作为p型掺杂材料的硼和磷化氢气体其含有作为n型掺杂材料的磷。可选地，可以设置多个气体入口，尤其是针对每种气体设置一个或者多个单独的气体入口。硅层2的外延生长利用基本上已知的工艺参数来实现。明显的区别在于，以如此高的浓度供应包含p型掺杂材料和n型掺杂材料的气体，使得硅层具有目前为1×1014cm-3的电活性p型掺杂和目前为6×1014cm-3的电活性n型掺杂。因此，硅层具有5×1014cm-3的n掺杂类型的电活性净掺杂，并且因此形成具有大约10Ωcm的高电阻硅层。典型地，可用于该方法的工艺参数是1050℃的工艺温度、50标准升分钟的氢气流速、1标准升分钟的氯硅烷、溶解在氢气中的0.002标准升分钟的磷化氢和溶解在氢气中的0.001标准升分钟的乙硼烷。随后，借助于输送装置6将具有硅层2的载体衬底1从工艺室3中移出，并且将硅层2从载体衬底1上分离。因此，分离的硅层2对应于根据本发明的硅晶圆的实施例。载体衬底具有大约成正方形的、边长在当前情况下为10cm的表面，使得产生的硅晶圆也差不多具有该尺寸。在当前情况下，所产生的硅晶圆具有100μm的厚度。在该示例性实施例中，不仅n型掺杂材料而且p型掺杂材料的浓度在外延生长期间都保持不变，使得硅层2在厚度方向垂直于图1中顶部的硅层2的正面上具有不变的活性净掺杂。可选地，在其它实施例中，可以在外延生长期间改变气流，使得硅层2具有如下电活性净掺杂，也即该净掺杂在厚度方向上具有阶梯状变化过程或者线性变化过程。在此，优选的变化过程是从硅层2的面向载体衬底的表面处的1×1014cm-3的电活性净掺杂开始阶梯状或者线性变化到硅层2的背向载体衬底的一侧硅层2的正面上的1×1015cm-3的电活性净掺杂。在阶梯状变化过程中，从较低掺杂水平开始，相对浓度变化为10-30％的步长是有利的。这三个前面提及的变化过程，也即恒定的、阶梯状的或者线性的活性净掺杂变化过程的共同之处在于，在铸模制造过程中不存在典型的指数变化过程，尤其不存在根据Scheil定律的变化过程。

权利要求：1.一种用于制造用于电子元件的硅晶圆的方法，该方法包括在载体衬底1上外延生长硅层2和将所述硅层2从所述载体衬底1上分离以用作硅晶圆的方法步骤，其中，在所述外延生长期间，向所述硅层2中引入至少一种p型掺杂材料和至少一种n型掺杂材料，其特征在于，引入所述掺杂材料到所述硅层2中，使得形成具有各自大于1×1013cm-3的电活性p型掺杂和电活性n型掺杂的所述硅层2。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成具有电活性净掺杂的所述硅层2，使得所述硅晶圆具有大于1Ωcm、优选大于5Ωcm尤其是大于20Ωcm的薄膜电阻，和或形成具有至少1×1014cm-3、尤其是位于1×1014cm-3到1×1016cm-3范围中、优选位于5×1014cm-3到1×1015cm-3范围中的电活性净掺杂的所述硅晶圆。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，形成具有在厚度方向上基本不变的电活性净掺杂的所述硅层2。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，形成具有各自大于5×1014cm-3、优选为1×1015cm-3、尤其为5×1015cm-3的电活性浓度的p型掺杂和n型掺杂的所述硅层2。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，外延施加的所述硅层2具有至少50μm的厚度，尤其是至少100μm的厚度。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了在工艺室3中外延生长所述硅层2，同时引入包含所述n型掺杂材料、所述p型掺杂材料和硅的气体。7.一种用于制造电子元件的硅晶圆，该硅晶圆具有借助于至少一种p型掺杂材料的p型掺杂和借助于至少一种n型掺杂材料的n型掺杂，其特征在于，所述p型掺杂和所述n型掺杂的电活性浓度分别大于1×1014cm-3。8.根据权利要求7所述的硅晶圆，其特征在于，所述硅晶圆具有电活性净掺杂，使得所述硅晶圆具有大于1Ωcm、优选大于5Ωcm、尤其是大于20Ωcm的薄膜电阻，和或所述硅晶圆具有至少5×1014cm-3、尤其是位于5×1014cm-3到1×1016cm-3范围中、优选位于5×1014cm-3到5×1015cm-3范围中的电活性净掺杂。9.根据权利要求7到8中任一项所述的硅晶圆，其特征在于，所述硅晶圆具有在厚度方向上基本不变的电活性净掺杂。10.根据权利要求7到8中任一项所述的硅晶圆，其特征在于，所述硅晶圆具有电活性净掺杂，所述电活性净掺杂在厚度方向上具有阶梯状的变化过程或者线性变化过程。11.根据权利要求7到10中任一项所述的硅晶圆，其特征在于，所述电活性净掺杂在厚度方向上具有非指数变化过程，尤其是不根据Scheil定律的变化过程。12.根据权利要求7到11中任一项所述的硅晶圆，其特征在于，所述p型掺杂和所述n型掺杂的电活性密度分别大于5×1014cm-3，优选大于1×1015cm-3，尤其是大于5×1015cm-3。13.根据权利要求7到12中任一项所述的硅晶圆，其特征在于，所述硅晶圆被设计成用于制造光伏太阳能电池，特别地，所述硅晶圆至少覆盖10×10cm2的面积和或所述硅晶圆具有至少300μs、优选500μs的电荷载流子寿命和或所述硅晶圆具有位于30μm到300μm范围内、尤其位于50μm到200μm范围内的厚度。14.一种用于外延生长硅层2的装置，该装置包括用于容纳载体衬底的工艺室3、用于加热所述工艺室3的加热装置5和至少一个到所述工艺室3的气体入口4，所述装置用于制造硅晶圆，所述硅晶圆具有借助于至少一种p型掺杂材料的p型掺杂和借助于至少一种n型掺杂材料的n型掺杂，其中，所述p型掺杂和所述n型掺杂的电活性浓度分别大于1×1013cm-3、优选分别大于1×1014cm-3。15.一种硅晶圆在制造光伏太阳能电池中的应用，所述硅晶圆具有借助于至少一种p型掺杂材料的p型掺杂和借助于至少一种n型掺杂材料的n型掺杂，其中，所述p型掺杂和所述n型掺杂的电活性密度分别大于1×1013cm-3，优选分别大于1×1014cm-3。

百度查询： 奈克斯沃夫有限公司 用于电子元件的硅晶圆和制造该硅晶圆的方法