【誤訳訂正書】
【提出日】平成28年11月29日(2016.11.29)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ素を含有するシリコンウェハにおいて少数キャリア寿命劣化欠陥に関連する少数キャリア寿命劣化を抑制する方法であって、
ホウ素は、少なくとも１０１３原子／ｃｍ３の濃度で前記ウェハ内に存在し、
前記劣化欠陥は、高速拡散成分及び二量体酸素含有成分を含み、
当該方法は、
前記シリコンウェハを、前記劣化欠陥に含まれる高速拡散成分の既存のナノ析出物を溶解させるのに充分な温度Ｔ１まで加熱する工程と、
前記シリコンウェハを、Ｔ１から温度Ｔ２まで少なくとも１００℃／秒の冷却速度Ｒ１で冷却する工程と、
前記シリコンウェハを、Ｔ２から温度Ｔ３まで冷却速度Ｒ２で冷却する工程であって、Ｒ２に対するＲ１の比率が少なくとも２：１である冷却する工程と、を含む方法。
【請求項２】
前記加熱する工程の間に溶解される前記既存のナノ析出物には、ホウ素、銅、ニッケル、若しくはこれらの組み合わせが含まれる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記加熱する工程の間に溶解される前記既存のナノ析出物には、ホウ素が含まれる請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記Ｒ２に対するＲ１の比率は、少なくとも３：１である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記Ｒ２に対するＲ１の比率は、少なくとも１０：１である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記Ｒ２に対するＲ１の比率は、少なくとも５０：１である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ウェハをＴ２からＴ３まで冷却しつつ、少数電荷キャリアを発生させる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ウェハをＴ２からＴ３まで冷却しつつ、前記ウェハに光照射することにより前記少数電荷キャリアを発生させる請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記ウェハをＴ２からＴ３まで冷却しつつ、前記ウェハに電流を与えることにより前記少数電荷キャリアを発生させる請求項７記載の方法。
【請求項１０】
Ｒ１が、少なくとも２５０℃／秒である請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
Ｒ１が、少なくとも５００℃／秒である請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
Ｔ１は、少なくとも５００℃である請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
Ｔ１は、少なくとも６５０℃である請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
Ｔ２は、５００℃未満である請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
Ｔ２は、３５０℃未満である請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
Ｔ２は、２５０℃未満である請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
Ｔ３は、２５０℃未満である請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
Ｔ３は、１５０℃未満である請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
Ｔ３は、５０℃未満である請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
Ｒ２は、１０℃／秒未満である請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
Ｒ２は、１℃／秒未満である請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
Ｒ２は、０．１℃／秒未満である請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ウェハは、アルミニウム、ガリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された第２のｐ型ドーパントを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記シリコンウェハは、単結晶シリコンウェハである請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記シリコンウェハは、チョクラルスキー法により成長させたインゴットのスライスである請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記シリコンウェハが、太陽電池の一部を構成する請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記シリコンウェハは、独立したウェハである請求項１〜２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
前記劣化欠陥に含まれる高速拡散成分の既存のナノ析出物を溶解させるのに充分な温度Ｔ１までシリコンウェハを加熱する工程が、太陽電池の製造プロセスの一部である請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
Ｔ１は、少なくとも６００℃であり、Ｔ２は、２５０℃未満であり、Ｒ１は、少なくとも１００℃／秒であり、Ｔ３は、２５℃であり、Ｒ２は、５℃／秒未満である請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
ホウ素を含有するシリコンウェハにおいて劣化欠陥に関連する少数キャリア寿命劣化を抑制する方法であって、
ホウ素は、少なくとも１０１３原子／ｃｍ３の濃度で前記ウェハ内に存在し、
前記劣化欠陥は、高速拡散成分及び二量体酸素含有成分を含み、
当該方法は、
前記シリコンウェハを、前記劣化欠陥に含まれる高速拡散成分のナノ析出物を溶解させるのに充分な温度Ｔ１まで加熱する工程と、
前記シリコンウェハを、Ｔ１から温度Ｔ２まで少なくとも１００℃／秒の冷却速度Ｒ１で冷却する工程と、を含む方法。
【請求項３１】
前記加熱する工程の間に溶解されるナノ析出物には、ホウ素、銅、ニッケル、若しくはこれらの組み合わせが含まれる請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記加熱する工程の間に溶解されるナノ析出物には、ホウ素が含まれる請求項３０記載の方法。
【請求項３３】
前記シリコンウェハをＴ２から温度Ｔ３まで冷却速度Ｒ２で冷却し、前記ウェハをＴ２からＴ３まで冷却しつつ前記少数電荷キャリアを発生させる請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
Ｒ２に対するＲ１の比率は、少なくとも２：１である請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
Ｒ２に対するＲ１の比率は、少なくとも１０：１である請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
Ｒ２に対するＲ１の比率は、少なくとも５０：１である請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
前記ウェハをＴ２からＴ３まで冷却しつつ、前記ウェハに光照射することにより前記少数電荷キャリアを発生させる請求項３３記載の方法。
【請求項３８】
前記ウェハをＴ２からＴ３まで冷却しつつ、前記ウェハに電流を与えることにより前記少数電荷キャリアを発生させる請求項３３記載の方法。
【請求項３９】
Ｔ３は、２５０℃未満である請求項３３に記載の方法。
【請求項４０】
Ｔ３は、１５０℃未満である請求項３３のいずれかに記載の方法。
【請求項４１】
Ｒ２は、１０℃／秒未満である請求項３３に記載の方法。
【請求項４２】
Ｒ２は、１℃／秒未満である請求項３３に記載の方法。
【請求項４３】
Ｒ２は、０．１℃／秒未満である請求項３３に記載の方法。
【請求項４４】
Ｔ１は、少なくとも５００℃である請求項３０に記載の方法。
【請求項４５】
Ｔ１は、少なくとも６５０℃である請求項３０に記載の方法。
【請求項４６】
Ｔ２は、５００℃未満である請求項３０に記載の方法。
【請求項４７】
Ｔ２は、３５０℃未満である請求項３０に記載の方法。
【請求項４８】
Ｔ２は、２５０℃未満である請求項３０に記載の方法。
【請求項４９】
Ｒ１が、少なくとも２００℃／秒である請求項３０に記載の方法。
【請求項５０】
Ｒ１が、少なくとも５００℃／秒である請求項３０に記載の方法。
【請求項５１】
Ｒ１が、少なくとも１０００℃／秒である請求項３０に記載の方法。
【請求項５２】
前記ウェハは、アルミニウム、ガリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された第２のｐ型ドーパントを含む請求項３０に記載の方法。
【請求項５３】
前記シリコンウェハは、単結晶シリコンウェハである請求項３０に記載の方法。
【請求項５４】
前記シリコンウェハは、チョクラルスキー法により成長させたインゴットのスライスである請求項３０に記載の方法。
【請求項５５】
前記シリコンウェハが、太陽電池の一部を構成する請求項３０に記載の方法。
【請求項５６】
前記シリコンウェハは、独立したウェハである請求項３０〜５４のいずれかに記載の方法。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】シリコンウェハにおいて少数キャリア寿命劣化を抑制する方法
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１１年６月３日に出願された米国仮出願第６１／４９３,１１９及び２０１２年６月１日に出願された米国非仮出願第１３／４８６,４６３の利益を主張する。これらの全内容は本明細書において引用して援用する。
【０００２】
技術分野
本開示の技術分野は、使用されるシリコンウェハの少数キャリア寿命劣化を抑制する方法に関する。特に、本開示の技術分野は、少数キャリア寿命劣化欠陥自体の濃度を減少させる、効率的で費用対効果が高い方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ソーラーセル、特にチョクラルスキー法により成長させたホウ素含有ｐ型単結晶シリコンウェハ上に形成されたセル、さらには一般的にはそれ程多くはないが、鋳造により作製した多結晶ウェハ上に形成されたセルは、光に曝され、若しくは、暗所において少数キャリアが当該セルに導入されると、性能が低下する。初期の効率より遙かに小さい安定した効率(stable efficiency)が達成されるまで、この性能の低下は続く。ＣＺ(
チョクラルスキー)ウェハベースのセルにおける効率の損失は、約１０％以上にのぼる。チョクラルスキーソーラーセルにおけるそのような効率の損失は、高効率シリコンセルの能力を制限し、産業における単結晶シリコンの使用を制限する。これは、チョクラルスキーセルは、典型的に、多結晶シリコンベースセルより製造に費用が掛かるからである。
【０００４】
ウェハを数分間低温でアニールすることにより（約２００℃でのアニール等）少なくとも一時的に当該劣化を好転(reverse)できることが分かってきた。しかしながら、その後の照射により、低温アニールにより上昇した効率は低下する。５０℃〜２３０℃の範囲の低温アニールの間、過剰の電子をウェハに導入すること（例えば、ウェハに対して光照射すること）により、劣化を永久的に好転させることができることが報告されている。しかしながら、これらの条件下で永久的な回復(recover)を生じさせるためには、低温アニールを比較的長い時間（例えば、数十時間）行わなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ソーラーセルの光誘起劣化(light induced degradation)に関連する劣化欠陥を、永久的に抑制する商業的に実施可能な方法について継続的なニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の１つの態様は、シリコンウェハにおける劣化欠陥(degradation defect)に関連する少数キャリア寿命劣化(minority carrier lifetime degradation)を抑制するための方法を対象とする。ウェハは、少なくとも約１０１３原子／ｃｍ３の濃度のホウ素を含む。劣化欠陥は、高速拡散成分(fast-diffusing component)及び二量体酸素含有成分(dimeric oxygen-containing component)からなる。劣化欠陥の高速拡散成分の既存のナノ凝集体(またはナノ析出物：nano-precipitate)を溶解させるのに十分な温度Ｔ１までシリコンウェハを加熱する。当該シリコンウェハを、冷却速度Ｒ１でＴ１から温度Ｔ２まで冷却する。さらに、当該シリコンウェハを、冷却速度Ｒ２でＴ２から温度Ｔ３まで冷却する。Ｒ２に対するＲ１の比率は、少なくとも約２：１である。
【０００７】
本開示の別の態様は、シリコンウェハにおける劣化欠陥に関連する少数キャリア寿命劣化を抑制するための方法を対象とする。ウェハは、少なくとも約１０１３原子／ｃｍ３の濃度のホウ素を含む。劣化欠陥は、高速拡散成分及び二量体酸素含有成分からなる。劣化欠陥の高速拡散成分のナノ凝集体（またはナノ析出物）の核を生成させるのに十分な温度Ｔ１までシリコンウェハを加熱する。さらに、当該シリコンウェハを、少なくとも約１００℃／秒の冷却速度Ｒ１でＴ１から温度Ｔ２まで冷却する。
【０００８】
本開示のさらに別の態様は、シリコンウェハを対象とする。ホウ素が、ウェハ中において、少なくとも約１０１３原子／ｃｍ３の濃度で存在する。高速拡散成分及び二量体酸素含有成分を含む劣化欠陥に関連する少数キャリア寿命劣化が、上記劣化欠陥の高速拡散成分のナノ凝集体（またはナノ析出物）を核生成させるのに十分な温度Ｔ１までシリコンウェハを加熱することにより抑制される。当該シリコンウェハは、冷却速度Ｒ１でＴ１から温度Ｔ２まで冷却される。当該シリコンウェハは、ウェハに光を照射しつつ、冷却速度Ｒ２でＴ２から温度Ｔ３まで冷却される。Ｒ２に対するＲ１の比率は、少なくとも約２：１である。
【０００９】
本開示の上述の態様に関連して述べた特徴には様々な改良が可能である。本開示の上述の態様に別の特徴を組み合わせてもよい。これらの改良及び付加的な特徴は、個別に存在してもよいし、若しくは任意に組み合わせて存在してもよい。例えば、本開示の実施の形態のいくつかに関連して以下に説明する様々な特徴を本開示の上述の態様に単独で若しくは任意に組み合わせて組み込んでもよい。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
特定の理論に拘泥されることなく、ホウ素及び酸素を含有するウェハにおける少数キャリア寿命の劣化は、少数キャリア寿命劣化欠陥（”ＭＣＬＤ”、本明細書においては”劣化欠陥”と称する）の存在と関連すると考えられている。この少数キャリア寿命劣化欠陥は、２つの成分、すなわち、格子間ホウ素、格子間銅又は格子間ニッケル等の高速拡散成分（”ＦＤＣ”）と、二量体酸素（Ｏ２）、又は置換型ホウ素と二量体との複合物（ＢｓＯ２）等の二量体酸素含有成分（”ＤＯＣＣ”）と、から構成されていると考えられている。劣化欠陥は、格子間ホウ素と二量体酸素（ＢｉＯ２）とから構成されている可能性がある。しかしながら、劣化欠陥は、高速作用成分(fast-acting components)（Ｂｉ、Ｃｕｉ若しくはＮｉｉ）と、酸素含有成分（Ｏ２若しくはＢｓＯ２）との任意の組み合わせであってもよいことに留意すべきである。ホウ素は、少数キャリア寿命劣化を引き起こす基本メカニズムの一部を構成し、当該ホウ素が、高速作用成分若しくは酸素含有成分として欠陥の一部を構成すると考えられていることに留意すべきである。この点、本願は、特定の劣化欠陥に限定されるべきではない。本明細書において使用されているように、”高速拡散成分”若しくは”酸素含有成分”は、少数キャリア寿命の損失を引き起こす少数キャリア寿命劣化欠陥を形成する各成分を意味する。
【００１１】
室温まで冷却されたシリコンウェハにおいて、高速拡散成分（ＦＤＣ）の集合体は、一般的に、ナノ凝集体（またはナノ析出物）（ＮＰＰＴ）と結合した状態及び／又は二量体酸素含有成分（ＤＯＣＣ）に対して結合した状態の間で分散されていると考えられている。高速拡散成分と二量体酸素含有成分との結合の組み合わせは、上述の少数キャリア寿命劣化欠陥（ＭＣＬＤ）を形成する。ＮＰＰＴに結合した前記集合体の一部は、少数キャリア寿命劣化を引き起こさないと考えられている。これは、それがＭＣＬＤの集合体の一部ではないと考えられているからである。本開示の実施の形態によれば、ＦＤＣがＭＣＬＤ欠陥の集合体からナノ凝集体（またはナノ析出物）ＮＰＰＴの集合体まで迅速に移動することにより、ＭＣＬＤ欠陥を効率的に且つ高い費用対効果で溶解して、それにより、ＭＣＬＤの集合体が当該系から低減若しくは排除される。
【００１２】
定常状態において、以下の一般反応式が成り立つ。
ＭＣＬＤ⇔ＦＤＣ＋ＤＯＣＣ                （１）。
当該反応定数は一定であり、適度な温度（例えば、少数電荷キャリアが発生しない約２００℃）では、当該系において非常に少ないＦＤＣが存在する（ごく僅かな結合が破壊される）。ＭＣＬＤの濃度は基本的に変化しない。
【００１３】
少数電荷キャリアを当該系に組み込むことにより、ＭＣＬＤの電荷状態及び反応式（１）における逆反応は阻止されるため、ＦＤＣがＤＯＣＣと反応してＭＣＬＤが生成されることはない。このように、ＭＣＬＤが溶解しＦＤＣ及びＤＯＣＣを形成される順反応だけが起こる。すなわち、熱的に遊離したＦＤＣは、もはやＤＯＣＣと再結合してＭＣＬＤが再生成されることはない。
ＭＣＬＤ→ＦＤＣ＋ＤＯＣＣ                  （２）。
【００１４】
本開示の実施の形態に係るＭＣＬＤの濃度を減少させるため、ＦＤＣを当該系から取り除いて、その後のＤＯＣＣとの再結合及びＭＣＬＤの生成を抑制する。これは、ＦＤＣと、ナノ凝集体（またはナノ析出物）との結合を促進することにより達成されうる。それらは、以下の反応式に従って、ＦＤＣの高速拡散特性により自由にナノ凝集体（またはナノ析出物）に結びつけられるだろう。
ＦＤＣ→ＮＰＰＴ                            （３）。
【００１５】
過剰な少数電荷キャリア条件の下、熱的に遊離されたＦＤＣ--もはや実質的にＤＯＣＣと再結合することが抑制されている--は、それが結合するＮＰＰＴと接触するまで当該系を介して拡散する。
【００１６】
したがって、ＦＤＣの濃度は減少しうる。減少の結果、反応式（２）により、ＭＣＬＤ源からより多くのＦＤＣが生成される。これらは、その後、再度ＮＰＰＴに捕捉されるまで拡散し、ＦＤＣの濃度が減少する。これにより、再度、ＭＣＬＤ源からＦＤＣがより多く遊離する。これは、全てのＦＤＣがＭＣＬＤからＮＰＰＴへ移送されるまで起こり、それにより、少数キャリア寿命劣化欠陥の集合体が実質的に減少若しくは実質的に排除される。
【００１７】
本開示の実施の形態によれば、反応式（３）が起こる速度は、数密度（Ｎ）と半径（Ｒ）との積ＮＲを、典型的に存在するより実質的に高くすることにより増加しうる。これは、ＮＰＰＴに対するＦＤＣの沈降(シンク：sinking)の時間定数を少なくとも部分的に決定する。ＮＰＰＴに対するＦＤＣの沈降の時間定数は、ＭＣＬＤが溶解する速度の時間定数を決定すると考えられる。
【００１８】
特定の理論に拘泥されることはないが、ＮＲの積は、高い温度でＮＰＰＴが溶解した後に、ＮＰＰＴが形成される温度を通過する冷却速度によって設定できることが分かってきた。本開示の実施の形態によれば、これは、沈降及びＭＣＬＤ溶解の時間定数が非常に小さくなるように、この温度範囲を通過する比較的大きな冷却速度を用いることにより、制御しうる。結果として、その後の、若しくは同時の少数電荷キャリア注入溶解プロセスが比較的迅速に起こりうる（例えば、ソーラーセル製造プロセス中に起こり得る）。
【００１９】
本開示の方法によれば、ホウ素含有のシリコンウェハをアニールし、劣化欠陥の高速拡散成分の既存のナノ凝集体（またはナノ析出物）を溶解させる。その後、これらの高速拡散成分のナノ凝集体（またはナノ析出物）の核生成が起こる温度範囲を通るようにウェハを急速に冷却し、典型的に存在するよりも実質的に高い、数密度（Ｎ）と半径（Ｒ）との積ＮＲを有する新たなナノ凝集体（またはナノ析出物）の分布を形成する。この新たなナノ凝集体（またはナノ析出物）の分布は、サンプル中における、より効果的で永続的な回復の基礎（またはベース）である。ナノ凝集体（またはナノ析出物）のＮＲ積が増加することにより、劣化欠陥の濃度が、過剰電子状態下（例えば光照射下）で永続的な回復温度範囲に滞在している間に、より急速に減少する。劣化欠陥の高速拡散成分のナノ凝集体（またはナノ析出物）の分布の導入により、劣化欠陥から取り除かれた残留高速拡散成分のかなりの部分が消費され、これにより劣化欠陥の濃度が減少し、このことは少数キャリア寿命の永続的な回復を含む。すなわち、劣化欠陥の高速拡散成分のナノ凝集体（またはナノ析出物）がウェハ中において生成されると、ウェハは、永続的な不活性化プロセス（例えば少数電荷キャリアを生成しながら低温アニールすること）を受け、高い数密度のナノ凝集物を高速拡散成分のシンクとして用いて、ウェハの格子間高速拡散成分を使い果たすことによって、寿命劣化欠陥の生成が抑制される。
【００２０】
この点に関して、劣化の永続的な損失(permanent loss of degradation)は、活性状態から潜伏状態(latent state)への劣化欠陥の変化だけでなく、潜伏状態の活性密度の排除若しくは減少も含みうることが分かってきた。劣化欠陥の濃度がより低くなると、より少ない活性劣化欠陥が発生しうる。少数電荷キャリアの導入により、ウェハ中において、劣化欠陥から、分布した成長ナノ凝集体（またはナノ析出物）へと高速拡散成分が送り込まれるため、永続的な回復が起こると考えられる。
【００２１】
この点に関して、劣化中心の高速拡散成分が永続的不活性処理中にこれらの高速拡散成分のナノ凝集体（またはナノ析出物）によって消費されうる速度定数は、複合物を形成する高速拡散成分の初期濃度に依存せず、より具体的には、格子間高速拡散成分原子に依存せず、むしろ、ウェハが、アニール温度Ｔ１から、劣化中心の高速拡散成分のナノ凝集体（またはナノ析出物）が生成される温度範囲を通って冷却される冷却速度に依存することが分かってきた。特に、シンク速度（シンク率又は浸漬速度：sink rate）は、沈殿物密度（または析出物密度）（Ｎ）と沈殿物半径（または析出物半径）（Ｒ）との積に比例し、Ｎ及びＲは、以下に示すように、格子間高速拡散成分原子（Ｃｉ）の初期濃度と冷却速度（ｑ）に比例する。
Ｎ〜ｑ３／２Ｃｉ１／２                      （１）、
Ｒ〜Ｃｉ１／２ｑ１／２                      （２）。
したがって、永続的不活性処理中の格子間高速拡散成分のシンク速度（及び、それを用いた、潜伏欠陥の密度の率）は、以下に示すように、最初、冷却速度と比例する。
シンク速度〜ＮＲ〜（ｑ３／２*Ｃｉ１／２）（Ｃｉ１／２*ｑ１／２）〜ｑ  （３）。
そのため、シンク速度は、冷却速度に対して正比例する。よって、ナノ凝集体（またはナノ析出物）の核生成の温度を通って、ｐ型ホウ素含有半導体ウェハを急速に冷却することにより、積ＮＲは、これに比例して増加し、それにより、格子間高速拡散原子が、永続的不活性処理中に消費される速度が増加し、よって、より迅速に劣化中心の濃度が減少し、より迅速に少数キャリア寿命の劣化が永続的に抑制される。
【００２２】
少数キャリア寿命と太陽電池の効率とを永続的に回復させるための、本開示の１以上の実施の形態において、ホウ素含有シリコンウェハを、第１ステップＳ１において、劣化中心の高速拡散成分の既存のナノ凝集体（またはナノ析出物）を溶解するに十分な温度であってナノ凝集体（またはナノ析出物）の核生成温度を超える温度Ｔ１まで熱的にアニールする。この点に関し、本開示の少数キャリア寿命劣化を抑制するための方法を受けるシリコンウェハを本明細書において単結晶シリコンウェハ（すなわち、チョクラルスキー法により成長させたインゴットのスライス）と称しているが、多結晶シリコンウェハを使用しても良いことは理解すべきである。さらに、上述のプロセスステップは、これに制限される訳ではないが、エピタキシャルシリコン層、さらには、フロートゾーン（ＦＺ）（酸素がドープされている場合）単結晶シリコンウェハに適用しても良い。さらに、本開示の実施の形態の劣化抑制プロセスを受けるホウ素含有ウェハは、製造された太陽電池（すなわち、内部にｐ-ｎ接合が形成されたセル）、光起電性モジュール、又は太陽電池の製造における１以上の中間工程により製造されたウェハ構造物、に組み込まれたウェハであってもよい。別の態様では、ホウ素含有ウェハは、太陽電池製造プロセスに未だ受けていない独立したウェハであってもよい。
【００２３】
この点に関して、ウェハを太陽電池用途で従来から使用されているｐ型ウェハと記載している場合もあるが、いくつかの実施の形態では、ウェハは、本技術分野において“ｐ型”と典型的に分類されているウェハ中のｐ型ドーパントの密度より低いｐ型ドーパントの数密度（例えば、典型的なｐ−ウェハより少ない数密度）を包含しうる。全ｐ型ドーパント濃度に関わらず、本開示の実施の形態のプロセスを受けたウェハは、少なくとも約１０１３ホウ素原子／ｃｍ３を含む。他の実施の形態では、ウェハは、少なくとも約１０１４ホウ素原子／ｃｍ３、少なくとも約１０１５ホウ素原子／ｃｍ３、少なくとも約１０１６ホウ素原子／ｃｍ３、さらには少なくとも約１０１７ホウ素原子／ｃｍ３（例えば、約１０１３ホウ素原子／ｃｍ３〜約１０１８ホウ素原子／ｃｍ３、約１０１３ホウ素原子／ｃｍ３〜約１０１７ホウ素原子／ｃｍ３、約１０１４ホウ素原子／ｃｍ３〜約１０１７ホウ素原子／ｃｍ３、又は約１０１５ホウ素原子／ｃｍ３〜約１０１８ホウ素原子／ｃｍ３）を含む。ホウ素に加えて、ウェハは、アルミニウムおよびガリウム等の他のｐ型ドーパントを含んでいてもよい。全部のｐ型ドーピング量は、ウェハが、ｐ−、ｐ、ｐ＋、ｐ＋＋型ウェハに分類されるような濃度であってもよく、若しくは、上述のｐ−ドープウェハ未満の濃度を有していてもよい。ウェハ内の酸素濃度は、チョクラルスキーにより成長させたシリコンの典型的な範囲（約５×１０１７原子／ｃｍ３〜約９×１０１７原子／ｃｍ３の濃度、さらには、約５×１０１６原子／ｃｍ３〜約３×１０１８原子／ｃｍ３の濃度）であってもよい。上述したホウ素、ｐ型ドーパント及び酸素の濃度は、例示であり、本開示の技術的範囲から逸脱しなければ、他の濃度を用いてもよい。いくつかの実施の形態において、ウェハが上述のｐ型ウェハとして特徴付けられるようなｐ型ドーパント及びｎ型ドーパントの相対濃度を有するように、ウェハは１以上のｎ型ドーパント（例えば、リン、ヒ素、アンチモン、もしくはこれらの組み合わせ）によりカウンタードープされていてもよい。
【００２４】
シリコンウェハは、約１５０ｍｍ、約２００ｍｍ、約３００ｍｍ、約４５０ｍｍ、若しくはそれ以上の直径を有していてもよい。出発時のウェハは、研磨され、エッチングされ、及び／又は、粗研磨されてもよいし、若しくは、これらの操作を、本開示に係る少数キャリア寿命劣化の永続的な抑制方法を適用した後に、これらの操作を実行してもよい。本開示の実施の形態は、例えば、多結晶キャストウェハ及び”擬正方形”ＣＺウェハ等を含む形状及び／又はサイズに拘わらず、太陽電池、又は太陽電池が製造されうるウェハを含んでもよいことにさらに留意すべきである。
【００２５】
熱処理Ｓ１は、劣化欠陥自身のみならず、劣化欠陥の高速拡散成分の既存のナノ凝集体（またはナノ析出物）も溶解するに充分な温度Ｔ１までウェハを加熱し、その温度で、比較的短い時間でアニールすることを含む。劣化中心の高速拡散成分の既存のナノ凝集体（またはナノ析出物）は、少なくとも約６５０℃の温度で溶解し、約６００℃の温度、約５５０℃の温度、さらには５００℃の温度で溶解しうると考えられる。したがって、Ｔ１は、少なくとも約５００℃、少なくとも約６００℃、少なくとも約６５０℃、少なくとも約７００℃、若しくは、約５００℃〜約１３００℃、約５００℃〜約１１５０℃、約５００℃〜約１０００℃、約５００℃〜約８５０℃、約５００℃〜約７５０℃、若しくは、約６００℃〜約７５０℃であってもよい。ウェハは、この温度Ｔ１又はこれより高い温度に、概して、少なくとも約１秒、典型的には少なくとも数秒（例えば、少なくとも約３秒、少なくとも約５秒等）、さらには、数十秒（例えば、少なくとも約２０秒、少なくとも約３０秒、少なくとも約４０秒等）、さらには、約６０秒以下で維持されるであろう。
【００２６】
好ましくは、熱的アニールＳ１は、ｐ型ウェハの加熱を含む太陽電池製造プロセスステップ等の既存のプロセスステップの一部を構成する。代わりに、又はこれに加えて、熱的アニールステップＳ１は、例えば、数多くの商業的に入手可能な炉（例えばベルト炉）のいくつかにおいて、若しくは、ウェハがハイパワーランプのバンク(banks)により個々に加熱される急速熱的アニール（”ＲＴＡ”）炉において実行してもよい。ウェハは、ステップＳ１において、従来のプロセスステップの一部を構成する中間温度から、又は室温から、加熱されてもよい。いくつかの実施の形態では、ウェハは、中間の温度において温度維持せずに（例えば所望の温度に達するまで連続的に温度上昇して）、高速拡散成分のナノ凝集体（またはナノ析出物）を溶解させるのに充分な温度まで加熱される。ウェハは、数多くの異なる大気または雰囲気、例えば水素を含む大気又はシリコンに対して不活性なガス（例えば、アルゴン等の希ガス）を含む太陽電池製造に典型的なものを含む、大気または雰囲気中でアニールしてもよい。以下に説明するプロセスステップＳ２及びＳ３は、同様の大気中において実行してもよい。
【００２７】
熱的アニールステップＳ１が完了した後、ステップＳ２におけるウェハは、それぞれが公称半径Ｒを有する、高速拡散成分のナノ凝集体（またはナノ析出物）を、高い数密度Ｎで生成されるように、Ｔ１から第２温度Ｔ２まで、少なくとも約１００℃／秒、好ましくは少なくとも約２００℃／秒の冷却速度Ｒ１で急速に冷却される。いくつかの実施の形態において、冷却速度は、少なくとも約２５０℃／秒、少なくとも約５００℃／秒、少なくとも約７５０℃／秒、さらには、少なくとも約１０００℃／秒であってもよい。ウェハは、Ｔ１からＴ２まで一定の速度で冷却される必要はないことを理解すべきである。冷却速度Ｒは一定であってもよいし、高い数密度Ｎのナノ凝集体（またはナノ析出物）の生成が引き起こされるように冷却中に変化してもよい。一般的に、ウェハは、列挙した最小値より大きい冷却速度で冷却してもよく、最大冷却速度は、それを超えればウェハの完全性が損なわれるようなもの（例えば、それより高ければウェハ中に転位が発生する温度）である。一般的に、ウェハは、Ｔ１からＴ２まで、従来のプロセスにおいて典型的な従来の冷却速度より高い速度Ｒ１（例えば、急速熱的アニールオペレーションに典型的な冷却速度より速い冷却速度）で冷却される。すなわち、従来の急速熱的アニールでは、典型的には、非常に高い熱勾配及びフォトン放出により与えられる付加的な冷却により、例えば１２００℃の高温から、約６５０℃、さらには６００℃まで急速に冷却される。しかしながら、６００℃未満の温度（例えば、６００℃から約３００℃以下の温度まで）でのそのような急速な冷却速度を達成するため、付加的な冷却手段を適用してもよい。
【００２８】
概して、ステップＳ２においてウェハを急速に冷却するための適切な装置は、伝導性熱伝達により、熱を迅速にウェハから伝達させるためのヒートシンクを含む。適切な装置は、冷却の間、ウェハの１以上の表面と熱的に接触する表面を含む熱プレートを含んでいてもよい。いくつかの実施の形態では、熱プレートは、当該プレートを冷却剤に接触させることにより冷却される。いくつかの実施の形態では、ウェハを流体に一部若しくは全部を浸漬させて、ウェハを急速に冷却する。代わりに、又はこれに加えて、当該装置は、ウェハ未満の温度の冷却外気を用いて、ウェハを急速に冷却してもよい。
【００２９】
冷却速度Ｓ２により、劣化欠陥の高速拡散成分の原子が、ウェハ中で過飽和の状態となる。従来のプロセスを超える速度で冷却することにより、ナノ凝集体（またはナノ析出物）の数密度（積ＮＲ）は、より遅い冷却速度を含むプロセスと比較して増加し、それにより実質的に高速拡散成分のナノ凝集体（またはナノ析出物）の数密度、積ＮＲが増加する。
【００３０】
概して、Ｔ２は、約Ｔ１よりも少なくとも約５０℃低く、若しくは、Ｔ１よりも少なくとも約１００℃、少なくとも約１５０℃、少なくとも約２００℃、少なくとも約２５０℃、さらには、少なくとも約３００℃低い。Ｔ２は、約５００℃未満、約４５０℃未満、約４００℃未満、約３５０℃未満、約３００℃未満、さらには、約２５０℃未満（例えば、約１５０℃〜約４５０℃、若しくは、約２５０℃〜約４００℃）であってもよい。Ｔ２はできるだけ低い方が好ましく、ウェハがＴ１とＴ２との間で急速冷却されてプロセス時間が減少する。しかしながら、Ｔ２は、以下に説明するステップＳ３において、ウェハの効率損失が永続的に抑制されうる程充分高い温度であるべきである。
【００３１】
この点に関して、熱的アニールステップＳ１及び急速冷却ステップＳ２は、少数電荷キャリアが発生しないように（すなわち、ウェハに光照射することなく若しくはウェハに電流を加えることなく）実行してもよいことは理解すべきである。しかしながら、熱的アニールステップ中、及び／又は冷却ステップ中に、これに制限されないが、少数電荷キャリアが発生しうることは理解すべきである。熱的アニールステップＳ１及び急速冷却ステップＳ２は、高速拡散成分の原子に、従来の方法より大きいＮＲ積を有する分布を形成させ、このことは、以下に説明するように、比較的短い永続的回復プロセスＳ３を適用することを可能とする。
【００３２】
第３ステップＳ３において、少数電荷キャリアを、およそ室温（約２５℃）から約２５０℃（例えば、およそ室温から約２００℃、およそ室温から約１５０℃、およそ室温から約１００℃、約５０℃から約２５０℃、若しくは、約５０℃から約１５０℃）の温度で発生させ、永続的に寿命キャリア劣化を抑制する。ある実施の形態では、ウェハをＴ２から温度Ｔ３まで冷却速度Ｒ２で冷却する間に少数電荷キャリアが発生する。この点に関して、熱的アニールステップＳ１及び冷却ステップＳ２により、従来の永続的不活性処理（米国特許公報第２０１０／０２４３０３６に開示された不活性方法。米国特許公報第２０１０／０２４３０３６は、本明細書において、関連付けるため、一貫させるために、引用して援用する。）と比較して、より短い時間で永続的不活性処理Ｓ３を実行できることが分かってきた。
【００３３】
特定の理論に拘泥されないが、永続的な回復は、格子間高速拡散成分から劣化欠陥への通常のパスを阻止する少数キャリア（例えば電子）に起因し、それにより、これらの格子間高速拡散成分が、高速拡散種のナノ凝集体（またはナノ析出物）へと送り込まれると考えられる。高速拡散種は、高速拡散成分の格子(又は格子間原子：interstitials)が、ナノ凝集体（またはナノ析出物）により消費されることを可能とする。劣化欠陥は、高速拡散成分及び酸素含有成分と平衡状態で存在していると考えられるため、ナノ凝集体（またはナノ析出物）による格子間高速拡散成分の消費により、少数キャリア劣化欠陥が永続的に減少することになる。ステップＳ１において、ウェハをアニール温度Ｔ１から急速に冷却することにより、沈殿物（または析出物：precipitate）の密度（Ｎ）とナノ凝集体（またはナノ析出物）の直径（Ｒ）との積は増加し得、そのことが、ナノ凝集体（またはナノ析出物）により格子間高速拡散成分が消費される速度を増加させる（例えば、格子間高速拡散成分は、格子間高速拡散成分を消費するシンクとして機能する高速拡散成分の比較的数多くのナノ凝集体（またはナノ析出物）により、急速に消費される）。そのため、本開示の永続的回復プロセスは、寿命キャリア劣化の永続的抑制が失われることなしに、従来のプロセスに比べてより短い時間で実行してもよく、そのため、プロセススループットが増加する。これに関して、本明細書において使用される”永続的回復”とは、結果として得られる光起電性セルの通常の寿命を実質的に存続させる、少数キャリア寿命劣化の抑制を意味する。
【００３４】
本開示のいくつかの実施の形態において、Ｔ３は、約２５０℃未満であり、他の実施の形態において、約２００℃未満、約１５０℃未満、約１００℃未満、約５０℃未満、若しくは、約２００℃〜およそ室温（例えば、約２５℃）、約１５０℃〜約２５℃、約１００℃〜約２５℃、約１５０℃〜約５０℃である。温度Ｔ２からＴ３までの冷却速度Ｒ２は、ウェハが、寿命キャリア劣化の永続的な抑制を達成することができるように充分低いものであるべきである。熱的アニールステップＳ１及び冷却ステップＳ２を実行することにより、ステップＳ３における冷却速度Ｒ２は、一般的に、寿命キャリア劣化を永続的に抑制するためにウェハをある時間（例えば、数時間以下）、ある温度に保持し、その後に大気温度まで冷却される従来の方法で使用される冷却速度よりも、低くてもよい（すなわち、数℃／分のオーダーの冷却速度を用いる）。例示的な冷却速度Ｒ２には、少数キャリア劣化を抑制するに充分な時間、少数キャリアが発生するような冷却速度（例えば、約１０℃／秒未満、約５℃／秒未満、約１℃／秒未満、約０．５℃／秒未満、さらには、約０．１℃／秒未満）が含まれる。当該冷却速度は、不必要にスループットを減少させないように、充分高いものであるべきである。少なくとも約０．０１℃／秒、少なくとも約０．１℃／秒、さらには、少なくとも０．５℃／秒の例示的な最小冷却速度Ｒ２を用いてもよい。いくつかの実施の形態において、冷却速度Ｒ２は、約０．０１℃／秒〜約１０℃／秒、約０．１℃／秒〜約１０℃／秒、約０．５℃／秒〜約１０℃／秒、約０．１℃／秒〜約５℃／秒の範囲に亘る。
【００３５】
この点に関して、ウェハは、温度Ｔ２とＴ３との間において、略均一の速度で冷却する必要はないことは理解すべきである。例えば、ウェハは、Ｔ２、若しくは、Ｔ２とＴ３との間の任意の温度に、所定の時間（例えば、約３０秒から約１５秒まで）保持し、その後、冷却してもよい（例えば、およそ大気温度まで冷却する）。そのため、Ｒ２（及び上述のＲ１）は、温度Ｔ２、及び／又は、Ｔ２とＴ３との間の他の温度にウェハが保持される温度を含む、時間平均冷却速度を示している（すなわち、Ｒ２は、ウェハがＴ２からＴ３まで冷却された時間で、Ｔ２−Ｔ３を除したものである）。
【００３６】
本開示のいくつかの特定の実施の形態において、ウェハは、永続的抑制ステップＳ３の後、さらなるプロセス（すなわち、デバイス製造）を受けてもよい。当該プロセスは、Ｓ３の完了後にウェハを加熱することを要求するだろう。これらの実施の形態において、永続的抑制ステップＳ３を完了させるため、所定の時間、温度Ｔ２に維持し、その後、さらなる熱処理ステップを完了させるために、Ｔ２を超えて加熱する。そのような実施の形態において、Ｒ２は、約０であると考えられ、Ｔ２は、概して、Ｔ３と等しい。永続的な抑制ステップＳ３の後、さらなるプロセス（すなわち、デバイス製造）を実行する実施の形態において、当該さらなるプロセスは、約６５０℃を超える温度さらには６００℃を超える温度までウェハを加熱しないことが好ましい。これは、そのような加熱により、凝集物（析出物）が溶解し、永続的劣化抑制が失われるからである。
【００３７】
概して、冷却速度Ｒ２は冷却速度Ｒ１未満であり、ステップＳ３の間に、ウェハが再結合中心の永続的不活性化を達成することができる。例えば、Ｒ２に対するＲ１の比率は、少なくとも約２：１であってもよい。他の実施の形態において、Ｒ２に対するＲ１の比率は、少なくとも約３：１、少なくとも約５：１、少なくとも約１０：１、少なくとも約２０：１、少なくとも約５０：１、若しくは、約２：１〜約２００：１、約２：１〜約１５０：１、約１０：１〜約１５０：１、約２０：１〜約１５０：１である。
【００３８】
ステップＳ３の間、少数電荷キャリアは、シリコン中に電子を発生させることができる任意の光をウェハに向けることにより少数電荷キャリアを発生させてもよい。約１．１μｍより短波長の光については、ウェハは、少なくとも約５０ｍＷ／ｃｍ２の強度で光照射されてもよく、他の実施の形態では、少なくとも約１００ｍＷ／ｃｍ２、さらには、約２００ｍＷ／ｃｍ２の強度でなされる。約１．１μｍより長波長の光を使用してもよいことに留意すべきである。しかしながら、いくつかの実施の形態において、より短波長の光と比較して、より高いパワーで、若しくは、より長い時間、光を照射すべきである（例えば、少なくとも約５００ｍＷ／ｃｍ２、さらには、少なくとも約１０００ｍＷ／ｃｍ２）。１以上の実施の形態において、ベルト炉内に配置された、若しくは、急速熱アニール装置の加熱ランプを介して光照射される。ウェハの全表面に光照射して、少数電荷キャリアを導入することが好ましい。しかしながら、本開示の１以上の実施の形態において、ウェハの前面のみに光照射してもよい。
【００３９】
光照射に替えて、若しくはこれに加えて、ウェハに電流を流すことにより、Ｓ３の間に少数電荷キャリアを発生させてもよい。概して、そのような電流は、ｐ層とｎ層との間に形成されたｐｎ接合を有するウェハ上又はウェハ内に、ｎ型の層を（例えば、エピ層等の不連続な層を導入(implantation)、拡散、析出させることによって）形成することにより、流してもよい。ｐｎ接合に電流を流して、ｐ型ドーパントでドープされたウェハの領域に少数キャリアを導入してもよい。ウェハに適用される電圧は、少なくとも約０．４ボルト、さらには、少なくとも約０．７ボルトであってもよい。当該電流を、製造された光起電性セル若しくは製造された光起電性モジュールに与えることにより、ｐ型ウェハに電流を流してもよい。少数キャリアは、ウェハがＴ２からＴ３まで冷却される全時間、発生することは必要ではない理解すべきである。
【００４０】
本開示の１以上の特定の実施の形態において、Ｔ１は、少なくとも約６００℃であり、Ｔ２は、少なくとも約２５０℃であり、Ｒ１は、少なくとも約１００℃／秒であり、Ｔ３は、およそ大気温度（例えば、約２５℃）であり、Ｒ２は、約５℃／秒未満である。
【００４１】
本劣化抑制プロセスの効果は、当該技術分野における当業者により知られた方法のいずれかにより確認してもよい。典型的な方法には、（１）短い期間（例えば、約１ミリ秒未満の時間、さらには、約２００マイクロ秒未満の時間）、セルに光を照射することによりホウ素含有ウェハを備える太陽電池の効率を測定すること、（２）性能を低下させるために、より長い期間（例えば、少なくとも１時間、より典型的には数時間、若しくは数日、さらには１ヶ月以上）、セルに光を照射すること、（３）ステップ２において、光照射後効率を測定することが含まれる。効率損失が無視できる程度若しくは小さい場合（例えば、約１０％未満の効率損失、若しくは他の実施の形態では、約５％未満、約５％未満、約１％未満、若しくは、約０．５％未満の効率損失）、劣化の永続的抑制が達成される。
【００４２】
本開示、若しくはその好ましい実施の形態において、構成要素を導入する際、冠詞”ａ（一つの）”、”ａｎ（一つの）”、”ｔｈｅ（その）”及び”ｓａｉｄ（上述の）”は、１以上の構成要素の存在を意味することを意図している。用語”ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）”、”ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（包含する）”、及び”ｈａｖｉｎｇ（有する）”は、包括的であることを意図しており、列挙された構成要素以外の他の構成要素が存在していてもよいことを意味することを意図している。
【００４３】
本開示の技術的範囲から逸脱することなく、上述の装置及び方法において様々な変更を加えることができるため、上述の記載に含まれ、添付の図面に示された全事項は、例示であると解釈すべきであり、限定の意味と解釈すべきではない。