(57)【要約】多レーンの成長炉内で生成される、半導体結晶性シートの抵抗率の範囲を縮小する方法である。結晶性シートを成長させるための炉は、材料導入領域と、複数の結晶シート成長レーンを含む結晶成長領域とを伴うるつぼを含むように提供される。るつぼは、材料導入領域から、材料導入領域から最も離れた結晶シート成長レーンに向かう材料の略一方向性の流動を生成するように構成されている。痕跡量を上回るｐ−型ドーパントとｎ−型ドーパントとの両方でドープされたシリコンが、材料導入領域内に導入される。ドープされたシリコンは、るつぼ内で融液と呼ばれる溶融物質を形成する。結晶性シートは、結晶生成領域内の各生成レーンにおいて融液から形成される。シリコン原料の共ドーピングは、各レーンで形成される結晶性シートの間の抵抗率におけるばらつきを減少させることができる。
2014503452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶性半導体シートを成長させる方法であって、前記方法は、
結晶性シート成長炉を提供することであって、前記炉は、材料導入領域と、複数の結晶シート成長レーンを含む結晶成長領域とから構成されているるつぼを含み、前記るつぼは、前記導入領域から、前記材料導入領域から最も離れた前記結晶シート成長レーンに向かう材料の略一方向性の流動を生成するように構成されている、ことと、
前記材料導入領域において、ｐ−型ドーパントおよびｎ−型ドーパントでドープされたシリコンを受け取ることであって、前記ｐ−型ドーパントに対する前記ｎ−型ドーパントの重量による濃度の比率は、０．１を超え、前記ドープされたシリコンは、融液を形成する、ことと、
少なくとも２つの結晶性シート生成レーンにおいて、ｐ−型結晶性シートを前記融液から成長させることと
を含む、方法。
【請求項２】
前記ｐ−型ドーパントは、ホウ素を含み、前記ｎ−型ドーパントは、リンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ｐ−型ドーパントに対する前記ｎ−型ドーパントの重量による濃度の比率は、０．４から１．０の範囲内である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ｐ−型ドーパントは、ホウ素を含み、前記ｎ−型ドーパントは、ヒ素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ｐ−型ドーパントに対する前記ｎ−型ドーパントの重量による濃度の比率は、０．９から２．５の範囲内である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
材料除去領域において、前記るつぼから材料を除去することであって、前記結晶成長領域は、前記材料導入領域と前記材料除去領域との間に位置し、除去される材料の割合は、前記材料導入領域において導入される前記材料の０．５％以上である、ことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
結晶性半導体シートを成長させる方法であって、前記方法は、
結晶性シート成長炉を提供することであって、前記炉は、材料導入領域と、複数の結晶シート成長レーンを含む結晶成長領域とから構成されているるつぼを含み、前記るつぼは、前記導入領域から、前記材料導入領域から最も離れた前記結晶シート成長レーンへの材料の略一方向性の流動を生成するように構成されている、ことと、
前記材料導入領域において、ｐ−型ドーパントおよびｎ−型ドーパントでドープされたシリコンを受け取ることであって、前記ｎ−型ドーパントに対する前記ｐ−型ドーパントの重量による濃度の比率は、０．１を超え、前記ドープされたシリコンは、融液を形成する、ことと、
少なくとも２つの結晶性シート成長レーンにおいて、ｎ−型結晶性シートを前記融液から成長させることと
を含む、方法。
【請求項８】
前記ｐ−型ドーパントは、ガリウムを含み、前記ｎ−型ドーパントは、リンを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ｎ−型ドーパントに対する前記ｐ−型ドーパントの重量による濃度の比率は、４．０から３０．０の範囲内である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ｐ−型ドーパントは、ガリウムを含み、前記ｎ−型ドーパントは、ヒ素を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ｎ−型ドーパントに対する前記ｐ−型ドーパントの重量による濃度の比率は、１．０から１３．０の範囲内である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
材料除去領域において、前記るつぼから材料を除去することであって、前記結晶成長領域は、前記材料導入領域と前記材料除去領域との間に位置し、除去される材料の割合は、前記材料導入領域において導入される前記材料の０．５％以上である、ことをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
結晶性半導体シートを成長させる方法であって、前記方法は、
結晶性シート成長炉を提供することであって、前記炉は、材料導入領域と、複数の結晶シート成長レーンを含む結晶成長領域とから構成されているるつぼを含み、前記るつぼは、前記導入領域から、前記材料導入領域から最も離れた前記結晶シート成長レーンへの材料の略一方向性の流動を生成するように構成されている、ことと、
前記材料導入領域において、ｐ−型ドーパントおよびｎ−型ドーパントでドープされたシリコンを受け取ることであって、前記ｎ−型ドーパントの量は、痕跡量を超え、前記ドープされたシリコン中の前記ｐ−型ドーパントの量は、痕跡量を超え、前記ドープされたシリコンは、融液を形成する、ことと、
少なくとも２つの結晶性シート成長レーンにおいて、前記融液から結晶性シートを成長させることと
を含む、方法。
【請求項１４】
前記ｐ−型ドーパントは、ホウ素を含み、前記ｎ−型ドーパントは、リンを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ｐ−型ドーパントは、ホウ素を含み、前記ｎ−型ドーパントは、ヒ素を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記ｐ−型ドーパントは、ガリウムを含み、前記ｎ−型ドーパントは、リンを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記ｐ−型ドーパントは、ガリウムを含み、前記ｎ−型ドーパントは、リンを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
材料除去領域において、前記るつぼから材料を除去することであって、前記結晶成長領域は、前記材料導入領域と前記材料除去領域との間に位置し、除去される材料の割合は、前記材料導入領域において導入される前記材料の０．５％以上である、ことをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、結晶性シート半導体製造に関し、より具体的には、本発明は、多レーン結晶性シート成長炉の異なるレーンにおいて製造される、結晶性シートの特性のばらつきを減少させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶性シート半導体結晶は、種々の電子デバイスの基礎を形成することができる。例えば、Ｅｖｅｒｇｒｅｅｎ  Ｓｏｌａｒ，Ｉｎｃ．（Ｍａｒｌｂｏｒｏｕｇｈ、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）は、結晶性シート半導体結晶から太陽電池を形成する（Ｅｖｅｒｇｒｅｅｎ  Ｓｏｌａｒは、これをＳＴＲＩＮＧ  ＲＩＢＢＯＮＴＭ結晶と呼ぶ）。
【０００３】
シリコンシートの連続的成長は、バルク生成されたシリコンをスライスし、ウエハを形成する必要性を排除する。例えば、一実装では、高温材料の２つのフィラメントが、「融液」として知られる溶融シリコンの浅層を含む、るつぼの底部を通して、上方に導入される。シードが、融液中に降下され、２つのフィラメントに接続され、次いで、融液から垂直方向上向きに引っ張られる。メニスカスが、シードの底部端と融液との間に界面を形成し、溶融シリコンは、融液直上において、固体シートに凝固する。フィラメントは、成長するシートの縁を安定化させる役割を果たす。特許文献１（参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）は、単一るつぼ内において、同時に、複数のフィラメント安定化結晶性シートを成長させるための方法について説明する。各シートは、多レーン炉内の「レーン」において成長する。ウエハを製造するコストは、したがって、単レーン炉内での結晶性シート製造と比較して、削減される。
【０００４】
レーンは、シリコン原料が、第１のレーンに隣接して導入され、第１のレーンを越えて、次いで、次に続くレーンへと段階的に流動するように配列される、多レーン炉内では、結晶性シートの各々は、異なる濃度のドーパント元素を取り入れるであろう。この分散は、固体（結晶性シート）および液体（融液）相中の各ドーパントの溶解度の差異のため生じる。各ドーパントは、特定のドーパントに対する析出係数によって測定されるように、溶液中に存在するものと異なる量において、結晶性シート中に取り込まれる。Ｓｉにおける大部分の元素に対する析出係数は、１未満である。析出係数は、固化したシート中のドーパント濃度と液体相中のドーパント濃度との比率である。ドーパント元素の析出係数は、１未満であるため、結晶性シート中の各ドーパントの量は、それが形成される、液体中の量未満である。１未満の各ドーパントに対する析出係数によって、融液中の各ドーパントの濃度は、最初は、結晶性シートが、融液から抽出されるにつれて、増加するであろう。経時的に、定常状態条件に到達し、融液中のドーパントの濃度は、一定となり、リボン中から除去されるドーパントの量は、原料中に供給されるドーパントの量と等しくなる。
【０００５】
さらに、固体と液体相との間の溶解度におけるこの差異は、融液が、略一方向性様式において、材料導入点から、各成長レーンを通して、流動するにつれて、原料導入点からのレーン位置に伴って増加するような融液中ドーパント濃度を生じさせる。特定のドーパントに対する析出係数の差異は、炉の異なるレーンにおいて生成された結晶性シート間の抵抗率にさらなるばらつきを生じさせる。結晶性シートの抵抗率は、結晶中のドーパント元素の正味キャリア濃度に依存する。例えば、ホウ素およびリンは、シリコンウエハ処理において使用される典型的ドーパント元素である。正味キャリア濃度が、ｐ−ｎ＞０である時、ウエハは、ｐ−型であり、ｐは、正孔の濃度であり、ｎは、電子の濃度である。ｐ−ｎ＜０である時、シリコンウエハは、ｎ−型である。低濃度の［Ｂ］および［Ｐ］の場合（［Ｘ］は、ウエハ中の元素Ｘの濃度である）、全キャリアが、完全にイオン化され、ｐ−ｎ＝［Ｂ］−［Ｐ］であると仮定するのが一般的である。したがって、［Ｂ］−［Ｐ］＞０である時、シリコンウエハは、ｐ−型である一方、［Ｂ］−［Ｐ］＜０である時、シリコンウエハは、ｎ−型である。析出係数における差異のため、ホウ素は、リンより多い量において、融液から結晶性シートに抽出されるであろう。これは、［Ｐ］が、非常に少ない時、シリコン原料導入点に最も近いレーンにおいて成長させられた結晶性シートの場合、［Ｂ］−［Ｐ］は、原料導入点から最も離れたレーンにおいて成長させられた結晶性シートの場合の［Ｂ］−［Ｐ］より少ないであろうことを意味する。融液中のドーパント濃度に対する結果として生じるプロファイルは、異なるレーンにおいて生成されたシートに対して、一定範囲の抵抗率を生じさせ、これは、シートが、太陽光電池に加工される時、各シートに対して、電気への光変換効率に影響を及ぼし得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，５０７，２９１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある実施形態では、結晶性半導体シートは、多レーン炉内で成長させられる。炉は、材料導入領域と、複数の結晶シート成長レーンを含む結晶成長領域とから構成されているるつぼを含む。るつぼは、導入領域から、材料導入領域から最も離れた結晶シート成長レーンに向かう材料の略一方向性の流動を生成するように構成される。ｐ−型ドーパントおよびｎ−型ドーパントで共ドープされたシリコンは、材料導入領域において受け取られる。ｐ−型ドーパントに対するｎ−型ドーパントの重量による濃度の比率は、０．１を超える。ドープされたシリコンは、るつぼ内に融液を形成し、ｐ−型結晶性シートは、少なくとも１つの結晶性シート成長レーンにおいて、融液から成長させられる。適切なレベルのドーパントでのシリコンの共ドーピングは、炉の種々のレーンにおいて成長させられた結晶性シート間の抵抗率のばらつきを減少させることができる。本発明の特定の実施形態では、ｐ−型ドーパントは、ホウ素であり、ｎ−型ドーパントは、リンであり、ホウ素に対するリンの重量による濃度の比率は、０．４から１．０の範囲である。本発明の別の特定の実施形態では、ｐ−型ドーパントは、ホウ素であり、ｎ−型ドーパントは、ヒ素であり、ホウ素に対するヒ素の重量による濃度の比率は、０．９から２．５の範囲である。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、結晶性半導体シートは、多レーン炉内で成長させられる。炉は、材料導入領域と、複数の結晶シート成長レーンを含む結晶成長領域とから構成されているるつぼを含む。るつぼは、導入領域から、材料導入領域から最も離れた結晶シート成長レーンに向かう材料の略一方向性の流動を生成するように構成される。ｐ−型ドーパントおよびｎ−型ドーパントで共ドープされたシリコンは、材料導入領域において受け取られる。ｎ−型ドーパントに対するｐ−型ドーパントの重量による濃度の比率は、０．１を超える。ドープされたシリコンは、るつぼ内に融液を形成し、ｎ−型結晶性シートは、少なくとも１つの結晶性シート成長レーンにおいて、融液から成長させられる。適切なレベルのドーパントでのシリコンの共ドーピングは、炉の種々のレーンにおいて成長させられる結晶性シート間の抵抗率のばらつきを減少させることができる。本発明の特定の実施形態では、ｐ−型ドーパントは、ガリウムであり、ｎ−型ドーパントは、リンであり、リンに対するガリウムの重量による濃度の比率は、４．０から３０．０の範囲である。本発明の別の特定の実施形態では、ｐ−型ドーパントは、ガリウムであり、ｎ−型ドーパントは、ヒ素であり、ヒ素に対するガリウムの重量による濃度の比率は、１．０から１３．０の範囲である。
【０００９】
本発明のさらに好ましい実施形態では、結晶性半導体シートは、多レーン炉内で成長させられる。炉は、材料導入領域と、複数の結晶シート成長レーンを含む結晶成長領域とから構成されているるつぼを含む。るつぼは、導入領域から、材料導入領域から最も離れた結晶シート成長レーンに向かう材料の略一方向性の流動を生成するように構成される。ｐ−型ドーパントおよびｎ−型ドーパントで共ドープされたシリコンは、材料導入領域において受け取られる。ｐ−型ドーパントおよびｎ−型ドーパントは、痕跡量を上回って、原料中に存在する。ドープされたシリコンは、るつぼ内で融液を形成し、結晶性シートは、少なくとも１つの結晶性シート成長レーンにおいて、融液から成長させられる。適切なレベルのドーパントでのシリコンの共ドーピングは、炉の種々のレーン内で成長させられる結晶性シート間の抵抗率のばらつきを減少させることができる。
【００１０】
本発明のさらなる実施形態では、前述の説明される実施形態のいずれかはさらに、るつぼ内に、材料導入領域において導入された材料の０．５％以上が除去される材料除去領域を含み得る。そのような材料除去は、主に、結晶性シート中の金属不純物を減少させる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の前述の特徴は、付随の図を参照して検討される、以下の発明を実施するための形態を参照することによって、より容易に理解されるであろう。
【図１】図１は、本発明の例証的実施形態を実装することができる、結晶性シート成長炉を図式的に示す。
【図２】図２は、図１に示される成長炉の部分的切り取り図を図式的に示す。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の例証的実施形態とともに使用するために構成されているるつぼを図式的に示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、液体シリコンを含み、複数の結晶性シートを成長させるるつぼを図式的に示す。
【図４】図４は、本発明の例証的実施形態による、結晶性シートを形成するプロセスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本願は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる、「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  ａ  Ｃｒｙｓｔａｌ」と題された米国特許出願第１１／７４１，３７２号に関する。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態では、方法は、多レーン成長炉内で生成された半導体結晶性シートの抵抗率のばらつきを減少させる。結晶性シートを成長させるための炉は、材料導入領域と、複数の結晶シート成長レーンを含む結晶成長領域とを伴うるつぼを含むように提供される。るつぼは、導入領域から、材料導入領域から最も離れた結晶性シート成長レーンに向かう材料の略一方向性の流動を生成するように構成される。痕跡量を上回る、ｐ−型ドーパントおよびｎ−型ドーパント両方でドープされたシリコンは、材料導入領域中に導入される。ドープされたシリコンは、るつぼ内に、融液と呼ばれる、溶融物質を形成する。結晶性シートは、結晶成長領域内の各成長レーンにおいて形成される。適切なレベルのドーパントでのシリコン原料の共ドーピングは、各レーンにおいて形成される結晶性シート間の抵抗率のばらつきを減少させることができる。るつぼは、随意に、溶融材料が、るつぼから除去される、材料除去領域を有し得る。結晶性シート成長レーンは、典型的には、材料除去領域と材料導入領域との間に位置する。
【００１４】
図１は、本発明の例証的実施形態とともに使用され得る、結晶性シート成長炉１０を図式的に示す。炉１０は、とりわけ、実質的に、酸素がない（燃焼を防止するために）、密閉された内部を形成する、筐体１２を有する。酸素の代わりに、内部は、アルゴン等のある濃度の別のガス、またはガスの組み合わせを有する。筐体内部はまた、とりわけ、るつぼ１４と、実質的に、同時に、４つのシリコン結晶性シート３２を成長させるための他の構成要素（そのいくつかは、以下に論じられる）とを含む。結晶性シート３２は、多重結晶、単結晶、多結晶、マイクロ結晶、または半結晶等、種々の結晶型のいずれかであり得る。筐体１２の送給入口１８は、シリコン原料を内部るつぼ１４に方向付けるための手段を提供する一方、随意の窓１６は、内部構成要素の検査を可能にする。
【００１５】
シリコン結晶性シート３２の議論は、例証であることに留意されたい。例えば、結晶は、シリコン以外の材料、またはシリコンおよびいくつかの他の材料の組み合わせから形成され得る。別の実施例として、例証的実施形態は、非結晶性シートを形成し得る。さらに、本発明の例証的実施形態は、一列に、概して、互に平行なシートを用いた、４つの成長レーンを伴う炉に関して説明されるが、他の実施形態は、より多い成長レーンまたはより少ない成長レーンを採用し得、互に対する成長レーンの配置は異なり得る。
【００１６】
図２は、図１に示される結晶性シート成長炉１０の部分的切り取り図を図式的に示す。この図は、とりわけ、筐体１２内の内部構造基盤２０上に支持され、実質的に、平坦上部表面を有する、前述のるつぼ１４を示す。図３Ａに示されるように、るつぼ１４は、その長さに沿って並んだ、シリコン結晶性シート３２を成長させるための領域を伴う細長い形状を有する。本発明の例証的実施形態は、概して、一列に互に平行であるシートを用いた、４つの成長レーンを伴うこの例示的炉に関して説明されるが、本発明の実施形態とともに使用するための他の炉は、より多くの成長レーンまたはより少ない成長レーンを採用し得、互に対する成長レーンの配置は、異なり得る。
【００１７】
るつぼ１４は、黒鉛から形成され、シリコンをその融点を上回って維持可能な温度まで抵抗加熱される。るつぼ内における一方向性の液体の流動を改善するために、るつぼ１４は、その幅を遥かに上回る長さを有する。例えば、るつぼ１４の長さは、その幅の３倍以上であり得る。当然ながら、他の事例では、るつぼ１４は、このように、伸長ではない。例えば、るつぼ１４は、略正方形形状または非矩形形状を有し得る。
【００１８】
るつぼ１４は、３つの別個であるが、連続的領域、すなわち、１）シリコン原料を筐体送給入口１８から受け取るための導入領域２２、２）４つの結晶性シート３２を成長させるための結晶領域２４、および３）るつぼ１４によって含まれる溶融シリコンの一部を除去するための除去領域２６（すなわち、廃棄動作を行うため）を有するものとして検討され得る。示される例示的炉では、除去領域２６は、シリコン除去を促進するためのポート３４を有する。以下に詳細に論じられるように、しかしながら、他の例証的炉は、そのようなポート３４を有していない。
【００１９】
結晶領域２４は、各々、単一結晶性シート３２を成長させる、４つの別個の結晶小区域を形成するものとして検討され得る。そのために、各結晶小区域は、それぞれ、最終的には、成長シリコン結晶性シート３２の縁領域を形成する、２つの高温フィラメントを受け取るための一対のフィラメント孔２８を有する。さらに、各小区域はまた、一対の随意の流動制御リッジ３０によって規定されるように検討され得る。故に、各小区域は、その境界を形成する、一対のリッジ３０と、フィラメントを受け取るための一対のフィラメント孔２８とを有する。図３Ｂに示されるように、中央結晶小区域は、リッジ３０を隣接する結晶小区域と共有する。さらに、結晶小区域の分割に加えて、リッジ３０はまた、溶融シリコンの流動に対して、ある程度の流体抵抗を提示し、したがって、るつぼ１４に沿って、流体流動を制御するための手段を提供する。
【００２０】
図３Ｂは、浅い周縁壁３１を伴うるつぼ１４の実施例を図式的に示す。加えて、この図は、液体シリコンを含み、４つのシリコンシート結晶３２を成長させるるつぼ１４のこの実施形態を示す。示されるように、第１の小区域と称される、導入領域２２に最も近い結晶小区域は、「シートＤ」を成長させる一方、第２の小区域は、「シートＣ」を成長させる。第３の小区域は、「シートＢ」を成長させ、除去領域２６に最も近い第４の小区域は、「シートＡ」を成長させる。当業者によって公知のように、連続的シリコン結晶性シート成長は、るつぼ１４内のフィラメント孔２８を通して、高温材料の２つのフィラメントを導入することによって行われてもよい。フィラメントは、成長する結晶性シート３２の縁を安定させ、前述のように、最終的には、成長する結晶性シート３２の縁領域を形成する。
【００２１】
図３Ｂに示されるように、上向きに引き上げられる溶融シリコンは、溶融シリコンの上部表面直上において、フィラメントおよび既にある凝固された結晶性シート３２と合体する。この場所（「界面」と称される）において、固体結晶性シート３２が、典型的には、その結晶性構造から、不純物の一部を除外する。とりわけ、そのような不純物として、鉄、炭素、およびタングステンが挙げられ得る。不純物は、したがって、溶融シリコン中に戻され、その結果、結晶領域２４内の不純物濃度を増加させる。このプロセスの間、各結晶性シート３２は、好ましくは、超低速において、溶融シリコンから引き上げられる。例えば、各結晶性シート３２は、１分あたり約１インチの速度において、溶融シリコンから引き抜かれ得る。
【００２２】
るつぼ１４は、導入領域２２から、除去領域２６に向かって、超低速において、溶融シリコンを流動させるように構成される。この流速が、速過ぎた場合、成長するリボンの下の融液領域は、高混合力を受けるであろう。この低流動は、結晶領域２４から、除去領域２６に向かって、成長する結晶によって除外されたものを含む、溶融シリコン内の不純物の一部を流動させる。
【００２３】
いくつかの要因が、除去領域２６に向かう溶融シリコンの流速に寄与する。これらの要因の各々は、シリコンをるつぼ１４に添加すること、そこから除去することに関連する。具体的には、これらの要因の１つ目は、単に、融液を通してのフィラメントの物理的上向き移動によって生じるシリコンの除去である。例えば、１分あたり１インチの速度における、４つのシート結晶３２（各シート結晶３２は、約３インチの幅および約１９０ミクロンから約３００ミクロンの範囲の厚さを有する）の除去は、１分あたり約３グラムの溶融シリコンを除去する。流速に影響を及ぼすこれらの要因の２つ目は、除去領域２６からの溶融シリコンの選択的除去／廃棄である。
【００２４】
その結果、実質的に一定の融液高を維持するために、システムは、るつぼ１４内の所望の融液高の関数として、新しいシリコン原料を添加する。そのために、他の方法のなかでもとりわけ、システムは、それが含む融液の関数であるるつぼ１４の電気抵抗の変化を検出し得る。故に、システムは、るつぼ１４の抵抗および融液レベルに基づいて、必要に応じて、新しいシリコン原料をるつぼ１４に添加し得る。例えば、いくつかの実装では、融液高は、概して、約１秒毎に約数ミリメートルの直径を有する１個の略球状シリコン塊を添加することによって、維持され得る。るつぼ１４へのシリコン原料の添加および融液高の維持に関連する追加の情報については、例えば、以下の米国特許（その開示は、参照することによって、その全体として、本明細書に組み込まれる）を参照されたい：第ＵＳ６，０９０，１９９号、第ＵＳ６，２００，３８３号、および第ＵＳ６，２１７，６４９号。
【００２５】
るつぼ１４内の溶融シリコンの流速は、したがって、るつぼ１４へおよびそこからのシリコンのこの略連続的／断続的添加および除去によって生じる。適切な低流速において、種々の形態のるつぼ１４の幾何学形状および形状が、略一方向性の流動によって、除去領域２６に向かって、溶融シリコンを流動させるはずであることが予測される。この略一方向性の流動を有することによって、溶融シリコンの実質的大部分（実質的に、全溶融シリコン）が、直接、除去領域２６に向かって流動する。
【００２６】
（原料共ドーピング）
前述の炉等の多レーン結晶性シート成長炉では、シリコン原料は、多くの場合、僅か痕跡レベルのｐ−型およびｎ−型ドーパントを伴って調達される。原料は、従来、ｐ−型結晶性シートを作製するためのｐ−型ドーパントまたはｎ−型結晶性シートを作製するためのｎ−型ドーパントのいずれかでドープされる。例えば、シリコン原料は、るつぼへの導入に先立って、ｐ−型ドーパントホウ素でドープされ、ｐ−型結晶性シートを生成することができる。発明者らに公知の他の理由の中でもとりわけ、共ドーピングは、単一ドーパント方法と比較して、追加のコストを被るため、２つ以上のドーパント型（すなわち、共ドーピング）での原料のドーピングは、概して、行われていないことに留意されたい。
【００２７】
以下の条件で、導入されたシリコン原料を伴う４つのレーン炉の場合、
・約９５重量ｐｐｂのホウ素（ｐ−型ドーパント）濃度
・約０．１重量ｐｐｂ（痕跡量）のリン（ｎ−型ドーパント）濃度
・融液廃棄物除去率＝１％、
シミュレーションによって、これらのパラメータによって成長させられたシートの抵抗率は、以下となるであろうことが示された。
【００２８】
【表１】
2014503452.tif 000003
注記：レーンＤは、材料導入領域に隣接する一方、レーンＡは、材料導入領域から最も遠い。融液の流動は、概して、レーンＤからレーンＡへと一方向である。結晶性シートの抵抗率に対して、本明細書において与えられる全結果は、物理的測定ではなく、シミュレーションから導出される。また、本明細書および任意の添付の請求項では、「痕跡量」のホウ素またはリンは、重量あたり１０ｐｐｂ未満の原料中のこれらのドーパントの任意の濃度であることに留意されたい。
【００２９】
４つのレーンにおいて成長させられた結晶性シートの平均抵抗率は、１．８８ｏｈｍ−ｃｍである。抵抗率は、材料導入領域からのレーン位置が増加するにつれて、成長させられるシートに対して低下する。この抵抗率の低下は、融液中のホウ素の濃度が、レーンＤからレーンＡへと増加するために生じる。レーンからレーンへの融液中のホウ素の濃度の増加は、（１）概して、レーンＤからレーンＡへの融液の一方向流動が存在し、（２）ホウ素の析出係数が、１未満（約０．８）であるために生じる。したがって、レーン内の融液中のホウ素の一部のみ、そのレーンにおける結晶性シートの成長によって除去される。融液中のホウ素濃度は、レーンからレーンへと増加するにつれて、結晶性シート内のキャリア濃度の正味差異［Ｂ］−［Ｐ］は、それに準じて、増加する。［Ｂ］−［Ｐ］の増加は、レーンＤにおいて成長させられたシートから、レーンＡにおいて成長させられたシートへと、抵抗率を約０．７ｏｈｍ−ｃｍ降下させる。シリコン原料は、スピンコーティング等の当技術分野において公知の任意の方法を使用して、ホウ素ドーパントでドープされることができる。
【００３０】
（Ａ．減少された抵抗率範囲を伴うＰ−型結晶性シートを産出する共ドーピング）
（１．ホウ素およびリンドーパント）
本発明の好ましい実施形態では、シリコン原料は、ｐ−型結晶性シートに対して、０．１を上回る、Ｂに対するＰの濃度比を達成するために、必要に応じて、ホウ素および／またはリンでドープされる（すなわち、共ドーピング）。原料のドーピングは、例えば、スピンコーティング等、当技術分野において公知の任意の手段によってもたらされ得る。図４は、共ドープされたシリコンをるつぼ４００に添加し、炉４０２のレーンにおいて、結晶性シートを形成し、随意に、周期的に、シリコン融液をるつぼ４０４から廃棄するプロセスを示す。
【００３１】
例えば、以下の条件で、導入されたシリコン原料を伴う４つのレーン炉の場合、
・約１１５重量ｐｐｂのホウ素（ｐ−型ドーパント）濃度
・約７０重量ｐｐｂのリン（ｎ−型ドーパント）濃度
・融液廃棄物除去率＝１％。
したがって、材料導入領域において、［Ｐ］／［Ｂ］＝０．６１である。
シミュレーションによって、これらのパラメータによって成長させられたシートの抵抗率は、以下となるであろうことが示された。
【００３２】
【表２】
2014503452.tif 000004
４つのレーンにおいて成長させられたシートに対する平均抵抗率は、これらの条件に対して、共ドーピングを伴わない場合の以前のシミュレーションと同一であるが、４つのレーンにおいて成長させられたシートに対する抵抗率の広がりは、０．１９ｏｈｍ−ｃｍまで減少され、７２％の減少となる。
【００３３】
非痕跡量におけるシリコン原料中のｎ−型ドーパントリンおよびｐ−型ドーパントホウ素両方の存在（共ドーピング）は、炉のいくつかのレーンにおいて成長させられた結晶性シートの抵抗率の広がりを減少させるよう作用する。前述のように、これらの条件下で成長させられた結晶性シートの抵抗率は、正味キャリア濃度ｐ−ｎ≒［Ｂ］−［Ｐ］、したがって、結晶性シート中のホウ素およびリンドーパント濃度に依存する。析出係数の差異のため、ホウ素は、リンより多くの量において、融液から結晶性シートに抽出されるであろう。したがって、原料が、レーンＤ近傍の導入からレーンＡに向かって、融液中を流動するにつれて、融液中の［Ｂ］の増加は、Ｐの析出係数が、Ｂの析出係数の半分未満であるため、融液中の［Ｐ］の増加よりゆっくりとなるであろう。［Ｐ］のより迅速な増加は、ホウ素の濃度と比較して、導入点におけるリンの濃度の適切な選択によって加減され、例えば、リンは、ホウ素より原料中に低い濃度で存在する。これらの２つの対抗要因は、炉内の異なるレーンにおいて成長させられる結晶性シート間の［Ｂ］−［Ｐ］のばらつきを減少させるよう作用する。前述の結果は、１％の融液廃棄物除去率によって達成され、融液廃棄物除去率は、るつぼの除去領域から除去される、材料導入領域において導入された原料の割合である。
【００３４】
本発明の他の実施形態では、原料中の［Ｂ］に対する［Ｐ］の比率は、レーン間の抵抗率の広がりの変化に対応する異なる比率に設定されることができる。例えば、以下の条件で、導入されたシリコン原料を伴う４つのレーン炉の場合、
・約１１５重量ｐｐｂのホウ素（ｐ−型ドーパント）濃度
・約４６重量ｐｐｂのリン（ｎ−型ドーパント）濃度
・融液廃棄物除去率＝１％。
したがって、材料導入領域において、［Ｐ］／［Ｂ］＝０．４０である。
シミュレーションによって、これらのパラメータによって成長させられたシートの抵抗率は、以下となるであろうことが示された。
【００３５】
【表３】
2014503452.tif 000005
４つのレーンの平均抵抗率は、１．８８ｏｈｍ−ｃｏｍのままである。抵抗率の範囲は、共ドーピングを伴わない抵抗率の範囲未満であるが、減少は、［Ｐ］／［Ｂ］＝０．６１の場合より顕著ではない。
【００３６】
さらなる実施例では、以下の条件で、導入されたシリコン原料を伴う４つのレーン炉の場合、
・約１３８重量ｐｐｂのホウ素（ｐ−型ドーパント）濃度
・約１３８重量ｐｐｂのリン（ｎ−型ドーパント）濃度
・融液廃棄物除去率＝１％。
したがって、材料導入領域において、［Ｐ］／［Ｂ］＝１．０である。
シミュレーションによって、これらのパラメータによって成長させられたシートの抵抗率は、以下となるであろうことが示された。
【００３７】
【表４】
2014503452.tif 000006
４つのレーンにおいて成長させられたシートの抵抗率の平均は、１．８８ｏｈｍ−ｃｏｍのままである。この場合、抵抗率の範囲は、共ドーピングを伴わない抵抗率における抵抗率の範囲未満であるが、範囲減少はまた、［Ｐ］／［Ｂ］＝０．６１の場合より顕著ではない。実際、［Ｐ］／［Ｂ］の比率が、約１．１を超えて増加するにつれて、抵抗率の範囲は、シリコン原料中のリンの増加した濃度が、ホウ素と比較して、より低いリンの析出係数を過補償するため、共ドーピングを伴わない場合と比較して、増加し得る。
【００３８】
ＰおよびＢに対するドーピングレベルは、限定ではなく、一例としてのみ提供されることに留意されたい。共ドーパントＰおよびＢのレベルは、種々のレーンにおいて成長させられる結晶性シートに対する他の所望の平均抵抗率を達成するように調節されることができる。さらに、前述の実施例は、４つのレーン炉に対するものであるが、本発明の実施形態は、複数の結晶性シート成長レーンを伴う任意の炉に適用可能である。本発明の特定の実施形態では、原料は、重量によるリンとホウ素との濃度比が、０．４から１．０の範囲であるように、ドープされる。これらのばらつきはすべて、添付の請求項に説明されるように、本発明の範囲内である。
【００３９】
（２．ホウ素およびヒ素ドーパント）
本発明の他の実施形態では、シリコン原料は、リンおよびホウ素以外のドーパントでドープされ、ｐ−型結晶性シートを達成する。例えば、ｐ−型ドーパントは、ホウ素を含み得る一方、ｎ−型ドーパントは、ヒ素を含み得る。
【００４０】
以下の条件下、導入されるシリコン原料を伴う、共ドーピングを行わない４つのレーン炉の場合、
・約６３重量ｐｐｂのホウ素（ｐ−型ドーパント）濃度
・約０．１重量ｐｐｂのヒ素（ｎ−型ドーパント、痕跡量のみ）濃度
・融液廃棄物除去率＝０．５％、
シミュレーションによって、これらのパラメータによって成長させられた結晶性シートの抵抗率が、以下となるであろうと示された。
【００４１】
【表５】
2014503452.tif 000007
これらのｐ−型結晶性シートの平均抵抗率は、約２．７５ｏｈｍ−ｃｍである。
【００４２】
以下の条件で、導入されるシリコン原料を伴う共ドーピングを行う、４つのレーン炉の場合、
・約６９重量ｐｐｂのホウ素（ｐ−型ドーパント）濃度
・約６２重量ｐｐｂのヒ素（ｎ−型ドーパント）濃度
・融液廃棄物除去率＝０．５％。
したがって、材料導入領域において、［Ａｓ］／［Ｂ］＝０．９である。
シミュレーションによって、これらのパラメータによって成長させられた結晶性シートの抵抗率が、以下となるであろうと示された。
【００４３】
【表６】
2014503452.tif 000008
全シートに対する平均抵抗率は、２．７５ｏｈｍ−ｃｍである。結晶性シートにおける抵抗率の範囲は、したがって、原料の共ドーピングを行わないシートの形成と比較して、約５０％減少される。
【００４４】
以下の条件で、導入されるシリコン原料を伴う共ドーピングを行う、４つのレーン炉の場合、
・約８３重量ｐｐｂのホウ素（ｐ−型ドーパント）濃度
・約２０８重量ｐｐｂのヒ素（ｎ−型ドーパント）濃度
・融液廃棄物除去率＝５％。
したがって、材料導入領域において、［Ａｓ］／［Ｂ］＝２．４９である。
シミュレーションによって、これらのパラメータによって成長させられた結晶性シートの抵抗率が、以下となるであろうと示された。
【００４５】
【表７】
2014503452.tif 000009
結晶性シートにおける抵抗率の範囲は、したがって、原料の共ドーピングを行わないシートの形成と比較して、約８０％減少される。本発明の特定の実施形態では、重量によるヒ素とホウ素ドーパントとの濃度比は、０．９から２．５の範囲である。
【００４６】
シリコンに対するホウ素−リンおよびホウ素−ヒ素共ドーパントは、抵抗率範囲減少に及ぼす共ドーピングの影響を示すために、限定ではなく、一例としてもたらされる。共ドーピングシリコン原料によるｐ−型結晶性シートの抵抗率範囲の減少は、他のｐ−型およびｎ−型ドーパントの組み合わせにも適用可能である。すべてのそのような組み合わせは、添付の請求項に説明されるように、本発明の範囲内である。
【００４７】
（Ｂ．減少した抵抗率範囲を伴うＮ−型結晶性シートを産生する共ドーピング）
類似方式において、共ドーピングが、多レーン炉のレーンにおいて成長させられるｎ−型結晶性シート間の抵抗率の範囲を減少させるために採用されることができる。
（１．ヒ素およびガリウムドーパント）
例えば、本発明のさらなる実施形態では、ｎ−型ドーパントは、ヒ素を含み得る一方、ｐ−型ドーパントは、ガリウムを含み得る。
【００４８】
以下の条件で、導入されるシリコン原料を伴う共ドーピングを行わない、４つのレーン炉の場合、
・約２１６重量ｐｐｂのヒ素（ｎ−型ドーパント）濃度
・約０．１重量ｐｐｂのガリウム（ｐ−型ドーパント、痕跡量のみ）濃度
・融液廃棄物除去率＝１％、
シミュレーションによって、これらのパラメータによって成長させられた結晶性シートの抵抗率が、以下となるであろうと示された。
【００４９】
【表８】
2014503452.tif 000010
これらのｎ−型結晶性シートの平均抵抗率は、約２．７５ｏｈｍ−ｃｍである。
【００５０】
本発明の別の実施形態では、以下の条件で、導入されたシリコン原料を伴う４つのレーン炉の場合、
・約２４３重量ｐｐｂのヒ素（ｎ−型ドーパント）濃度
・約４３８重量ｐｐｂのガリウム（ｐ−型ドーパント）濃度
・融液廃棄物除去率＝０．５％。
したがって、材料導入領域において、［Ｇａ］／［Ａｓ］＝１．８である。
シミュレーションによって、これらのパラメータによって成長させられたシートの抵抗率は、以下となるであろうことが示された。
【００５１】
【表９】
2014503452.tif 000011
結晶性シートにおける抵抗率の範囲は、したがって、原料の共ドーピングを行わない、シートの形成と比較して、約３１％減少される。シートの平均抵抗率は、２．７５ｏｈｍ−ｃｍのままである。
【００５２】
本発明の別の実施形態では、以下の条件で、導入されたシリコン原料を伴う４つのレーン炉の場合、
・約２９０重量ｐｐｂのヒ素（ｎ−型ドーパント）濃度
・約１１０５重量ｐｐｂのガリウム（ｐ−型ドーパント）濃度
・融液廃棄物除去率＝１％。
したがって、材料導入領域において、［Ｇａ］／［Ａｓ］＝３．８１である。
シミュレーションによって、これらのパラメータによって成長させられたシートの抵抗率は、以下となるであろうことが示された。
【００５３】
【表１０】
2014503452.tif 000012
結晶性シートにおける抵抗率の範囲は、したがって、原料の共ドーピングを行わない、シートの形成と比較して、約５９％減少される。シートの平均抵抗率は、２．７５ｏｈｍ−ｃｍのままである。
【００５４】
本発明の別の実施形態では、以下の条件で、導入されたシリコン原料を伴う４つのレーン炉の場合、
・約５１３重量ｐｐｂのヒ素（ｎ−型ドーパント）濃度
・約６２６５重量ｐｐｂのガリウム（ｐ−型ドーパント）濃度
・融液廃棄物除去率＝５％。
したがって、材料導入領域において、［Ｇａ］／［Ａｓ］＝１２．２である。
シミュレーションによって、これらのパラメータによって成長させられたシートの抵抗率は、以下となるであろうことが示された。
【００５５】
【表１１】
2014503452.tif 000013
結晶性シートにおける抵抗率の範囲は、したがって、原料の共ドーピングを行わない、シートの形成と比較して、約６４％減少される。シートの平均抵抗率は、２．７５ｏｈｍ−ｃｍのままである。本発明の特定の実施形態では、重量によるガリウムとヒ素ドーパントとの濃度比は、１．０から１３．０の範囲である。
【００５６】
（２．リンおよびガリウムドーパント）
類似方式において、共ドーピングが、多レーン炉のレーンにおいて成長させられるｎ−型結晶性シート間の抵抗率の範囲を減少させるために採用されることができ、ｎ−型ドーパントは、リンを含み得る一方、ｐ−型ドーパントは、ガリウムを含み得る。
以下の条件で、導入されるシリコン原料を伴う共ドーピングを行わない、４つのレーン炉の場合、
・約０．１重量ｐｐｂのガリウム（ｐ−型ドーパント、痕跡量のみ）濃度
・約７９重量ｐｐｂのリン（ｎ−型ドーパント）濃度
・融液廃棄物除去率＝０．５％、
シミュレーションによって、これらのパラメータによって成長させられた結晶性シートの抵抗率が、以下となるであろうと示された。
【００５７】
【表１２】
2014503452.tif 000014
これらのｎ−型結晶性シートの平均抵抗率は、約２．７５ｏｈｍ−ｃｍである。
【００５８】
本発明の別の実施形態では、以下の条件で、導入されたシリコン原料を伴う４つのレーン炉の場合、
・約３７８重量ｐｐｂのガリウム（ｐ−型ドーパント）濃度
・約９０重量ｐｐｂのリン（ｎ−型ドーパント）濃度
・融液廃棄物除去率＝０．５％。
したがって、材料導入領域において、［Ｇａ］／［Ｐ］＝４．２である。
シミュレーションによって、これらのパラメータによって成長させられたシートの抵抗率は、以下となるであろうことが示された。
【００５９】
【表１３】
2014503452.tif 000015
結晶性シートにおける抵抗率の範囲は、したがって、原料の共ドーピングを行わない、シートの形成と比較して、約３３％減少される。シートの平均抵抗率は、２．７５ｏｈｍ−ｃｍのままである。
【００６０】
本発明の別の実施形態では、以下の条件で、導入されたシリコン原料を伴う４つのレーン炉の場合、
・約４９５５重量ｐｐｂのガリウム（ｐ−型ドーパント）濃度
・約１７０重量ｐｐｂのリン（ｎ−型ドーパント）濃度
・融液廃棄物除去率＝０．５％。
したがって材料導入領域において、［Ｇａ］／［Ｐ］＝２９．１である。
シミュレーションによって、これらのパラメータによって成長させられたシートの抵抗率は、以下となるであろうことが示された。
【００６１】
【表１４】
2014503452.tif 000016
結晶性シートにおける抵抗率の範囲は、したがって、原料の共ドーピングを行わない、シートの形成と比較して、約６２％減少される。シートの平均抵抗率は、２．７５ｏｈｍ−ｃｍのままである。本発明の特定の実施形態では、重量によるガリウムとヒ素ドーパントとの濃度比は、４．０から３０．０の範囲である。
【００６２】
ガリウム−リンおよびガリウム−ヒ素共ドーパントは、限定としてではなく、一例として提供される。共ドーピング原料によって、ｎ−型結晶性シートにおける抵抗率範囲の減少は、他のｐ−型およびｎ−型ドーパントの組み合わせにも適用可能である。すべてのそのような組み合わせは、添付の請求項によって説明されるように、本発明の範囲内である。
【００６３】
前述の本発明の実施形態は、単に、例示的であると意図される。多数の修正が、当業者に明白となるであろう。例えば、多レーン成長炉は、材料除去領域を有する必要はなく、方法は、前述の例示的炉以外の成長炉の他の構成にも適用可能である。すべてのそのような範囲および修正は、任意の添付の請求項に定義されるように、本発明の範囲内であると意図される。
【図１】
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【図２】
2014503452.tif 000018
【図３Ａ】
2014503452.tif 000019
【図３Ｂ】
2014503452.tif 000020
【図４】
2014503452.tif 000021
【国際調査報告】
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