Estimation of the impurity segregation in the multi-crystalline silicon ingot grown with UMG (Upgraded Metallurgical Grade) silicon

Production of the silicon feedstock for the semiconductor industry cannot meet the requirement for the solar cell industry because the production volume is too small and production cost is too high. This situation stimulates the solar cell industry to try the lower grade silicon feedstock like UMG (Upgraded Metallurgical Grade) silicon of 5$\sim$6 N in purity. However, this material contains around 1 ppma of dopant atoms like boron or phosphorous. Calculation of the composition profile of these impurities using segregation coefficient during crystal growth makes us expect the change of the type from p to n : boron rich area in the early solidified part and phosphorous rich area in the later solidified part of the silicon ingot. It was expected that the change of the growth speed during the silicon crystal growth is effective in controlling the amount of the metal impurities but not effective in reducing the amount of dopants.

UMG(Upgraded Metallurgical Grade) 규소 이용한 다결정 잉곳의 불순물 편석 예측

반도체용 규소 원료는 11 N급의 고순도이나 가격이 고가이고 또한 생산이 제한되어서 폭발적인 태양전지의 수요를 따르지 못하고 있어 저급(5$\sim$6 N)의 UMG(Upgraded Metallurgical Grade)를 사용하자 하는 노력이 진행 중이다. 이 5$\sim$6 N급에서는 dopant 원소인 붕소(B)외 인(P)의 농도가 1 ppm 이상 존재한다. 이들 원료를 사용하여서 결정 성장을 하였을 경우에 존재하는 여러 불순물들의 편석계수(segregation coefficient)를 활용하여 화학적, 전기적 성질을 예상 하여본 결과 결정성장 초기에는 붕소(B)의 농도가 인(P) 보다 높아 p영역이 발생하고 후반부에는 인의 농도가 붕소 보다 높아 n 형 기판이 생성됨을 보았다. 또한 응고속도를 조절하여 여러 불순물을 제거하고자 히는 노력은 편식계수가 적은 금속 일소들의 제거에는 효과적이나 편석계수가 큰 붕소와 인의 제거에는 효과가 크지 않음을 예상 할 수 있다.