在炉中将硅带暴露于气体制造技术

一种用于从熔体生产带的系统，包括用于容纳熔体的坩埚和冷块。冷块具有直接地面对熔体的暴露面的表面。使用冷块在熔体上形成带。炉可操作地连接至坩埚。带在从熔体中移出后穿过炉。炉包括至少一个喷气嘴。喷气嘴可以掺杂带、在带上形成扩散阻挡物、和/或钝化带。带的一部分穿过炉，同时使用冷块在坩埚中形成带的一部分。分。分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在炉中将硅带暴露于气体
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年5月13日提交并分配有美国专利申请No.62/847,290的临时专利申请的优先权，其公开内容通过引用并入本文。


[0003]本公开涉及从熔体生产硅带。

技术介绍

[0004]硅晶片或板片可用于，例如，集成电路或太阳能电池行业。随着对可再生能源的需求增加，对太阳能电池的需求不断增加。太阳能电池行业的一项主要成本是用于制造太阳能电池的晶片或板片。晶片或板片成本的降低可能会降低太阳能电池的成本，并使这种可再生能源技术更加盛行。一种已研究的用于降低太阳能电池材料成本的有前途的方法是水平带状生长(HRG)技术，其中结晶的板片沿着熔体的表面水平地拉动。在该方法中，熔体表面的一部分被充分地冷却以在晶种的帮助下局部地开始结晶，然后可以沿着熔体表面拉伸以形成结晶的板片。局部冷却可以通过提供一种装置来实现，该装置快速地移除熔体表面的开始结晶的区域上方的热。在适当的条件下，可以在该区域建立结晶板片的稳定前缘。
[0005]为了在稳态条件下维持该琢面前缘的生长，其中生长速度与单晶板片或“带”的提拉速度相匹配，可以通过结晶器在结晶区域中施加强烈冷却。这可能导致形成初始厚度与施加的冷却强度相称的单晶板片。在硅带生长的情况下，初始厚度经常约为1至2mm。对于诸如由单晶板片或带形成太阳能电池的应用，目标厚度可以约为200μm或更小。这需要减小初始形成的带的厚度。这可以通过在沿拉动方向拉动带时在容纳熔体的坩埚区域上加热带来实现。由于在带与熔体接触的同时带被拉过该区域，给定厚度的带可以回熔，从而将带厚度减小到目标厚度。这种回熔方法特别适用于所谓的漂浮硅法(FSM)，其中根据上文一般描述的程序在硅熔体的表面上形成硅板片。
[0006]在传统的带状晶体生长工艺中，带在离开炉室之前冷却至合理温度时从坩埚行进通过惰性气氛。与带生长炉分开，附加的工艺步骤然后在专门的气体混合物中重新加热和停留晶片，以提高材料质量(缺陷工程和污染减轻)并创建所需的装置架构。此外，快速热处理(RTP)工艺会在高温下加热并停留晶片，以除去氧气并减少缺陷。
[0007]在一台机器中生产带，然后使用不同的机器处理该带是低效的并且增加了制造成本。使用单独的机器还会增加污染或产生的缺陷，这会影响太阳能电池或其他装置的性能。需要改进的系统和方法。

技术实现思路

[0008]在第一实施方案中提供了一种系统。一种系统包括用于容纳熔体的坩埚、具有直接地面对熔体的暴露面的冷块表面的冷块、可操作地连接至坩埚的炉、和气体源。冷块被配置为在冷块表面产生冷块温度，该冷块温度低于暴露面处的熔体的熔融温度，由此带在熔
体上形成。带在从熔体中移出后穿过炉，使得带的一部分穿过炉，同时使用冷块在坩埚中形成带的一部分。炉包括至少一个喷气嘴。气体源与喷气嘴流体连通。气体源容纳气体，该气体掺杂带、在带上形成表面氧化物或其他扩散阻挡物、钝化带、和/或改变带的机械性能。熔体和带可以包括硅或其他材料。
[0009]该系统可以包括多个喷气嘴。喷气嘴可以布置在多个区域中。每个区域都可以用气帘隔开。每个区域可以提供不同的气体。
[0010]气体源可以是包括氩气和氢气的混合物的合成气气体源、包括氩气和氮气的混合物的合成气源、POCl3气体源或氧气气体源中的一种。
[0011]炉可以被配置为具有大于0psi至20psi的氩气气氛。
[0012]喷气嘴可以将气体引导至带的顶部或底部。
[0013]喷气嘴可以以相对于带的表面成0
°
至90
°
的角度将气体引导至带。
[0014]炉可以使用喷气嘴支撑带。
[0015]在第二实施方案中提供了一种方法。该方法包括在坩埚中提供熔体。带可以使用具有直接地面对熔体的暴露面的冷块表面的冷块在熔体上水平地形成。以小角度将带从熔体中拉离熔体表面。将带从熔体输送至炉。将带的一部分输送通过炉，同时使用冷块形成带的另一部分。在炉中使用至少一个喷气嘴将气体引导至带的一部分。气体掺杂带，在带上形成表面氧化物或其他扩散阻挡物，钝化带和/或改变带的机械性能。在引导后将带的一部分通过炉的出口输送，同时使用冷块形成带的另一部分。熔体和带可以包括硅或其他材料。
[0016]炉可包括多个气体喷嘴。喷气嘴可以布置在多个区域中。每个区域可以将不同的气体引导至带。
[0017]在一个例子中，气体是包括氩气和氢气的混合物或包括氩气和氮气的混合物的合成气。在另一个例子中，气体是含掺杂剂的气体。掺杂剂可以是磷。在另一个例子中，气体是氧气。
[0018]炉可以被配置为具有大于0psi至20psi的氩气气氛。
[0019]气体可以被引导至带的顶部或底部。
[0020]气体可以以相对于带的表面成0
°
至90
°
的角度引导至带。
[0021]气体可以以大于0m/s至100m/s引导。
附图说明
[0022]为了更全面地理解本公开的本质和目的，应参考结合附图进行的以下详细说明，其中：
[0023]图1是根据本公开的带在从坩埚行进至炉出口时暴露于性能增强气体的实施方案的图；
[0024]图2是图示了根据本公开的方法的实施方案的流程图；
[0025]图3是根据本公开的带在从坩埚行进至炉出口时暴露于性能增强气体的另一个实施方案的图；以及
[0026]图4是在有带的区域中用于喷气嘴的气体出口的俯视图。
具体实施方式
[0027]尽管将根据某些实施方案来描述要求保护的主题，但其他实施方案，包括未提供本文阐述的所有益处和特征的实施方案，也在本公开的范围内。在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种结构、逻辑、工艺步骤和电子改变。因此，本公开的范围仅通过参考所附权利要求来定义。
[0028]本专利技术实施方案提供使用水平生长来生长从熔体形成的半导体材料(诸如硅)的连续结晶板片的系统。特别地，本文公开的系统被配置为将气体引导至所得的带。本文公开的实施方案包括带生长炉，其在带冷却和/或离开炉之前将硅带暴露于气体混合物。这可以消除对附加机器或再加热能源的需求。这还可以提供增强的能力或材料性能。虽然在本文公开的实施方案中列出了一些气体，但其他气体也是可能的。
[0029]本文公开的实施方案可以降低带或所得晶片被污染或产生缺陷的风险。通过在带形成中包括一个或多个气体暴露步骤，可以减少或最小化带在高温下花费的时间。带在高温下典型地最容易受到污染或产生缺陷。例如，金属物质在高温下可以迅速扩散到带中，这将降低所得晶片的最终电性能。虽然高温会使氧气从带中除去，但污染可能会掺入带中。污染会对所得装置的性能产生负面影响。因此，本文公开的实施方案可以在清洁的环境中进行，再加热带或晶片花费的时间更少。
[0030]长的或悬挂的带最终会下垂或遭受重力载荷直至带材料(例如硅)屈服点。接近熔融温度，硅的屈服应力相对较低。因此，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，包括：坩埚，用于容纳熔体；冷块，具有直接地面对所述熔体的暴露面的冷块表面，所述冷块被配置为在所述冷块表面产生冷块温度，所述冷块温度低于所述暴露面处的所述熔体的熔融温度，由此在所述熔体上形成带；炉，可操作地连接至所述坩埚，其中所述带在从所述熔体中移出后穿过所述炉，使得所述带的一部分穿过所述炉，同时使用所述冷块在所述坩埚中形成所述带的一部分，其中所述炉包括至少一个喷气嘴；和气体源，与所述喷气嘴流体连通，其中所述气体源容纳气体，所述气体掺杂所述带、在所述带上形成表面氧化物或其他扩散阻挡物、和/或钝化所述带。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述炉包括多个所述喷气嘴。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述喷气嘴布置在由气帘隔开的多个区域中，其中每个所述区域提供不同的气体。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述气体源是包括氩气和氢气的合成气气体源、包括氩气和氮气的合成气源、POCl3气体源、或氧气气体源中的一种。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述炉被配置为具有大于0psi至20psi的氩气气氛。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述喷气嘴将气体引导至所述带的顶部或底部。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述喷气嘴以相对于所述带的表面成0
°
至90
°
的角度将气体引导至所述带。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述炉使用所述喷气嘴支撑所述带。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述熔体和所述带包括硅。10.一种方法，包括：在坩埚中提供熔体；使用冷块在所述熔体上水...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾莉森，
申请(专利权)人：尖端设备技术公司，
类型：发明
国别省市：