在熔体表面上形成的结晶片材的主动边缘控制制造技术

光学传感器被配置为检测熔体和熔体上的固体带之间的发射率差异，该固体带可以是硅。光学传感器与冷初始化器定位在坩埚的同一侧。使用光学传感器检测熔体和在熔体上的带之间的发射率差异。这种发射率差异可以用于确定和控制带的宽度。控制带的宽度。控制带的宽度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在熔体表面上形成的结晶片材的主动边缘控制
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年2月19日提交并分配有美国专利申请No.62/978,484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]关于联邦资助的研究或开发的声明
[0004]本专利技术是在美国能源部授予的奖励号DEEE0008132下在政府支持下完成的。政府对本专利技术享有一定的权利。


[0005]本公开涉及从熔体中形成结晶片材。

技术介绍

[0006]硅晶片或板片可用于，例如，集成电路或太阳能电池工业。以前，切割硅晶片是通过线锯从浮动区工艺、直拉(Cz)法、利用磁场控制氧的改进的直拉法或定向凝固(“铸造”)法制成的大硅晶锭或梨晶(boule)来制造的。
[0007]非常期望一种由多晶硅原料直接生产单晶晶片的单步、连续工艺。生产网状晶片的连续、直接晶片工艺消除了许多昂贵的下游工艺步骤(如线锯)，并且可以生产出具有比离散Cz晶锭生产更均匀的特性的晶片。不幸的是，历史上的直接硅晶片工艺无法制造出全尺寸单晶硅晶片。具体地，竖直带工艺(如边缘进给生长和线带)以及水平基板工艺(如基板上的带生长或直接晶片)可生产多晶硅晶片。一种被称为树枝状纤网的竖直带工艺显示出制造单晶晶片的能力，然而在变得不稳定之前，该工艺仅能生产窄的材料(约2英寸宽)。太阳能和半导体装置需要更大的晶片(>4英寸)来进行经济的装置制造。已执行了通过在多孔硅基板上外延生长全尺寸硅晶片来直接制造单晶硅晶片，然后将其与多孔基板机械分离。通过外延生长生产晶片是昂贵的，并且会出现少数载流子寿命(MCL)限制缺陷，如堆叠层错和位错级联。
[0008]已研究的降低太阳能电池材料成本的一种有前途的方法是浮动硅法(FSM)，它是一种水平带生长(HRG)技术，其中沿着熔体表面水平地拉动结晶的板片。在该方法中，熔体表面的一部分被充分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(同时漂浮)以形成单晶的板片。局部冷却可以通过采用一种装置来实现，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，可以在该区域中建立结晶板片的稳定前缘。在Cz或其他带生长工艺中无法形成琢面前缘(faceted leading edge)，而琢面前缘的形成可以增加生长界面的固有稳定性。
[0009]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”的拉动速度相匹配，可以通过结晶器在结晶区域中施加强烈冷却。这会导致形成初始厚度与施加的强烈冷却分布相称的单晶板片。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。这可能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FSM，其中根据上文一般描述的程序形成漂浮在硅熔体的表面上的硅板片。
[0010]使带变薄所涉及的一个挑战是在带边缘附近变薄。在带边缘附近提供的“薄化热量”可以横向扩散到带的边缘侧处(不仅仅是底部)的熔体，从而导致带变窄。随着带变窄，边缘处可用的薄化热量会更多，导致进一步过热和进一步变窄，从而导致正反馈(即，不稳定性)，这会导致带严重的、不受控制的变窄。
[0011]需要改进技术以形成带或晶片。

技术实现思路

[0012]在第一实施方案中提供了一种用于控制在熔体表面上生长的结晶带的厚度的设备。该设备包括被配置为容纳熔体的坩埚、面向熔体的暴露面的冷初始化器、分段减薄控制器和被配置为检测熔体和熔体上的固体带之间的发射率差异的光学传感器。分段减薄控制器被配置为调整形成在熔体上的带的宽度和厚度。光学传感器定位在坩埚的上方且与冷初始化器位于坩埚的同一侧上，使得光学传感器定位在分段减薄控制器的一侧且与冷初始化器相对。
[0013]分段减薄控制器可以包括分段冷却单元和均匀回熔加热器或分段回熔加热器。
[0014]该设备还可以包括与光学传感器和分段减薄控制器进行电子通信的处理器。该处理器可以被配置为基于用光学传感器检测到的带的宽度来调整分段减薄控制器。该处理器还可以被配置为调整分段减薄控制器的一个或两个最外段。调整可以包括改变气体流速或加热器温度。
[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。熔体可以包括硅。使用面向熔体的暴露面的冷初始化器在熔体的表面上形成带。带是单晶。以带形成的速度拉动带。使用设置在熔体下方的加热器通过熔体对带施加热量。用分段减薄控制器使带变薄。使用至少一个光学传感器检测熔体和在熔体上的带之间的发射率差异。在形成稳定弯液面的坩埚的壁处将带与熔体分离。
[0016]该方法还可以包括使用光学传感器测定固体带的宽度。
[0017]该方法还可以包括使用分段减薄控制器控制宽度。该控制可以包括基于结晶带的宽度调整分段减薄控制器。调整可以包括改变分段减薄控制器中冷块的温度和/或改变从分段减薄控制器发射的气体射流的气体流速。
[0018]分段减薄控制器可以包括分段冷却单元和均匀回熔加热器或分段回熔加热器。
附图说明
[0019]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：
[0020]图1图示了示例性系统中的主动边缘控制；
[0021]图2图示了根据本公开的使用主动边缘控制的系统；和
[0022]图3是根据本公开的方法的流程图。
具体实施方式
[0023]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。
[0024]可以在FSM工艺中执行主动边缘控制。可以使用固体和液体之间的发射率差异来光学检测晶片的边缘。固体带具有比围绕它的液体更高的发射率，使其看起来更亮。这种效果可以通过使用液体的高反射率来增强。如果朝向熔体顶侧的视口与熔体表面垂直定位，则视口通过隔热件的冷孔从熔体反射回来为暗斑。熔体通常也会在一定程度的波扰动下振荡，而固体带几乎不经历振动。使用这些效果的组合，相机或其他类型的光学传感器可以确定带边缘的位置。这种晶片边缘检测可以用于控制冷却和/或加热单元，诸如在冷却减薄控制器(CTC)中的边缘控制冷却元件或回熔加热器。因此，在实施方案中，从上方冷却和/或从下方加热可以用于实现带的均匀变薄。主动边缘检测可以用于使用边缘厚度控制元件提供负反馈以稳定带宽度。
[0025]虽然在带仍在熔体中时可能难以测量厚度分布(以获得实时厚度控制)，但可以确定带边缘的位置。这在图1中示出，光学边缘传感器可以使用硅固体和液体之间的发射率差异和/或熔体和带之间的振本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制在熔体表面上生长的结晶带的厚度的设备，包括：坩埚，所述坩埚被配置为容纳熔体；冷初始化器，所述冷初始化器面向所述熔体的暴露面；分段减薄控制器，其中所述分段减薄控制器被配置为调整在所述熔体上形成的带的宽度和厚度；和光学传感器，所述光学传感器被配置为检测所述熔体和所述熔体上的固体带之间的发射率差异，其中所述光学传感器定位在所述坩埚上方，且与所述冷初始化器位于所述坩埚的同一侧，并且其中所述光学传感器定位在所述分段减薄控制器的一侧且与所述冷初始化器相对。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述分段减薄控制器包括分段冷却单元和均匀回熔加热器。3.根据权利要求1所述的设备，还包括与所述光学传感器和所述分段减薄控制器进行电子通信的处理器，其中所述处理器被配置为基于用所述光学传感器检测到的所述带的宽度来调整所述分段减薄控制器。4.根据权利要求3所述的设备，其中所述处理器被配置为调整所述分段减薄控制器的至少一个最外段。5.根据权利要求3所述的设备，其中所述调整包括改变气体流速或加热器温度。6.一种方法，包括：在...

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