利用弹性与浮力从熔化物表面移离片材制造技术

本发明专利技术揭示关于片材生产的实施例。冷却材料的熔化物以在所述熔化物上形成所述材料的片材。以第一片材高度在第一区域中形成所述片材。将所述片材平移至第二区域，使得所述片材具有高于所述第一片材高度的第二片材高度。接着将所述片材与所述熔化物分离。可使用晶种晶圆来形成所述片材。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及自熔化物的片材形成，且更尤其涉及自熔化物移离片材。
技术介绍
硅晶圆或片材可用于例如集成电路或太阳能电池产业中。随着对再生性能源的需求增大，对太阳能电池的需求持续增大。大多数太阳能电池由硅晶圆(诸如，单晶硅晶圆) 制成。当前，晶体硅太阳能电池的主要成本为制造太阳能电池的晶圆。太阳能电池的效率或在标准照明下所产生的电力的量部分地受此晶圆的质量限制。随着对太阳能电池的需求增大，太阳能电池产业的一个目标为降低成本/电力比率。在不降低质量的情况下在制造晶圆成本方面的任何减少将降低成本/电力比率，且使得能够实现此干净能源技术的更广可用性。最高效率的硅太阳能电池可具有大于20%的效率。这些太阳能电池是使用电子级单晶硅晶圆制成。可通过锯切来自使用柴氏(Czochralski)方法所生长的单晶硅圆柱形人造晶体的薄片而制成这种晶圆。这些薄片可小于200 μ m厚。为了维持单晶生长，人造晶体必须自含有熔化物的坩埚缓慢地生长，诸如小于ΙΟμπι/s。后续锯切程序导致每晶圆大约 200μπι的锯口损耗，或归因于锯条的宽度的损耗。圆柱形人造晶体或晶圆亦可能需要被弄成方形以制成方形太阳能电池。方形化及锯口损耗两者导致材料浪费及材料成本增加。随着太阳能电池变得更薄，每切口浪费的硅百分比增大。对铸锭切片技术的限制可能阻碍获得较薄太阳能电池的能力。可使用自多晶硅铸锭所锯切的晶圆来制造其他太阳能电池。多晶硅铸锭可比单晶硅生长得快。然而，所得晶圆的质量较低，因为存在更多缺陷及晶界，这导致较低效率的太阳能电池。多晶硅铸锭的锯切程序与单晶硅铸锭或人造晶体一样效率低。 又一解决方案为自熔化物垂直地拉引硅的薄带，且接着允许所拉引的硅冷却且固化为片材。此方法的拉引速率可限于小于大约18_/分钟。在硅的冷却及固化期间的移离潜热必须沿着垂直带被移离。这导致沿着此带的大的温度梯度。此温度梯度对晶体硅带施加应力，且可导致不良质量的多晶粒硅。此带的宽度及厚度亦可归因于此温度梯度而受到限制。举例而言，宽度可限于小于80mm且厚度可限于180 μ m。自熔化物水平生产的片材可比自铸锭所切片的硅便宜，且可消除锯口损耗或归因于方形化的损耗。自熔化物水平生产的片材亦可比自熔化物垂直拉引的硅带便宜。此外， 与垂直或以与熔化物相交一角度拉弓I的硅带相比，自熔化物水平生产的片材可改良片材的晶体质量。诸如此方法的可降低材料成本的晶体生长方法可为用以降低硅太阳能电池的成本的主要致能步骤。已测试自熔化物实体(physically)拉引的水平娃带。在一种方法中，将附着至杆的晶种插入至熔化物中，且此杆及所得片材在坩埚的边缘之上以低角度被拉引。使此角度、表面张力及熔化物准位平衡，以防止熔化物溢出坩埚。然而，难以起始并控制此拉引程序。第一，使在坩埚边缘处所形成的弯准位的重力及表面张力平衡的倾斜角调整可为困难的。第二，若冷却板在此分离点附近，在片材与熔化物之间的分离点处沿着带的温度梯度可引起晶体的位错(dislocation)。第三，在熔化物上方使片材倾斜可导致在凝固尖端的应力。此凝固尖端可为片材最薄且最易碎之处，因此片材的位错或破裂可能发生。第四，可能需要复杂的拉引装置来获得低角度。必须在不会使熔化物溢出的情况下自熔化物表面移离片材。因此，在片材的下侧与熔化物之间的弯液面必须保持稳定或附着至容器。之前，已在熔化物中减小压力以维持弯液面。在一个实例中，低角度硅片材(Low AngleSilicon Sheet, LASS)以小角度使片材倾斜，且在熔化物上向上拉引。此相对于大气压力在熔化物中产生负压力，且提供抵靠弯液面的压力。在另一实例中，熔化物可在溢洪道的边缘之上流动。溢洪道项背中流体的下降在熔化物中提供负压力，以使弯液面稳定。亦可使用气喷嘴来增大弯液面上的局部压力。然而，在此项技术中需要自熔化物移离片材的改良方法，且更特定言之需要使用片材的弹性自熔化物移离片材的改良方法。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种片材生产方法。所述方法包括冷却材料的熔化物，以在所述熔化物的表面上形成所述材料的片材。以第一片材高度在第一区域中形成所述片材。将所述片材平移至第二区域，使得所述片材具有高于所述第一片材高度的第二片材高度。将所述片材与所述熔化物分离。根据本专利技术的第二方面，提供一种片材生产方法。所述方法包括将晶种晶圆插入至材料的熔化物中。所述熔化物具有在第一高度处的表面，所述第一高度高于含有所述熔化物的容器的边缘。在所述熔化物中将所述晶种晶圆平移至接近冷却板的区域。使所述熔化物的表面降低至低于所述第一高度的第二高度。使用此区域中的所述晶种晶圆在所述熔化物上形成所述材料的片材。平移所述片材以及所述晶种晶圆，且在所述容器的边缘处分离所述片材与所述熔化物。根据本专利技术的第三方面，提供一种片材生产方法。所述方法包括将晶种晶圆插入至材料的熔化物中。所述熔化物具有在第一高度处的表面，所述第一高度等于或低于含有所述熔化物的容器的边缘。将所述晶种晶圆平移至接近冷却板的区域。使用所述晶种晶圆在 所述熔化物上形成所述材料的片材。所述片材具有接近此区域的第一片材高度。平移所述片材以及所述晶种晶圆，且分离所述片材与所述熔化物。所述片材在所述分离之后具有高于所述第一片材高度的第二片材高度。附图说明为了更好地理解本专利技术，参看随附图式，所述图式以引用的方式并入本文中，并且其中图1为分离片材与熔化物的装置的实施例的横截面侧视图。图2为分离片材与熔化物的装置的第二实施例的横截面侧视图。图3为将片材接合至坩埚的弯液面的横截面侧视图。图4为针对倾斜片材的弯液面稳定化的横截面侧视图。图5为使用熔化物的弹性与浮力的弯液面稳定化的横截面侧视图。图图图图图图具体实施方式结合太阳能电池来描述本文的装置以及方法的实施例。然而，这些实施例亦可用以生产(例如)集成电路、平板、LED，或本领域技术人员已知的其他基板。此外，尽管熔化物在本文中描述为硅，但熔化物可含有锗、硅与锗、镓、氮化镓、其他半导体材料，或本领域技术人员已知的其他材料。因此，本专利技术不限于下文所述的特定实施例。图1为分离片材与熔化物的装置的实施例的横截面侧视图。片材形成装置21具有容器16。容器16例如可为钨、氮化硼、氮化铝、钥、石墨、碳化硅或石英。设置容器16用以容置熔化物10。此熔化物10可为硅。片材13将形成于熔化物10上。在一个例子中，片材13将至少部分地在熔化物10内浮动。尽管片材13在图1中被说明为在熔化物10中浮动，但片材13可至少部分地浸没在熔化物10中或可在熔化物10的顶部浮动。片材13所定位的深度部分地基于片材13与熔化物10的相对密度。在一个例子中，片材13的仅10% 自熔化物10顶部上方突起。熔化物10可在片材形成装置21内循环。此容器16界定至少一通道17。设置此通道17用以固持熔化物10，且熔化物10 自通道17的第一点18流动至第二点19。熔化物10例如可归因于压力差、重力、泵或其他运输方法而流动。熔化物10接着在溢洪道12之上流动。此溢洪道12可为斜坡、堰、岩脊、 小坝或转角，且不限于图1中所说明的实施例。溢洪道12可为允许片材13与熔化物10分离的任何形状。在一个特定实施例中，容器16可维持在稍微高于大约1685K的温度下。针对娃, 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】2010.05.06 US 61/332,062;2011.03.03 US 13/039,8081.一种片材生产方法，其包括冷却材料的熔化物，以在第一片材高度在第一区域中的所述熔化物的表面上形成所述材料的片材；将所述片材平移至第二区域，其中所述片材具有高于所述第一片材高度的第二片材高度；以及分离所述片材与所述熔化物。2.根据权利要求1所述的片材生产方法，其中所述材料为硅或硅与锗。3.根据权利要求1所述的片材生产方法，其还包括使所述熔化物以及所述片材流动。4.根据权利要求1所述的片材生产方法，其还包括使用流体力或机械力中的至少一个在所述分离之后支撑所述片材在所述第二片材高度。5.一种片材生产方法，其包括将晶种晶圆插入至材料的熔化物中，其中所述熔化物具有在第一高度处的表面，所述第一高度高于容置所述熔化物的容器的边缘；在所述熔化物中将所述晶种晶圆平移至接近冷却板的区域；降低所述熔化物的所述表面至低于所述第一高度的第二高度；使用所述区域中的所述晶种晶圆在所述熔化物上形成所述材料的片材；平移所述片材以及所述晶种晶圆；以及在所述容器的边缘处分离所述片材与所述熔化物。6.根据权利要求5所述的片材生产方法，其中所述材料为硅或硅与锗。7.根据权利要求5所述的片材生产方法，其还包括使所述熔化物以及所述片材流动。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼德·L·凯勒曼，孙大伟，布莱恩·海伦布鲁克，大卫·S·哈维，
申请(专利权)人：瓦里安半导体设备公司，
类型：
国别省市：