优化硅膜厚度均匀性的模具形状制造技术

一种制造半导体材料的固体层（140）的方法，该方法包括选择模具（100），该模具具有前缘厚度（104）和不同的后缘厚度（106），使得在固体层厚度与前缘和后缘在熔融半导体材料（120）中的有效浸入时间的各关系图中，与前缘和后缘相邻的固体层厚度基本相等。将模具浸入熔融半导体材料（120）中并取出，在该模具的外表面（102）上形成半导体材料的固体层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优化硅膜厚度均匀性的模具形状相关申请交叉参考本申请根据35U. S.C. §120要求2010年7月27日提交的美国申请序列第 12/844305号的优先权，以其内容为基础并通过参考全文结合于此。专利
本专利技术涉及制造半导体材料制品的方法，更具体涉及在成形模具的外表面上形成半导体材料制品的外铸形方法。技术背景半导体材料用于许多应用中，例如可结合到电子器件如光伏器件中。光伏器件通过光伏效应将光辐射转化成电能。半导体材料的性质可取决于多种因素，包括晶体结构、固有缺陷的浓度和种类，以及掺杂剂和其他杂质的存在和分布。在半导体材料中，例如晶粒粒度和粒度分布会影响所得器件的性能。例如，基于半导体的器件(如光伏电池)的导电性和由此决定的总体效率一般会随着晶粒增大和变得更均匀而得到改进。对于基于硅的器件，可采用各种技术形成硅。其例子包括作为锭、片或带形成的硅。硅可由下方基材承载或没有下方基材承载。但是这些制造承载型和非承载型硅制品的常规方法具有一些缺点。·制造非承载型半导体材料薄片(包括硅片)的方法可能是缓慢的，或者造成半导体原料的浪费。非承载型单晶半导体材料可例如采用佐克拉斯基(Czochralski)或布里奇曼 (Bridgman)方法制造。但是在将材料切割成薄片或晶片时，这些批量方法可能不利地导致显著的截口损失。可制造非承载型多晶半导体材料的其他方法包括电磁铸造和直接净形片生长方法如带生长方法。但是这些技术是缓慢而昂贵的。利用硅带生长技术生产的多晶硅带的形成速率通常仅约为1-2厘米/分钟。承载型半导体材料片能较为廉价地生产，但是半导体材料片可能受到在其上形成该半导体材料片的基材的限制，所述基材可能必须满足各种工艺和应用要求，这些要求可能是相互冲突的。用于生产非承载型多晶半导体材料的方法如2009年5月14日提交的共同拥有的美国专利申请第12/466143号和2009年2月27日提交的共同拥有的美国专利申请第 12/394608号中所述，这些申请的内容通过参考结合于此。如本文所述，本专利技术人现在发现了可制造承载型和非承载型半导体材料制品的另外的方法。所述方法可促进形成具有所需属性如均匀厚度的外铸形半导体材料，同时能减少材料浪费并提高生产速率。专利技术概述根据各种示例性的实施方式，提出了制造半导体材料的固体层的外铸形方法，该方法包括选择模具，该模具具有前缘厚度、后缘厚度以及将前缘与后缘分开的长度，使得在将前缘和后缘浸入熔融半导体材料中的第一和第二浸入时间中，在固体层厚度-有效浸入时间的各图中，与前缘和后缘相邻的固体层的厚度基本与目标厚度相等。然后将模具浸入熔融半导体材料中并取出，在该模具的外表面上形成半导体材料的固体层，其中将该模具的前缘浸入第一浸入时间，将该模具的后缘浸入第二浸入时间。如本文所用，术语“半导体材料”包括能表现出半导体性质的材料，例如硅、硅的合金与化合物、锗、锗的合金与化合物、砷化镓、砷化镓的合金与化合物，以及它们的组合。在各种实施方式中，半导体材料可以是纯净的(例如本征硅或i型硅)或掺杂的(例如分别包含至少一种η型或P型掺杂剂如磷或硼的硅)。如本文所用，“半导体材料制品”、“外铸形制品”及其变体包括使用所述方法制造的任意形状或形式的半导体材料。这些制品的例子可以是光滑的、织构化的、平坦的、曲面的、弯曲的、成角度的、致密的、多孔的、对称的或不对称的。半导体材料的制品可包括诸如片、晶片或管之类的形式。术语“模具”表示可在其外表面上形成半导体材料制品的物理结构。不需要熔融或固体半导体材料与模具的外表面物理接触，不过也可以发生接触。术语“模具外表面”表示在将模具浸入熔融半导体材料中时，暴露于熔融半导体材料的模具表面。术语“承载”表示半导体材料制品与模具一体化。承载型半导体材料制品可任选地保留在模具上用于进一步加工。术语“非承载”表示半导体材料制品没有与模具一体化。非承载型半导体材料制品在形成时可由模具承载，但之后从该模具分离。术语“在模具外表面上形成半导体材料固体层”及其变体表示来自熔融半导体材料的至少一些半导体材料在模具外表面上凝固。术语“晶体”表示包含晶体结构的任何材料，包括例如单晶和多晶半导体材料。 术语“多晶”包括任何包含多个晶粒的材料。例如多晶材料可包括微晶和纳米晶材料。术语“熔融半导体材料的温度”、“熔融半导体材料的体相温度”及其变体表示容器内包含的熔融半导体材料的平均温度。熔融半导体材料内的局部温度在任意时间点可能发生空间变化，例如靠近熔体-容器或熔体-气氛边界，或者将模具浸入时靠近模具的熔融半导体材料的区域中。在各种实施方式中，尽管存在局部的温度变化，但是熔融半导体材料的平均温度是基本均匀的。如本文所用，术语“过冷”表示将材料冷却到低于转变温度但不发生转变的过程。 例如液体的过冷量是该液体的测定温度和凝固温度之间的温度差。过冷量可按摄氏度rc) 或华氏度(° F)测定。如本文所用，除非有另外指明，否则，术语“平均浸入时间”表示将模具浸入熔融半导体材料中的平均时间。对于长度为L的模具，并假设在浸入和取出过程中没有加速或减速，平均浸入时间等于L/2Va +L/2V a +t ff g，其中V 1和V a分别是浸入速度和取出速度，t ff g是浸入和取出之间的任选的停留时间(例如保持时间)。在浸入速度等于取出速度且停留时间为零的实施方式中，平均浸入时间简化成等于L/V。对于长度为L的模具，对应于模具前缘的“第一浸入时间”等于L/Va+L/Va+tffg，对应于模具后缘的“第二浸入时间”等于t停留。本文描述了影响在外铸形工艺过程中形成的固体层的厚度、厚度变化和/或形态的方法。在以下描述部分中，一些方面和实施方式将是显而易见的。应该理解，本专利技术就其最宽泛意义来说，可以在没有这些方面和实施方式中的一个或多个特征的情况下实施。还应该理解，这些方面和实施方式仅仅是示例性和说明性的，并非对所要求权利的专利技术进行限制。附图简要描述在下文中描述的以下附图结合在本说明书中，并构成说明书的一部分，这些附图说明了示例性的实施方式，不应认为是对本专利技术范围的限制。附图不一定按比例绘制，附图中的某些特征和某些视图可能放大显示，或者为了清楚简明而示意显示。图1A-1L显示了制造半导体材料制品的示例性外铸形方法；图2是固体层厚度-浸入时间的理论图3是根据一个实施例的固体层厚度-浸入时间图4是对应于各种模具厚度的一系列固体层厚度-浸入时间图5是根据各种实施方式的模具几何形状的示例；和图6是对于不同模具厚度的最大固体层厚度-初始模具温度图。专利技术详述在外铸形工艺中，将固体模具浸入一定体积的熔融半导体材料中，然后取出。主要由于热量损失到模具和环境中的原因，有一部分熔融半导体材料经历液-固相转变，导致在模具的外表面上形成半导体材料的固体层。在该工艺中，模具同时作为散热器和用于发生凝固的固体形体。通过控制浸入时间，可以同时影响固体层厚度和固体层厚度变化。应该理解，在浸入和取出操作中，模具前缘在模具后缘之前进入熔融半导体材料中，因此模具前缘的浸入总时间较长。该时间沿着模具长度(即浸入和取出方向上的长度) 分布，该分布会在所得固体层的性质(包括固体层厚度)中引入变化。如本文所述，时间分布的影响可通过适当调节外铸形过程中的传热动力学而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.27 US 12/844,3051.一种形成半导体材料的固体层的方法，其包括 确定固体层的目标厚度； 选择具有一定前缘厚度、后缘厚度以及分隔前缘和后缘的长度的模具，使得在将前缘和后缘分别浸入熔融半导体材料的第一和第二浸入时间内，在固体层厚度-有效浸入时间的各曲线图中，与前缘和后缘相邻的固体层厚度基本等于目标厚度；和 将模具浸入熔融半导体材料中并取出，在模具外表面上形成半导体材料的固体层，其中将模具前缘浸入第一浸入时间，将模具后缘浸入第二浸入时间。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前缘厚度大于所述后缘厚度。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前缘厚度小于所述后缘厚度。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模具的厚度从前缘到后缘单调减小。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模具的厚度从前缘到后缘连续变化。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将模具沿其整体长度的至少90%浸入和取出。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将模具以基本恒定的速度浸入和取出。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模具包含熔凝氧化硅、石墨、氮化硅、单晶硅或多晶硅。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前缘厚度和所述后缘厚度独立地从约O.1毫米变化到100毫米。10.如权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·B·库克，P·马宗达，B·苏曼，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：
国别省市：