[發明專利]板厚控制

有效

• 申請號: 200980135584.0
• 申請日: 2009-08-12
• 公開（公告）號: CN102150283A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 彼德·L·凱勒曼;菲德梨克·卡爾森;法蘭克·辛克萊
• 申請（專利權）人: 瓦里安半導體設備公司
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 臧建明

技術領域

本發明涉及由熔化物形成板，尤其涉及減少由熔化物形成的板的厚度。

背景技術

硅晶圓或板可用于例如集成電路或太陽能電池工業中。隨著對可再新生的能源的需求增加，對太陽能電池的需求亦持續增加。存在兩種類型的太陽能電池：硅太陽能電池及薄膜太陽能電池。大部分太陽能電池是由硅晶圓制成，諸如單晶硅晶圓。目前，晶體硅太陽能電池的主要成本在于制造太陽能電池的晶圓。太陽能電池的效率或在標準照明下產生的功率的量部分地受到此晶圓的品質的限制。隨著對太陽能電池的需求增加，太陽能電池工業的一目標是降低成本/功率比。在不降低品質的情況下晶圓的制造成本的任何減少均將使成本/功率比降低，且使此清潔的能源技術能更廣泛使用。

效率最高的硅太陽能電池可具有大于20％的效率。這些太陽能電池是使用電子級(electronics-grade)單晶硅晶圓制成的。這些晶圓可自使用Czochralski方法生長的單晶硅圓柱形梨晶(cylindrical?boule)通過鋸切薄片而制成。這些薄片的厚度可小于200μm。為維持單晶體生長，梨晶必須自含有熔化物的坩堝(crucible)緩慢地生長，生長速度例如小于10μm/s。后續鋸切過程導致每晶圓大約200μm的鋸口損失(kerf?loss)或由于鋸刃的寬度而帶來的損失。圓柱形梨晶或晶圓亦可能需制成為正方形以制作正方形太陽能電池。制成為正方形及鋸口損失均會導致材料浪費及材料成本增加。隨著太陽能電池變得較薄，每次切割時浪費的硅的百分比亦增加。對鑄錠分割(ingot?slicing)技術的限制可能會妨礙獲得較薄太陽能電池的能力。

其它太陽能電池是使用自多晶硅鑄錠鋸切而得的晶圓制成的。多晶硅鑄錠的生長速度可以比單晶硅快。然而，所得晶圓的品質較低，因為存在較多缺陷及晶粒間界(grain?boundary)，且此較低品質會導致較低效率的太陽能電池。用于多晶硅鑄錠的鋸切過程與單晶硅鑄錠或梨晶一樣是低效率的。

可減少硅浪費的另一解決方案是在離子植入之后自硅鑄錠來分裂晶圓。舉例而言，將氫、氦或其它稀有氣體離子植入于硅鑄錠的表面的下方以形成一植入區。在此之后進行物理熱處理或化學熱處理，用以沿此植入區自鑄錠來分裂晶圓。雖然經由離子植入來進行分裂可在無鋸口損失的情況下制作晶圓，但此方法是否可用于經濟地制作硅晶圓仍有待證實。

又一解決方案是自熔化物垂直拉出一薄硅帶(ribbon)，且隨后使得所拉出的硅冷卻且固化為板(sheet)。此方法的拉動速率可限制于小于大約18mm/分。必須沿垂直帶移除在硅的冷卻及固化期間的移除的潛熱(latent?heat)。此做法導致沿帶的大的溫度梯度(gradient)。此溫度梯度給晶體硅帶添加應力，且可能導致不良品質的多晶粒硅。帶的寬度及厚度亦可能由于此溫度梯度而受限制。舉例而言，寬度可限于小于80mm且厚度可限于180μm。

自熔化物實體拉出的水平硅帶亦已經過測試。在一種方法中，將附接至一桿的晶種(seed)插入至熔化物中，且在坩堝的邊緣上方以一低角度拉動該桿及所得的板。對所述角度與表面張力進行平衡以防止熔化物濺出坩堝。然而，難以起始及控制此拉動過程。必須為坩堝及熔化物提供進入口(access)以插入晶種，所述進入口可能會導致熱損失。可將額外的熱添加至坩堝以補償此熱量損失。此額外的熱可能會導致熔化物中的垂直溫度梯度，所述垂直溫度梯度可能會引起非層迭(non-laminar)的流體流。而且，必須執行可能較難的傾斜角度調節以對在坩堝邊緣處形成的彎月面(meniscus)的重力及表面張力進行平衡。此外，由于熱正在板及熔化物的分離點處被移除，因此在正作為潛熱移除的熱與正作為顯熱(sensible?heat)移除的熱之間存在突然改變。此情況可能導致在此分離點處沿帶的大的溫度梯度，且可能導致晶體中的位錯(dislocation)。位錯及翹曲(warping)可能由于沿板的這些溫度梯度而發生。