[發明專利]薄膜的區段熔融重結晶

無效

• 申請號: 201280048661.0
• 申請日: 2012-09-13
• 公開（公告）號: CN103930968A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 拉里·亨德勒;莎倫·澤維;德普·李
• 申請（專利權）人: 集成光伏公司
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00;H01L31/18
• 代理公司: 北京鴻德海業知識產權代理事務所(普通合伙) 11412
• 代理人: 袁媛

優先權

本申請是2011年1月20日提交的U.S.13/010,700的部分繼續申請并且要求來自2010年1月20日提交的美國臨時申請61/296,799的優先權，所述申請都通過引用并入。

相關申請的交叉引用

本申請與美國申請12/074,651、12/720,153、12/749,160、12/789,357、12/860,048、12/860,088、12/950,725、13/010,700、13/019,965、13/073,884、13/077,870、13/214,158和U.S.7,789,331部分有關；所有這些申請為相同受讓人所擁有并且通過引用全文并入。在引用的材料中引證附加技術說明和背景。

技術領域

本技術通常涉及一種用于實現薄膜中的大晶粒生長的工藝，具體應用于制備用于在光伏器件中使用的硅層。

背景技術

已經在許多如下應用中討論和實施區段熔融重結晶（ZMR），這些應用要求在已經生產出具有標準結晶性質的材料之后形成高質量、低故障晶格。這一應用的示例是在太陽電池制作或者平板顯示器件中的薄膜沉積。在這兩種情況下，如果沉積為非晶的，則需要重結晶表面以實現器件所需的電性質。

ZMR的基本要求是生成足夠的局部熱以便熔融沉積的材料的部分并且在離開區段的材料固化并且根據充當種子的在熔融區段后面的材料的晶態結構重結晶時繼續熔融進入區段的新材料。在文獻中記錄好的常見方法使用聚焦于經歷ZMR的表面的高功率鹵素燈或者碳條加熱元件，所述碳條通過讓高電流通過條來加熱，依賴于碳的電阻生成熱。這兩個應用都能夠ZMR，但是需要有效控制并且在制造環境中不易實施。此外，鹵素燈和碳條加熱元件需要大量基部加熱器以升高處理的器件的總溫度至大約1000-1200℃，ZMR在這一點能夠有效重結晶幾微米厚度的層，通常為2至5μm。

另一常見應用基于受激準分子激光器并且用于在薄膜晶體管（TFT）平板顯示器（FPD）中使用。用于TFT?FPD的沉積是沉積與在太陽能應用中的近似30微米的最優層厚度比較的通常以nm為單位測量的非晶硅層。如對于TFT應用而進行的受激準分子激光器重結晶產生近似0.1微米的晶體域。為了實現必需電子性質而在太陽能應用中需要的晶體域是mm到cm級。對于ZMR的太陽能應用，能量必須傳播入硅層中。換而言之，在太陽能應用中的ZMR實現方式是容量過程（volume?process），顯著區別于現有的基于受激準分子激光器的ZMR。

K.Yamamoto在Thin?film?crystalline?silicon?solar?cells,JSAP?International,No.7,January2003中指出用于多晶、薄膜太陽電池的合乎需要的材料特性。對于在500mV以上的斷路電壓Voc，必須優化晶粒大小和載體壽命；例如在約0.1微米的晶粒大小下，在晶界的重組速率必須小于1,000cm/s。Yamamoto指出對于實現這些性質有益的若干處理參數、即晶粒的氫鈍化、低氧含量和<110>取向或者至少優選<110>取向。通過引用將Yamamoto全文并入并且附帶于此。

U.S.7,645,337公開一種用于提供具有受控微結構的多晶膜的復雜方法；用復雜光學裝置和精確激光圖案實現薄硅膜的優選取向。在現有技術中發現如圖1、2和3中所示的示例熔融區段。圖1來自Fraunhoffer?ISE,Eyer,A;Haas,F;Kieliba,T;A?Zone?Melting?Recrystallisation(ZMR)Processor?for400mm?Wide?Samples,19^thEuropean?Photovoltaic?Solar?Energy?Conference,7-11June,2004。Eyer等人聚焦于薄的5μm層，在其上外沿生長更厚的層。熔融機制基于很集中的線熔融，該線熔融產生高的熱梯度。在線熔融以外，重結晶工藝立即開始；Eyer報告如圖1中所示1-1.5mm的熔融區段。圖2是來自這一實驗室的示例，該示例利用小于1mm的熔融線寬以實現近似1mm寬的窄熔融。在所有情況下，重結晶表面看似圖2。我們發現了沿熔融區段傳播方向的伸長晶體的截然不同的重結晶圖案，其對于證明的所有方法都是典型的，無論它是石墨帶、激光ZMR或者鹵素ZMR。圖3來自設備制造商TCZ——Cymer的子公司。受激準分子激光器用來生成薄膜硅重結晶，該薄膜硅重結晶能夠生成近似10微米長的晶體，示出的所有三種情況是對于具有迅速重結晶的約1mm寬的“薄”熔融區段。