專利名稱：用于在襯底上淀積多晶硅層的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在基本為平面的細(xì)長(zhǎng)襯底(elongate support)上淀積一層多晶硅的裝置，所述裝置的類型為包括含有熔融硅浴液的坩堝，襯底至少部分浸到所述浴液當(dāng)中，并基本上豎直地沿所述襯底的長(zhǎng)向穿過(guò)所述浴液的平衡面(equilibrium surface)。
背景技術(shù)：
在已知的這種類型的裝置中，例如，如文本FR2386359中所述，所述坩堝的底部包括窄槽，作為碳帶(carbon ribbon)的所述襯底通過(guò)所述窄槽浸入浴液當(dāng)中，并豎直穿過(guò)所述浴液，所述襯底沿向上方向行進(jìn)。
但是，人們發(fā)現(xiàn)，在接近所述碳帶的兩側(cè)邊緣時(shí)，淀積在所述碳帶表面上的硅層的厚度急劇降低。這導(dǎo)致了硅淀積層沿所述兩側(cè)邊緣中的每一個(gè)呈現(xiàn)出兩個(gè)側(cè)邊空白(margin)，所述兩側(cè)邊空白的物理特性相對(duì)于所述層的中央部分的物理特性變差。這些側(cè)面空白幾乎無(wú)法使用，具體而言，尤其在制作光生伏打電池時(shí)更是如此，并且它們構(gòu)成了在硅層內(nèi)產(chǎn)生斷裂的根源。
在碳帶的邊緣上，液態(tài)硅彎月面(meniscus)從具有位于浴液以上大約6.8毫米(mm)處的固-液連接線的二維形狀變成圓對(duì)稱的形狀。在這樣的情況下，固-液連接線所處的高度在浴液之上非常低，在沒(méi)有任何特殊控制手段的情況下，所述固-液連接線就一階而言是碳帶厚度的函數(shù)。在直至碳帶邊緣的“過(guò)渡”區(qū)內(nèi)，即超過(guò)大約5mm的寬度內(nèi)，固-液連接線由6.8mm下移至通常為1mm到2mm的值。在該區(qū)域內(nèi)，淀積厚度急劇降低。所述淀積層變得易碎，并且其晶體質(zhì)量劣化(小尺寸晶粒)。
為了控制所述邊緣，在文本FR2550965中公開(kāi)了一種裝置，其進(jìn)一步包括分別固定在穿過(guò)所述浴液的碳帶的兩個(gè)側(cè)邊的每一個(gè)上的兩個(gè)具有半圓形剖面的溜槽(chute)。所述溜槽的凹面朝向所述碳帶的相應(yīng)側(cè)邊，所述溜槽部分進(jìn)入到所述浴液當(dāng)中，從而在所述碳帶的側(cè)邊附近通過(guò)毛細(xì)管作用提升浴液的液面。
為了控制液態(tài)硅沿所述溜槽的毛細(xì)上升，應(yīng)當(dāng)改變下述參數(shù)溜槽的內(nèi)徑、溜槽相對(duì)于所述碳帶邊緣的距離和取向。
該裝置確實(shí)使在碳帶上淀積具有下述特征的硅成為了可能增大了淀積的有用面積，出現(xiàn)的斷裂更少，并且所淀積的硅層呈現(xiàn)了改善的電氣性質(zhì)。
然而，該裝置仍然不是最優(yōu)的。固-液連接線在邊緣處的升高仍小，過(guò)渡區(qū)仍過(guò)寬。此外，邊緣空白處的厚度降低仍大，并且，在對(duì)碳帶冷卻和后續(xù)處理的過(guò)程中，這一區(qū)域仍然是發(fā)生斷裂的根源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于獲得對(duì)襯底邊緣上的淀積層的厚度和質(zhì)量的更好控制，所述控制優(yōu)選由在工業(yè)規(guī)模上可靠、簡(jiǎn)單的裝置完成。
出于這一目的，本發(fā)明提供了一種裝置，用于在基本為平面的、細(xì)長(zhǎng)移動(dòng)襯底上淀積基于多晶硅的層，所述襯底具有兩個(gè)縱向面和兩個(gè)縱向側(cè)邊，所述裝置包括含有熔融硅浴液的坩堝，將所述襯底設(shè)計(jì)為至少部分浸入到所述浴液當(dāng)中，并沿其長(zhǎng)向基本豎直穿過(guò)所述浴液的平衡面；以及至少一個(gè)邊緣控制元件，每一邊緣控制元件保持基本豎直地靠近所述兩個(gè)縱向側(cè)邊之一；每一邊緣控制元件包括壁，所述壁界定位于所述相應(yīng)的縱向側(cè)邊旁邊的縱向槽，每一槽部分浸入到所述浴液當(dāng)中，從而在所述的相應(yīng)縱向側(cè)邊附近通過(guò)毛細(xì)管作用提升所述浴液的液面，所述裝置的特征在于至少一個(gè)所述壁基本為平面，其被稱為“插入”壁，并面對(duì)所述縱向面之一的部分。
通過(guò)邊緣控制，使生長(zhǎng)條件擴(kuò)展到側(cè)邊空白內(nèi)，從而盡可能接近所述邊緣保持淀積層的厚度和晶體織構(gòu)(texture)。
本發(fā)明的所述槽比現(xiàn)有技術(shù)的半圓溜槽(chute)更易調(diào)整?？梢元?dú)立地調(diào)整下述多個(gè)參數(shù)，而不是調(diào)整半圓溜槽的內(nèi)徑壁之間的間距、每一插入壁的長(zhǎng)度或(甚至)“底部”壁的形狀(彎曲或同樣為平面)。
邊緣控制元件的出現(xiàn)，通過(guò)對(duì)所述浴液內(nèi)以及在某種程度上的襯底內(nèi)的熱交換的局部改變(所述元件的出現(xiàn)改變了與外部的輻射交換)，對(duì)最靠近所述襯底的相應(yīng)邊緣的液層的溫度具有影響。
此外，還可以自由選擇所述控制元件的外表面的形狀，所述控制元件的外表面所處位置與所述槽相反。
有利地，本發(fā)明的裝置具有兩個(gè)邊緣控制元件，每一所述邊緣控制元件具有兩個(gè)基本為平面的插入壁。這樣的裝置能夠在每一縱向邊緣處，在所述襯底的每一縱向面上提升所述浴液的液面。
然而，本發(fā)明的插入壁數(shù)量不限于四個(gè)。本發(fā)明的裝置可以具有單個(gè)邊緣控制元件，其單個(gè)插入壁面對(duì)所述基本為平面的縱向面之一。
所述插入壁優(yōu)選為平行的或者向外展開(kāi)。
有利地，每一槽的平均深度可以小于1厘米(cm)，所述插入壁之間的平均間距也可以小于7mm。這樣的特征自然也不是限制性的。
在第一實(shí)施例中，所述坩堝具有底部和側(cè)壁，每一邊緣控制元件是靜止的，并且由底部豎直固定。例如，可以利用螺釘連接將其固定。本發(fā)明自然不受固定所述元件的方式的限制。
在第一實(shí)施例中，所述邊緣控制元件是不可替換的。其尤其適用于這樣的生產(chǎn)牽引自動(dòng)發(fā)生且有可能沒(méi)有監(jiān)控。此外，這樣的裝置堅(jiān)固而穩(wěn)定。
此外，每一邊緣控制元件可以沿縱向向下延伸至底部，其優(yōu)選與底部整體地形成。每一邊緣控制元件還可以具有至少一個(gè)孔，所述孔浸入到所述浴液當(dāng)中，適于將硅輸送給所述元件，從而將所述浴液輸送至所述邊緣空白處。所述孔優(yōu)選為毫米量級(jí)，并且處于靠近所述底部的位置。
在第二實(shí)施例中，每一邊緣控制元件包括具有所述槽的板，使所述板接觸到所述浴液的平衡面。
優(yōu)選由連接至位于所述坩堝之外的移動(dòng)裝置的板產(chǎn)生與所述浴液的表面的接觸，優(yōu)選只允許豎直移動(dòng)。
每一板優(yōu)選包括圓盤(disk)，所述圓盤包括所述槽，所述圓盤可以具有大于10mm的有效直徑，所述有效直徑優(yōu)選為12mm的量級(jí)。
此外，在第二實(shí)施例中，所述插入壁之間的平均間距可以為2mm左右。
每一邊緣控制元件可以基于不與硅發(fā)生反應(yīng)的材料，其優(yōu)選從石墨、金剛砂和氮化硅中選出。
所述邊緣控制元件所具有的發(fā)射率優(yōu)選大于硅的發(fā)射率。
這些特征自然不是限制性的。


通過(guò)以非限制性圖例的方式給出的對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的說(shuō)明，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將得以呈現(xiàn)。
在附圖中圖1是從上面觀察的，說(shuō)明本發(fā)明的裝置的第一實(shí)施例的圖示；圖2是垂直面的截面內(nèi)圖1所示裝置的三維圖示；圖3是在垂直面的截面內(nèi)說(shuō)明本發(fā)明的裝置的第二實(shí)施例的圖示；以及圖4是從上面觀察的，說(shuō)明本發(fā)明的裝置的第三實(shí)施例的圖示。
具體實(shí)施例方式
在下文中，本發(fā)明的所有實(shí)施例都采用相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似(在功能和/或結(jié)構(gòu)方面)的元件。
所示的附圖并非按比例繪制。
圖1和圖2示出了第一裝置100，第一裝置100用于在基本為平面的細(xì)長(zhǎng)移動(dòng)襯底上淀積基于多晶硅的層。
裝置100包括由石墨構(gòu)成，并且含有熔融硅浴液2的矩形坩堝1。坩堝的底部11包括具有矩形截面的，界定線狀窄槽3的豎直肋111，諸如碳帶4的平面襯底豎直穿過(guò)所述線狀窄槽3。所述碳帶具有兩個(gè)縱向面43和44以及兩個(gè)縱向側(cè)邊41和42，所述碳帶通過(guò)穿過(guò)浴液2的水平平衡面21而使浴液2存留下來(lái)。確定槽3的寬度，使得將槽3連接至液態(tài)硅的彎月面在窄槽3中穩(wěn)定，例如，所述寬度大約等于600微米(μm)。通常，所述碳帶4的厚度大約為250μm。
在操作過(guò)程中，當(dāng)碳帶4朝箭頭10的方向移動(dòng)時(shí)，在離開(kāi)浴液2時(shí)，就會(huì)在碳帶4的面43和44的每者上淀積多晶硅層20。
裝置100還包括兩個(gè)邊緣控制元件5、5′，所述邊緣控制元件5、5′在所述兩個(gè)縱向側(cè)邊41和42中的每一側(cè)上都基本保持豎直。
這樣界定牽拉所述碳帶的標(biāo)稱條件，以便獲得具有與恒定預(yù)定值相等的厚度的平面硅膜，例如，通過(guò)以(例如)8厘米每分鐘(cm/min)到10厘米每分鐘(cm/min)的給定速度牽拉，使其側(cè)邊空白處厚度為80μm到100μm，并且在有可能時(shí)使之一直保持到它們的邊緣。
每一邊緣控制元件5、5′具有界定縱向槽54、54′的壁51到53，51′到53′，所述縱向槽54、54′分別與所述縱向側(cè)邊41、42之一重疊。每一槽部分浸入到浴液2當(dāng)中，從而在相應(yīng)的縱向側(cè)邊的附近通過(guò)毛細(xì)管作用提升浴液的液面。
對(duì)于每一邊緣控制元件5、5′，局部面對(duì)所述碳帶4的相應(yīng)縱向面43、44的所謂“插入”壁51和52，51′和52′為平面，且例如是平行的。
有可能通過(guò)改變下述參數(shù)，控制沿所述槽通過(guò)液態(tài)硅的毛細(xì)管作用造成的提升-所述插入壁51和52、51′和52′之間的間距及其長(zhǎng)度；以及-相對(duì)于邊緣41、42的插入程度。
相對(duì)于通過(guò)現(xiàn)有裝置獲得的曲線，通過(guò)調(diào)整這些參數(shù)，可以提高碳帶邊緣上的結(jié)晶等溫線。
每一槽54、54′的深度小于1cm。所述插入壁之間的間距小于7mm。
用這樣的方式相對(duì)于碳帶的邊緣41、42放置控制元件5、5′，從而獲得跨越整個(gè)碳帶4的寬度均為直線的結(jié)晶等溫線。
每一控制元件5、5′都是靜止的，并且由底部11將其豎直地固定。更確切地說(shuō)，它們中的每一個(gè)都包括配件(fitting)，所述配件縱向延伸并在肋111的頂面上固定到底部11，例如，通過(guò)一對(duì)石墨螺釘6、6′(在圖2中用虛線表示不可見(jiàn)的螺釘)。
這使得制作更為復(fù)雜的形狀成為可能并降低了坩堝1的制造成本。所述材料可以與坩堝的材料相同或者不同。所選的材料不與硅發(fā)生反應(yīng)并且所表現(xiàn)的發(fā)射率大于硅的發(fā)射率。
此外，每一邊緣控制元件5、5′具有至少一個(gè)孔7、7′，孔7、7′浸入到浴液2中，適于供給硅，所述孔優(yōu)選位于靠近底部11的位置。此外，所示的裝置沒(méi)有蓋。
邊緣控制元件5、5′優(yōu)選相同并且相對(duì)于相應(yīng)的邊緣41、42位于相同的水平高度上，邊緣控制元件5、5′面對(duì)碳帶的面43、44。
自然，在實(shí)踐當(dāng)中，裝置100還包括圍繞坩堝設(shè)置的加熱裝置(未示出)，以保持硅的液態(tài)。
此外，可以通過(guò)適當(dāng)手段調(diào)整浴液的深度H1、H2，例如調(diào)整至標(biāo)稱值±200μm。
圖3是在垂直面的截面內(nèi)說(shuō)明本發(fā)明的裝置的第二實(shí)施例200的圖示。
這是第一實(shí)施例的變型。在第二實(shí)施例中，邊緣控制元件5、5′縱向延伸至底部11，并且還與底部11形成了整體結(jié)構(gòu)(monolithic structure)。
圖4是從上面觀察的，說(shuō)明本發(fā)明的裝置300的第三實(shí)施例的圖示。
這一裝置300具有兩個(gè)邊緣控制實(shí)施例15、15′，其基本豎直固定在兩個(gè)縱向側(cè)邊41、42中的每一側(cè)。
每一邊緣控制元件15、15′具有界定縱向槽154、154′的壁151到153、151′到153′，每一縱向槽154、154′均與碳帶4的縱向側(cè)邊41、42之一重疊。每一槽154、154′部分浸入到浴液2中，從而在相應(yīng)的縱向側(cè)邊41、42的附近通過(guò)毛細(xì)管作用提升浴液的液面。
更確切地說(shuō)，每一邊緣控制元件包括厚度例如大約為1mm的相應(yīng)板15、15′，其底部水平面與浴液2的水平平衡面21接觸，并將其拉升至所述平衡面21之上的預(yù)定高度。
這些板15、15′還配有上述槽154、154′。舉例來(lái)說(shuō)，這些板15、15′可以是有效直徑大于10mm的圓形。
所述板15、15′由可被液態(tài)硅浸潤(rùn)的材料構(gòu)成，并且它們呈現(xiàn)出的發(fā)射率大于硅的發(fā)射率，例如它們由石墨構(gòu)成。
對(duì)于每一控制元件15、15′，兩個(gè)局部面對(duì)相應(yīng)的縱向面41、42的所謂“插入”壁151和152，151′和152′為平面，且例如是平行的。
所述插入壁之間的平均間距選擇為2mm左右。
通過(guò)襯底固定每一板15、15′。例如，將每一所述板中的偏心點(diǎn)固定到桿17、17′的一端，所述桿17、17′優(yōu)選由石墨以支架的形式構(gòu)成。每個(gè)桿的另一端固定到能夠控制所述板的移動(dòng)(優(yōu)選只沿垂直軸10′)的機(jī)械系統(tǒng)19、19′的出口18、18′，所述系統(tǒng)位于坩堝1之外。
如上所述的邊緣控制能夠促進(jìn)硅板制造成品率的提高。它還具有下述顯著優(yōu)點(diǎn)，例如-有用面積的增大通常為每一面10mm的總寬度；-在碳帶上提供硅淀積層，所述淀積層產(chǎn)生的斷裂較少；并且-改善了邊緣處硅層的電氣特性，本發(fā)明使邊緣處的晶?；境尸F(xiàn)與淀積層的側(cè)邊空白處的晶粒相同的織構(gòu)。
可以將本發(fā)明的裝置用于制造光生伏打電池。
自然，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種裝置(100，200，300)，用于向基本為平面的、細(xì)長(zhǎng)移動(dòng)襯底(4)上淀積基于多晶硅的層(20)，所述襯底(4)具有兩個(gè)縱向面(43，44)和兩個(gè)縱向側(cè)邊(41，42)，所述裝置包括含有熔融硅浴液(2)的坩堝(1)，將所述襯底(4)設(shè)計(jì)為至少部分浸入到所述浴液當(dāng)中，并沿其長(zhǎng)向基本豎直地穿過(guò)所述浴液的平衡面(21)；以及至少一個(gè)邊緣控制元件(5，5′，15，15′)，每一邊緣控制元件保持基本豎直地靠近所述兩個(gè)縱向側(cè)邊(41，42)之一；每一邊緣控制元件包括壁(51到53′，151到153′)，所述壁界定位于所述相應(yīng)的縱向側(cè)邊旁邊的縱向槽(54，54′，154，154′)，每一槽部分浸入到所述浴液(2)當(dāng)中，從而在所述的相應(yīng)縱向側(cè)邊附近通過(guò)毛細(xì)管作用提升所述浴液的液面，所述裝置的特征在于至少一個(gè)面對(duì)所述縱向面之一的部分的所述壁(51到52′，151到152′)為平面，其被稱為“插入”壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100，200，300)，用于淀積基于多晶硅的層，并包括兩個(gè)邊緣控制元件，其中，每一邊緣控制元件包括兩個(gè)基本為平面的插入壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置(100，200，300)，用于淀積基于多晶硅的層，所述裝置的特征在于所述插入壁或者為平行的(51到52′，151到152′)，或者向外展開(kāi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的裝置(100，200，300)，用于淀積基于多晶硅的層，所述裝置的特征在于每一槽(54，154′)的平均深度小于1cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2到4的任何一項(xiàng)所述的裝置(100，200，300)，用于淀積基于多晶硅的層，所述裝置的特征在于所述插入壁(51到52′，151到152′)之間的平均間距小于7mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2到5的任何一項(xiàng)所述的裝置(100，200)，用于淀積基于多晶硅的層，所述裝置的特征在于所述坩堝(1)包括底部(11)和側(cè)壁(12)，并且每一所述邊緣控制元件(5，5′)都是靜止的，并由所述底部豎直固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求2到5的任何一項(xiàng)所述的裝置(100，200)，用于淀積基于多晶硅的層，所述裝置的特征在于所述坩堝包括底部(11)和側(cè)壁(12)，并且每一所述邊緣控制元件(5，5′)縱向延伸到所述底部，并且優(yōu)選與所述底部形成整體結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置(100，200)，用于淀積基于多晶硅的層，所述裝置的特征在于每一所述邊緣控制元件(5，5′)具有至少一個(gè)孔(7，7′)，所述孔(7，7′)浸入到所述浴液(2)中，并適于將硅輸送給所述元件，所述孔優(yōu)選為毫米量級(jí)并位于靠近所述底部的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求2到6的任何一項(xiàng)所述的裝置(300)，用于淀積基于多晶硅的層，所述裝置的特征在于每一所述邊緣控制元件(15，15′)包括包含所述槽(154，154′)的板，使所述板接觸到所述浴液的所述平衡面(21)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置(300)，用于淀積基于多晶硅的層，所述裝置的特征在于通過(guò)所述板和位于所述坩堝(1)之外的移動(dòng)裝置(19，19′)之間的連接(17，17′)產(chǎn)生與所述浴液的所述表面(21)的接觸，并且優(yōu)選只允許豎直移動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的裝置(300)，用于淀積基于多晶硅的層，所述裝置的特征在于每一板(15，15′)包括圓盤，所述圓盤包括所述槽(154，154′)，并具有大于10mm的有效直徑，所述有效直徑優(yōu)選等于約12mm。
12.根據(jù)權(quán)利要求9到11的任何一項(xiàng)所述的裝置(300)，用于淀積基于多晶硅的層，所述裝置的特征在于所述插入壁(151到152′)之間的平均間距為2mm左右。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12的任何一項(xiàng)所述的裝置(100，200，300)，用于淀積基于多晶硅的層，所述裝置的特征在于每一所述邊緣控制元件(5，5′，15，15′)由不與硅反應(yīng)的材料構(gòu)成，且所述材料優(yōu)選從石墨、金剛砂和氮化硅中選出。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13的任何一項(xiàng)所述的裝置(100，200，300)，用于淀積基于多晶硅的層，所述裝置的特征在于每一所述邊緣控制元件(5，5′，15，15′)由發(fā)射率大于硅的發(fā)射率的材料構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝置(100)，用于在基本為平面的、細(xì)長(zhǎng)移動(dòng)襯底(4)上淀積基于多晶硅的層，所述襯底(4)具有兩個(gè)縱向面(43，44)和兩個(gè)縱向側(cè)邊(41，42)，所述裝置包括含有熔融硅浴液(2)的坩堝(1)，所述襯底(4)至少部分浸入到所述浴液當(dāng)中，并沿細(xì)長(zhǎng)襯底的長(zhǎng)向基本豎直地穿過(guò)所述浴液的平衡面(21)；至少一個(gè)邊緣控制元件(5，5′)，每一邊緣控制元件保持基本豎直地靠近所述兩個(gè)縱向側(cè)邊(41，42)之一；且每一邊緣控制元件包括分隔壁(51到53′)，所述壁界定位于所述相應(yīng)的縱向側(cè)邊旁邊的縱向開(kāi)口(54，54′)，每一開(kāi)口部分浸入到所述浴液(2)當(dāng)中，從而通過(guò)毛細(xì)管作用提升所述浴液的液面。本發(fā)明的特征在于至少一個(gè)部分面對(duì)所述縱向面之一的所述分隔壁(51到52′)基本為平面的。
文檔編號(hào)B05C3/12GK1906322SQ200480040901
公開(kāi)日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月24日
發(fā)明者克里斯琴·貝洛特, 克勞德·里米 申請(qǐng)人:索拉爾福斯公司