專利名稱：形成pn、pin、n-型和p-型半導(dǎo)體薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅薄片的制造方法，特別涉及一種利用滾壓以制造硅薄膜的方法，其可應(yīng)用于電子組件。
背景技術(shù)：
先前已利用的硅太陽能電池或半導(dǎo)體組件主要是使用未滿意質(zhì)量的硅半導(dǎo)體而制作。關(guān)于此，所謂的金屬熔化制程，熔融的鋅及四氯化硅之間起反應(yīng)，是眾所周知的獨(dú)立供應(yīng)硅的方法；惟，其具有產(chǎn)品有粉狀、復(fù)雜處理、雜質(zhì)處理困難以及鑄膜困難…等問題，而導(dǎo)致高成本，所以這些方法已經(jīng)不實(shí)用。為了解決這些問題，已經(jīng)提出利用降低氣相鋅制程以制作硅的方 法，然而伴隨著硅的生產(chǎn)，大約需要十倍數(shù)量的氯化鋅(ZnC12)參與制造，并且其處置也是一項(xiàng)麻煩，所以此方法的工業(yè)應(yīng)用是有非常的限制。而從氯化鋅的再使用的觀點(diǎn)，其目標(biāo)已經(jīng)確立，但實(shí)際生產(chǎn)硅系熔融鋅和硅粉末本身的混合物，所以形成具有大表面積的硅顆粒，而純化變得困難已經(jīng)成為其最大的問題所在。為了從多晶硅或上述制程之下所取得粉狀硅而得到單晶硅，當(dāng)這些具有相當(dāng)大的顆粒大小及相對(duì)較小的表面積的多晶硅材料被使用時(shí)，它必須有較少的問題，因?yàn)檫@些材料較少有吸收雜質(zhì)及氧，但在硅成為粉末及具有高表面積的情形，預(yù)備晶體生長制程之前，需要去除表面吸附材料，盡管這種硅膠大部分是非常純的，而吸收材料仍會(huì)引起雜質(zhì)，這將導(dǎo)致復(fù)雜的程序以及需要廢物的處理。因此制造成本變高。且根據(jù)正常的制程，首先施加高溫處理的復(fù)雜制程以產(chǎn)生硅粉末或細(xì)晶，然后冷卻，之后加熱以熔化，其需要重復(fù)加熱/冷卻，這也導(dǎo)致能量消耗的麻煩。如上所述，以前的技術(shù)主要都是針對(duì)硅成長為固體或結(jié)晶，所以所形成結(jié)晶塊或粉末被考慮暴露在空氣中，一旦形成硅可以根據(jù)需要再精細(xì)化，然后再執(zhí)行重新熔化或結(jié)晶，當(dāng)于成長單晶或成長多晶時(shí)，此處需要至少有多余的能量以利于重新熔化。當(dāng)在制造硅晶塊或粉末時(shí)，假定此材料暴露在空氣中，而當(dāng)在生產(chǎn)硅原料時(shí)，塊狀硅較佳的系盡量減少雜質(zhì)吸收，然后降低處理的四硅氯鋅，其系制造硅的最簡單的方法，因其亦有很大的問題而不能應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。目前，從反應(yīng)爐直接取出熔化的硅以執(zhí)行一些試驗(yàn)，但有幾個(gè)問題，例如副產(chǎn)品鹽酸以及爐壁和硅之間的反應(yīng)所造成的腐蝕，而由于高的操作溫度，已經(jīng)引起熔爐壽命縮短?；谏鲜?，本發(fā)明提供一種制造硅薄膜卷的方法，其可以同時(shí)大大地降低量產(chǎn)成本以及制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種形成PN、PIN、N_型和P-型半導(dǎo)體薄膜的方法。PIN或PN半導(dǎo)體薄膜可以用于電子組件。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種形成PIN半導(dǎo)體薄膜的方法，包括提供一熔融P-型半導(dǎo)體材料、一本質(zhì)半導(dǎo)體材料與一熔融N-型半導(dǎo)體材料。然后,對(duì)熔融P-型半導(dǎo)體材料、本質(zhì)半導(dǎo)體材料與熔融N-型半導(dǎo)體材料以執(zhí)行一下拉制程或鑄膜制程。之后，對(duì)熔融P-型半導(dǎo)體材料、本質(zhì)半導(dǎo)體材料與熔融N-型半導(dǎo)體材料選擇性地執(zhí)行一雙邊滾動(dòng)制程以形成一 P-型半導(dǎo)體帶、一本質(zhì)半導(dǎo)體帶與一 N-型半導(dǎo)體帶。接下來，接合P-型半導(dǎo)體帶、本質(zhì)半導(dǎo)體帶與N-型半導(dǎo)體帶以形成一 PIN半導(dǎo)體帶。最后，對(duì)PIN半導(dǎo)體帶執(zhí)行一滾壓制程或下壓制程以形成PIN半導(dǎo)體薄膜。下拉制程可以選擇性地注入熔融P-型半導(dǎo)體材料、本質(zhì)半導(dǎo)體材料與熔融N-型半導(dǎo)體材料至其相對(duì)應(yīng)的收集槽，然后沿著其相對(duì)應(yīng)的開口而流下。雙邊滾動(dòng)制程可以通過雙邊滾軸來執(zhí)行。接合步驟可以通過一對(duì)準(zhǔn)模塊來執(zhí)行，其可以由XY Θ三軸向水平定位平臺(tái)及視覺輔助對(duì)位技術(shù)所建立。 上述方法還包括一步驟以纏繞PN/PIN半導(dǎo)體薄膜以形成一 PN/PIN半導(dǎo)體薄膜卷。一種形成N-型或P-型半導(dǎo)體薄膜的方法，此方法包括提供一熔融半導(dǎo)體材料。然后，形成熔融半導(dǎo)體材料的一半導(dǎo)體帶。之后，對(duì)半導(dǎo)體帶執(zhí)行一滾壓制程或下壓制程以形成半導(dǎo)體薄膜。最后，對(duì)半導(dǎo)體薄膜執(zhí)行一離子布植制程以形成N-型或P-型半導(dǎo)體薄膜。形成PN半導(dǎo)體薄膜的方法，其可以參考上述的形成PIN半導(dǎo)體薄膜的方法。以上所述系用以闡明本發(fā)明的目的、達(dá)成此目的的技術(shù)手段、以及其產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)等等。而本發(fā)明可從以下較佳實(shí)施例的敘述并伴隨后附圖式及權(quán)利要求使讀者得以清楚了解。


上述組件，以及本發(fā)明其它特征與優(yōu)點(diǎn)，通過閱讀實(shí)施方式的內(nèi)容及其圖式后，將更為明顯圖I為融合下拉法形成硅薄板的示意圖。圖2為下拉法形成硅薄板的示意圖。圖3為本發(fā)明下拉法形成PIN半導(dǎo)體薄膜的示意圖。圖4為本發(fā)明下拉法形成PN半導(dǎo)體薄膜的示意圖。圖5為本發(fā)明下拉法形成P-型或N-型半導(dǎo)體薄膜的示意圖。圖6為本發(fā)明的形成硅薄膜卷的示意圖。主要組件符號(hào)說明100、202供應(yīng)管101、201熔融硅102隔離管103、203、320、321、322 收集槽 104 外表105 頂部106、208、326、327、328 硅帶107 虛線108、209 硅薄板或
娃板204攪拌器205開207退火爐206、304、305、306、309 雙邊滾軸 300、301、302 容器 323 熔融 P-型硅324熔融本質(zhì)硅325熔融N-型硅307、310單邊滾軸
308滾壓320離子束311雙邊滾壓312硅薄板卷
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，說明了決定制作期間及/或之后的硅薄板形狀的系統(tǒng)與方法。于此處使用，“硅薄板(silicon sheet)”的術(shù)語的目的在于包括但不限制于形成期間或之后的硅。因此，在一例子中，“硅薄板”的術(shù)語可以包括在各種狀態(tài)下(例如黏彈性、彈性…等狀態(tài))而從隔離管(isopipe)的根部順流而下的一娃帶(silicon ribbon),而最終的娃薄板可以從娃帶的切割而形成。此處的敘述參考融合下拉法(fusion down drawprocess)，此處考慮的系統(tǒng)和方法系可用于確定硅帶或薄板的形狀，而此硅帶或薄板可以通過任一不同的已知硅形成方法來形成，其包括浮法、槽拉法、上拉法以及單邊溢流下拉法。
參考圖1，其顯示一種融合下拉法以形成一硅薄板的例子，其中一供應(yīng)管100提供熔融硅101至一耐火物體或隔離管102，其包括一收集槽103。熔融硅溢流至收集槽103的頂部的二邊的上以形成二個(gè)分離的硅流往下流，然后沿著隔離管102的內(nèi)縮的外表面104，而會(huì)合于隔離管102的劃線處或頂部105。二道熔融硅流于頂部105相遇，此處二者融合在一起而成為一單硅帶106。此硅帶106可以饋送而拉，而其它的下游加工設(shè)備可以使得硅薄板最終形成。在形成期間，硅帶經(jīng)過許多物理狀態(tài)。熔融硅在一粘性狀態(tài)中而溢流至隔離管102的側(cè)邊。在硅的帶狀從一粘彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變至一彈性狀態(tài)之后，分離的硅流于隔離管102的底部融合以形成一硅帶。在硅已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粡椥圆牧现?，硅?06可以被取得與分離，例如虛線107所示，以形成最終的硅薄板或硅板108。在一些實(shí)施例中，硅薄板的形狀可以從硅的移動(dòng)帶而決定，例如橫跨硅帶的寬度。舉例而言，在一融合下拉制程中，從一隔離管而下拉的移動(dòng)硅帶的形狀可以由一給定位置中(例如硅的彈性區(qū)域中)橫跨薄板的寬度來決定。在一典型的制造環(huán)境中，融合下拉機(jī)器位于一密閉空間，其可以達(dá)到一高溫(例如800°C )，而進(jìn)入空間系限制以保持硅帶的空間周圍范圍之內(nèi)所需要巧妙的溫度平衡。因此，可能需要導(dǎo)入光源以通過一窗口至一空間以照射硅帶。在這些例子中，一維掃描橫跨硅帶的寬度可能是一可行的選擇。在其它實(shí)施例中，入口限制較少，一種二維量測(cè)可以實(shí)施，此處硅帶可以通過光源掃描至少兩個(gè)點(diǎn)橫跨于帶的寬度之上以及下面帶的長度，以得到二維形狀及/或傾斜。在進(jìn)一步的觀點(diǎn)中，系統(tǒng)也可以掃描二維中的切割硅薄板，以決定其整體形狀并確保其滿足任何所需的規(guī)格。有利的是，本發(fā)明可以用以量測(cè)有一個(gè)地方的溫度低于某一溫度下硅不再有一個(gè)明確的形狀(例如熔融態(tài))之下的硅的形狀。舉例而言，測(cè)試已顯示本發(fā)明可以應(yīng)用于溫度超過800°C的硅形狀的量測(cè)。另一方面，硅薄板于室溫或室溫之下的形狀量測(cè)可以容易地被執(zhí)行。因此，基于材料本身的物理限制，被量測(cè)物品的可能溫度有一個(gè)寬廣范圍。參考圖2，其顯示一種下拉法以形成一硅薄板的例子，其中一供應(yīng)管202提供熔融硅201至一收集槽203。熔融硅201流進(jìn)收集槽203之中，然后沿著開口 205而流下，期間通過一攪拌器204于收集槽203之內(nèi)進(jìn)行攪拌。此硅帶208可以從開口 205而下拉，在形成制程期間，硅帶經(jīng)過許多物理狀態(tài)，例如硅帶從一粘彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變至一彈性狀態(tài)。在硅已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粡椥圆牧现?，硅?08可以利用雙邊滾動(dòng)制程以形成最終的硅薄板或硅板209。在雙邊滾動(dòng)制程中，硅帶208經(jīng)過雙邊滾軸206 (分別以順時(shí)針與逆時(shí)針滾動(dòng))以利于控制硅帶的厚度與均勻性；而一退火爐207用于在高溫下加熱硅材料以改變它的硬度和強(qiáng)度性能。退火制程可以產(chǎn)生一個(gè)更均勻或均質(zhì)、內(nèi)在的結(jié)構(gòu)。參考圖3，其顯示一種下拉法以形成一 PIN半導(dǎo)體薄膜的例子。舉例而言，半導(dǎo)體包括硅或化合物半導(dǎo)體，例如砷化鎵。在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體以硅作為例子。首先，預(yù)備一具有第一收集槽320以提供熔融P-型硅323的第一容器300、具有第二收集槽321以提供熔融本質(zhì)硅324的第二容器301、具有第三收集槽322以提供熔融N-型硅325的第三容器302。上述容器包括但不限定為一供應(yīng)管，例如圖I或圖2的供應(yīng)管。然后，執(zhí)行一下拉制程，其可以通過熔融P-型硅323、熔融本質(zhì)硅324與熔融N-型硅325分別流(注)入收集槽320、321與322，然后沿著其相對(duì)應(yīng)的開口而向下流出。在此步驟中，通過一攪拌器于收集槽內(nèi)進(jìn)行攪拌，以利于更均勻地混合。此外，一退火制程可以應(yīng)用于此以利于晶粒生長。在一實(shí)施例中，三種型態(tài)的熔融硅從其開口下拉，于形成期間經(jīng)過幾個(gè)物理狀態(tài)，其中三種 型態(tài)的熔融硅從一粘彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變至一彈性狀態(tài)。在硅已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粡椥圆牧现?，形成硅?26、327及328，接著，分別利用雙邊滾軸304、305及306 (分別以順時(shí)針與逆時(shí)針滾動(dòng))以執(zhí)行雙邊滾動(dòng)制程以利于控制硅帶326、327及328的厚度與均勻性。硅帶326、327及328可以經(jīng)由單邊滾軸307而持續(xù)地傳輸。接下來，利用一組對(duì)準(zhǔn)模塊，例如由XY Θ三軸向水平定位平臺(tái)及視覺輔助對(duì)位技術(shù)所建立，以利于對(duì)準(zhǔn)及附著或接合彈性的硅帶326、327及328，然后，利用滾壓308以適當(dāng)?shù)丶訅憾纬梢欢褩５腜IN硅帶，其例如是于溫度接近熔點(diǎn)而形成。在一實(shí)施例中，PIN半導(dǎo)體薄膜具有一能帶以利于吸收太陽光。之后，雙邊滾軸309可以用于進(jìn)一步均勻與完全地密封PIN硅帶。上述每一個(gè)別的滾軸需要控制滾動(dòng)速度與傳送速度及張力。類似地，PIN硅帶可以經(jīng)由單邊滾軸310而持續(xù)地傳輸。參考圖4，其顯示一種下拉法以形成一 PN硅薄膜的另一例子。PN硅薄膜的制程可以參考上述PIN硅薄膜的制程。因此，省略其詳細(xì)說明。參考圖5，其顯示一種下拉法以形成一 P-型或N-型硅薄膜的另一例子。類似地，P-型或N-型硅薄膜的制程可以參考上述PIN硅薄膜的制程。此外，在本實(shí)施例中，進(jìn)一步包括一步驟，執(zhí)行一離子布植制程于硅薄膜之中以形成P-型或N-型硅薄膜，此制程可以執(zhí)行于形成硅薄膜卷之前。離子布植制程可以通過傳統(tǒng)的硅晶圓廠制程以離子束320植入硅薄膜。本發(fā)明的PN或PIN半導(dǎo)體薄膜可以應(yīng)用于太陽能電池組件，例如硅晶圓太陽能電池、非晶硅太陽能電池、銅銦鎵二硒太陽能電池、鎘碲薄膜太陽能電池、硅薄膜太陽能電池或染料敏化太陽能電池。在另一實(shí)施例中，PN或PIN半導(dǎo)體薄膜可以堆棧至少一第二 PN或至少一第二 PIN半導(dǎo)體薄膜以進(jìn)一步提供一個(gè)較寬廣能帶以吸收太陽光。參考圖6，其為形成硅薄膜卷的例子。經(jīng)由滾軸310傳送之后，執(zhí)行另一滾壓制程，其中硅帶經(jīng)由進(jìn)一步適當(dāng)?shù)募訅?，其通過一系列的雙邊滾壓311于適當(dāng)?shù)膹埩刂浦乱赃M(jìn)一步的附著以形成一硅薄膜或薄板，其厚度大約在I 5微米。舉例而言，硅薄板的厚度可以控制在I微米之下。接下來，硅薄板纏繞以形成硅薄板卷312，其具有至少一硅薄板，如圖6所示。硅薄板卷312可以為P-型、N-型、PN或PIN硅薄板卷。
在本發(fā)明的一典型的制造環(huán)境中，下拉制程與滾壓制程執(zhí)行于高溫(例如轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度或800度C)以及真空環(huán)境下以保持一個(gè)硅帶的穩(wěn)定的物理狀態(tài)。此外,PIN娃薄板也可以通過鑄膜方法(casting)來制造。在鑄膜技術(shù)中，在熔爐之中的熔融硅逐漸地從熔爐的底部冷卻以固化硅，以得到具有從熔爐的底部成長的長的晶粒的鑄塊以作為其主體。此鑄塊可以切成薄板以得到晶圓以利于形成太陽能電池或半導(dǎo)體組件。前文敘述關(guān)于本發(fā)明的特定實(shí)施例中，不同特征有時(shí)可集合于一單一實(shí)施例、圖式或敘述中用以簡化說明并助于對(duì)本發(fā)明一或多種不同方面的理解。然而，此揭露方法不 應(yīng)被用以反映所請(qǐng)求的發(fā)明范疇，因而將所述范例中的特征加入每一權(quán)利要求中。反之，于權(quán)利要求所反映本發(fā)明的觀點(diǎn)會(huì)少于上述所揭露的單一實(shí)施例中的所有特征。因此，權(quán)利要求系涵蓋所述的實(shí)施例，且每一權(quán)利要求本身皆可視為本發(fā)明的一獨(dú)立實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種形成PN半導(dǎo)體薄膜的方法，其特征在于包括 提供一熔融P-型半導(dǎo)體材料與一熔融N-型半導(dǎo)體材料； 形成熔融P-型半導(dǎo)體材料與熔融N-型半導(dǎo)體材料的一 P-型半導(dǎo)體帶與一 N-型半導(dǎo)體帶； 接合P-型半導(dǎo)體帶與N-型半導(dǎo)體帶；以及 對(duì)P-型半導(dǎo)體帶與N-型半導(dǎo)體帶執(zhí)行一滾壓制程或下壓制程以形成PN半導(dǎo)體薄膜。
2.如權(quán)利要求I所述的形成PN半導(dǎo)體薄膜的方法，其特征在于，所述P-型半導(dǎo)體帶與N-型半導(dǎo)體帶通過一下拉法或鑄膜法形成。
3.如權(quán)利要求I所述的形成PN半導(dǎo)體薄膜的方法，其特征在于還包括一步驟以纏繞PN半導(dǎo)體薄膜以形成一 PN半導(dǎo)體薄膜卷。
4.一種形成PIN半導(dǎo)體薄膜的方法，其特征在于包括 提供一熔融P-型半導(dǎo)體材料、一本質(zhì)半導(dǎo)體材料與一熔融N-型半導(dǎo)體材料； 形成熔融P-型半導(dǎo)體材料、本質(zhì)半導(dǎo)體材料與熔融N-型半導(dǎo)體材料的一 P-型半導(dǎo)體帶、一本質(zhì)半導(dǎo)體帶與一 N-型半導(dǎo)體帶； 接合P-型半導(dǎo)體帶、本質(zhì)半導(dǎo)體帶與N-型半導(dǎo)體帶；以及 對(duì)P-型半導(dǎo)體帶、本質(zhì)半導(dǎo)體帶與N-型半導(dǎo)體帶執(zhí)行一滾壓制程或下壓制程以形成PIN半導(dǎo)體薄膜。
5.如權(quán)利要求4所述的形成PIN半導(dǎo)體薄膜的方法，其特征在于，所述P-型半導(dǎo)體帶、本質(zhì)半導(dǎo)體帶與N-型半導(dǎo)體帶通過一下拉法或鑄膜法形成。
6.如權(quán)利要求4所述的形成PIN半導(dǎo)體薄膜的方法，其特征在于，還包括一步驟以纏繞PIN半導(dǎo)體薄膜以形成一 PIN半導(dǎo)體薄膜卷。
7.一種形成N-型或P-型半導(dǎo)體薄膜的方法，其特征在于包括 提供一熔融半導(dǎo)體材料； 形成熔融半導(dǎo)體材料的一半導(dǎo)體帶； 對(duì)半導(dǎo)體帶執(zhí)行一滾壓制程或下壓制程以形成半導(dǎo)體薄膜；以及 對(duì)半導(dǎo)體薄膜執(zhí)行一離子布植制程以形成N-型或P-型半導(dǎo)體薄膜。
8.如權(quán)利要求7所述的形成半導(dǎo)體薄膜的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體帶通過一下拉法或鑄膜法形成。
9.如權(quán)利要求7所述的形成半導(dǎo)體薄膜的方法，其特征在于，還包括一步驟以纏繞半導(dǎo)體薄膜以形成一半導(dǎo)體薄膜卷。
10.如權(quán)利要求1、4或7所述的形成N-型/P-型/PN/PIN半導(dǎo)體薄膜的方法，其特征在于還包括一步驟以堆棧N-型、P-型、PN、PIN半導(dǎo)體薄膜與至少一第二 N-型、第二 P-型、第二 PN或第二 P IN半導(dǎo)體薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種形成PN、PIN、N-型和P-型半導(dǎo)體薄膜的方法，包括以下步驟，提供一熔融的P-型、本質(zhì)與N-型半導(dǎo)體材料。然后，對(duì)此熔融的P-型、本質(zhì)與N-型半導(dǎo)體材料執(zhí)行一下拉制程或一鑄膜制程。之后，選擇性地執(zhí)行一雙邊滾動(dòng)制程以形成一P-型、本質(zhì)與N-型半導(dǎo)體帶狀。接著，接合此P-型、本質(zhì)與N-型半導(dǎo)體帶狀以形成一PIN半導(dǎo)體帶狀。最后，對(duì)此PIN半導(dǎo)體帶狀執(zhí)行一滾壓制程或下壓制程以形成一PIN半導(dǎo)體薄膜。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102842487SQ20121021269
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者張良冬, 張子恒 申請(qǐng)人:張良冬