專利名稱：用于生長薄半導體帶的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種從硅的熔體拉拔半導體特別是多晶硅的薄帶的方法。
技術背景最廣泛地j吏用的半導體帶，特別是用于制造光伏電池的，是多晶硅的 帶。因此，下列說明涉及硅帶但是應該記住本發(fā)明還涉及其它半導體材料 例如鍺或砷化鎵的帶.當制造光伏電池時，制造珪的薄帶是比通過鋸切錠制造硅晶片優(yōu)選的 解決方案。帶解決方案基本上減少了硅的消耗，摒棄了昂責的晶片鋸切操 作，并且減少了有毒的化學制品的消耗。在已開發(fā)的生長或拉拔硅帶的許多的解決方案中，已證實兩種垂直拉拔方法是用于制造薄帶的最好的方法； 一種稱為在臨時基底上的帶(Ruban sur substrat temporaire)(在臨時基底上的帶)"RST"以及另一種稱 為"STR"(線帶)。在RST方法中，通常由碳制造的薄條帶以恒定的速率垂直向上移動經(jīng) 過硅的熔體。在碳條帶的兩個面中的每一個上淀積硅的薄層.在凝固之后， 離開熔化狀態(tài)后的條帶是由在兩個硅層之間嵌入的碳核所構成的合成條 帶。隨后通過在高溫爐中燃燒消除碳核。獲得切割成晶片的兩個薄硅條帶. 例如在法國專利FR-A-2 386 359、 FR-A-2 550 965和FR-A-2 561 139中描 述了 RST方法。在圖1中，圖解地示出了另一種方法，STR方法.具有加熱器裝置(未 示出)的拉拔坩堝10包含珪熔體12。兩個絲14和16穿透其的兩個孔刺 穿了坩堝的底；它們是平行的、垂直的并且彼此間隔。該絲以恒定的速率
向上移動通過硅。籽晶可以起動在硅熔體的表面處的兩個絲之間的硅的結 晶。然后可以在起穩(wěn)定或固定帶的邊緣的作用的兩個絲之間拉拔自支撐的帶18。從彎月面20生長帶18，在絲14和16之間通過毛細溢出在硅熔體 表面之上的大約7mm (毫米)的高度形成該彎月面20。在硅凝固之后， 絲在硅帶邊緣處并入到硅帶中。例如國際專利申請WO-A-2004/035877描 述了可以減少或防止有時出現(xiàn)的彎月面變形的STR方法和裝置的實施例。 雖然它們表現(xiàn)得很好，但是由于趨向分開彎月面的毛細力，這樣的垂 直拉拔方法遭遇在帶的各端處的液體硅彎月面的不穩(wěn)定的問題。已提出了 對于該方法的各種改進。作為實例，對于RST方法，F(xiàn)R-A-2 550 965提出 了使用在帶的邊緣附近設置的固定元件以調(diào)整彎月面形狀和在這些邊緣之 上的硅層厚度，相似地，對于STR方法，WO-A3-01/04388提出了用于通 過提高絲附近的硅熔體的高度來穩(wěn)定彎月面的邊緣的裝置，然而，這樣的 方法不能完全令人滿意。STR方法具有其它缺點.作為實例，因為大約1.7cm/分(厘米/分鐘) 的低拉拔速率，所以其制造率是低的。大于該拉拔速率，由于使硅帶表面 變形的熱應力，帶扭曲。因此已提出建議以在同一設備中進行多個并行的 拉拔工序.然而，并行拉拔遇到自由液體彎月面之間的彼此干擾的問題。 事實上，彎月面趨向彼此吸引以減小表面能，這導致帶平面度的缺陷。在 國際專利申請WO-A1-2004/042122中通過在帶周圍設置元件以控制在帶 的側部中的彎月面的形狀，部分解決了該問題，但以致使該方法更為復雜 為代價。STR系統(tǒng)的另一個缺點在于在實踐中難以制造厚度小于250jim (微米)的帶.小于該厚度，硅帶變得扭曲和易碎并且在光伏電池制造的 步驟期間難以操作。而且，STR方法包括用于起動的引晶階段，在開始拉 拔帶時或在液體彎月面偶然破裂后重新開始時該引晶階段是關鍵的和困難 的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是通過克服上述缺點的一個或多個來改進STR方法。
為達到所述目的，本發(fā)明提供一種拉拔至少 一個半導體材料帶的方法， 在所述方法中彼此間隔的兩個平行的絲以連續(xù)的方式垂直向上經(jīng)過所述半 導體材料的熔體的表面，由位于所述絲之間的彎月面并且基本上在所i^ 面處形成所述帶。根據(jù)本發(fā)明，支撐條帶被插入在所述絲之間并且被包含 在通過所述絲限定的平面內(nèi)，所述支撐條帶以連續(xù)的方式以與所述絲相同 的速率垂直向上經(jīng)過熔化的半導體材料的所述熔體的所述表面，所述半導 體材料帶被形成在所述支撐條帶的兩個面中的一個上并且通過所述面被支 撐。優(yōu)選地，同時形成兩個半導體材料帶， 一個半導體材料帶在所述支撐 條帶的所述兩個面中的一個面上而另一個半導體材料帶在另一面上。有利地，所述絲由碳或硅石(silica)制造并且具有在0,3mm至lmm 范圍內(nèi)的直徑?？梢杂脽峤馐痈采w它們。在優(yōu)選的實施例中，所述支撐條帶由碳制造并且具有在200jim至 350pm范圍內(nèi)的厚度。所述熔化的半導體材料被包含在具有基本上水平的 底的拉拔坩堝中，所述底包括所述支撐條帶和所述絲穿過的孔。所述孔優(yōu)選地具有其寬度稍大于所述支撐條帶的厚度的矩形水平截面 和，在所述矩形截面的兩端中的每一端處，所述絲經(jīng)過的水平圓截面。所述半導體材料可以基于半導體元素例如硅或鍺或者基于同成分 (congruent)或半同成分的熔化半導體例如砷化鎵。


述，本發(fā)明的其它優(yōu)點和特點變得顯而易見。 圖1圖解地示出了現(xiàn)有技術STR方法； 圖2示例了本發(fā)明的方法；圖3和圖4示出了在圖2中通過III和IV分別指示的高度處的水平面 中的水平截面中的兩個絲和兩個圍繞碳支撐條帶的半導體在該實例中硅的 帶；以及
圖5圖解地示出了在水平截面中，在拉拔坩堝中的支撐條帶和絲經(jīng)過 的孔。
具體實施方式
根據(jù)本發(fā)明，在STR方法中使用了優(yōu)選由碳制造的支撐條帶，同時還 保留了兩個碳絲。通過潤濕支撐條帶加強了在條帶的邊緣上的液體硅的彎 月面的固定.圖2示出了通過位于坩堝底中的孔28向上經(jīng)過拉拔坩堝(未示出)的 兩個垂直的絲24與26之間的垂直的支撐條帶22。例如，使用通過升高其 溫度致使其變成液體的硅填充通過硅石或碳制造的拉拔坩禍。支撐條帶被 包含在通過絲24與26 (絲在形狀上基本上是棱形的而不必須是圓對稱的； 例如可以是矩形截面)的對稱的兩個縱軸限定的垂直平面中.也在圖5中 的水平截面中示出的該孔28具有在其兩端的每一個端處的通過圃形的表 面32與34終接的延長的矩形30的形狀。矩形30比支撐條帶22的寬度稍 大并且圓形表面32與34的直徑比絲的直徑稍大，以便支撐條帶22和兩個 絲24與26經(jīng)過孔28.將孔28的邊緣與支撐條帶22和絲24、 26分離開 的距離是這樣的，坩堝中包含的熔化的硅不通過孔流動.作為實例，對于 300jim的支撐條帶厚度，對于0.6mm的絲直徑和對于坩堝中包含的在孔 正上方的熔化的硅的lcm (厘米)的高度，孔的矩形截面30的寬度可以 是大約600jim以及圓形截面32、 34的直徑可以是大約lmm.支撐條帶22和絲24、 26經(jīng)過孔28并且垂直向上經(jīng)過使用液體硅填充 的拉拔坩堝，裝置(未示出)沿箭頭36的方向以恒定的速率拉拔由條帶 22和絲24、 26形成的組合件。在合成物表面上沒有出現(xiàn)扭曲的情況下， 對于大約200jim厚的硅帶拉拔速率可以達到接近5cm/分的值，以及對于 80pm厚的帶拉拔速率接近10cm/分。通過比較，在常規(guī)STR方法中最大 的拉拔速率大約是1.7cm/min，例如大約慢3至6倍。在液體硅的表面與支撐條帶22和絲24、26的接合處38處形成彎月面。 使用依靠冷卻結晶的硅的薄層涂敷支撐條帶22的兩側。因此，同時獲得了兩個多晶珪帶40和42。圖3與圖4示出了在相對于硅熔體的通過III與IV分別指示的高度處 的水平面中的截面中附著到支撐條帶22和附著到絲24、 26的帶40和42 的形狀。在平面III處，硅已冷卻并且結晶形成硅帶，而在平面IV處，在 熔化的硅的表面之上幾毫米處(典型地小于6mm)，硅44還未凝固而是 形成彎月面。在優(yōu)選的實施例中，由碳或硅石制造的絲24和26是相同的，可選地 被用熱解石墨涂敷，并且它們的直徑在0.3111111至1111111范圍內(nèi)。將它們與 支撐條帶22的邊緣分離開大約100(im以防止使支撐條帶變形的任何接觸。支撐條帶22的厚度在200 pm至350 im范圍內(nèi)，優(yōu)選在200jim至 300nm范圍內(nèi)。該支撐條帶優(yōu)選地由碳制造，例如從天然的、膨脹的、然 后軋制的石墨中制造的撓性石墨?？梢砸砸幻讓捄蛶资组L的巻的形式提 供支撐條帶22,然而，例如對于此處描述的實施例優(yōu)選地使用在5cm到 20cm范圍內(nèi)的寬度。在拉拔之后，獲得的合成條帶由支撐條帶22、兩個絲24和26以及通 過支撐條帶和絲支撐的兩個硅帶40、 42組成.下一步驟初始地例如使用激 光將合成條帶切割成通常是矩形的合成晶片，并且切割合成條帶或合成晶 片的邊緣以暴露出碳帶的側邊緣，這樣除去絲24、 26.接著，例如在空氣 中在高溫下(大約1000°C)下通過燃燒破壞支撐條帶22以獲得兩個多晶 硅的晶片。然后已自由或者面對支撐條帶設置的晶片的面經(jīng)低水平(low level)剝離以從珪石上除去在表面上形成的氣化層.該氧化層非常薄，大 約幾十微米?？梢允褂酶鞣N常規(guī)技術實施剝離.對STR方法的上述修改通過較高的拉拔速率和通過同時制造兩個硅 帶可以改善常規(guī)方法的制造率，通過降低帶的厚度至lOOjim以下的值可以 減少硅的消耗，并且可以改善帶的平面度。平面度的該優(yōu)點歸因于許多效 應。首先，支撐條帶的熱物理特性向使用兩個絲的常規(guī)STR方法提供附加的優(yōu)點，其避免了或最小化了具有扭曲的表面的合成條帶的形成。支撐條 帶參與提取結晶的潛熱，降低了在結晶前沿處的硅條帶中的相對溫度梯度，
這防止了歸因于熱機械應力的翹曲現(xiàn)象的出現(xiàn)并且允許使用非常高的拉拔 速率；其次，其熱惰性穩(wěn)定了接近彎月面的熱場，從而減少了結晶等溫線 的位移。此外，在拉拔坩堝中存在的支撐條帶平分了硅熔體的寬度，其削 弱了在熔體中趨向發(fā)展的熱對流流，并且還削弱了它們引起的結晶等溫線 的位移。另外，由于連接液體表面與拉拔坩堝的壁的角度的變化和/或正 在從同一硅熔體拉拔幾個帶時鄰近的彎月面的存在使結晶彎月面遭受干 擾，支撐條帶的存在還大大地減少了歸因于該干擾的結晶彎月面位移的可能性。伴隨著典型地小于± lOO[im的沿垂直于支撐條帶的方向的位移的可 能性，支撐條帶的存在物理地將液體彎月面的附著點保持在準固定的垂直 平面中。因此，與常規(guī)STR方法相比，本發(fā)明可以以更好的平面度和更高的拉 拔速率(因此具有更高的制造率)制造更薄例如厚度小于15(Vm的硅帶。 因此，本發(fā)明特別適于通過使用制造的硅帶制造光伏電池。在不背離本發(fā)明的范圍情況下技術人員可以對上述方法做出各種修改或變化。作為實例，通過阻止硅淀積在支撐條帶的兩個面中的一個上，可 以制造單個帶替代一次制造兩個帶。而且，很容易想象支撐條帶和兩個絲 沒有通過設備的底部iiX到硅熔體中，而是通過側壁或者從頂部直接l 熔體并通過返回機制傳送以便通過熔體頂部離開。
權利要求
1.一種拉拔至少一個半導體材料帶(40、42)的方法，在所述方法中彼此間隔的兩個平行的絲(24、26)以連續(xù)的方式垂直向上經(jīng)過所述半導體材料的熔體的表面，由位于所述絲之間的彎月面并且基本上在所述表面處形成所述帶(40、42)，所述方法的特征在于支撐條帶(22)被插入在所述絲(24、26)之間并且被包含在通過所述絲限定的平面內(nèi)，所述支撐條帶(22)以連續(xù)的方式以與所述絲相同的速率垂直向上經(jīng)過熔化的半導體材料的所述熔體的所述表面，所述半導體材料帶(40、42)被形成在所述支撐條帶的兩個面中的一個上并且通過所述面被支撐。
2. 根據(jù)權利要求l的方法，其特征在于同時地形成兩個半導體材料帶 (40、 42)， 一個半導體材料帶在所迷支撐條帶的所述兩個面中的一個面上而另 一個半導體材料帶在另 一面上。
3. 根據(jù)任何的上述權利要求的方法，其特征在于所述絲(24、 26)由 碳或硅制造，
4. 根據(jù)權利要求3的方法，其特征在于所迷絲(24、 26)的直徑在 0.3mm至lmm范圍內(nèi).
5. 根據(jù)權利要求3或權利要求4的方法，其特征在于使用熱解石墨的 薄層涂敷所述絲(24、 26)。
6. 根據(jù)任何的上迷權利要求的方法，其特征在于所迷支撐條帶(22) 由碳制造.
7. 根據(jù)權利要求6的方法，其特征在于所述支撐條帶(22)的厚度在 200jun至300nm范圍內(nèi)，
8. 根據(jù)任何的上迷權利要求的方法，其特征在于所述半導體材料帶 (40、 42)的厚度小于250nm。
9. 根據(jù)任何的上述權利要求的方法，其特征在于所述熔化的半導體材 料被包含在具有基本上水平的底的拉拔坩堝中，所述底包括所述支撐條帶(22)和所述絲(24、 26)穿通的孔(28)。
10. 根據(jù)權利要求9的方法，其特征在于所述孔(28)具有其寬度稍 大于所述支撐條帶(22)的厚度的矩形水平截面和，在所述矩形截面的兩 端中的每一端處，其具有所述絲經(jīng)過的圓形水平截面(32、 34)。
11. 根據(jù)任何的上述權利要求的方法，其特征在于所述半導體材料基 于半導體元素或者同成分或準同成分的熔化半導體化合物。
12. 根據(jù)權利要求ll的方法，其特征在于所述半導體材料是硅。
13. 根據(jù)任何的上述權利要求的方法，其特征在于所述支撐條帶的邊 緣與所述絲分離開至少100微米以防止使所述支撐條帶變形的任何接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于生長至少一個半導體材料制造的帶(40、42)的方法，根據(jù)所述方法兩個平行并且間隔的絲(24、26)以連續(xù)的速度垂直向上經(jīng)過所述熔化的半導體材料的熔體的表面，由位于所述絲之間的彎月面并且基本上在所述表面的高度處形成所述帶(40、42)。根據(jù)本發(fā)明，支撐條帶(22)被設置在所述絲(24、26)之間，所述支撐條帶(22)以連續(xù)的速度以與所述絲相同的速率垂直向上經(jīng)過所述熔化的半導體材料的所述表面，所述半導體材料帶(40、42)由此被形成在所述支撐條帶的兩個面中的一個上并且通過所述面被支撐。本發(fā)明可以用于制造用于制造光伏電池的多晶硅帶。
文檔編號C30B15/24GK101128625SQ200680005915
公開日2008年2月20日 申請日期2006年3月1日 優(yōu)先權日2005年4月22日
發(fā)明者C·雷米 申請人:索拉爾福爾斯公司