專利名稱：：用于制造半導(dǎo)體晶圓的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明大體上涉及半導(dǎo)體薄片(sheet)，以及更加具體地涉及用于制造半導(dǎo)體晶圓的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
：由半導(dǎo)體材料形成的晶圓用于多種應(yīng)用，并且若非全部至少大部分這樣的應(yīng)用需要越來越多數(shù)量這樣的晶圓。例如，光生伏打系統(tǒng)的使用已經(jīng)變得更加普遍并且在能源生產(chǎn)中變得更加重要。而且，因此預(yù)期光生伏打系統(tǒng)的使用將會顯著增長。至少一些已知的光生伏打系統(tǒng)使用例如由單晶或多晶硅組成的襯底等的半導(dǎo)體襯底。然而，光生伏打技術(shù)的使用可能受到使用在光生伏打系統(tǒng)中的半導(dǎo)體晶圓的成本限制。存在多種用于制造半導(dǎo)體晶圓的制造方法。在至少一個已知的制造方法中，用于太陽能電池的多晶硅晶圓通過在惰性氣氛中熔融高純材料生產(chǎn)。在這種方法中，冷卻得到的熔融硅以形成多晶錠，然后用線狀鋸或內(nèi)徑刀片把多晶錠切成薄片以生產(chǎn)期望的厚度與尺寸的晶圓。生產(chǎn)晶圓的其他已知制造方法依靠在熔融半導(dǎo)體材料內(nèi)晶體的隨機形核。通常這種方法生產(chǎn)低成本晶圓，但是因為控制熔融半導(dǎo)體材料的形核是困難的，通常這種晶圓的品質(zhì)低。通常在光生伏打電池內(nèi)使用低品質(zhì)的晶圓會P爭低這種電池的效率。而且，因為控制半導(dǎo)體材料的形核是困難的，通常制造這種晶圓的成本比用其他制造方法的高。
發(fā)明內(nèi)容一方面，提供了一種用于制造半導(dǎo)體晶圓的方法。該方法包括在定位裝置(setter)材料的一部分之上施加半導(dǎo)體材料層，將定位裝置材料和半導(dǎo)體材料^J入到預(yù)定的熱梯度中以形成熔融體，其中該熱梯度包括預(yù)定的形核和生長區(qū)域，以及在形核和生長區(qū)域中形成至少一個局部冷點以在至少一個期望的位置誘發(fā)晶體形核。另一方面，提供了一種用于制造晶圓的方法。該方法包括提供定位裝置，施加脫模涂層至定位裝置的上表面，在脫模涂層的上表面之上沉積半導(dǎo)體材料，通過引入脫模涂層和半導(dǎo)體材料到預(yù)定的溫度梯度來形成熔融體，以及對熔融體施加熱圖案(thermalpattern)以在至少一個期望的位置i秀發(fā)形核。另一方面，提供了一種半導(dǎo)體晶圓。該晶圓包括具有大致上均勻的由預(yù)定圖案定義的結(jié)晶的本體。該晶圓通過在定位裝置的上表面上施加脫模涂層，在脫模涂層的上表面上施加至少一種半導(dǎo)體材料的至少一層，將定位裝置材料、脫模涂層、以及至少一種半導(dǎo)體材料引入到預(yù)定的溫度梯度中以形成該至少一層半導(dǎo)體材料層的至少上表面的熔融體，以及根據(jù)預(yù)定圖案形成至少一個局部冷點。圖1是可用于制造半導(dǎo)體晶圓的示范性制造設(shè)備的示意圖2是說明使用在圖1中示出的制造設(shè)備制造半導(dǎo)體晶圓的示范性方法的流程圖3是就圖1中示出的設(shè)備可使用的示范性排熱裝置的圖示；圖4是就在圖1中示出的設(shè)備使用在圖2中示出的方法而可使用的示范性圖案的圖；以及圖5是就圖1中示出的設(shè)^f吏用在圖2中示出的方法而可使用的備選圖案的圖。部件標(biāo)號說明:<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>具體實施例方式目前，硅是半導(dǎo)體晶圓的制造中使用的最常用的半導(dǎo)體材料，也稱作給料，之一。因此，本文所用的術(shù)語"半導(dǎo)體"和"半導(dǎo)體材料"是指基于硅的元件和硅材料。然而，如本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員容易理本文說明的設(shè)備和方法制造。盡管本文只說明了使用硅粉末給料以用于制造硅薄片中，可使用液態(tài)硅給料和/或結(jié)晶硅給料而沒有偏離本發(fā)明。圖1是可用于制造半導(dǎo)體晶圓的示范性制造設(shè)備100的示意圖。在示范性實施例中，制造設(shè)備100是包括能夠以不同溫度條件工作的多個區(qū)域的可控氣氛爐。在示范性實施例中，制造設(shè)備100包括多個輥子(roller)104、給料斗108、刮刀110和加熱/冷卻區(qū)域116。而且在示范性實施例中，定位裝置102由輥子104推進以使得定位裝置102能夠在給料斗108下移動，給料斗108沉積期望的半導(dǎo)體材料的量112以及任何期望的添加劑至定位裝置102上表面118的一部分。更具體地說，在該示范性實施例中，至少一層半導(dǎo)體材料112沉積在上表面118上。在備選實施例中，第二給料斗(未顯示)可用于在上表面118的一部分和/或之前沉積在定位裝置102上的材料層之上分配另外的半導(dǎo)體材料112。然后包含半導(dǎo)體材料112的那部分定位裝置102在刮刀110下方移動并且移入加熱/冷卻區(qū)域116。在示范性實施例中，加熱/冷卻區(qū)域116包括至少一個熱處理設(shè)備114。熱處理設(shè)備114向加熱/冷卻區(qū)域116提供熱能，并且從而將熱引至區(qū)域116內(nèi)的任何東西?？墒褂萌魏文軌蚴怪圃煸O(shè)備100如本文說明的那樣起作用的熱源。在示范性實施例中，加熱/冷卻區(qū)域116還包括至少一個排熱裝置122。排熱裝置122從位于加熱/冷卻區(qū)域116內(nèi)的物體去除熱量。優(yōu)選地在制造設(shè)備100的內(nèi)部維持惰性氣氛。更加具體地，在示范性實施例中，制造設(shè)備100的內(nèi)部被密封便于防止惰性材料從制造設(shè)備100內(nèi)逸出，以W或者防止從制造設(shè)備100的外部通入污染物。圖2是說明使用制造設(shè)備100(在圖1中示出)制造半導(dǎo)體晶圓144的示范性方法200的流程圖。參考圖1和2,當(dāng)制造半導(dǎo)體晶圓144時，首先選擇(201)定位裝置102。更加具體地，選擇的定位裝置102的形狀決定了生產(chǎn)完成的半導(dǎo)體晶圓144的形狀。因此，定位裝置102可提供例如以及非限制性地大致上方形的晶圓、大致上圓形的晶圓，以及/或大致上矩形的晶圓。定位裝置102可包括一個或一個以上凹槽(未顯示)，其具有在制造過程中將圖案(圖l和2中未顯示)傳遞到材料層的預(yù)定的形狀以及/或預(yù)定的形貌。例如，凹槽可組成一系列的峰和谷。在示范性實施例中，定位裝置102包括定義在第一表面(未顯示)和相對的第二表面(未顯示)的每個上的一個或一個以上的凹槽。不僅在第一表面上而且在第二表面上提供凹槽使得能夠?qū)⒍ㄎ谎b置102移動穿過例如設(shè)備IOO等的有兩邊之任一邊面向上且有兩邊之任一邊與定位裝置102相對的熔爐。施加(202)脫才莫涂層(releasecoating)124至定位裝置上表面118以使定位裝置102能夠容易地與完成的半導(dǎo)體晶圓144分離。在一個實施例中，脫模涂層124是氮化硅(Si3N4)。備選實施例中可使用二氧化硅(Si02)或碳化硅(SiC)作為脫沖莫劑(releaseagent)。在其他備選實施例中，可以使用任何其他成分作為使晶圓144能夠如本文說明的那樣生產(chǎn)的脫模劑。更加具體地，在示范性實施例中，向定位裝置102施加含有脫模涂層124的液態(tài)漿體?？墒褂冒ǖ幌抻谕垦b工藝和/或噴涂工藝等已知的施加方式向定位裝置102施加脫模涂層124。在一個實施例中，以預(yù)定的圖案向定位裝置102施加脫模涂層124。在另一個實施例中，以預(yù)定的厚度梯度施加脫模涂層124。然后在脫模涂層124之上沉積(203)至少一種半導(dǎo)體材料112。在示范性實施例中，在脫模涂層124變干后沉積(203)半導(dǎo)體材料112。而且，在示范性實施例中，如上文說明的從給料斗108沉積預(yù)定量的半導(dǎo)體材料112。在一個實施例中，在脫模涂層124之上沉積大致上恒定厚度的半導(dǎo)體材料112。在另一個實施例中，在脫才莫涂層124之上以預(yù)定圖案和/或以預(yù)定厚度梯度沉積半導(dǎo)體材料112。在示范性實施例中，包括脫4莫涂層124和半導(dǎo)體材料112的定位裝置102接著移動(204)穿過加熱/冷卻區(qū)域116。加熱/冷卻區(qū)域116內(nèi)的熱源114與排熱裝置122引起期望的熱分布140用于材料112和涂層124。在示范性實施例中，熱分布140包括具有變化的溫度以及其中半導(dǎo)體材料112經(jīng)歷物理變化的多個區(qū)域。例如，在包括脫模涂層124和半導(dǎo)體材料112的定位裝置102從刮刀110下面通過后，出現(xiàn)預(yù)熱區(qū)域130。于是對涂層124和材料112引入熔融區(qū)域132,在熔融區(qū)域132內(nèi)，溫度超過半導(dǎo)體材料112的熔融溫度預(yù)定量。因此，在熔融區(qū)域132內(nèi)至少半導(dǎo)體材料112的上表面128形成熔融體126。然后定位裝置102進入結(jié)晶區(qū)域134，其中液態(tài)層(未顯示)與結(jié)晶層(未顯示)同時存在。在示范性實施例中，結(jié)晶區(qū)域134中的溫度以預(yù)定的方式降4氐便于熔融體126結(jié)晶。通過定位和/或重新定位熱源114和/或排熱裝置122可改變溫度。熱分布140也包括冷卻區(qū)域136,其中結(jié)晶半導(dǎo)體材料112進一步冷卻。最終，冷卻的晶圓144在晶圓卸載區(qū)域138從設(shè)備100上卸下。而在結(jié)晶區(qū)域134，向熔融體126應(yīng)用(205)預(yù)定熱圖案以誘發(fā)半導(dǎo)體材料112在預(yù)定的位置或多個位置形核。在示范性實施例中，形核是通過改變?nèi)廴隗w126的熱傳特征(heattransferproperty)誘發(fā)的，以便在熔融體126的表面128上形成局部冷點142。在局部冷點142誘發(fā)形核便于在熔融體126內(nèi)有序的晶體形成。熱傳特征可使用多種方法改變。在一個實施例中，可以以預(yù)定的圖案(圖1和2中未顯示)向定位裝置102施加脫模涂層124。在另一個實施例中，可以以預(yù)定的厚度梯度向定位裝置102施加脫模涂層124。在又一個實施例中，使用排熱裝置122應(yīng)用(205)熱圖案，如下文說明的。圖3是就設(shè)備100(在圖1中顯示)可使用的示范性排熱裝置122的圖示。更加具體地，在一個實施例中，排熱裝置122包括圖案306、冷卻層302，以及隔熱層304。在備選實施例中，冷卻層302和隔熱層304是由基本上不同的材料構(gòu)成的，并且被放置使得層302與304之間沒有接觸。在這樣的實施例中，隔熱層304包括多個孔使得隔熱層304作為介于冷卻層302與熔融體126之間的圖案化掩沖莫。而且，在一個實施例中，冷卻層302基本上由金屬組成。在備選實施例中，冷卻層302基本上由石墨組成。在示范性實施例中，排熱裝置122放8置于設(shè)備100內(nèi)使得排熱裝置122的第一表面308比排熱裝置122相對的第二表面310更靠近熔融體126。在一個實施例中排熱裝置122放置于靠近熔融體126的地方。在這樣的實施例中，排熱裝置122基本上由高熔點金屬和/或陶瓷材料制成?；蛘撸艧嵫b置122可由任何允許排熱裝置122如本文說明的那樣起作用的材料制成。或者，在上文說明的實施例中，其中排熱裝置122與熔融體126接觸放置，排熱裝置122可由便于防止熔融體126粘附于排熱裝置122的材料或材料組合制成。此外，排熱裝置122由使排熱裝置122能夠耐受設(shè)備100內(nèi)高溫的材料或材料組合制成。工作過程中，在結(jié)晶區(qū)域134使用排熱裝置122以向熔融體126(在圖1中顯示)應(yīng)用熱梯度。在一個實施例中，排熱裝置122放置于靠近熔融體126的地方。更加具體地，在這樣的實施例中，排熱裝置122^L置于離熔融體126的上表面128大約0.5到15.0毫米(mm)以及更加具體地大約1.0到10.0mm。在另一個實施例中，排熱裝置122與熔融體上表面128相對放置。排熱裝置122可包括但不限于包括圖案和/或大致上平坦的表面。圖4是可引入脫模涂層124和/或就定位裝置102和/或排熱裝置122(每個都在圖1中顯示)使用的示范性圖案400的圖。圖5是可就/對這些相同的元件使用/應(yīng)用的備選圖案500的圖。更加具體地，在示范性實施例以及如在圖4和5中示出，暗的點和/或線^表那些相對于大致上平坦和/或凹陷的部分404和504凸起或伸長的部分402和502。在備選實施例中，暗的點和/或線可代表與凸起或升高的部分404和504相比大致上平坦和/或凹陷的部分402和502。當(dāng)將圖案400和500傳遞給熔融體126例如上表面128等的表面時，圖案400和500便于通過降低在預(yù)定部分402和502的熔融體126的溫度在凸起部分402和502誘發(fā)形核。而且，部分402和502通過改變這些位置的熱交換特征便于降低熔融體126的溫度。例如，當(dāng)包括圖案400的排熱裝置122放置于靠近熔融體126的地方使得部分402放置于比部分404離或相對熔融體126更近的位置，熔融體126與部分402之間的熱傳比熔融體126與部分404之間的熱傳更快。隨著從熔融體126的熱傳繼續(xù)，在熔融體126離部分402最近的位置比熔融體126離部分404最近的位置更快達到熔融體126開始形核的溫度。工作過程中，可使用例如圖案400或圖案500(在圖4和5中分別顯示)等的圖案以向熔融體126(在圖1中顯示)應(yīng)用熱梯度。在示范性實施例中，以及如上文說明的，應(yīng)用熱梯度便于在預(yù)定位置142降低熔融體126的溫度。在預(yù)定位置142降低熔融體126的溫度便于以更加可控的方式誘發(fā)形核。上文說明的用于制造半導(dǎo)體晶圓的方法以及設(shè)備的實施例便于在半導(dǎo)體熔融體預(yù)定位置誘發(fā)形核。在半導(dǎo)體熔融體內(nèi)預(yù)定位置誘發(fā)形核便于更加有序形核，從而提高晶圓的品質(zhì)。提高的晶圓品質(zhì)便于通過促使貫穿晶圓的基本上均勻的分布來提高包括該晶圓的相關(guān)元件也就是相關(guān)太陽能電池的性能而同時維持低成本。而且，在半導(dǎo)體熔融體內(nèi)預(yù)定位置誘發(fā)形核便于生長更大晶粒和/或更具柱狀的晶粒組織。這樣的晶粒組織便于改善半導(dǎo)體晶圓的電性能，從而提高具有這樣的半導(dǎo)體晶圓的太陽能電池的效率。上文中詳細說明了用于制造半導(dǎo)體晶圓的方法以及設(shè)備的示范性實施例。方法和設(shè)備不限于本文說明的具體的實施例，但是，方法地使用。雖然本發(fā)明根據(jù)不同具體的實施例說明，那些本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員會認識到本發(fā)明可以以權(quán)利要求的精神以及范圍內(nèi)的改動來實施。權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體晶圓(144)，其包括具有由預(yù)定圖案(306)定義的大致上均勻結(jié)晶的本體，所述半導(dǎo)體晶圓通過以下制造施加(202)脫模涂層(124)至定位裝置材料(102)的上表面(118)；在所述脫模涂層的上表面之上施加(203)至少一種半導(dǎo)體材料(112)的至少一層；將所述定位裝置材料、脫模涂層、以及所述至少一種半導(dǎo)體材料引入(204)到預(yù)定的溫度梯度以形成所述至少一層半導(dǎo)體材料層的至少上表面的熔融體(126)；以及根據(jù)所述預(yù)定圖案形成(205)至少一個局部冷點(142)。2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶圓(144),其中以所述預(yù)定圖案(306)施加(202)所述脫模涂層(124)。3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶圓(144)，其中以預(yù)定厚度梯度施加(202)所述脫一莫涂層(124)。4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶圓(144)，其中所述定位裝置材料(102)包括所述預(yù)定圖案(306)。5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶圓(144)，其中通過在離所述熔融體預(yù)定的距離處放置排熱裝置(122)向所述熔融體(126)應(yīng)用所述預(yù)定圖案(306)，其中所述排熱裝置包括所述預(yù)定圖案和大致上平坦表面的至少其中之一。6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶圓(144)，其中通過將所述熔融體與排熱裝置(122)的至少一部分接觸來向所述熔融體(126)應(yīng)用所述預(yù)定圖案(306),其中所述排熱裝置包括所述預(yù)定圖案和大致上平坦表面的至少其中之一。全文摘要提供了半導(dǎo)體晶圓(144)。半導(dǎo)體晶圓包括具有由預(yù)定圖案(306)定義而來的大致上均勻結(jié)晶的本體。該半導(dǎo)體晶圓通過以下來制造應(yīng)用(202)脫模涂層(124)至定位裝置材料(102)的上表面(118)，在脫模涂層的上表面之上施加(203)至少一種半導(dǎo)體材料(112)的至少一層，將定位裝置材料、脫模涂層、以及至少一種半導(dǎo)體材料引入(204)到預(yù)定的溫度梯度以形成至少一層半導(dǎo)體材料層的至少上表面的熔融體(126)，以及根據(jù)預(yù)定圖案形成(205)至少一個局部冷點(142)。文檔編號C30B11/00GK101503820SQ20091000406公開日2009年8月12日申請日期2009年2月5日優(yōu)先權(quán)日2008年2月6日發(fā)明者J·蘭德,R·榮奇克申請人:通用電氣公司