[发明专利]制造半导体材料制品的方法

说明书

相关申请

本申请要求2009年10月30日提交的题为“制造半导体材料制品的方法”的美国申请第12/609987号的优先权。

技术领域

本发明涉及制造半导体材料制品的方法，更具体来说，本发明涉及外浇铸法(exocasting method)，从而在模具的外表面上形成半导体材料的制品。

背景技术

半导体材料用于各种用途，可以例如结合入光生伏打装置之类的电子装置之内。光生伏打装置通过光生伏打效应将光辐射转化为电能。

半导体材料的性质可能取决于很多的因素，包括晶体结构、本生缺陷的浓度和种类，是否存在掺杂剂和其他杂质，以及它们的分布。在半导体材料中，例如粒度和粒度分布会对制得的装置的性能造成影响。例如，随着粒度尺寸变大和粒度尺寸变得更均匀，光生伏打电池之类的基于半导体的装置的电导率会获得改进，因此总体效率会获得改进。

对于硅基装置，可以使用各种技术对硅进行成形。其例子包括成形为锭块、片材或带材的硅。所述硅可以被下方的基材支承，或者未被支承。这些用来制造支承型和非支承型硅制品的常规方法存在很多缺点。

制造非支承型半导体材料薄片(包括硅片)的方法可能很慢，或者会对半导体材料原料造成浪费。例如，可以使用Czochralski工艺制造非支承型单晶半导体材料。但是，在将所述材料切割成薄片或者晶片的时候，此种大批量法可能会不利地造成显著的切割损失。其它的可以用来制造非支承型多晶半导体材料的方法包括电磁浇铸和带材生长技术。但是，这些技术很慢，而且很贵。使用硅带材生长技术制造的多晶硅带材通常仅能以大约1-2厘米/分钟的速率形成。

可以以比较廉价的方式制造支承的半导体材料片，但是，半导体材料片受到在其上制造该半导体材料的基材的限制，所述基材必须满足各种工艺要求和应用要求，这些要求可能是矛盾的。

在以下专利文献中揭示了用来制造非支承型多晶半导体材料的方法：共同拥有的美国临时专利申请第61/067,679号，该申请于2008年2月29日提交，题为“用来制造非支承型纯的或者掺杂的半导体元件或合金的制品的方法(Method of Making an Unsupported Article of a Pure or Doped Semiconducting Element or Alloy)，”以及2009年2月27日提交的题为“用来制造非支承型纯的或者掺杂的半导体元件或合金的制品的方法(Methods of Making an Unsupported Article of Pure of Doped Semiconducting Element or Alloy)”的美国专利申请第PCT/US09/01268号，其内容参考结合入本文中。

如本文所述，本发明人发现了可以用来制备支承型和非支承型半导体材料制品的另外的方法。本发明所述的方法可以促进形成具有所需属性的外浇铸半导体材料，所述属性包括例如改进的晶粒结构，杂质和/或缺陷浓度降低，表面粗糙度降低，厚度均匀，同时减少材料浪费，加快生产速率。

发明内容

根据各种示例性的实施方式，制造半导体材料制品的方法包括：提供浸泡在熔融半导体材料中的模具，已经在所述模具的外表面上形成了所述半导体材料的固体层。改变所述模具相对于熔融半导体材料的相对位置，从而将包括由熔融半导体材料形成的固体层的模具取出。在取出过程中，对温度、作用力以及取出的相对速率中的一种或多种工艺变量进行控制。通过控制这些工艺变量中的一种或多种，可以在所述取出操作过程中在所述固体层上形成的半导体材料固体外覆层中实现一种或多种所需的属性。根据所述的方法，可以最大程度减小所述外覆层的厚度以及/或者最大程度减小所述外覆层的表面粗糙度。

在本文中，术语“半导体材料”包括具有半导体性质的材料，例如硅、硅的合金和化合物、锗、锗的合金和化合物、砷化镓、砷化镓的合金和化合物、锡的合金和化合物，以及它们的组合。在各种实施方式中，所述半导体材料可以是纯的(例如本征硅或i-型硅)或掺杂的(例如包含至少一种n型(例如磷)或p型(例如硼)掺杂剂的硅)。

在本文中，短语“半导体材料制品”、“外浇铸制品”以及它们的变化形式包括使用所述方法制造的半导体材料的任何形状或者形式。这些制品的例子可以是平滑的、织构化的、平坦的、有弧度的、弯曲的、有角度的、对称的或者非对称的。半导体材料的制品可以包括例如片材、晶片或管材的形式。