[发明专利]制造单晶片有效

专利信息
申请号: 201180025407.4 申请日: 2011-05-23
公开(公告)号: CN102906315A 公开(公告)日: 2013-01-30
发明(设计)人: M·T·比约克;H·E·里埃尔;H·施米特 申请(专利权)人: 国际商业机器公司
主分类号: C30B11/10 分类号: C30B11/10;C30B11/12;C30B13/18;C30B15/08;H01L31/18
代理公司: 北京市中咨律师事务所 11247 代理人: 于静;张亚非
地址: 美国*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 制造 晶片
【说明书】:

技术领域

本公开涉及用于制造单晶片(mono-crystalline sheet)的方法和设备,具体而言涉及单晶硅片。此外,提供用于制造太阳能电池和天阳能电池装置的方法。

背景技术

多数诸如集成电路或微芯片的半导体器件是基于硅的。此外,硅可以应用于光伏应用并形成所使用的大多数太阳能电池的基础。为了用于太阳能电池应用,广泛使用薄硅衬底。

公知基于硅的太阳能电池的效率取决于用作衬底的硅的结晶性。例如,应用非晶形硅的太阳能电池呈现低于10%的效率。使用多晶硅的较高效太阳能电池可达到约15%的效率。通常根据每入射太阳能由太阳能电池产生的电力来测量太阳能电池的效率。可利用单晶硅衬底获得太阳能电池的最高效率。在光伏应用中还使用其他半导体材料,所述半导体材料优选地采用其单晶形式。然而,在商业应用中,主要采用硅衬底。

发明内容

根据本发明的一个方面的实施例,提供一种用于制造半导体材料的单晶片的方法,所述方法包括以下步骤:

提供至少两个孔元件(aperture element),在所述至少两个孔元件之间形成间隙;

在所述至少两个孔元件之间的所述间隙中提供包含所述半导体材料的熔融合金;

在所述熔融合金附近提供包含所述半导体材料的气态前体(precursor)介质;

在所述熔融合金附近提供所述半导体材料的成核晶体(nucleationcrystal);以及

使所述成核晶体与所述熔融合金接触。

根据一个实施例,所述方法可以包括将所述半导体材料沉积在所述成核晶体上的步骤。

所述半导体材料可以由例如硅、锗、砷化铟、磷化铟、砷化镓、或磷化镓制成。所述前体介质可以包括选自作为蒸气施加的硅(Si)、锗(Ge)、铟(In)、砷(As)、磷(P)或镓(Ga)的氯化物、氢化物或金属有机化合物。

特别地,根据本发明的另一实施例,提供一种用于制造单晶硅片的方法,所述方法包括以下步骤:

提供至少两个孔元件,在所述至少两个孔元件之间形成间隙;

在所述至少两个孔元件之间的所述间隙中提供包含硅的熔融合金;

在所述熔融合金附近提供包含硅的气态前体介质;

在所述熔融合金附近提供硅成核晶体;以及

使所述硅成核晶体与所述熔融合金接触。

通过应用所提出的方法,可以获得单晶半导体片而不需要将半导体材料的单晶块切割为薄片。此外,由于单晶硅片沿着成核晶体生长,因此该片可以具有矩形的形状。如果用作太阳能电池的衬底,这种几何形状会是特别合适的。

在一个方法实施例中,包括将所述孔元件和所述熔融合金定位为使得所述熔融合金通过表面张力而保持在所述孔元件之间的步骤。

所述方法还可以包括加热所述孔元件的步骤。

在一个实施例中,执行从所述熔融合金逐渐收回(retract)所述成核晶体的步骤。

例如,通过使用包含硅的气态前体介质,该前体介质或前体气体中的硅可以进入熔融合金,从而导致过饱和。然后,单晶硅可以在接触熔融合金区域的成核晶体的边缘上生长。因此,在特定方法实施例中,硅可以从包含硅的气态前体介质释放到熔融合金中,从而使得该熔融合金中的硅过饱和。硅在此可以代表前体介质中所包含的任何半导体材料或成核晶体以及要制造的单晶薄片的半导体材料。

根据另一实施例,所述方法在可以包含惰性气体的保护气氛中执行。也可在处理期间使用真空室。

根据本发明一个方面的实施例,提供一种用于制造单晶片的设备。所述设备可以包括至少两个孔元件,所述至少两个孔元件彼此相距预定距离,从而形成间隙,且所述两个孔元件适合于被加热,以通过表面张力使包含半导体材料的熔融合金保持在所述孔元件之间的所述间隙中。所述设备可以包括用于在所述熔融合金附近供应(deliver)或制造包含所述半导体材料的气态前体介质的装置,以及用于在所述熔融合金附近保持和移动成核晶体的定位装置。

所述半导体材料可以是例如硅、锗、砷化铟或砷化镓。所述前体介质可以包括作为气相材料施加的选自硅、锗、铟或镓等的氯化物、氢化物或金属有机化合物。

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