[发明专利]优化硅膜厚度均匀性的模具形状

说明书

相关申请交叉参考

本申请根据35U.S.C.§120要求2010年7月27日提交的美国申请序列第12/844305号的优先权，以其内容为基础并通过参考全文结合于此。

发明领域

本发明涉及制造半导体材料制品的方法，更具体涉及在成形模具的外表面上形成半导体材料制品的外铸形方法。

技术背景

半导体材料用于许多应用中，例如可结合到电子器件如光伏器件中。光伏器件通过光伏效应将光辐射转化成电能。

半导体材料的性质可取决于多种因素，包括晶体结构、固有缺陷的浓度和种类，以及掺杂剂和其他杂质的存在和分布。在半导体材料中，例如晶粒粒度和粒度分布会影响所得器件的性能。例如，基于半导体的器件（如光伏电池）的导电性和由此决定的总体效率一般会随着晶粒增大和变得更均匀而得到改进。

对于基于硅的器件，可采用各种技术形成硅。其例子包括作为锭、片或带形成的硅。硅可由下方基材承载或没有下方基材承载。但是这些制造承载型和非承载型硅制品的常规方法具有一些缺点。

制造非承载型半导体材料薄片（包括硅片）的方法可能是缓慢的，或者造成半导体原料的浪费。非承载型单晶半导体材料可例如采用佐克拉斯基（Czochralski）或布里奇曼（Bridgman）方法制造。但是在将材料切割成薄片或晶片时，这些批量方法可能不利地导致显著的截口损失。可制造非承载型多晶半导体材料的其他方法包括电磁铸造和直接净形片生长方法如带生长方法。但是这些技术是缓慢而昂贵的。利用硅带生长技术生产的多晶硅带的形成速率通常仅约为1-2厘米/分钟。

承载型半导体材料片能较为廉价地生产，但是半导体材料片可能受到在其上形成该半导体材料片的基材的限制，所述基材可能必须满足各种工艺和应用要求，这些要求可能是相互冲突的。

用于生产非承载型多晶半导体材料的方法如2009年5月14日提交的共同拥有的美国专利申请第12/466143号和2009年2月27日提交的共同拥有的美国专利申请第12/394608号中所述，这些申请的内容通过参考结合于此。

如本文所述，本发明人现在发现了可制造承载型和非承载型半导体材料制品的另外的方法。所述方法可促进形成具有所需属性如均匀厚度的外铸形半导体材料，同时能减少材料浪费并提高生产速率。

发明概述

根据各种示例性的实施方式，提出了制造半导体材料的固体层的外铸形方法，该方法包括选择模具，该模具具有前缘厚度、后缘厚度以及将前缘与后缘分开的长度，使得在将前缘和后缘浸入熔融半导体材料中的第一和第二浸入时间中，在固体层厚度-有效浸入时间的各图中，与前缘和后缘相邻的固体层的厚度基本与目标厚度相等。然后将模具浸入熔融半导体材料中并取出，在该模具的外表面上形成半导体材料的固体层，其中将该模具的前缘浸入第一浸入时间，将该模具的后缘浸入第二浸入时间。

如本文所用，术语“半导体材料”包括能表现出半导体性质的材料，例如硅、硅的合金与化合物、锗、锗的合金与化合物、砷化镓、砷化镓的合金与化合物，以及它们的组合。在各种实施方式中，半导体材料可以是纯净的（例如本征硅或i型硅）或掺杂的（例如分别包含至少一种n型或p型掺杂剂如磷或硼的硅）。

如本文所用，“半导体材料制品”、“外铸形制品”及其变体包括使用所述方法制造的任意形状或形式的半导体材料。这些制品的例子可以是光滑的、织构化的、平坦的、曲面的、弯曲的、成角度的、致密的、多孔的、对称的或不对称的。半导体材料的制品可包括诸如片、晶片或管之类的形式。

术语“模具”表示可在其外表面上形成半导体材料制品的物理结构。不需要熔融或固体半导体材料与模具的外表面物理接触，不过也可以发生接触。

术语“模具外表面”表示在将模具浸入熔融半导体材料中时，暴露于熔融半导体材料的模具表面。

术语“承载”表示半导体材料制品与模具一体化。承载型半导体材料制品可任选地保留在模具上用于进一步加工。

术语“非承载”表示半导体材料制品没有与模具一体化。非承载型半导体材料制品在形成时可由模具承载，但之后从该模具分离。

术语“在模具外表面上形成半导体材料固体层”及其变体表示来自熔融半导体材料的至少一些半导体材料在模具外表面上凝固。

术语“晶体”表示包含晶体结构的任何材料，包括例如单晶和多晶半导体材料。

术语“多晶”包括任何包含多个晶粒的材料。例如多晶材料可包括微晶和纳米晶材料。