[发明专利]减小半导体材料尺寸的装置和方法

说明书

本发明涉及减小半导体材料尺寸的装置和方法。

为生产太阳能电池或电子元件(例如：存储元件或微处理器)，需要高纯半导体材料。以受控方式引入的掺杂物，是这类材料应以最佳方式包含有的唯一杂质物。为此，期望保持尽可能低的有害杂质浓度。常常发现，甚至已制得的高纯态半导体材料在进一步加工产生最终产品的过程中，再次受到污染。因此，需要一次次艰辛的提纯步骤，以便恢复原有的纯度。进入半导体材料晶格的外来金属原子，干扰电荷分布，会降低以后组件的功能或使其失效。因此，尤其要避免半导体材料受到金属杂质的污染。此点特别适用于硅，硅无疑是电子工业中最为经常使用的半导体材料。举例而言，可以通过有高度挥发性因而易于用蒸馏方法提纯的硅化合物(例如，三氯硅烷)的热分解方法，来制取高纯硅。在这一方法中，制得的硅是多晶态棒型材料，具有的典型直径为70-300mm，长度为500-2500mm。这类硅棒的大部分用来制作坩埚提拉单晶，制作条、片材料或用来制作多晶太阳能电池基板材料。由于这些产品要由高纯熔融硅制作，因此在坩埚中熔融固体硅是不可缺少的步骤。为了使这个方法尽可能有效，大体积的固体硅件(举例而言，诸如上述的多晶硅棒)必须在熔融以前减小其尺寸。通常，这点往往会伴随产生半导体材料的浅表层的污染，原因是减小尺寸是使用金属压碎工具(诸如：颚形破碎机，辊式破碎机，锤或凿)进行的。

在进行尺寸减小时，必须十分注意碎片表面不被外来材料所污染。尤其把来自金属原子的污染看作是严重的问题，因为这些原子可以损害半导体材料的电学性质。如果，按照迄今为止一直使用的主要传统方法，用机械工具(举例而言，诸如钢质破碎机)破碎将要被减小尺寸的半导体材料，其后，在熔融前必须要使碎片受到艰辛和昂贵的表面纯化。

按照已公开的说明书DE-3811091A1以及它所对应的专利US-4,871,117，所使用破碎工具的工作表面是由不会引起污染，或仅会引起轻微污染的材料(诸如：硅，氮化物陶瓷；或碳化物陶瓷)制作的，使用这一工具进行的机械破碎方式，可以破碎固体及大体积硅体。通过外部的加热作用，在被破碎的硅件中产生一种温度梯度，并且设定的表面温度为400-1400℃，其后快速地降低该温度至少300°，使温度梯度至少部分逆转，以此可以达到破碎化。为了产生温度梯度，必须把固体材料置入一炉中加热，然而这种方法的缺点在于，已被吸附在半导体材料表面的外来物质在加热阶段开始运动和/或受到加速。这样，该外来物质从表面进入半导体晶格，因此会致使洁净措施难以奏效。洁净措施仅能除去位于邻近表面的杂质。加之，在上述方法中，半导体材料在加热期间实际上无法避免受到由炉体释放出外来物质的污染。

因此，本发明的目的将是在现有技术的基础上，提供一种改进的装置和方法，特别是使它可以减小半导体材料的尺寸，而不受到污染，并且不使用高温和机械粉碎工具。借助于本发明可达到这种目的。

本发明的主题是一种用来减小半导体材料尺寸的装置。这种装置至少有两个相隔的电极。该电极是用将要被减小尺寸的半导体材料构成的，每一电极带有一加热装置。

令人惊奇的特点是，使用由半导体材料制作的电极也是可以的，而用由另外材料制作的电极会从该电极和/或从用作接触介质的水引入大量的外来物质。

图1图示出按本发明尺寸减小装置的整个截面图。

图2图示出了按本发明方法从上面观察的立体图。

本发明的装置优选用来减小硬脆性半导体材料1的尺寸，诸如：砷化锗或砷化镓，并优选硅。而与是否打算减小尺寸的是已成碎裂化半导体材料还是半导体棒无关。