CN102648310A - 半导体材料的高通量再结晶 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了制备和/或处理半导体材料制品的方法。在多个方法中，提供第一半导体材料制品，充分加热所述第一半导体材料制品，使该半导体材料熔化，在基本平行于熔融的半导体材料制品最短尺寸的方向上使所述熔融的半导体材料固化。本发明还揭示了通过本文所述的方法制备的半导体材料制品。

Description

半导体材料的高通量再结晶
相关申请
本申请要求2009年12月8日提交的题为“半导体材料的高通量再结晶”（High Throughput Recrystallization of Semiconducting Materials）的美国申请第12/632837号的权益。
技术领域
本发明涉及制备和/或处理半导体材料制品的方法，以及由此制备和/或处理的半导体材料制品。
背景技术
半导体材料用于各种用途，可以例如结合入光伏器件之类的电子器件之内。光伏器件通过光电效应将光辐射转化为电能。
光伏器件可包含例如硅作为半导体材料。对于硅基器件，可利用各种技术使硅形成各种形状。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。
制备非支承型半导体材料制品例如硅片的方法可能缓慢或者浪费半导体原材料。例如，可以使用丘克拉斯基（Czochralski）工艺制备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截口损失。其他可用来制备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备的多晶硅带材通常仅能以大约1-2cm/min的速率形成。
可以比较廉价的方式制备支承型半导体材料片，但是，半导体材料片受到在其上形成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，这些要求可能是相互冲突的。
以下专利文献揭示了用来制备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61/067679号,该申请于2008年2月29日提交，题为“用来制备纯的或者掺杂的半导体元件或合金的非支承型制品的方法（Method of Making an Unsupported Article of a Pure or DopedSemiconducting Element or Alloy）”；以及PCT公开第WO09/108358号，于2009年9月3日公开，题为“用来制备纯的或者掺杂的半导体元件或合金的非支承型制品的方法（Methods of Making an Unsupported Article ofPure of Doped Semiconducting Element or Alloy）”，其内容通过参考结合于此。
半导体材料的性质可能取决于很多的因素，包括晶粒结构、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，例如晶粒的粒度、粒度分布和晶粒取向会对制得的器件的性能造成影响。例如，随着晶粒变得更大和更均匀，光伏电池之类的基于半导体的器件的电导率会得到改进，因此总体效率会得到改进。
已知生产通量的增加会导致晶粒质量下降，从而导致所得的基于半导体的器件的效率下降。一种解决方案是将制备半导体材料制品（例如硅片）的工艺与改善晶粒结构和/或以其他方式最大程度减少缺陷的工艺分开。目标是在第一个高通量步骤中制备具有所需几何性质（例如厚度、宽度和/或长度）的半导体材料，接着在第二步改善晶粒结构、缺陷浓度等。2008年6月2日提交的题为“处理半导体材料的方法和经过处理的半导体材料”（Methods of Treating Semiconducting Materials and Treated SemiconductingMaterials）的美国申请第12/156499号描述了将上述工艺分开的方法的例子，其内容通过参考结合于此。
其他的方法，如WO 2009/002550 A1和德国弗劳恩霍夫太阳能研究所（Fraunhofer Institut Solar Energiesysteme）在“用于硅膜的ZMR 100区域熔化再结晶系统”（The ZMR 100 Zone melt Recrystallization System forSilicon Films）中所述的区域熔化再结晶法（ZMR）和相关方法，通过沿着基材平面扫描热源对半导体材料进行侧向熔化和再固化，反之亦然。但是，这些ZMR方法存在缺陷，如通量不如人意。
如本文所述，本发明人现在发现了可以制备半导体材料制品的另外的方法，以及/或者处理半导体材料制品的方法。所揭示的方法有利于形成具有所需特性的半导体材料制品，所述特性是例如改进的晶粒结构、减少的缺陷、低表面粗糙度和均匀厚度中的一种或多种，同时减少废料，提高生产速率。
发明内容
本发明的多个示例性实施方式提供了制备第二半导体材料制品的方法，所述方法包括：提供第一半导体材料制品，充分加热所述第一半导体材料制品，使所述第一半导体材料制品熔化，沿着基本平行于所述熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向使所述熔融的第一半导体材料制品固化。
本发明的其他示例性实施方式涉及处理第一半导体材料制品的方法，所述方法包括：充分加热所述第一半导体材料制品，使所述第一半导体材料制品熔化，沿着基本平行于所述熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向使所述熔融的第一半导体材料制品固化。前述制备第二半导体材料制品和处理第一半导体材料制品的方法可改善第一半导体材料制品的晶粒结构和/或表面性质中的至少一个方面。
其他示例性实施方式涉及第二半导体材料制品，所述第二半导体材料制品通过以下步骤制备：充分加热第一半导体材料制品，使所述第一半导体材料制品熔化，沿着基本平行于所述熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向使所述熔融的第一制品固化。所述第二半导体材料制品可具有改善的晶粒结构和/或表面性质。
本文所用的术语“半导体材料”包括具有半导体性质的材料，作为非限制性例子，如硅，锗，锡的合金和化合物，砷化镓，二氧化钛，它们的合金，它们的化合物，以及它们的混合物。在多个实施方式中，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n型（例如磷）或p型（例如硼）掺杂剂的硅]。
本文所用的短语“半导体材料制品”包括任何形状或形式的晶体或无定形半导体材料。这些制品的例子包括平滑的或织构化的制品；平坦的、有弧度的、弯曲的或有角度的制品；对称的或者非对称的制品；具有各种形式的制品，例如片材、薄膜、晶片、锭块、带材或棒材。在一个实施方式中，所述半导体材料制品可具有至少一个基本平坦的表面。在另一个实施方式中，所述半导体材料制品可包含例如具有一定厚度以及彼此独立的长度和宽度的片材，所述厚度约为25-5000μm，例如约为100-300μm，所述长度和宽度约为75μm-500cm，例如约为250μm-250cm，又如约为500μm-15cm。
本文所用的术语“非支承型”是指自支撑半导体材料制品（即该半导体材料制品不与基材融为一体）。
本文所用的术语“支承型”是指半导体材料制品通过例如至少一种化学键连接到基材和/或至少一个半导体材料制品上。
本文所用的术语“第一半导体材料制品”是指在本文所述的加热步骤之前提供的任何半导体材料制品。例如，如上所述，在至少一个实施方式中，第一半导体材料制品可以是网形硅膜，如通过美国专利申请第PCT/US09/01268号所揭示的外浇铸法制备的网形硅膜。
本文所用的术语“第二半导体材料制品”是指由第一半导体材料制品经本文所述的加热和固化步骤所形成的任何半导体材料制品。在一个实施方式中，“第二半导体材料制品”可保持与第一半导体材料制品相对应的总体组成、几何性质、形状和/或形式。
本文所用的术语“合金”是指至少两种金属固溶体的均一混合物，其中一种金属原子取代另一种金属原子或者占据另一种金属原子之间的间隙位置。
本文所用的术语“基本平坦的表面”是指任何基本平整的表面（即固有曲率基本为零）。应当理解，在本发明的背景下，虽然半导体材料制品的总体表面（即在宏观尺度上）可视为基本平坦的，但在任何特定的位置（即在微观尺度上）检查表面时，可能会看到表面上的一些不规则之处。出于本发明的目的，在宏观尺度上基本平坦但可能具有这种微观表面不规则之处的表面视为“基本平坦”。
本文所用的术语“基本平行”是指在基本相同的方向上延伸且在所有点上基本等距。应当理解，在本发明的背景下，虽然线和/或面总体上（即在宏观尺度上）可视为基本平行，但在任何特定位置（即在微观尺度上）检查这些线和/或面时，可能会看到方向上的一些不规则之处（即不是基本平行的）。出于本发明的目的，方向在宏观尺度上基本平行但可能具有这种微观不规则之处的线和/或面视为“基本平行”。
本文所用的术语“基本垂直”是指线或面与另一给定的线或面相交且基本形成直角。  应当理解，在本发明的背景下，虽然线和/或面总体上（即在宏观尺度上）可视为基本垂直，但在任何特定位置（即在微观尺度上）检查这些线和/或面时，可能会看到方向上的一些不规则之处（即不是基本垂直的）。出于本发明的目的，方向在宏观尺度上基本垂直但可能具有这种微观不规则之处的线和/或面视为“基本垂直”。
本文所用的术语“基本静止”用于半导体材料制品时，是指在基本垂直于熔融的半导体材料制品最短尺寸的方向上没有移动或仅发生最小的移动。例如，在一个实施方式中，第一半导体材料制品和/或熔融的第一半导体材料制品可分别在加热和定向固化步骤中保持基本静止。应当理解，在本发明的背景下，虽然第一半导体材料制品和/或熔融的第一半导体材料制品总体上（即在宏观尺度上）可在加热和定向固化步骤中保持基本静止，但在任何特定位置（即在微观尺度上）检查所述第一半导体材料制品和/或熔融的第一半导体材料制品时，可能会看到一些不规则的移动（即不是基本静止的）。出于本发明的目的，在宏观尺度上基本静止但可能具有这种微观的不规则移动的第一半导体材料制品和/或熔融的第一半导体材料制品可视为“基本静止”。
本文所用的短语“熔融的第一半导体材料制品的最短尺寸”就是指熔融的第一半导体材料制品的最短尺寸，不考虑它相比于第一半导体材料制品的定位方向。例如，在一个实施方式中，第一半导体材料制品可部分熔化，形成第一半导体材料制品的熔池，熔池的最短尺寸可能在基本不同于第一半导体材料制品的最短尺寸的方向上。在另一个实施方式中，熔池的最短尺寸的方向可在与第一半导体材料制品的最短尺寸基本相同的方向上。
本文所用的术语“基材”是指结构的任何基层或顶层[即“覆材”（superstrate）]，如本文所述，所述基材在半导体材料的熔点之上仍基本为固体形式，不与半导体材料或盖层（capping layer）反应（即基本呈化学惰性）。基材可与第一半导体材料制品的整个表面和/或至少一个盖层接触，或者它可仅部分地与第一半导体材料制品和/或至少一个盖层接触，如接触第一半导体材料制品和/或至少一个盖层的端部或边缘。在一些实施方式中，基材包括耐火材料，比如二氧化硅。还可以使用其他材料形成基材，在一些实施方式中可以根据材料耐受高温和/或降低第一半导体材料制品被杂质污染的风险的能力选择。在一些实施方式中，基材包含热源。
本文所用的短语“提高的生产速率”及其各种变体包括与用来制造半导体材料制品的常规方法例如带材生长法相比，半导体材料制品生产速率的任何提高。例如，提高的生产速率可以是大于1-2cm/min的任意速率。
本文所用的短语“减少废料”及其变体是指在制造半导体材料制品之后，减少采用切片或切割的常规方法造成的半导体材料损失量。
本文所用的术语“晶粒结构”包括晶粒尺寸、晶粒形状、晶粒尺寸的均一性、晶粒形状的均一性以及/或者晶粒方向的均一性。
本文所用的“改善的晶粒结构”及其变体是指半导体材料的任何一个或多个晶粒特征得到改善，例如晶粒织构、晶粒均匀性、晶粒尺寸和/或形状、晶粒取向，并且/或者与制造半导体材料的常规方法相比，可减少第二半导体材料制品可能需要进行的后处理的量。
本文所用的术语“柱状晶粒”包括在基本平行于熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向上生长的晶体。
本文所用的“改善的表面性质”是指在任意一种或多种表面性质方面有改善，比如表面形貌和表面外观。改善的表面性质还可包括在半导体材料制品厚度方面的改善，比如产生均匀的厚度和/或减小半导体材料制品的厚度。
本文所用的术语“晶体”是指包含晶体结构的任何材料，包括例如多晶半导体材料。
本文所用的术语“多晶”包括由多个晶粒组成的任何材料。
本文所用的术语“无定形”包括缺乏长程有序性的任何材料。
本文所用的短语“熔融的第一半导体材料制品的热含量”及其变体是指熔融的第一半导体材料制品的平均热含量。熔融半导体材料内的局部温度可能会时刻发生变化，例如加热第一半导体材料制品时熔融半导体材料靠近热源的区域，或者熔融半导体材料暴露于大气条件的区域。在多个实施方式中,尽管有一些局部温度变化，但是熔融半导体材料的平均热含量是基本均一的。
本文所用的术语“熔池”是指在第一半导体材料制品之上或之内聚集的一定量的熔融材料，其中熔融材料包含与第一半导体材料制品大致相同的组成，其形成方法是使第一半导体材料制品充分暴露于热源，导致至少一部分第一半导体材料制品熔化。
本文所用的短语“充分加热第一半导体材料制品，使第一半导体材料制品熔化”是指充分加热第一半导体材料制品，使第一半导体材料制品在任何方向上部分或完全熔化。例如，在一个实施方式中，可充分加热第一半导体材料制品，使第一半导体材料制品在始于第一半导体材料制品顶部、底部和/或任意至少一侧的方向上部分或完全熔化。
本文所用的术语“熔化”、“熔融”及其变体可互换使用。
本文所用的术语“盖层”是指可在本文所述的加热步骤之前沉积和/或形成于第一半导体材料制品的至少一个完整或局部表面上的任何材料，其目的是明显抑制熔融的第一半导体材料制品表面积的减少。
本文所用的术语“固化”及其变体是指形成固体（即从液体变成固体形式）。
本文所用的术语“定向固化”是指使熔融的第一半导体材料制品在基本平行于熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向上固化的方法。
本文所用的术语“固/液界面”是指视为将固体半导体材料与液体（即熔融）半导体材料基本分开的公共边界的表面。应当理解，在本发明的背景下，虽然固/液界面总体上（即在宏观尺度上）可能基本垂直于熔融的第一半导体材料制品的最短尺寸，但在任何特定位置（即在微观尺度上）检查固/液界面时，可能看到方向上的一些不规则之处（即不是基本垂直）。出于本发明的目的，在宏观尺度上基本垂直于熔融的第一半导体材料制品最短尺寸但可能具有这种微观的方向不规则性的固/液界面可视为“固/液界面”。
本文所用的术语“垂直方向”及其变体是指基本平行于熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向。
本文所用的术语“侧向”及其变体是指基本垂直于熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向。
如本文所述，本发明涉及制备或处理半导体材料制品的方法，以及由此制备和/或处理的半导体材料制品。在以下说明中，特定的方面和实施方式将变得显而易见。应当理解，从最广义上讲，本发明可以在没有这些方面和实施方式中的一个或多个特征的情况下实施。还应当理解，这些方面和实施方式仅仅是示例性和说明性的，并非意在限制要求专利保护的本发明。
从下面的详述和所附权利要求书很容易了解本发明的其他特征和优点。
附图说明
在下文加以描述且包括在说明书中并构成说明书的一个组成部分的以下附图，展示了本发明的示例性实施方式，但是不应认为它们限制了本发明的范围，因为本发明还包括其他同等有效的实施方式。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意性方式显示。
图1是本发明的示例性实施方式中熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的示意图；
图2A是示例性实施方式中第一半导体材料制品的示意图；
图2B是示例性实施方式中加热第一半导体材料制品的示意图；
图2C是示例性实施方式中熔融的第一半导体材料制品定向固化的示意图；
图2D是示例性实施方式中第二半导体材料制品的示意图；以及
图3是显示示例性实施方式中通量与固化速度之间的关系的图线。
具体实施方式
以下将描述各种示例性实施方式，其中至少一个实施例示于附图。然而，这些不同的示例性实施方式并非意在限制本发明的内容，而是通过给出众多具体细节来提供对本发明的透彻理解。对本领域技术人员显而易见的是，本发明可以在没有这些具体细节中的一些细节或全部细节的情况下实施，而本发明的内容意在覆盖替代性方案、改进方案和等效方案。例如，为了避免不必要地造成本发明不清楚，没有详细地描述众所周知的特征和/或方法步骤。此外，类似或相同的附图编号用于标识共同或类似的零件。
本发明构思了各种用于制备第二半导体材料制品或处理第一半导体材料制品的示例性方法，所述方法包括：提供第一半导体材料制品，充分加热所述第一半导体材料制品，使所述第一半导体材料制品熔化，在基本平行于熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向上[如在厚度（例如约200μm）方向上]使熔融的半导体材料固化。从图1中的虚线可以看到熔融的第一半导体材料制品20的最短尺寸10的示例性实施方式。在一个实施方式中，第一半导体材料制品可部分或完全熔化，然后在基本平行于熔融的第一半导体材料制品最短尺寸（例如厚度）的方向上固化。本发明还构思了通过本文所述的方法制备的第二半导体材料制品的各种示例性实施方式。
在本发明的示例性实施方式中，形成第一半导体材料制品例如网形硅（例如15cmx15cmx200μm）的方法可与改进晶粒尺寸和缺陷密度的方法分开。第一步，可通过本领域技术人员已知的任何方法形成第一半导体材料制品。仅作为举例，通过美国专利申请第PCT/US09/01268号所揭示的外浇铸法，可以在高通量下制备所需厚度的硅。这些方法可实现高通量，如6000cm2/min甚至更大的通量。通过多路化（即同时形成多个第一半导体材料制品），可显著提高通量，使熔炉/炉膛空间得到高效利用。
在一些实施方式中，对于目标应用来说，通过这些高通量方法形成的第一半导体材料制品可能不具有最佳晶体质量（例如尺寸分布、取向、缺陷密度、表面性质）。这可能是因为高浸/拉（dip/pull）速度（通量）与缺陷浓度之间存在相反的关系。这样，第一半导体材料制品可按照本文所述的各种方法进一步处理。
提供第一半导体材料制品之后，可充分加热该第一半导体材料制品，使该第一半导体材料制品部分或完全熔化，然后使它在基本平行于熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向上固化。在至少一些实施方式中，可在基材上提供第一半导体材料制品，用于加热和/或定向固化步骤。基材的非限制性例子包括陶瓷、玻璃和石墨基材及其混合物。在其他示例性实施方式中，基材可以是包含半导体材料本身的分散颗粒（如细化形式）的混合物。例如，基材可包含硅/二氧化硅复合物。通过适当选择基材（例如热导率、密度、比热、孔隙率、厚度等）和工艺参数（例如基材温度、热源温度等），所形成的第二半导体材料制品可实现较小的厚度变化。
在多个示例性实施方式中，可用至少一个热源加热第一半导体材料制品。例如，在一个实施方式中，加热第一半导体材料制品包括使第一半导体材料制品的底表面或顶表面暴露于热源。在另一个实施方式中，加热第一半导体材料制品包括使第一半导体材料制品的顶表面暴露于第一热源，使第一半导体材料制品的底表面暴露于与第一热源相同或不同的第二热源。
本领域技术人员能够确定加热第一半导体材料制品的加热技术和参数，用于本文所述的方法的任何特定实施方式。在多个示例性实施方式中，热源可局部施用，并具有足以熔化第一半导体材料制品的热通量。可使用任何能够提供足以部分或完全熔化第一半导体材料制品的热通量的加热方法，例如美国专利申请第12/156499号所揭示和要求专利保护的任何加热方法。这种加热方法包括例如燃烧热源（焰炬）、放电热源（等离子体）、红外发射（电阻元件、灯泡）及其任意组合。此外，在多个示例性实施方式中，热源可选自蓄热体（即可被加热的任何材料，包括例如石墨块）、氢/氧焰炬、氢/卤素焰炬（例如氢/氯焰炬）、钨惰性气体（TIG）焰炬（任选包含封在二氧化硅中的钨电极）、红外灯（如卤素灯和激光阵列）、氩气或氦气等离子体焰炬、放电源、弧光灯和碳棒（如RF加热碳棒，可任选将其封闭起来，防止碳进入熔融的半导体材料或者以其他方式污染熔融的半导体材料）及其组合。
在某些示例性实施方式中，使用不会污染熔融的第一半导体材料制品的热源可能是有利的。例如，当处理的第一半导体材料制品是硅时，可使用带二氧化硅喷嘴的热源。在其他示例性实施方式中，使用氢气过量的氢/氧焰炬是有利的。在某些实施方式中，热源可以是单口喷嘴型，或者具有多口喷嘴、直线喷嘴或有形状的喷嘴。在至少一个实施方式中，热源可以包括多个直线型或有形状的辐射热源。
对于任何特定的实施方式，本领域技术人员容易确定用来熔化第一半导体材料制品的合适加热参数。例如，本领域技术人员可以选择热源的大小和/或形状，以与第一半导体材料制品、所需半导体材料熔池或二者的大小和/或形状相称。除此之外，热流速率和加热时间可以根据例如要形成的熔池的大小、要控制的热通量以及本领域技术人员在实施本发明时能够方便地确定的其他因素进行变化。在一些实施方式中，热源可包含多个热源，比如排成阵列的多个热源。在多个示例性实施方式中，热源是固定的或可移动的。在多个实施方式中，热源可组合，即“混合热源”。作为非限制性例子，混合热源可包含红外灯与焰炬或弧光的组合。
用于形成熔池的合适的温度可以例如是半导体材料的熔融温度或者更高。例如，可将第一半导体材料制品加热到约900-1650℃或更高的温度。作为非限制性例子，可将半导体材料加热到约1350-1450℃。作为另一个非限制性例子，在第一半导体材料制品是硅的一个实施方式中，可将其加热到1414℃至约1650℃。本领域技术人员将理解，用于形成熔池的合适温度可随各种因素变化，例如第一半导体材料制品的组成、对其进行加热的条件等。
在一些实施方式中，可以通过观察第一半导体材料制品发射率的变化来监控热源的应用。例如，在半导体材料是选自硅或硅合金的一个实施方式中，在施用热源后，温度的升高可以通过白热度（incandescence）的增加来监控。然而，一旦熔化，发射率会下降，亮度相应地降低，尽管实际上熔化的区域更热。当例如通过焊工眼镜观察时，本领域技术人员会注意到，未熔化的材料更亮些，因此能够确定形成熔池的点。
根据任何特定的实施方式加热时，合适的加热方法和参数可取决于例如组成第一半导体材料制品的半导体材料，它是否掺杂，需要部分熔化还是完全熔化，第二半导体材料制品所需的性质，以及本领域技术人员能够容易地确定和评价的其他参数。
在多个实施方式中，由于各种半导体材料例如硅的表面张力（硅的表面张力约为600达因/厘米），可任选在加热之前采取额外的步骤。高张力液膜具有收缩表面积的自然倾向，以最大程度减小表面能，“团成球形”。因此，熔化时，在一些实施方式中可能使用的基材上的液膜可能不是平整的。在至少一个实施方式中，可能希望厚度足够大，使得重力能够克服表面张力带来的收缩力。在另一个实施方式中，在加热之前或加热过程中，可在第一半导体材料制品的至少一个表面上沉积或形成盖层。本领域技术人员可容易地为任何特定的实施方式确定是否需要这种盖层。
一旦通过加热步骤使第一半导体材料制品部分或完全熔化，通过提取熔融的第一半导体材料制品中的热容量，在基本平行于熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向上使其固化。虽然不希望受理论限制，但是本发明人相信，定向固化至少可部分控制第二半导体材料制品的最终微结构（即晶粒尺寸、取向等）和缺陷密度。由于这两方面的性质强烈依赖于固-液界面的形状和固-液界面的速度（即固化速度），通过适当控制定向固化速率，可形成具有大柱状晶粒以及低缺陷密度的第二半导体材料制品。在至少一个实施方式中，固-液界面仍然基本垂直于熔融的第一半导体材料制品的最短尺寸。固-液界面可以例如从熔融的第一半导体材料制品的至少一个表面移动到相反表面，反之亦然，同时仍然基本垂直于熔融的第一半导体材料制品的最短尺寸。在其他实施方式中，固-液界面可以相同或不同的速度从至少一个表面和至少一个另外的表面（例如从两侧或更多侧定向固化）移动，而不考虑热能的来源。在至少一些实施方式中，在侧向上使温度分布尽可能均一可能是重要的，以确保在定向固化步骤的任何时刻，固-液界面仍然基本垂直于熔融的第一半导体材料制品的最短尺寸。
在一个实施方式中，第一半导体材料制品、熔融的第一半导体材料制品、至少一个热源和/或至少一个基材在本文所述的加热和/或固化步骤中可基本保持静止。例如，在一个实施方式中，可充分加热第一半导体材料制品，使第一半导体材料制品部分或完全熔化，同时第一半导体材料制品和/或至少一个热源可基本保持静止，然后使熔融的第一半导体材料制品在基本平行于熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向上固化，同时熔融的第一半导体材料制品和/或至少一个热源可基本保持静止。在另一个实施方式中，熔融的第一半导体材料制品可基本保持静止，同时至少一个热源可在垂直方向上移动，离开熔融的第一半导体材料制品，使熔融的第一半导体材料制品固化。
图2A、2B、2C和2D显示了本文所述的加热和定向固化方法的示例性实施方式。在图2A所示的示例性实施方式中，提供了第一半导体材料制品例如硅1。图2B和2C所示的加热和定向固化方法可应用于任何第一半导体材料制品，并且若需要根据例如所用第一半导体材料制品的类型和厚度、固化的半导体材料所需的性质和/或热源类型作出变化，本领域技术人员容易确定作出哪些变化。在图2A所示的示例性实施方式中，所述方法始于将第一半导体材料制品硅1置于基材2如高温陶瓷基材上，所述基材与蓄热体3接触。在将硅1置于基材2上之前，将盖层4沉积在硅1的两个基本平坦的表面上，但在其他实施方式中，可在将第一半导体材料制品置于任选的基材上之前和/或之后将至少一个盖层沉积在第一半导体材料制品的至少一个表面上，或者任何时候都不在第一半导体材料制品上沉积盖层。可以所需速率改变蓄热体3的温度。可在第一半导体材料制品的至少一个表面上提供至少一个隔热层，例如二氧化硅。例如，从图2A可以看出，用两个隔热层5给硅1的两个垂直侧面做成框架。硅1两侧的垂直隔热层5的目的是最大程度减小侧向温度梯度，使固化发生在熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向上。将顶部加热器6置于硅1上方。在图2B所示的示例性实施方式中，顶部加热器6的目的是使硅1完全熔化。在图2B中，顶部加热器6的设定温度高于硅1的熔点，顶部加热器6与蓄热体3的温度均保持足够长的时间，以便使所有的硅1a完全熔化，但在其他实施方式中，可使硅1仅部分熔化。在此阶段，如图2B所示，硅1在盖层4之间充分熔化1a。
随后，如图2C所示，可以受控速率降低蓄热体3的温度，使熔融硅1a从底部到顶部定向固化，即在基本平行于熔融硅1a的最短尺寸的方向上固化。从图2C还可看出，在定向固化过程中，固（1b）-液（1a）界面7基本保持垂直于熔融硅1a的最短尺寸。定向固化步骤之后，如图2C所示，熔融硅1a变成固化的硅，即第二半导体材料制品1b，如图2D所示。在一个实施方式中，在图2B和2C的示例性实施方式所示的加热和/或定向固化步骤中，硅1、熔融硅1a、固化硅1b、基材2、蓄热体3、盖层4、垂直隔热层5和/或顶部加热器6可基本保持静止。
一般地，定向固化可从第一半导体材料制品的顶表面和/或底表面引发。在固化从底表面开始的实施方式中，如图2C所示，定向固化可通过降低蓄热体3的温度实现，例如缓慢降低蓄热体3的温度。对于固化速率Vs，必须从熔融的第一半导体材料制品除去的潜热量是：
qC=(LW)VSρΔH    (1)
其中，对于例如第一半导体材料制品的矩形实施方式，L是长度，W是宽度，ρ是密度，ΔH是熔化潜热（例如硅的熔化潜热是1800J/g）。例如，为了在15cmx15cm的硅片中维持100μm/s的恒定固化速度，需要约10kW的除热速率。在至少一个实施方式中，固化速度在约10-1000μm/s的速率范围内。
所述至少一个隔热层可包含任何能帮助控制热通量的材料，只要它在接触经过加热的第一半导体材料制品时足够稳定，能提供一定程度的绝热值（insulating value），优选不污染半导体材料。适用于所述至少一个隔热层的材料的非限制性例子包括二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钇和氧化铪及其混合物和配混物，以及它们的玻璃质形式。在多个示例性实施方式中，所述至少一个隔热层可以是能带来热阻的形式，它可因材料（可包含两种或更多种化合物的混合物或固溶体）的导热性和热扩散性而本身具有热阻，如致密的整体料形式，或者对材料的微观和/或介观结构进行加工，使之包含一定体积比的导热性低得多、基本均匀分布的材料。这些材料可具有各种形式，例如，仅作为举例，粒料床（粒度为纳米级至约1mm，即从烟炱到沙）；无纺织物，如用难熔材料纤维制成的毡或纱，包含相同的包埋微粒；机制织物；上述任何材料单独或其组合的烧结但未充分致密化的形式。
熔融的第一半导体材料制品的热容量可通过本领域技术人员已知的任何方式提取。例如，在一个实施方式中，为了从熔融的第一半导体材料制品提取热容量，可减少来自顶部的热通量（输入），作为从底部增加热通量（输出）的附加或替代方法。在另一个实施方式中，可通过增大热源与半导体材料之间的距离来提取熔融的第一半导体材料制品的热容量。在另一个示例性实施方式中，比如在热源包括火焰时，可通过将热源的火焰吹拂在更大的表面积上来提取熔融的第一半导体材料制品的热容量。在又一个实施方式中，可通过降低所述至少一个热源的温度、控制所述至少一个基材的温度（若使用基材的话）和主动冷却中的至少一种手段提取熔融的第一半导体材料制品的热容量。
在多个实施方式中，固化速度和方向可精确控制，因此可类似地控制固-液界面，使得界面的生长速度低于导致形貌不稳定的临界速度。虽然不希望受理论限制，但本发明人相信，通过本文所述的定向固化方法，可防止或最大程度减少基本垂直于熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的多孔界面和亚晶粒边界的形成。通过保持温度梯度基本平行于熔融的第一半导体材料制品的最短尺寸，可在基本平行于熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向上生长柱状晶粒。基本平行于熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的柱状晶粒可最大程度减少倾斜的晶粒边界对空穴和电子的拦截，从而提高包含第二半导体材料制品的器件的效率。
在需要高通量的多个实施方式中，低固化速度（约100μm/s）至少可以在一些实施方式中实现，并且不损失如本文所述在第一半导体材料制品上进行定向固化的通量。虽然固化速度可能仅有例如约100μm/s，但在某些实施方式中，垂直方向上的固化距离也可相对较小，例如约200μm。因此，在这样的示例性实施方式中，在基本平行于熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向上固化所需的处理时间可仅约为2秒。此示例性实施方式表明，可以实现较低速度下的固化，同时仍保持高通量。图3显示了通量计算值与上面讨论的侧向固化和本文所揭示的垂直方向固化（即定向固化）的相应固化速度之间的变化关系。圆圈对应于侧向固化，方块对应于垂直固化。从图3可以看出，高于实验观察到的、用垂直虚线表示的“临界扫描速度”时，固-液界面可变成多孔状/树枝状（C/D），导致第二半导体材料制品中形成亚晶粒边界。扫描速度超出此临界扫描速度越远，缺陷结构越糟糕。若固化速度低于此临界扫描速度，则可在固-液界面得到稳定平面前锋（SPF），这样就可形成没有任何亚晶粒边界的固化晶体结构。
另一个实施方式可包括在基本平行于熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向上使第一半导体材料制品的一些区域熔化和固化（“点熔”），而不是第一半导体材料制品的整个区域熔化和固化。点熔可用例如氢焰炬完成——熔融区的面积与火焰的总体形状和温度有关，并且容易通过简单的手持式焰炬实现从几平方毫米至10平方厘米的变化。可利用任何聚焦热源（辐射或者对流/传导）完成这种区域熔化和定向固化。还应理解，施加热斑（hot spot）不必是单一操作。例如，可同时在第一半导体材料制品上施加多个这样的热斑。热斑可重叠，也可不重叠。但是，不重叠可能导致更差的微结构，因为可能有一个周边区域，它虽然经历了不到熔化程度的退火或者部分熔化（单侧）过程，但可能没有完全重构。
在另一个示例性实施方式中，可能适合使第一半导体材料制品部分或完全熔化，并在基本平行于熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向上固化，然后将部分或完全熔化和定向固化步骤至少再重复一次。在至少一个示例性实施方式中，可根据需要多次重复连续的熔化和定向固化过程，并可进一步改善制品半导体材料的晶体结构和/或表面性质。
依据本发明的多个示例性实施方式，本文所述的方法可以在环境条件下实施，例如在空气中实施，或者可以在受控环境下实施，比如在包含氩气、氢气或其混合物的密闭容器（例如手套箱）中实施。
本发明的多个示例性方法可以改善第一半导体材料制品的晶粒结构和表面性质中的至少一个方面，所述方法包括：提供第一半导体材料制品，充分加热该第一半导体材料制品，使所述第一半导体材料制品熔化，在基本平行于熔融的第一半导体材料制品最小尺寸的方向上使所述第一半导体材料制品固化。
应注意，除非明文且毫不含糊地局限于一个指代对象，否则，在本说明书和所附权利要求中使用的单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指代对象。因此，仅作为举例，当提及“一个热源”时，它可以指一个或多个热源，当提及“一种半导体材料”时，它可以指一种或多种半导体材料。本发明所用的“包括”一词及其语法上的变体不是为了起限制作用，因此，对列表中的项目的引述并不排除可以替换到或者添加到所列项目中的其他类似项目。
对本领域技术人员来说显而易见的是，在不偏离本发明的内容范围的前提下，可以对本发明作出各种修改和变动。通过考虑说明书和实施本发明所披露的内容，本发明的其他实施方式对本领域的技术人员来说是显而易见的。本说明书中所述的实施方式应仅仅视为示例。

Claims (18)

1.一种制备第二半导体材料制品的方法，所述方法包括:
提供第一半导体材料制品；
充分加热所述第一半导体材料制品，使所述第一半导体材料制品熔化；以及
使熔融的第一半导体材料制品在基本平行于所述熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向上固化。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一半导体材料制品具有至少一个基本平坦的表面。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一半导体材料制品和所述熔融的第一半导体材料制品在固化步骤中基本保持静止。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在加热步骤之前，在所述第一半导体材料制品的表面上形成至少一个盖层。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述第一半导体材料制品提供在至少一个基材上。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述至少一个基材包含陶瓷、玻璃、石墨或其混合物。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一半导体材料制品包含硅、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、二氧化钛的合金和化合物，以及它们的混合物。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，加热所述第一半导体材料制品包括用至少一个热源加热。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，加热所述第一半导体材料制品包括用至少一个热源加热，所述热源选自蓄热体、灯、激光阵列、氢和氧焰炬、放电源、弧光灯及其组合。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，加热所述第一半导体材料制品包括加热至约900-1600℃的温度。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，加热所述第一半导体材料制品包括加热至约1350-1450℃的温度。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，固化包括以足够的速率提取所述熔融的第一半导体材料制品的热容量，从而在基本平行于所述熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向上提供基本均匀的温度梯度。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，从所述熔融的第一半导体材料制品中提取热容量的速率使得所述熔融的第一半导体材料制品中的固-液界面保持基本垂直于所述熔融的第一半导体材料制品的最短尺寸。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述提取热容量包括以下至少一项措施：降低至少一个热源的温度，主动冷却，以及当所述第一半导体材料制品被提供在至少一个基材上时，控制所述至少一个基材的温度。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固化的速率约为10-1000μm/s。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一半导体材料制品的至少一个表面上提供至少一个隔热层。
17.一种第二半导体材料制品，所述制品通过以下方法制备：
充分加热第一半导体材料制品，使所述第一半导体材料制品熔化；以及
使熔融的第一半导体材料制品在基本平行于所述熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向上固化。
18.一种处理第一半导体材料制品的方法，所述方法包括:
充分加热所述第一半导体材料制品，使所述第一半导体材料制品熔化；以及
使熔融的第一半导体材料制品在基本平行于所述熔融的第一半导体材料制品最短尺寸的方向上固化。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103835000A (zh) * 2012-11-20 2014-06-04 上海华虹宏力半导体制造有限公司 一种高温改善多晶硅表面粗糙度的方法
CN105951168A (zh) * 2016-05-20 2016-09-21 中山大学 大面积abx3型钙钛矿晶体薄膜生长方法及装置
CN106245114A (zh) * 2016-07-14 2016-12-21 陕西师范大学 一种在流动液相微反应体系中生长形状和厚度可控的超薄abx3钙钛矿单晶薄片的方法
CN108975262A (zh) * 2017-05-31 2018-12-11 罗伯特·博世有限公司 具有小的机械张力的多晶材料和用于产生多晶材料的方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9012253B2 (en) * 2009-12-16 2015-04-21 Micron Technology, Inc. Gallium nitride wafer substrate for solid state lighting devices, and associated systems and methods
FR2964117B1 (fr) * 2010-08-27 2012-09-28 Commissariat Energie Atomique Creuset pour la solidification de lingot de silicium
WO2013149560A1 (zh) 2012-04-01 2013-10-10 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片
CN102776555B (zh) * 2012-04-01 2015-11-18 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片
CN102776556B (zh) * 2012-04-01 2015-07-01 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片
CN102925958A (zh) * 2012-08-16 2013-02-13 江西旭阳雷迪高科技股份有限公司 一种利用复熔工艺提高多晶晶体质量的方法
CN104499050A (zh) * 2014-12-29 2015-04-08 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 一种多晶硅锭及其制备方法和多晶硅片
CN106825504B (zh) * 2016-11-23 2019-06-28 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种适用于多卡材料的高通量制备装置及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5710407A (en) * 1993-01-21 1998-01-20 Moore Epitaxial, Inc. Rapid thermal processing apparatus for processing semiconductor wafers
US20080142763A1 (en) * 2006-12-13 2008-06-19 Rana Virendra V Directional crystallization of silicon sheets using rapid thermal processing

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3948650A (en) * 1972-05-31 1976-04-06 Massachusetts Institute Of Technology Composition and methods for preparing liquid-solid alloys for casting and casting methods employing the liquid-solid alloys
CA1081558A (en) * 1975-10-24 1980-07-15 Joseph D. Heaps Method for dip-coating ceramic with molten silicon
US4137355A (en) * 1976-12-09 1979-01-30 Honeywell Inc. Ceramic coated with molten silicon
US4128680A (en) * 1977-06-03 1978-12-05 Honeywell Inc. Silicon coated ceramic substrate with improvements for making electrical contact to the interface surface of the silicon
US4243472A (en) * 1979-03-02 1981-01-06 Burroughs Corporation Method for liquid phase epitaxy multiple dipping of wafers for bubble film growth
US4251570A (en) * 1979-11-19 1981-02-17 Honeywell Inc. Cold substrate growth technique for silicon-on-ceramic
US4315479A (en) * 1980-06-27 1982-02-16 Atomel Corporation Silicon wafer steam oxidizing apparatus
DE3132776A1 (de) * 1981-08-19 1983-03-03 Heliotronic Gmbh Verfahren zur herstellung grob- bis einkristalliner folien aus halbleitermaterial
US4778478A (en) * 1981-11-16 1988-10-18 University Of Delaware Method of making thin film photovoltaic solar cell
US4461670A (en) 1982-05-03 1984-07-24 At&T Bell Laboratories Process for producing silicon devices
US4416670A (en) * 1982-05-20 1983-11-22 Gte Laboratories Incorporated Carbide coated composite silicon nitride cutting tools
JPS60213351A (ja) 1984-04-09 1985-10-25 Takehiro Arimasa ゲルマニウムの成型方法
US5165463A (en) * 1988-11-10 1992-11-24 Lanxide Technology Company, Lp Directional solidification of metal matrix composites
US4944835A (en) * 1989-03-30 1990-07-31 Kopin Corporation Seeding process in zone recrystallization
JP2693032B2 (ja) * 1990-10-16 1997-12-17 キヤノン株式会社 半導体層の形成方法及びこれを用いる太陽電池の製造方法
US6746225B1 (en) * 1992-11-30 2004-06-08 Bechtel Bwtx Idaho, Llc Rapid solidification processing system for producing molds, dies and related tooling
JPH07312439A (ja) * 1994-03-22 1995-11-28 Canon Inc 太陽電池およびその製造方法
US7111476B2 (en) * 1994-06-30 2006-09-26 Ted A Loxley Electrophoretic deposition process for making quartz glass products
JP3453436B2 (ja) * 1994-09-08 2003-10-06 三菱電機株式会社 半導体層を溶融再結晶化するための装置
KR970013008A (ko) * 1995-08-30 1997-03-29 윤덕용 Soi소자 제조장치 및 그를 이용한 soi소자의 제조방법
US6231667B1 (en) * 1997-11-28 2001-05-15 Canon Kabushiki Kaisha Liquid phase growth method and liquid phase growth apparatus
US6207687B1 (en) 1998-07-31 2001-03-27 Merck & Co., Inc. Substituted imidazoles having cytokine inhibitory activity
JP2001085715A (ja) * 1999-09-09 2001-03-30 Canon Inc 半導体層の分離方法および太陽電池の製造方法
JP4111669B2 (ja) * 1999-11-30 2008-07-02 シャープ株式会社 シート製造方法、シートおよび太陽電池
JP4121697B2 (ja) * 1999-12-27 2008-07-23 シャープ株式会社 結晶シートの製造方法およびその製造装置
JP2002203799A (ja) * 2000-12-28 2002-07-19 Canon Inc 液相成長方法および液相成長装置
US6581415B2 (en) * 2001-01-31 2003-06-24 G.T. Equipment Technologies, Inc. Method of producing shaped bodies of semiconductor materials
JP2003128411A (ja) * 2001-10-18 2003-05-08 Sharp Corp 板状シリコン、板状シリコンの製造方法および太陽電池
DE10362171B4 (de) * 2002-06-28 2010-04-15 Sharp Kabushiki Kaisha Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer dünnen Lage
US7294197B1 (en) * 2003-08-13 2007-11-13 Nicholas Gralenski Formation of a silicon sheet by cold surface casting
JP2005132671A (ja) * 2003-10-30 2005-05-26 Jfe Steel Kk 高品質多結晶シリコンの製造方法
NL1026043C2 (nl) 2004-04-26 2005-10-27 Stichting Energie Werkwijze en inrichting voor het fabriceren van metalen folies.
JP5591695B2 (ja) 2007-06-26 2014-09-17 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 薄膜カプセル内の半導体ウェハの再結晶化およびその関連工程
KR20100123745A (ko) 2008-02-29 2010-11-24 코닝 인코포레이티드 순수 또는 도핑된 반도체 물질의 비지지 제품을 제조하는 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5710407A (en) * 1993-01-21 1998-01-20 Moore Epitaxial, Inc. Rapid thermal processing apparatus for processing semiconductor wafers
US20080142763A1 (en) * 2006-12-13 2008-06-19 Rana Virendra V Directional crystallization of silicon sheets using rapid thermal processing

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李维刚 等: "区熔再结晶制备多晶硅薄膜太阳电池", 《北京师范大学学报（自然科学版）》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103835000A (zh) * 2012-11-20 2014-06-04 上海华虹宏力半导体制造有限公司 一种高温改善多晶硅表面粗糙度的方法
CN105951168A (zh) * 2016-05-20 2016-09-21 中山大学 大面积abx3型钙钛矿晶体薄膜生长方法及装置
CN105951168B (zh) * 2016-05-20 2018-08-17 中山大学 大面积abx3型钙钛矿晶体薄膜生长方法及装置
CN106245114A (zh) * 2016-07-14 2016-12-21 陕西师范大学 一种在流动液相微反应体系中生长形状和厚度可控的超薄abx3钙钛矿单晶薄片的方法
CN106245114B (zh) * 2016-07-14 2019-03-05 陕西师范大学 一种在流动液相微反应体系中生长形状和厚度可控的超薄abx3钙钛矿单晶薄片的方法
CN108975262A (zh) * 2017-05-31 2018-12-11 罗伯特·博世有限公司 具有小的机械张力的多晶材料和用于产生多晶材料的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US8242033B2 (en) 2012-08-14
JP2013512854A (ja) 2013-04-18
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KR20120104297A (ko) 2012-09-20
US20110133202A1 (en) 2011-06-09
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TW201139763A (en) 2011-11-16

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