CN103025924B - 利用弹性与浮力从熔化物表面移离片材 - Google Patents

Abstract

本发明揭示关于片材生产的实施例。冷却材料的熔化物以在所述熔化物上形成所述材料的片材。以第一片材高度在第一区域中形成所述片材。将所述片材平移至第二区域，使得所述片材具有高于所述第一片材高度的第二片材高度。接着将所述片材与所述熔化物分离。可使用晶种晶圆来形成所述片材。

Description

利用弹性与浮力从熔化物表面移离片材

技术领域

本发明涉及自熔化物的片材形成，且更尤其涉及自熔化物移离片材。

背景技术

硅晶圆或片材可用于例如集成电路或太阳能电池产业中。随着对再生性能源的需求增大，对太阳能电池的需求持续增大。大多数太阳能电池由硅晶圆(诸如，单晶硅晶圆)制成。当前，晶体硅太阳能电池的主要成本为制造太阳能电池的晶圆。太阳能电池的效率或在标准照明下所产生的电力的量部分地受此晶圆的质量限制。随着对太阳能电池的需求增大，太阳能电池产业的一个目标为降低成本/电力比率。在不降低质量的情况下在制造晶圆成本方面的任何减少将降低成本/电力比率，且使得能够实现此干净能源技术的更广可用性。

最高效率的硅太阳能电池可具有大于20％的效率。这些太阳能电池是使用电子级单晶硅晶圆制成。可通过锯切来自使用柴氏(Czochralski)方法所生长的单晶硅圆柱形人造晶体的薄片而制成这种晶圆。这些薄片可小于200μm厚。为了维持单晶生长，人造晶体必须自含有熔化物的坩埚缓慢地生长，诸如小于10μm/s。后续锯切程序导致每晶圆大约200μm的锯口损耗，或归因于锯条的宽度的损耗。圆柱形人造晶体或晶圆亦可能需要被弄成方形以制成方形太阳能电池。方形化及锯口损耗两者导致材料浪费及材料成本增加。随着太阳能电池变得更薄，每切口浪费的硅百分比增大。对铸锭切片技术的限制可能阻碍获得较薄太阳能电池的能力。

可使用自多晶硅铸锭所锯切的晶圆来制造其他太阳能电池。多晶硅铸锭可比单晶硅生长得快。然而，所得晶圆的质量较低，因为存在更多缺陷及晶界，这导致较低效率的太阳能电池。多晶硅铸锭的锯切程序与单晶硅铸锭或人造晶体一样效率低。

又一解决方案为自熔化物垂直地拉引硅的薄带，且接着允许所拉引的硅冷却且固化为片材。此方法的拉引速率可限于小于大约18mm/分钟。在硅的冷却及固化期间的移离潜热必须沿着垂直带被移离。这导致沿着此带的大的温度梯度。此温度梯度对晶体硅带施加应力，且可导致不良质量的多晶粒硅。此带的宽度及厚度亦可归因于此温度梯度而受到限制。举例而言，宽度可限于小于80mm且厚度可限于180μm。

自熔化物水平生产的片材可比自铸锭所切片的硅便宜，且可消除锯口损耗或归因于方形化的损耗。自熔化物水平生产的片材亦可比自熔化物垂直拉引的硅带便宜。此外，与垂直或以与熔化物相交一角度拉引的硅带相比，自熔化物水平生产的片材可改良片材的晶体质量。诸如此方法的可降低材料成本的晶体生长方法可为用以降低硅太阳能电池的成本的主要致能步骤。

已测试自熔化物实体(physically)拉引的水平硅带。在一种方法中，将附着至杆的晶种插入至熔化物中，且此杆及所得片材在坩埚的边缘之上以低角度被拉引。使此角度、表面张力及熔化物准位平衡，以防止熔化物溢出坩埚。然而，难以起始并控制此拉引程序。第一，使在坩埚边缘处所形成的弯准位的重力及表面张力平衡的倾斜角调整可为困难的。第二，若冷却板在此分离点附近，在片材与熔化物之间的分离点处沿着带的温度梯度可引起晶体的位错(dislocation)。第三，在熔化物上方使片材倾斜可导致在凝固尖端的应力。此凝固尖端可为片材最薄且最易碎之处，因此片材的位错或破裂可能发生。第四，可能需要复杂的拉引装置来获得低角度。

必须在不会使熔化物溢出的情况下自熔化物表面移离片材。因此，在片材的下侧与熔化物之间的弯液面必须保持稳定或附着至容器。之前，已在熔化物中减小压力以维持弯液面。在一个实例中，低角度硅片材(LowAngleSiliconSheet，LASS)以小角度使片材倾斜，且在熔化物上向上拉引。此相对于大气压力在熔化物中产生负压力，且提供抵靠弯液面的压力。在另一实例中，熔化物可在溢洪道的边缘之上流动。溢洪道项背中流体的下降在熔化物中提供负压力，以使弯液面稳定。亦可使用气喷嘴来增大弯液面上的局部压力。然而，在此项技术中需要自熔化物移离片材的改良方法，且更特定言之需要使用片材的弹性自熔化物移离片材的改良方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种片材生产方法。所述方法包括冷却材料的熔化物，以在所述熔化物的表面上形成所述材料的片材。以第一片材高度在第一区域中形成所述片材。将所述片材平移至第二区域，使得所述片材具有高于所述第一片材高度的第二片材高度。将所述片材与所述熔化物分离。

根据本发明的第二方面，提供一种片材生产方法。所述方法包括将晶种晶圆插入至材料的熔化物中。所述熔化物具有在第一高度处的表面，所述第一高度高于含有所述熔化物的容器的边缘。在所述熔化物中将所述晶种晶圆平移至接近冷却板的区域。使所述熔化物的表面降低至低于所述第一高度的第二高度。使用此区域中的所述晶种晶圆在所述熔化物上形成所述材料的片材。平移所述片材以及所述晶种晶圆，且在所述容器的边缘处分离所述片材与所述熔化物。

根据本发明的第三方面，提供一种片材生产方法。所述方法包括将晶种晶圆插入至材料的熔化物中。所述熔化物具有在第一高度处的表面，所述第一高度等于或低于含有所述熔化物的容器的边缘。将所述晶种晶圆平移至接近冷却板的区域。使用所述晶种晶圆在所述熔化物上形成所述材料的片材。所述片材具有接近此区域的第一片材高度。平移所述片材以及所述晶种晶圆，且分离所述片材与所述熔化物。所述片材在所述分离之后具有高于所述第一片材高度的第二片材高度。

附图说明

为了更好地理解本发明，参看随附图式，所述图式以引用的方式并入本文中，并且其中：

图1为分离片材与熔化物的装置的实施例的横截面侧视图。

图2为分离片材与熔化物的装置的第二实施例的横截面侧视图。

图3为将片材接合至坩埚的弯液面的横截面侧视图。

图4为针对倾斜片材的弯液面稳定化的横截面侧视图。

图5为使用熔化物的弹性与浮力的弯液面稳定化的横截面侧视图。

图6为硅熔化物中的硅片材的横截面侧视图。

图7说明包含浮力的梁挠度方程的数值解。

图8说明最小片材长度对提升的不敏感性。

图9A～9G说明使用弹性与浮力的片材初始化的第一实施例。

图10A～10G说明使用弹性与浮力的片材初始化的第二实施例。

图11A～11G说明使用弹性与浮力的片材初始化的第三实施例。

具体实施方式

结合太阳能电池来描述本文的装置以及方法的实施例。然而，这些实施例亦可用以生产(例如)集成电路、平板、LED，或本领域技术人员已知的其他基板。此外，尽管熔化物在本文中描述为硅，但熔化物可含有锗、硅与锗、镓、氮化镓、其他半导体材料，或本领域技术人员已知的其他材料。因此，本发明不限于下文所述的特定实施例。

图1为分离片材与熔化物的装置的实施例的横截面侧视图。片材形成装置21具有容器16。容器16例如可为钨、氮化硼、氮化铝、钼、石墨、碳化硅或石英。设置容器16用以容置熔化物10。此熔化物10可为硅。片材13将形成于熔化物10上。在一个例子中，片材13将至少部分地在熔化物10内浮动。尽管片材13在图1中被说明为在熔化物10中浮动，但片材13可至少部分地浸没在熔化物10中或可在熔化物10的顶部浮动。片材13所定位的深度部分地基于片材13与熔化物10的相对密度。在一个例子中，片材13的仅10％自熔化物10顶部上方突起。熔化物10可在片材形成装置21内循环。

此容器16界定至少一通道17。设置此通道17用以固持熔化物10，且熔化物10自通道17的第一点18流动至第二点19。熔化物10例如可归因于压力差、重力、泵或其他运输方法而流动。熔化物10接着在溢洪道12之上流动。此溢洪道12可为斜坡、堰、岩脊、小坝或转角，且不限于图1中所说明的实施例。溢洪道12可为允许片材13与熔化物10分离的任何形状。

在一个特定实施例中，容器16可维持在稍微高于大约1685K的温度下。针对硅，1685K表示凝固温度或界面温度。通过将容器16的温度维持为稍微高于熔化物10的凝固温度，冷却板14可使用辐射冷却来起作用以获得熔化物10上或中的片材13的所要凝固速率。在此特定实施例中冷却板14由单一区段或片段构成，但亦可包含多个区段或片段。通道17的底部可被加热高于熔化物10的熔化温度以在界面处于熔化物10中产生小的垂直温度梯度，以防止片材13上的组成过冷或树枝状晶体或分支突出物的形成。然而，容器16可为高于熔化物10的熔化温度的任何温度。这防止熔化物10固化于容器16上。

通过至少部分地或完全地将片材形成装置21封闭于外壳内，可将片材形成装置21维持于稍微高于熔化物10的凝固温度的温度下。若外壳将片材形成装置21维持于高于熔化物10的凝固温度的温度下，则可避免或减少对加热片材形成装置21的需要，且在外壳中或周围的加热器可补偿任何热损耗。此外壳在各向异性传导率的情况下可为等温的。在另一特定实施例中，加热器并未安置于外壳上或中，而是安置于片材形成装置21中。在一个例子中，可通过将加热器嵌入于容器16内且使用多区温度控制而将容器16的不同区域加热至不同温度。

此外壳可控制安置片材形成装置21的环境。在特定实施例中，外壳含有惰性气体。此惰性气体可维持于高于熔化物10的凝固温度的温度下。惰性气体可减少溶质添加至熔化物10中，此添加可引起片材13形成期间的组成不稳定性。

冷却板14允许使片材13能够形成于熔化物10上的热提取。当冷却板14的温度降低至低于熔化物10的凝固温度时，冷却板14可使得片材13凝固于熔化物10上或中。此冷却板14可使用辐射冷却，且可例如由石墨、石英或碳化硅制造。片材13形成同时可减少对熔化物10的干扰以防止片材13中的瑕疵。冷却在熔化物10的表面上的片材13或在熔化物10上浮动的片材13允许熔合的潜热缓慢地且在大的区域之上移离，同时具有相对大的片材13提取速率。

在片材13形成于熔化物10上之后，使用溢洪道12将片材13与熔化物10分离。熔化物10自通道17的第一点18流动至第二点19。片材13将与熔化物10一起流动。片材13的运输可为连续运动。在一个例子中，片材13可以与熔化物10流动的速度近似相同的速度流动。因此，片材13可形成，且在相对于熔化物10静止的同时被运输。溢洪道12的形状或溢洪道12的定向可被更改以改变熔化物10或片材13的速度分布。

熔化物10在溢洪道12处与片材13分离。在一个实施例中，熔化物10的流动在溢洪道12之上运输熔化物10，且可在溢洪道12之上至少部分地运输片材13。这可最小化或防止片材13的破裂，因为无外部应力施加至片材13。当然，片材13亦可被拉引，或被施加某外力。在此特定实施例中，熔化物10将在溢洪道12之上远离片材13流动。可能不在溢洪道12处施加冷却，以防止对片材13的热冲击。在一个实施例中，溢洪道12处的分离在近等温条件下发生。在一个实施例中，片材13倾向于一直向前超过溢洪道12。在一些例子中，可在片材13越过溢洪道12之后支撑此片材13，以防止破裂。

当然，跨越冷却板14的长度的不同冷却温度、熔化物10的不同流动速率或片材13的拉引速度、片材形成装置21的各种区的长度，或片材形成装置21内的时序可用于过程控制。若熔化物10为硅，则片材13可为使用片材形成装置21的多晶或单芯片材。图1为可自熔化物10形成片材13的片材形成装置的单一个实例。水平片材13生长的其他装置或方法为可能的。本文所述的实施例可应用于任何水平或垂直片材13生长方法或装置。因此，本文所述的实施例不仅仅限于图1的特定实施例。举例而言，图2为分离片材与熔化物的装置的第二实施例的横截面侧视图。在片材形成装置31中，熔化物10容置于容器16中。在片材13由冷却板14形成之后，自熔化物10拉引片材13。尽管在图2中为水平的，但片材13亦可相对于熔化物10成一角度。在图1至图2的实施例中，熔化物10可在片材形成装置21或片材形成装置31周围(诸如，在片材形成装置21或片材形成装置31的侧面周围)循环。当然，熔化物10在片材13形成程序的部分或全部期间亦可为固定的。

本文所揭示的实施例减小熔化物中的静水压且使弯液面稳定。片材的弹性以及浮力性质两者用于稳定化，而片材在某些区域(诸如，片材在熔化物中形成之处)中在熔化物内保持水平。这提供优于LASS的优点，因为与使片材向上倾斜相对，使片材水平浮动避免了在前生长边缘处的应力。此外，使用弹力以及浮力允许片材形成区域独立于弯液面稳定化区域而优化或远离弯液面稳定化区域的上游。此优化包含调整热环境(诸如，冷却板或任何加热系统)。最终，使用弹性与浮力避免对复杂角度控制的需要。本文所揭示的实施例可能不需要使熔化物流动或仅使熔化物在特定时间流动，因此晶体初始化可在熔化物流动之前发生。这简化了晶体播种。此外，可独立于弯液面的稳定化而调整熔化物流动。亦避免复杂气喷嘴控制。

当液体接触气体时，形成界面。此界面遵循杨-拉普拉斯(Young-Laplace)方程式。在二维情况下，其采用形式：

$\mathrm{\ΔP}=\frac{\mathrm{\σ}}{R}$

$\frac{1}{R\left(x\right)}=\frac{\left|\frac{{\∂}^{2}y}{\∂x^2}\right|}{{(1+{\left(\frac{\∂y}{\∂x}\right)}^2)}^{3/2}}$

其中ΔP为跨越界面的压力差，σ为液体的表面张力，且R为表面的曲率半径。可依据描述弯液面的线的第一导数与第二导数来表达弯液面的曲率半径。

图3为将片材接合至坩埚的弯液面的横截面侧视图。跨越弯液面23的压力差仅归因于由重力(ρgy)所引起的在熔化物10中的静水压，因此杨-拉普拉斯方程式变成二阶微分方程式：

$\frac{{\∂}^{2}y}{\∂x^2}=-\frac{1}{\mathrm{\σ}}\left(\mathrm{\ρgy}\left(x\right)\right){(1+{\left(\frac{\∂y}{\∂x}\right)}^2)}^{3/2}$

此微分方程式需要两个边界条件。弯液面23止于容器16的壁处，因此其位置固定于x＝0。在弯液面23的附着至片材13的另一末端处，并未止住弯液面23，且通过在固体以及液体硅与气体之间的表面能量来判定弯液面23与片材13所成的角度。针对接触其熔化物的固体硅，接触角可为大约11°。因此，y₀被指定于x＝0，且接触角处于另一末端。容器16处的初始接触角以及与片材13的接触点的位置接着由微分方程式的解来判定。图3以右侧的曲线展示一个解。在维持11°接触角的同时，且在熔化物10高于容器16的壁大约1mm的同时，凸解(convexsolution)是可能的。若熔化物10在容器16的壁上方高于1mm，则静水压可推出弯液面23，使得接触角可＞11°且弯液面23将向外移动。这可导致熔化物10溢出容器16的边缘。

图4为针对倾斜片材的弯液面稳定化的横截面侧视图。此处，通过相对于大气压力(P_atmos)的负压力(P₁)来提供弯液面23的凹入形状，此负压力是通过提升片材13且使片材13相对于熔化物10的表面(诸如，表面24)成角度而产生。此允许容器16边缘处的片材13高于片材13的凝固前端的标高，片材13的凝固前端处于低于熔化物10的高度的标高处。然而，此倾斜亦提升如由冷却板14所界定的凝固区域。片材13的垂直位置可受拉引器件控制。冷却板14的位置与长度至少部分地由角度与高度判定。此冷却板14很可能需要紧密接近容器16的边缘。

图5为使用熔化物的弹性与浮力的弯液面稳定化的横截面侧视图。弹性与浮力允许片材13被水平地拉引且由“支撑台”22支撑，支撑台22可为气体轴承或气体台，或可具有卷筒或本领域技术人员已知的某其他结构。因此，支撑台22可使用流体力或机械力来支撑片材13。支撑台22高于熔化物10的准位(其可处于表面24处)，但片材13的凝固末端在容器16内在熔化物10上维持水平。片材13在接近冷却板14的第一区域29中可具有第一片材高度25，且在与熔化物10分离之后可具有高于第一片材高度25的第二片材高度26。其例如可处于第二区域30，但此第二片材高度26可处于其他位置。支撑台22可支撑片材13在此第二片材高度26。可计算冷却板14距容器16的边缘的最小距离，但对支撑台22相对于表面24处的熔化物10的准位的高度的约束可得以避免。在一个例子中，此支撑台22可具有弯曲的顶表面或部分弯曲的顶表面，以匹配在弯液面23附近的片材13的曲率。负的静水压可用以使弯液面23稳定。

图6为硅熔化物中的硅片材的横截面侧视图。片材13接触熔化物10。图6中所说明的片材13的右端上升至少部分高于熔化物10在y₀处的表面(由水平虚线所说明)，而片材13的左端自由且低于y₀。片材13的形状由对片材13的垂直力(其包含重力以及熔化物10的静水力)判定。部分地归因于浮力，若片材13被提升高于其浮点，则此静水力可向上或向下。硅的弹性可使得沿着整个片材13的力对片材13的形状起作用。在一个例子中，此形状可被定义为作为x的函数的垂直位置y。

这通过“梁挠度方程”来描述。在此方程式中，M为沿着梁或片材13的弯矩，V为沿着梁或片材13的剪应力，q为沿着梁或片材13的力分布(N/m)，I_z为惯性的质心矩，且E为固体的弹性模量。

$\frac{d^{2}y}{d{x}^2}=\frac{M\left(x\right)}{E{I}_z}$

片材13在x处的曲率取决于x处的弯矩，此弯矩是通过在x与片材13的末端之间将片材13上分布的力整合而判定。由于此力包含浮力，因此片材13在每一点处的垂直位置(亦即，形状)必须为已知的以求出形状。这可通过迭代法(iterativemethod)或松弛法(relaxationmethod)实现。通过首先以表示为y_poly(x)的片材13的形状的多项式来编排此程序，y_integ(x)可使用积分求出。通过使多项式系数变化，可发现最小化y_poly(x)与y_integ(x)之间的差的数值，其产生一个解。

图7说明包含浮力的梁挠度方程的数值解。图7展示解的收敛以及片材13的所得形状两者。在此计算中，在左侧水平地支撑片材13。弯矩整合浮力的效应，且因此，片材13变平至其浮动准位。硅的密度取为2.53g/cm²，且硅的弹性取为1.4E11帕。

通过利用硅的弹性本质及其在硅熔化物10中的浮力，可通过足够升力在容器的边缘之上拉引或运输片材13，且同时片材13高于熔化物10表面。此产生负压力且使弯液面稳定。片材13的自由末端亦可在熔化物10的表面上(诸如，在冷却板下)水平地浮动。因此，片材13可在无任何净垂直力的情况下形成，且可减少位错(dislocation)。冷却板亦可为任意长度，且允许片材13向下缓慢地生长同时以特定速度水平地拉引。此亦减小对片材13的应力且减少位错的数目。

针对特定片材13厚度，可计算熔化物10中的最小片材13长度。针对300μm片材13厚度，片材13的长度应为大约32cm。针对200μm片材13厚度，片材13的长度应为大约24cm。针对150μm片材13厚度，片材13的长度应为大约20cm。针对100μm片材13厚度，片材13的长度应为大约16cm。最小片材13长度对在容器边缘之上的提升高度为相对不敏感的。提升愈高，则使片材13向下偏转的静水力愈大。图8说明最小片材长度对提升的不敏感性。因此，此程序的实施例可自行校正。在一个特定实施例中，计算提升，使得片材在不被推动至熔化物表面下的结晶或凝固期间保持浮动于熔化物的表面上。

图9A～9G说明使用弹性与浮力的片材初始化的第一实施例。在插入晶种晶圆27之前，可为石英的容器16被填充有熔化物10至刚好高于容器16的边缘的准位，从而形成熔化物10“台面”。在图9A中，此表面24具有第一高度。由熔化物10所形成的此台面的准位可在容器16的边缘上方小于大约1mm，以防止溢出。

在图9B中，将晶种晶圆27插入至熔化物10中。此在晶种晶圆27上方与下方两者形成弯液面。在图9C中，使熔化物10的准位降低。表面24现具有低于第一高度的第二高度。晶种晶圆27已平移至接近冷却板14或在冷却板14之下的区域。在图9D中，通过降低冷却板14的温度来起始片材13。将片材13黏附至晶种晶圆27。随着拉引片材13，如图9E中所说明，片材13的弹性在熔化物10上向上提升片材13。

在图9F中，拉引片材13远离熔化物10，或将片材13与熔化物10分离。甚至在片材13通过容器16的壁之后，负压力仍使弯液面稳定。在图9G中，片材13继续自熔化物10移离。熔化物10的准位可进一步降低，以确保在稳态下的弯液面稳定性。在一个特定实施例中，熔化物10可在图9G中所说明的点处开始流动，但熔化物10亦可在其他时间开始流动。若在冷却板14与容器16的壁之间的最小距离得以维持，则熔化物10的准位可在拉引片材13期间降低，同时维持冷却板14下的片材13的浮动水平本质。这可被执行以确保弯液面的稳定化。在图9的实施例中，在片材13的播种以及拉引程序期间，晶种晶圆27插入的程度以及角度或支撑台22可能不需要调整。

图10A～10G说明使用弹性与浮力的片材初始化的第二实施例。在图10A中，容器16被填充有熔化物10至等于或低于容器16的壁顶部的准位，此情形减小使熔化物溢出的风险。在图10A中，表面24具有第一高度。在图10B中，将晶种晶圆27悬臂于熔化物10之上以及冷却板14之下。在将晶种晶圆27冷却至低于熔化物温度之前，在冷却板14之前边缘处晶种晶圆27的末端处于熔化物10上方。在图10C中，熔化物10的准位上升，且表面24具有高于第一高度的第二高度。熔化物10准位可上升直至晶种晶圆27湿润为止，晶种晶圆27湿润将向下拉引晶种晶圆27。

在图10D中，通过将冷却板14的温度降低至低于熔化物10的熔化温度而起始片材13。晶种晶圆27可开始与片材13一起平移。如图10E中所见，随着拉引片材13，晶种晶圆27的弹性向上提升片材13。在图10F中，远离熔化物10拉引片材13，或将片材13与熔化物10分离。甚至在片材13通过容器16的壁之后，负压力仍使弯液面稳定。在图10G中，片材13继续自熔化物10被移离。熔化物10的准位可进一步降低，以确保在稳态下的弯液面稳定性。在一个特定实施例中，熔化物10可在图10G中所说明的点处开始流动，但熔化物10亦可在其他时间开始流动。

若晶种晶圆27厚度为大约0.7mm(其可对应于300mm电子级晶圆的厚度)，则可具有超过20cm的悬臂下垂的晶种晶圆27小于1mm。在此状况下，当晶种晶圆27尚未接触熔化物10时，可以封闭形式求解方程式以得到最大偏转：

$y_{\max }=\frac{\mathrm{\ρgtb}{L}^4}{8E{I}_z}$

接着例如通过将石英柱塞插入至熔化物中或通过添加更多硅而使熔化物10的准位上升，使得熔化物10与晶种晶圆27相遇。一旦晶种晶圆27湿润，则将熔化物10拉至晶种晶圆27下，以形成附着至容器16的壁的弯液面。由于晶种晶圆27高于熔化物10准位，因此在弯液面处存在减小的压力。凹入形状可形成，且弯液面的稳定化可发生。一旦已开始拉引或运输片材13，则可在熔化物10中起始流动以使结晶稳定。在一个特定实施例中，熔化物10可一直流动，且晶种晶圆27的平移可在使熔化物10准位上升之后开始。

图11A～11G说明使用弹性与浮力的片材初始化的第三实施例。在图11A中，容器16被填充有在容器16的边缘的高度下方或等于此高度的熔化物10。在图11A中，表面24具有第一高度。晶种晶圆17由晶种固持器28而固持，晶种固持器28可使晶种晶圆27降低至熔化物10中且在其他方向上平移晶种晶圆27。在此状况下，晶种晶圆27仅近似与冷却板14一样长，但其他长度为可能的。晶种晶圆27在图11A中在冷却板14下移动，其中晶种晶圆27冷却至熔化物10的温度以下。晶种晶圆27在图11B中接着降低至熔化物10中，且在图11C中起始水平拉引或运输。形成片材13且将片材13附着至晶种晶圆27。在一个例子中，冷却板14的温度可在晶种晶圆27接触熔化物10之后降低，以辅助片材13形成。在晶种固持器28或晶种晶圆27到达容器16的壁之前而上升，其如图11D中所见，且依次，晶种晶圆27以及片材13向上上升。随着晶种晶圆27以及片材13越过容器16的壁，此上升在片材13下方产生减小的压力且使在容器16的壁处所形成的弯液面稳定。如图11E中所见，随着拉引片材13，晶种晶圆27的弹性向上提升片材13。在图11F中，拉引片材13远离熔化物10，或将片材13与熔化物10分离。甚至在片材13通过容器16的壁之后，负压力仍使弯液面稳定。在图11G中，片材13继续自熔化物10被移离。熔化物10的准位可进一步降低，以确保在稳态下的弯液面稳定性。在一个特定实施例中，熔化物10可在图11G中所说明的点处开始流动，但在另一实施例中，熔化物10可遍及图11的程序而流动。

尽管图9至图11未使用如图1中所说明的溢洪道，但替代实施例可使用此溢洪道。在此状况下，熔化物将在溢洪道之上流动，但弯液面将仍与晶种晶圆或片材一起形成。

此方法的实施例可取决于片材厚度而需要在容器的边缘与冷却板之间的最小距离。硅的弹性或浮力接着使容器的壁之上的弯液面稳定化与冷却板下的结晶解耦。发生结晶或凝固的区域可与发生与熔化物的分离的区域解耦或分离。两个区域可具有经优化的热性质，或具有不会影响另一个的不同的热条件。举例而言，凝固温度在一个区域中优化，且在另一区域中可保持等温。此亦使得片材能够被水平地拉引或平移，而不会潜在地使熔化物溢出。水平地拉引或平移片材避免了在片材的前边缘处的应力。在熔化物或片材的播种、拉引或运输期间可能不需要角度调整。片材可在无任何净垂直应力的情况下在冷却板下保持水平且浮动，此情形改良片材的质量且减少晶体中的位错。熔化物流动速度可独立于片材拉引或运输速度，此情形可使得熔化物流动在晶体初始化程序期间被设定为零。此简化了播种程序。

本发明并不由本文所述的特定实施例而在范围上受限制。实际上，除本文所述的内容之外，一般本领域技术人员自前述描述及附图亦将显而易见本发明的其他各种实施例及对本发明的修改。因此，这些其他实施例及修改视为属于本发明的范围。此外，尽管本文已为特定目的而在特定环境中在特定实施的背景中描述了本发明，但一般本领域技术人员将认识到，其有用性不限于此，且本发明可针对许多目的而有益地实施于许多环境中。因此，应鉴于如本文所述的本发明的完整范围及精神来解释本文所阐述的权利要求。

Claims (15)

1.一种片材生产方法，其包括：

冷却材料的熔化物，以在第一片材高度在第一区域中的所述熔化物的表面上形成所述材料的片材；

将所述片材平移至水平於所述熔化物的所述表面以及自所述熔化物的所述表面通过所述材料的弹性本质以及在所述熔化物中的浮力上升所述片材的第一部份，使所述片材的所述第一部份配置於第二区域且所述片材的第二部份配置於所述第一区域，其中所述片材的所述第一部份具有第二片材高度，所述片材的所述第二部份具有所述第一片材高度，所述第一片材高度低于所述第二片材高度，且水平地拉引所述片材的所述第一部份以及所述片材的所述第二部份；以及

在容器的边缘自所述熔化物分离所述片材，其中所述片材在所述分离后具有所述第二片材高度。

2.根据权利要求1所述的片材生产方法，其中所述材料为硅或硅与锗。

3.根据权利要求1所述的片材生产方法，其还包括使所述熔化物以及所述片材流动。

4.根据权利要求1所述的片材生产方法，其还包括使用流体力或机械力中的至少一个在所述分离之后支撑所述片材在所述第二片材高度。

5.一种片材生产方法，其包括：

将晶种晶圆插入至材料的熔化物中，其中所述熔化物具有在第一高度处的表面，所述第一高度高于容置所述熔化物的容器的边缘；

在所述熔化物中将所述晶种晶圆平移至接近冷却板的区域；

降低所述熔化物的所述表面至低于所述第一高度的第二高度；

使用所述区域中的所述晶种晶圆在所述熔化物上形成所述材料的片材；

平移所述片材以及所述晶种晶圆至水平於所述熔化物的所述表面以及自所述熔化物的所述表面通过所述材料的弹性本质以及在所述熔化物中的浮力上升所述片材的第一部份，使所述片材的所述第一部份配置於所述第一高度且所述片材的第二部份配置於所述第二高度，其中水平地拉引所述片材的所述第一部份以及所述片材的所述第二部份；以及

在所述容器的边缘处分离所述片材与所述熔化物。

6.根据权利要求5所述的片材生产方法，其中所述材料为硅或硅与锗。

7.根据权利要求5所述的片材生产方法，其还包括使所述熔化物以及所述片材流动。

8.根据权利要求5所述的片材生产方法，其还包括使用流体力或机械力中的至少一个在所述分离之后支撑所述片材在所述第一高度。

9.一种片材生产方法，其包括：

在第一区域将晶种晶圆插入至材料的熔化物中，其中所述熔化物在所述第一区域具有在第一高度处的表面，所述第一高度等于或低于容置所述熔化物的容器的边缘；

将所述晶种晶圆平移至接近冷却板的第二区域；

使用所述第二区域中的所述晶种晶圆在所述熔化物上形成所述材料的片材，其中所述片材具有接近所述第二区域的第一片材高度；

平移所述片材以及所述晶种晶圆至水平於所述熔化物的所述表面以及自所述熔化物的所述表面通过所述材料的弹性本质以及在所述熔化物中的浮力上升所述片材的第一部份至所述第一区域，其中所述片材的所述第一部份具有接近所述第一区域的第二片材高度，所述第一片材高度低于所述第二片材高度，且水平地拉引所述片材的所述第一部份以及所述片材的接近所述第二区域的第二部份；以及

在容器的边缘分离所述片材与所述熔化物，其中所述片材在所述分离之后具有所述第二片材高度。

10.根据权利要求9所述的片材生产方法，其中所述材料为硅或硅与锗。

11.根据权利要求9所述的片材生产方法，其还包括使所述熔化物以及所述片材流动。

12.根据权利要求9所述的片材生产方法，其还包括使用流体力或机械力中的至少一个在所述分离之后以所述第二片材高度支撑所述片材。

13.根据权利要求9所述的片材生产方法，其还包括在所述形成之前使所述表面上升至高于所述第一高度的第二高度。

14.根据权利要求9所述的片材生产方法，其中所述上升所述片材的所述第一部份包括使所述晶种晶圆上升。

15.根据权利要求9所述的片材生产方法，其中所述平移包括在所述熔化物中平移所述晶种晶圆。