TWI571540B - 自熔體水平帶材生長的方法以及自熔體形成第一材料的帶材的方法 - Google Patents

Description

自熔體水平帶材生長的方法以及自熔體形成第一材料的帶材的方法

本發明屬於一種製作基板的領域，且特別是關於一種自熔體表面上的帶材移除熱的系統、方法與結構。

矽晶圓或板材可用於例如積體電路或太陽能電池行業中。隨著對再生能源之需求提高，對太陽能電池之需求也持續提高。隨著這些需求提高，太陽能電池行業的一個目標為降低成本/功率比。存在二種類型的太陽能電池：矽(silicon)與薄膜(thin film)。大部分太陽能電池是利用矽晶圓(諸如單晶矽晶圓)製得。目前，晶態矽太陽能電池之主要成本在於製造太陽能電池可用之晶圓。太陽能電池之效率或在標準照明下所產生之功率量部分地受到所述晶圓之品質限制。在不降低品質的情況下，晶圓製造成本的任何降低均將降低成本/功率比，且能夠使清潔能源技術得到 更廣泛的使用。

最高效率矽太陽能電池可具有大於20%之效率。這些太陽能電池是使用電子級單晶矽晶圓製造。所述晶圓可藉由將使用柴氏方法(Czochralski method)生長之單晶矽圓柱形晶塊切割成薄片來製造。這些薄片之厚度可小於200μm。隨著太陽能電池變薄，每次切割之矽廢料百分比提高。然而，切錠技術(ingot slicing technology)本身之限制可能阻礙獲得較薄太陽能電池的能力。

製作用於太陽能電池的晶圓的另一種方法為從熔體垂直拉起薄矽帶，接著使拉起之矽冷卻且固化成薄片。所述方法之拉取速率可能限於小於約18mm/分鐘。在矽冷卻及固化期間所移離之熱必須沿垂直矽帶移離。由此沿矽帶產生較大溫度梯度。所述溫度梯度對晶態矽帶產生應力，且會產生不良品質的多晶粒矽。矽帶的寬度及厚度亦可能因所述溫度梯度而受限制。

藉由分離熔體垂直製作板材(或矽帶)相較於矽晶切錠更為便宜。早期嘗試水平帶材生長(horizontal ribbon growth，HRG)需要透過使用氦氣(helium)對流氣體冷卻，以達到拉起帶材所需的連續表面生長。這些早期嘗試的方法尚未達到製作可靠且快速地拉寬帶材為均勻厚度的目標(即生產價值)。鑑於上述，可以理解需要一種改良的裝置及方法，以從熔體製作水平成長的矽板材。

將於下面以簡化形式描述本發明內容的概念選擇，並於 詳細描述中作更進一步的描述。本發明內容並不意在識別所主張的標的物的關鍵特徵或基本特徵，也不是在協助確定所主張的標的物的範圍。

在一實施例中，自熔體水平帶材生長的方法包括利用輻射冷卻熔體的表面，以形成帶材的前側邊緣。此方法亦包括於第一方向沿著熔體的表面拉前側邊緣，以及以熱移離速率移離自熔體輻射的熱，所述熱大於流經熔體至帶材內的熱。

在另一實施例中，自熔體形成第一材料帶材的方法包括提供結晶種子於熔體中。此方法更包括提供流經熔體的熱q_y"，熱q_y"超出熔體的結晶過程中溶質分離造成的組成不穩定區間(constitutional instability regime)；設定鄰近熔體的表面的一低溫板材的溫度T_c低於第一材料的熔化溫度T_m，以致於來自熔體的表面的輻射熱流q"_{輻射-液態}大於流經熔體的熱流q_y"；以及沿著垂直於低溫板材的長軸的路徑拉結晶種子。

A、B、C‧‧‧點

t0~t6‧‧‧時間

W₁、W₂、W₃、W₄、W_t2、W_t3‧‧‧寬度

L₁、L₂‧‧‧距離

P1‧‧‧位置

100‧‧‧矽熔體

102‧‧‧矽帶材

104‧‧‧表面

106‧‧‧低溫板材

108‧‧‧虛線

110‧‧‧前側邊緣

112‧‧‧水平方向

202、204、206、208‧‧‧曲線

212‧‧‧線

220、222、224、226‧‧‧生長區間

402、702、802、902‧‧‧矽種子

404‧‧‧生長區間

406‧‧‧矽薄片

410‧‧‧前側邊緣

704‧‧‧部份

706‧‧‧左側邊緣

804‧‧‧左側邊緣

806‧‧‧矽薄片

808‧‧‧前側邊緣

810‧‧‧右側邊緣

904‧‧‧方向

906‧‧‧時間軸

908‧‧‧左側邊緣

910、922‧‧‧低溫區域

910b、914b‧‧‧參考數值

912‧‧‧矽帶材

914‧‧‧寬低溫區域

916‧‧‧寬帶材部份

918‧‧‧帶材結構

920‧‧‧前側邊緣

924‧‧‧保持低溫區域

926‧‧‧新前側邊緣

圖1顯示一種水平帶材成長的情況。

圖2呈現一種不同熱流條件計算的矽生長行為的圖形化描述。

圖3繪示一種符合本實施例進一步詳述由熔體生長矽的生長區間的圖示。

圖4繪示一種晶態矽種子位於矽熔體的表面區域的情況。

圖5概略繪示一種矽生長的情況。

圖6顯示一種符合本實施例的矽種子啟動各向異性晶體生長的概略示意圖。

圖7A與圖7B繪示一種模擬矽生長的示意圖，其中低溫板材配置在矽熔體上。

圖8A與圖8B顯示進一步模擬矽生長的示意圖。

圖9A-9D繪示一種符合本實施例的用於控制矽帶寬度的流程。

本發明將以繪示較佳實施例的圖示作為參考來作充分介紹。然而，此發明可以採用不同形式實施，但本發明不應該被限制在本文所列之實施例。相反地，這些實施例將會充分且完整地闡述本發明的範圍給本領域中具有通常技術者。在圖示中，相同的元件將會在整個說明書中以相同的標號加以說明。

為了解決上述方法的不足之處，本實施例提出一種創新且新穎的晶體材料(且特別是一種單晶材料(monocrystalline material))水平熔體生長技術與系統。在多個實施例中，揭露了藉由水平熔體生長以形成單晶矽的板材的方法。然而，在其他實施例中，本文中所述的方法可應用於例如錯(germanium，Ge)以及矽合金的水平熔體生長。

本發明所揭露的方法針對形成長型單晶板材，此長型單 晶板材藉由於一般水平方向拉取而從熔體擷取出來。此種方法是關於矽或矽合金的薄單晶板材沿著熔體的表面區域拉取的水平帶材生長(horizontal ribbon growth，HRG)方法。帶材形狀可以透過延展拉取方式而獲得，以致於帶材的長度方向與拉取方向對齊。

在此之前，HRG的發展致力於包括利用輻射冷卻以形成矽晶板材。值得注意的是，在熔化溫度為1412℃時，固體矽的發射率(emissivity)ε _s 約是液體矽ε ₁的三倍。在此方式下，將優先從固態移離熱而不是液態，其形成穩定的結晶化的必要條件。

然而，介於固體矽和液體矽之間的巨大發射率差值ε _s -ε ₁亦導致很難達到熔體表面的快速凝固。因此，迄今尚未開發藉由水平熔體生長以形成單晶矽板材的實用方法。在本實施例中，第一次提出一些方法，其中對於從熔體水平提取固體矽(例如HRG處理)可達成穩定晶體生長和快速生長的條件。

特別是，本實施例提供調整跨過介於矽晶體的緩慢穩定各向同性生長條件以及沿熔體表面的高度各向異性生長條件之間的轉變的製程範圍中的製程條件的能力，其中需要沿熔體表面的高度各向異性生長條件以獲得持續地拉取結晶板材。本作者也已經確認這種轉變取決於流入(經過)熔體的熱(穩定的晶體生長所必需)與熱移離之間的平衡，其可藉由輻射傳熱至配置靠近於熔體表面的低溫材料而發生。

可以理解的是，穩定的晶體生長需要充足的熱流經熔體，以克服任何由可能發生於冷卻過程中的溶質分離(segregation of solutes)所造成的組成不穩定(constitution instability)。此種條件可透過關於沿一個方向y流經熔體的給定的熱的溫度梯度dT/dy來表示： 其中C ₀為在熔體中的溶質濃度，D為在熔體中的溶質擴散速率，k為分離係數，m為液相線的斜率以及v為生長速率。舉例而言，對於典型的電子級矽的矽熔體，鐵(Fe)的濃度可以是10^-8 Fe原子/Si原子的等級。對於Si熔體中的溶質Fe，k=8×10^-6，D約為1×10^-7m²/秒以及m約為1000K/部分(fraction)。因此，對於生長率γ=6μm/秒，在熔體中所需的溫度梯度是約1K/cm，相當於約0.6W/cm²的熱傳導。當然，其他的溶質亦可存在於熔體中。

詳細而言，在各種實施例中，可定義處理窗口(process window)，其中組成穩定的晶體生長條件與適合HRG的高度各向異性晶體生長條件在相同的時間發生。特別是，對於預設材料系統，可定義組成穩定性的處理區域，如上面簡要討論關於公式(1)。在組成穩定性的處理區域中，各向異性生長的區域可進一步於接下來詳細地討論與定義。這兩個區域的重疊部分定義為處理窗口，可稱為"生長區間(growth regime)"，其中可發生由熔體組成穩定各向異性生長結晶層。

在揭露文件"於矽熔體表面達成持續各相異性晶體生長的裝置"中(其全部內容可併入本文作為參考)，詳細介紹本文所揭 露的實行方法的裝置。

圖示及其相關討論如下將以矽材料的系統為重點。然而，對於本領域具有通常知識者應可很容易地了解本發明的實施例是可擴展到其它材料系統，且特別是含矽的系統，例如矽與鍺、碳以及其它元素(包括電活性摻雜劑元素(active dopant elements))的合金。亦可以使用其他材料。

圖1繪示一種矽熔體100的示例性水平帶材成長，其包括可形成於表面104中的固態的矽帶材102。如圖所示，矽帶材102可於低溫板材106下形成且拉起。虛線108描繪固體矽的前側邊緣110，其中矽帶材102與矽熔體100在表面104處有界面。虛線108的右側，流經熔體的熱q_y"從矽熔體100傳導並進入矽帶材102的固態矽材料中。較高程度的熱流從矽帶材102輻射進入低溫板材106，根據矽帶材的發射率ε _s 約為0.6。流經熔體的熱q_y"與從矽帶材102輻射的熱之間的差異定義矽固化的潛熱，其可與固態矽相的生長速度V_g相關，條件在於輻射冷卻大於如下等式所示的導熱流： 其中T _h 為熔體底部的溫度，T _m 為平衡熔化溫度，T _c 為低溫板材的溫度，k _l 為液體(熔體)的導熱性，d為熔體的深度，σ為史蒂芬玻爾茲曼常數(Stephan-Boltzmann constant)，ρ為固體帶材的密度，L為熔化的潛熱，ε _s 為固體帶材的發射率以及ε _c 為低溫板材的發 射率。

虛線108的左側，流經熔體的熱q_y"的相同值流經熔體100。然而，由於沒有發生固化現象，因此基於較低的發射率(約為0.2)，全部的熱輻射到低溫板材106。在虛線左側的區域中，在低溫板材106下，提供流經熔體的熱q_y"、熔化溫度T _m 、矽熔體底部的溫度T _h 與低溫板材的溫度T _c 之間的關係： 其中ε ₁為液態熔體的發射率。

因為在矽熔體100的前側邊緣110的表面溫度相同於固態矽帶材102的溫度(其可近似於平衡熔化溫度T_m)，因此分別存在於虛線108的相對側的兩種不同熱流狀態可彼此相關。

圖2顯示一種依照不同熱流條件計算的矽生長行為的圖形化描述。特別是，流經熔體的熱q_y"繪製為靠近熔體的低溫板材的溫度的函數。在圖2中，低溫板材的溫度T_c表示為介於矽熔體與低溫板材之間的溫度差T_c-T_m。如上所討論，流經熔體的熱可從表面輻射至低溫板材，其對於輻射來說可作為散熱器(heat sink)。曲線202、204、206顯示對於不同的固態帶材生長速度V_g熔體熱流和低溫板材溫度之間的經計算的關係。此計算是基於固態發射率ε _s 為0.6且液態發射率ε ₁為0.2，其近似在矽熔化溫度(1685K或1412℃)處的矽特性。特別是，生長速度V_g隨不同的低溫板材的溫度T_c而改變，且可透過公式(2)得到。從公式(2)可以看出，相 對低的低溫板材溫度(其相較於相對高的低溫板材溫度更有效率地移離自矽輻射的熱)對於流經熔體的預設值的熱導致較高的V_g值。換句話說，較冷的低溫板材相較於較熱的低溫板材，更有效地移除從靠近低溫板材的矽輻射的熱。

請參考圖2，說明於曲線202、204及206中V_g值適用於晶體成長可垂直地向下以及水平地沿表面發生的穩定各向同性成長區間(但以約10μm/s的非常緩慢的成長速率)。也就是說，繪示此種成長行為是說明當熱從固態移離時從固態的各向同晶體穩定成長。如圖所繪示，對於流經熔體的預設熱q_y"，較低的低溫板材溫度(即較大值的T_c-T_m)產生較大的成長速率V_g，而對於預設低溫板材的溫度，較大的熱流速率產生較小的成長速度。因此，藉由平衡流經熔體的熱q_y"(當增加時，降低成長速率)以及由低溫板材吸收熱的量(低溫板材吸收熱的量隨T_c減少而增加)以決定V_g的值，從而增加增長速率V_g。

圖2也包括實線曲線208，其中此曲線為用以標記可發生各向異性晶體於熔體表面上成長的條件的"持續表面成長"線。因此，實線曲線208描繪介於流過熔體的熱q_y"以及鄰近帶材的熔體表面透過輻射冷卻而能夠單獨地凍結所需的低溫板材的溫度T_c之間的關係。再次參照圖1，當實線曲線208所定義的條件滿足時，可從矽熔體100拉取固態的矽帶材102，例如，沿水平方向112以速度V_p拉取或流動固態矽帶材至右方。當固態矽帶材被拉取或流動時，熔體也可流動。同時，前側邊緣110保持在低溫板材106 下的固定位置(由虛線108所示)。

圖3繪示符合本實施例進一步詳述自熔體成長矽的生長區間的圖示。圖3中的軸線相同於圖2，以及顯示不同成長區間的標記部份的額外的特徵。於圖3中繪示三種不同點A)、B)及C)，其分別對應不同生長區間220、222及224。在點A)處，T_c-T_m為-60℃，意即低溫板材的溫度維持在低於低溫板材下的材料的熔化溫度的60℃。此外，流經熔體的熱q_y"約為4W/cm ²，其導致無晶體成長發生的狀態。值得注意的是，曲線206對應至零成長狀態。因此，落於曲線206上方與右側(對應晶體熔化的區域)的流經熔體熱q_y"以及T_c-T_m的任意組合導致帶材與種子在以下速率變薄： 其中q"_{輻射-固態}為從固態(即晶體種子)流出的輻射熱。

此部分更說明於圖4，其繪示一種晶體的矽種子402位於矽熔體100的表面區域的情況。在此情況下，矽種子402接收流經熔體的熱q_y"，其中所述熱流經矽熔體100至矽種子402中。矽種子402輻射從固態q"_{輻射-固態}(低於熱q_y")流至低溫板材(未繪示)的輻射熱。最終的效果是V_g低於零，意即矽種子402的大小隨時間縮小。

繼續談到點B)，其位於成長區域222，其中此點可對應至相同的低溫板材溫度T_c，如同圖3與圖4中所繪示的點A)。然 而，流經熔體的熱q_y"實質上較低，導致介於由曲線206與204所界定的成長速率之間的穩定晶體成長速率，也就是，成長速率介於0~5μm/s之間。圖5概略繪示點B)生長的情況，再次顯示於上下文中位於矽熔體100的表面上的矽種子。這對應於所謂的緩慢成長區間，其發生穩定的各向同性晶體生長。流自固態的輻射熱q"_{輻射-固態}，也就是來自矽種子402，此時大於流經矽熔體的熱q_y"，以及流經熔體表面的輻射熱q"_{輻射-液態}小於流經矽熔體的熱q_y"。圖5繪示在此些狀況下的成長速率大約為3μm/s，導致成長區間404的形成，其可從矽種子402以各向同性的方式成長。然而，假使矽種子402被拉取時，舉例而言，以1mm/s，而沒有持續的拉動發生(於從熔體拉取矽薄片)，則各向同性生長速率僅為3μm/s，如圖所示。

現在請參照圖3中的點C)，在此狀況下，低溫板材的溫度T_c亦相同於點A)與B)，然而流經矽熔體的熱q_y"顯著地低於點B)，即1W/cm²。在這些狀況下，成長區間對應於位於實線曲線208下方以及左側的區域。如前所示，實線曲線208描繪持續的表面成長區間，且特別表示持續的表面成長區間224的邊界。現在請參照圖6，顯示在點C)表示的情況下矽種子402被拉取至右側。在此情況下，從矽種子402的輻射熱q"_{輻射-固態}以及流經矽熔體表面的輻射熱q"_{輻射-液態}分別大於流經矽熔體的熱q_y"。更如同圖6所繪示，由於點C)介於曲線204與202之間(其中成長速率分別對應至5μm/s以及10μm/s)，成長速率V_g(對應至各向同性的成長 速率)大約為6μm/s。此外，當矽種子402如圖所示被拉至右側，則於矽熔體100的表面處發生持續的各向異性晶體成長。因此，，矽薄片406形成於前側邊緣410，其中此前側邊緣410在受到1mm/s的拉取速度時保持在固定位置。

圖3繪示另一個成長區間226，其表示基於成長速率6μm/s的本質上不穩定區間，如上所討論關於公式(2)。因此，線212的左側(對應至0.6W/cm²、成長速率6μm/s或更高)可能為本質上不穩定的給定的典型雜質濃度(其可發現在電子矽中)。

如圖3所示，本發明人藉由於HRG配置中持續從矽熔體拉取帶材，而第一次確定本質上穩定的矽薄片的各向異性生長的必要條件。特別是，必要條件可以由一個二維的處理窗口來定義，其平衡流經矽熔體的熱與設定低於矽熔化溫度的低溫板材溫度。在一些實施例中，處理窗口可以被表示為生長區間224，而一方面被本質上不穩定的區域分界，而另一方面被穩定各向同性生長的區域分界。

為了驗證呈現在圖3-6中分析的有效性，已經進行使用市售的傳熱軟體套件的有限元素模組。此模組模擬計算關於熱傳導、熱對流和熱輻射的熱傳送，包括固態和液態相的材料的發射率。圖7A與圖7B繪示一種配置低溫板材106在矽熔體100上的模擬矽生長，其包括於矽熔體100表面處的矽種子702。矽熔體溫度和低溫板材溫度T_m-T_c的溫差被設定為60℃，而矽晶熔體的底部溫度(△T_m)被設定高於T_m 5K。當矽種子702配置於熔體中(0.03 秒)，矽種子702與矽熔體100的二維溫度曲線輪廓顯示於第一例子中(圖7A)，而第二例子(圖7B)在第一例子之後大約70秒。矽種子702於水平方向以速度1mm/s向右拉起，其在圖7A與7B所繪示之例子之間造成矽種子702的左側邊緣706向右側移動大約70mm，。在圖7A與7B的模擬狀況下，可觀察到矽種子702的部份704從0.7mm增厚至1mm，其表示各向同性成長。然而，觀察到沒有持續拉取，其表示各向異性的條件尚未滿足。值得注意的是T_m-T_c與△T_m的值對應至圖3中定義的區域222，因此確定此區域產生各向同性矽成長。

圖8A與圖8B顯示所有條件相同於圖7A與7B下的模擬結果，儲存△T_m，其設定為2K。從5K至2K降低△T_m的影響為減少流經矽熔體的熱q_y"，以致於處理條件目前對應至圖3中的成長區間224。在圖8A中，矽種子802在配置於矽熔體100中之後立刻出現。藉由顯示於圖8A中的結果證實，在101秒後，矽薄片806形成至矽熔體100的原始左側邊緣804的左側。此矽薄片806表示為各向異性晶體成長。在所示的條件下，矽薄片806的前側邊緣808於點P上保持靜止，因此易於持續(連續)以速率1mm/s拉取矽薄片(帶材)。在矽種子802通過低溫板材106的右側邊緣810後，達到矽薄片806的穩定狀態厚度。

在多種不同實施例中，矽帶材的寬度藉由控制用以接收來自矽熔體的輻射的低溫板材的大小或低溫板材產生的低溫區域的大小來控制。圖9A-9D繪示符合本實施例用於控制矽帶的寬度 的流程。在圖9A-9D的俯視圖中顯示包括配置於矽熔體100的表面區域上的矽種子902。圖9A-9D表示從t₀到t₆的不同情況下矽帶材的形成。如圖所示，矽種子902於方向904被拉取至右側。時間軸906也顯示不同情況的矽種子的左側邊緣908的位置。舉例而言，圖9A表示於t0的狀況下，左側邊緣908位於低溫區域910(其可為如上所述的低溫板材)下。或者，低溫區域可為維持在所需之溫度T_c的低溫板材的一部份，而低溫板材的其他部分有較高的溫度，例如矽熔體100的熔體表面的溫度。因此，低溫區域910的寬度W₂以及低溫區域的面積W₂×L₂通常可低於鄰近於矽熔體的低溫板材的寬度與面積。在所指的低溫區域中，處理條件(例如低溫區域910與矽熔體的溫度差)以及流經矽熔體100的熱視為落入圖3中的成長區間224，其低溫區域910的溫度為T_c，如上所述關於低溫板材之溫度。在這種方式下，當矽種子902沿著矽熔體100拉取時，低溫區域910與矽熔體的溫度差會促使各向異性晶體成長。

在t₀，低溫區域910可被提供至鄰近熔體表面以及矽種子902的左側邊緣908上。隨著於時間t₀之後拉取矽種子902至右側，矽種子902藉由各向異性成長形成矽帶材912。圖9B繪示於時間t₁的狀況下，關於圖9A的情境，左側邊緣908已經被拉取至右側。藉由低溫區域的寬度W₂可決定矽帶材912的寬度W₁。矽熔體100的多個部份並未於低溫區域910下，流經熔體的熱較少，導致熔體不具有各向異性結晶化。如圖所示，因為低溫區域 910的邊緣吸收來自矽熔體100的熱的效率低於低溫區域910的中心，所以矽帶材的寬度W₁小於低溫區域的寬度W₂。可能需要維持帶材的窄寬度於一段時間，以自種子移除從初始生長所產生的錯位。

接下來，可能需要增加矽帶材912的寬度超過寬度W₁，以滿足基板的目標尺寸。圖9C繪示另一時間t₄的情況，已經處理矽帶材912來增加其寬度。在時間t₄中，寬低溫區域914已配置鄰近於矽熔體100。此寬低溫區域914具有大於寬度W₂的寬度W₃，也因此產生由矽帶材912所組成的寬帶材部分916。寬低溫區域914可具有第二溫度T_c2，如此一來，第二溫度T_c2與矽熔體溫度之溫差以及流經矽熔體100的熱被視為落入圖3的成長區間224。換句話說，T_c2與T_m之間的溫度差使得q"_{輻射-液態}大於q_y"；在矽熔體100的結晶化期間，q_y"具有高於組成不穩定區間(其特徵在於溶質分離)的數值。

繪示於圖9C中的帶材結構918可透過下列方式形成。也如圖9C所繪示，關於上述圖8A-8B所討論的原因，矽帶材912的前側邊緣920保持固定於低溫區域910下的位置P1。當帶材被拉取至右側，於時間t₂，位於拉取的方向上距離低溫區域910的距離L1處的寬低溫區域914相鄰於矽熔體100。寬低溫區域914可具有可變的寬度，以致於於時間t₂寬低溫區域914僅具有產生低溫區域922的寬度W_t2，如圖9C所示。在範例中所示，寬度W_t2相同於W₂，且隨時間到達時間t₃而增加。在所示的範例中， 於時間t₃，低溫區域的寬度為W_t3且相等於寬度W₃。應當知道，單獨地從W₂至W₃增加低溫區域的寬度是重要的，以致於晶體從窄帶材向外成長(加寬)，因此致使矽種子的晶體結構維持整個帶材的寬度以及讓無錯位的單晶帶材成長。也應當知道，加寬過程(介於t₂與t₃之間)會導致加寬薄片的厚度不均勻。因此，寬低溫區域914的寬度W_t3(W₃)保持恆定直到圖9C中的時間t₄。在t₃與t₄之間的時間，由於W_t3也保持固定，因此寬帶材部份916的寬度W₄可維持固定，，因而產生帶材結構918。

圖9D繪示於時間t₄之後的時間t6中的帶材結構918的情況。如圖9D所示的情況，低溫區域910與寬低溫區域914已被"關閉"。換句話說，低溫板材或相似裝置可從藉由參考數值910b與914b指示的位置移除。在一些實施例中，低溫板材可被移除，然而在其他實施例中，低溫板材的溫度可被增加，以致於不再產生低溫區域910和914之效果。此外，在圖9D的情況下，保持低溫區域924於拉取方向中自低溫區域910在距離L2(大於距離L1)處配置鄰近於矽熔體100。在此範例中，保持低溫區域924具有相似於寬低溫區域914的寬度W₃，且因此於寬帶材部份916中產生一致的寬度W₄。保持低溫區域924可具有第三溫度T_c3，以致於溫度T_c3與矽熔體溫度的溫度差以及流經矽熔體100的熱被視為落入圖3中的成長區間224。在一些實施例中，T_c3可被設定為T_c和/或T_c2。值得注意的是，保持低溫區域924具有固定的寬度和均勻冷卻效果，產生厚度均勻的帶材。在一些實施例中，低溫區域910 和寬低溫區域914被"關閉"，其可發生於介於時間t₄與t₆之間的時間t₅，同時保持低溫區域924被"開啟"。因此，如圖9D所示的情況下，由於在移除低溫區域910、914之後自那些區域中的熔體表面傳導的下方熱流，位於保持低溫區域924的左側的任意晶體帶材部份可接續加溫和重新熔化。此導致寬帶材部份916產生新前側邊緣926。在不同的實施例中，提供寬低溫區域914和保持低溫區域924提供於單一位置，使得一旦達到所需的寬度W₄，寬/保持低溫區域適當地保持。

接下來，保持低溫區域924適當地保持且拉取矽至右側，以產生具有均勻厚度以及所需的寬度W₄的連續矽帶材，直到達得到所需之長度或帶材。帶材可與保持低溫區域924下游的矽熔體100分離。在分離之後，再處理帶材。

本文描述的方法可以自動進行，例如，透過電腦可讀取的一儲存介質明確地實施能夠被機器讀取並執行的一指令程序。通常電腦就是此種機器的一範例。不限於範例列表中本領域具有通常知識者皆了解的適當儲存介質，例如一個可讀或可寫的光碟(CD)、快閃記憶體晶片(flash memory chip)(例如，拇指驅動器等)、各種不同的磁儲存介質(magnetic storage media)和其他類似物。

本發明之範疇不限於本文所述之特定實施例。實際上，除本文所述者外，一般技術者根據前述說明及隨附圖式將顯而易知本發明之其他各種實施例及對本發明的修改。因此，所述其他實施例及修改意欲落入本發明之範疇。此外，儘管本發明已在本 文中、在針對特定目的之特定環境中、在特定實施例的情形中加以描述，但本領域中具有通常知識者將了解其效用並不限於此，且本發明可在針對任何數目之目的之任何數目之環境中可有利地實施。因此，應根據如本文所述之本發明的延伸及精神來解釋本發明的標的。

100‧‧‧矽熔體

102‧‧‧矽帶材

104‧‧‧表面

106‧‧‧低溫板材

108‧‧‧虛線

110‧‧‧前側邊緣

112‧‧‧水平方向

Claims (16)

1. 一種自熔體水平帶材生長的方法，包括：於熔體的表面利用輻射冷卻形成帶材的前側邊緣；於第一方向沿著所述熔體的表面拉起所述帶材；以及在鄰近所述帶材的所述前側邊緣的區域中以熱移離速率來移除自所述熔體輻射的熱，所述熱大於流經所述熔體至所述帶材內的熱。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自熔體水平帶材生長的方法，更包括提供流經所述熔體的熱，其中所述熱超出所述熔體的結晶過程中溶質分離的組成不穩定區間的熱。
3. 如申請專利範圍第1項所述之自熔體水平帶材生長的方法，其中流經所述熔體的熱大於0.6W/cm²。
4. 如申請專利範圍第1項所述之自熔體水平帶材生長的方法，其中於所述熔體中的第一區域形成所述帶材的所述前側邊緣，且所述帶材具有沿著第二方向的第一寬度，而所述第二方向垂直於所述第一方向，且更包括：於所述熔體的所述第一區域與第二區域之間沿著所述第一方向拉起所述帶材；以及於所述第二區域中利用輻射冷卻生長所述帶材至在所述第二方向中的第二寬度，其中所述第二寬度大於所述第一寬度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之自熔體水平帶材生長的方 法，其中所述熔體包括矽、矽合金與摻雜矽中之一者。
6. 一種自熔體形成第一材料的帶材的方法，包括：提供結晶種子於熔體中；提供流經所述熔體的熱q_y"，所述熱q_y"超出所述熔體的結晶過程中溶質分離的組成不穩定區間的熱；設定鄰近於所述熔體的表面的低溫區域的溫度T_c低於第一材料的熔化溫度T_m，以致於流自所述熔體的表面的輻射熱q"_{輻射-液態}大於所述熱q_y"；以及沿著一路徑從所述低溫區域拉起所述結晶種子。
7. 如申請專利範圍第6項所述之自熔體形成第一材料的帶材的方法，其中所述熱q_y"沿著從所述熔體的底部至所述熔體的表面的方向引起溫度梯度dT/dx，使得 其中C _o 為在所述熔體中的溶質濃度，D為在所述熔體中的溶質擴散速率，k為分離係數，m為液相線的斜率以及v為生長速率。
8. 如申請專利範圍第6項所述之自熔體形成第一材料的帶材的方法，其中所述第一材料為矽、矽合金與摻雜矽中之一者。
9. 如申請專利範圍第6項所述之自熔體形成第一材料的帶材的方法，其中所述結晶種子的發射率為0.6，而所述熔體的發射率為0.2。
10. 如申請專利範圍第6項所述之自熔體形成第一材料的帶 材的方法，其中所述熱q_y"為0.6W/cm²或0.6W/cm²以上。
11. 如申請專利範圍第6項所述之自熔體形成第一材料的帶材的方法，包括：設定所述溫度T_c大於50℃且低於所述熔化溫度T_m；以及設定所述熔體的底部的溫度大於所述熔化溫度T_m 1℃至3℃之間。
12. 如申請專利範圍第6項所述之自熔體形成第一材料的帶材的方法，包括：沿著所述路徑且鄰近所述熔體的所述表面提供第二低溫區域，所述第二低溫區域具有低於所述熔化溫度T_m的第二溫度T_c2，以致於所述輻射熱q"_{輻射-液態}大於所述熱q_y"；以及單獨地擴展所述第二低溫區域的寬度。
13. 如申請專利範圍第12項所述之自熔體形成第一材料的帶材的方法，其中所述第二溫度T_c2等於所述溫度T_c。
14. 一種自熔體水平帶材生長的方法，包括：在第一區域中於熔體的表面利用輻射冷卻形成帶材的前側邊緣，其中所述帶材沿著第二方向具有第一寬度；在第一方向中沿著所述熔體的表面拉起所述帶材，其中所述第一方向與所述第二方向垂直；在鄰近所述帶材的所述前側邊緣的區域中以熱移離速率來移除自所述熔體輻射的熱，所述熱大於流經所述熔體至所述帶材內的熱； 沿著所述第一方向傳送所述帶材至所述熔體的第二區域；以及在所述第二區域中利用輻射冷卻以於所述第二方向中生長所述帶材至第二寬度，其中所述第二寬度大於所述第一寬度。
15. 如申請專利範圍第14項所述之自熔體水平帶材生長的方法，其中所述熔體為矽、矽合金與摻雜矽中之一者。
16. 如申請專利範圍第14項所述之自熔體水平帶材生長的方法，更包括提供流經所述熔體的熱，其中所述熱超出所述熔體的結晶過程中溶質分離的組成不穩定區間的熱。