浮动成长芯片用的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明实施方案涉及一种制造基板的领域。更特别是本发明涉及一种用以由熔体成长晶片(crystal sheet)的方法、系统及结构。
【背景技术】
[0002]半导体材料(如娃(silicon)或娃合金(silicon alloys))能够做成晶圆或晶片以用于积体电路或太阳能电池或其他应用方式中。对于大面积的基板例如太阳能电池的需求，随着对于可再生能源的需求而持续地增加。太阳能电池工业的一个主要的成本在于制作此些太阳能电池的晶圆或晶片。因此，减少晶圆或晶片的成本将减少太阳能电池的成本，并使此类可再生能源技术更为普及。
[0003]一种有潜力以符合成本效益的方式制造大面积基板的技术是从熔体生长晶片。特别是，由熔体水平地拉出晶片(sheets)或晶带(ribbons)的制造方法已被研宄了数十年。具体地说，为了发展出快速而可靠地成长高品质半导体材料(通常是硅)晶片的方法，已经对所谓的浮娃法(floating silicon method ;FSM)、水平带材成长(horizontal ribbongrowth ；HRG)及低角度娃晶片法(low angle silicon sheet method)进行研宄。在所有此些方法中，沿着垂直于成长中的结晶材料的前缘的方向，拉动半导体材料的晶片。
[0004]图1绘示根据现有技术的一种水平带材成长的系统100的示意图。系统100包括用以加热至足够的温度以熔融材料的坩祸(crucible) 102，然后所述溶体由系统100将拉动而成为水平的晶片106或“带材”。为了硅的成长，坩祸中的熔体104的温度被设定为略高于硅的熔融温度。举例而言，于下部区域108中的熔体的温度比形成熔体104的材料的恪点高数度。当引发器(initiator) 110，或为“初始化器(initializer) ”被带至邻近于恪体104的上表面时，其中会导致熔体104的表面热量被移除，使水平的晶片106开始成长。在所示的范例中，引发器110是可沿着垂直于熔体104的表面的方向112移动。
[0005]根据现有技术，引发器的至少一部分会维持于低于熔体104的熔融温度。当引发器I1被带至足够接近于熔体104的表面时，由引发器110所提供的冷却导致结晶化(crystallizat1n)沿成长介面114发生，如图1所示。然后，成长的晶片106会被沿着拉动方向116拉动。调整沿着拉动方向116的拉动速度，以形成稳定的结晶前缘或水平的晶片106的前缘118。如图1所示，前缘118垂直于拉动方向116。只要拉动速度不超过前缘118的成长速度时，就可以使用系统100拉出一条该材料的连续晶片106。
[0006]为了模拟图1所示的水平晶片成长的类型，已付出了多方面的努力。举例来说，蒙特卡洛(Monte Carlo)分析显示晶片的成长速度受限于原子级(atomic level)上发生的过程。已经发现两种不同的成长模式:原子级初步成长(atomically rough growth)及小平面成长(faceted growth)。在原子级初步成长的情况下，可发现结晶成长的速率正比于熔体的过冷却量，大约每10K过冷却增加lcm/s的速度。在模拟小面积成长的状况下，单独层横跨小平面的速率是每一度过冷却增加0.5m/s的速度。实际成长速度(Actual growthvelocity ；Vg)取决于开始新步骤的初始化的速率，在接下来的计算并不对此作出评估。
[0007]从上述结果可看出，于接近成长的晶体介面增加熔体的过冷却对于增加Vg可能是有用的。然而，根据现有技术，最大的拉动速度Vp仍低于或等于V g，因此，在给定过冷却条件的状况下，基板制造的速率有其上限。根据以上理由，可以了解到，需要一种改进的设备和方法以增加从熔体中制造水平生长的硅晶片的速率。
【发明内容】
[0008]本
【发明内容】
仅以简单的描述选择性地介绍概念，此简单描述会在下文的实施方式中再作说明。本
【发明内容】
不在于指出要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不是作为确定要求保护的主题的范围的辅助手段。
[0009]在一实施例中提供一种由熔体形成晶片的装置。该装置包括坩祸以容纳该熔体。该装置也包括冷块以在熔体的表面附近给予一低温区域。该冷块用以产生该晶片的结晶前缘。该装置也包括晶体拉动器，用以沿着该熔体的表面的拉动方向拉动该晶片。特别是，该拉动方向的垂线与该结晶前缘形成小于90°且大于0°的角度。
[0010]在另一实施例中提供一种由熔体形成晶片的方法，该方法包括加热于坩祸中的材料以形成熔体。该方法还包括在离该熔体的表面第一距离之处提供冷块，以给予一低温区域。该低温区域用以产生于该晶片的结晶前缘。该方法还包括顺着拉动方向沿着该熔体的表面拉动该晶片，其中该拉动方向的垂线与该结晶前缘形成小于90°且大于0°的角度。
【附图说明】
[0011]图1绘示根据现有技术由熔体进行结晶材料的水平带成长的系统的示意图。
[0012]图2绘示根据多个实施例由熔体成长晶片的装置的透视图。
[0013]图3a绘示图2的装置的顶视图。
[0014]图3b绘示另一实施例的另一种装置的顶视图。
[0015]图4a绘示根据现有技术由熔体制造晶片的几何特性细节的示意图。
[0016]图4b绘示根据一些实施例由熔体制造晶片的几何特性细节的示意图。
[0017]图5绘示根据多个实施例由熔体成长晶片的另一种装置的透视图。
[0018]图6绘示图5的装置的顶视图，包括所述装置的部分放大图。
[0019]图7绘示根据另一实施例由熔体制造晶片的几何特性细节的示意图。
【具体实施方式】
[0020]本发明将在下文中参照附图作更充分地描述，其中附图示出本发明较佳的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，并且不应该被解释为限于此处所阐述的实施例。相反地，提供此些实施例是为了使本揭示将是详尽且完整的，并且充分地传达本发明的范围给本技术领域中的技术人员。在图示中，相同的标号代表相同的元件。
[0021]为了解决上述提到的方法的相关不足之处，本实施例提供具新颖性和创造性的装置和晶体材料(特别是单晶(monocrystalline)材料)的水平熔体成长的技术。在多个实施例中揭示通过水平熔体成长改善单晶硅的晶片形成的装置和技术。本文揭示的装置会形成长的单晶晶片，其中所述单晶晶片于大致水平的方向通过拉动(pull)、流动(flow)或其他方式从熔体拉出。在一实施例中，熔体可随着晶片流动，但也可能相对于晶片是静止的。由于硅或硅合金的薄的单晶晶片在熔体的表面区域移动并形成固态晶片，所述固态晶片能够于预设的方向沿着恪体表面拉动从而达到带材(ribbon)形状，其中带材的长度方向例如对齐拉动方向，此装置可称为水平带材成长(horizontal ribbon growth ;HRG)装置或浮娃法(floating silicon method ；FSM)装置。
[0022]在如上所揭示的HRG技术中，当硅熔体的表面过冷却到低于熔融温度1?时会产生成长结晶前缘。无论上述生长模型中是哪一个最适用于由熔体中水平成长硅晶片，结果都显示，硅的物理特性，以及能够传递至成长晶体的成长前缘的过冷却量，被认为限制了能够达到的晶体拉动速度。特别是，装置给予硅熔体的表面的过冷却量将会限制结晶前缘(晶片开始拉动之处)的成长速度Vg。本实施例利用了冷却装置的新颖的配置以启动和维持晶片的水平成长，在给定的过冷却速度下，相较于现有技术的设备和技术，增加晶体拉动的速率。特别是，本文所揭示的技术和装置提供的晶体拉动速率(速度)Vp，与现有的技术相比，超过结晶前缘的成长速率。
[0023]在多个实施例中，用来由熔体形成晶片的装置包括可相互操作的冷块以及晶体拉动器，使得以通过冷块产生的晶片的结晶前缘和晶片的拉动方向的垂线之间形成非零角度。以此方式，如下所详述，晶片的拉动速度可以超过结晶前缘的生长速率，从而产生较高的晶片的拉动速率。
[0024]图2以及图3a依据多个实施例的装置200的透视图以及顶视图。装置200包括坩祸102，其用以熔融材料(像是硅)以形成熔