CN103014838A - 一种超薄单晶硅片的直拉制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超薄单晶硅片制造技术领域，特别涉及一种厚度小于40um的单晶硅片的制备方法，应用于半导体器件和太阳电池领域。其特征在于包括如下步骤：把原料多晶硅块放入单晶炉的石英坩埚中；单晶炉关闭，抽真空到10-2-10-3Torr，然后冲入高纯氩，保持单晶炉内真空度保持在10~20Torr；在单晶炉中，加热融化石英坩埚中的多晶硅原料，单晶炉中加热温度为1412-1450℃；当硅熔体的温度稳定以后，将固定在提拉结构上的线状籽晶浸入硅熔体中，保温5-10min后提拉，提拉结构是由线径为10-30微米钨丝线组成的钨丝线框，提拉速度在20-50mm/min；提拉结构与液面分开后，升至上炉室冷却20-60min后取出，超薄晶片覆盖在钨丝框上；开单晶炉取出硅片。

Description

一种超薄单晶硅片的直拉制备方法
技术领域
本发明涉及超薄单晶硅片制造技术领域，特别涉及一种厚度小于40um的单晶硅片的制备方法，应用于半导体器件和太阳电池领域。
背景技术
当前能源危机与环境问题日趋严重，对太阳能利用的需求愈加迫切，但是相对于常规的石化、煤炭发电，太阳能光伏发电成本仍然偏高；高效、低成本是太阳电池技术追求的目标，在众多的太阳能电池中，晶体硅太阳能电池占据整个光伏市场的85%左右；目前，产业界所用单晶硅太阳电池的硅片厚度为180～200 μm，而太阳能发电成本中很大一部分来源于硅片材料，降低成本的一个重要和直接的途径是降低硅片厚度，在不久的将来，硅片太阳能电池厚度预期可降至40 μm以下，这将给太阳能电池技术带来一场革命。
目前半导体行业和光伏产业所用的单晶硅片都是通过切割单晶硅锭获得。而厚度低于100微米的超薄硅片，美国Silicon Genesis公司在2008年已开始研发利用氢离子注入-剥离的方式进行生产【A. Brailove et al., First Demonstration of High Volume Manufacturing of Kerf-Free PolyMax Wafers, Proc. of the 25th European Photovoltaic Solar Energy Conf., p. 1613, 2010；A. Fujisaka, Keeping Pace with Cost Reduction as Module Prices Continue to Decline,  Photovoltaics World，pp 38-41，July/August 2010.】，欧洲微电子研究中心IMEC（Interuniversity Microelectronics Centre）提出了另一种制备超薄硅片的方法－应力诱导剥离方法。
发明内容
本发明内容开发一种新的厚度低于40微米超薄硅片的制造方法，即利用直拉的方法，直接制备超薄硅片，具体步骤包括：
1、  把原料多晶硅块放入单晶炉的石英坩埚中。
2、单晶炉关闭，抽真空到10-2-10-3Torr，然后冲入高纯氩，保持单晶炉内真空度保持在10~20 Torr。
3、 在单晶炉中，加热融化石英坩埚中的多晶硅原料，单晶炉中加热温度为1412-1450℃
4、 当硅熔体的温度稳定以后，将固定在提拉结构上的线状籽晶浸入硅熔体中，保温5-10min后提拉，提拉结构是由线径为10-30 微米钨丝线组成的钨丝线框，提拉速度在20-50 mm/min。
5、 提拉结构与液面分开后，升至上炉室冷却20-60min后取出，超薄晶片覆盖在钨丝框上。
6、 开单晶炉取出硅片。
所述的线状单晶籽晶是通过激光区熔的方法固定在钨丝上，具体如下：将钨丝放在线状单晶籽晶之下，利用激光沿着钨丝方向移动，籽晶熔化，包覆住钨丝，达到了固定籽晶的作用。
所述的线状单晶籽晶是固定在钨丝线框水平方向上的钨丝上。
附图说明
 图1是本发明所述提拉结构的示意图。
具体实施方式
实施例1
1、  把宽180 mm，深180 mm，长200 mm的方形石英坩埚放入单晶炉里，多晶硅原料放在石英坩埚里。
2、  对单晶硅炉先抽真空，炉内压力抽至到10-3Torr，然后冲入高纯氩（99.999%），单晶炉内真空度保持在10 Torr。
3、  然后打开石墨加热器电源，加热至熔化温度1420 oC，使多晶硅原料熔化。
4、  当硅熔体的温度稳定以后，将固定有籽晶的钨丝框（钨丝线径30 微米）慢慢浸入硅熔体中，提拉机构以30 mm/min的速率向上提升。
5、  提拉结构与液面分开后，冷却50 min后取出。
6、  开单晶炉取出硅片，硅片厚度在40微米。
实施例2
1、  同实例一。
2、  同实例一。
3、  然后打开石墨加热器电源，加热至熔化温度1450 oC，使多晶硅原料熔化。
4、  当硅熔体的温度稳定以后，将固定有籽晶的钨丝框（钨丝线径20微米）慢慢浸入硅熔体中，提拉机构以50 mm/min的速率向上提升。
5、  提拉结构与液面分开后，冷却30 min后取出。
6、  开单晶炉取出硅片，硅片厚度在30微米。

Claims (3)

1.一种超薄单晶硅片的直拉制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）把原料多晶硅块放入单晶炉的石英坩埚中；
（2）单晶炉关闭，抽真空到10-2-10-3Torr，然后冲入高纯氩，保持单晶炉内真空度保持在10~20 Torr；
（3）在单晶炉中，加热融化石英坩埚中的多晶硅原料，单晶炉中加热温度为1412-1450℃；
（4）当硅熔体的温度稳定以后，将固定在提拉结构上的线状籽晶浸入硅熔体中，保温5-10min后提拉，提拉结构是由线径为10-30 微米钨丝线组成的钨丝线框，提拉速度在20-50 mm/min；
（5）提拉结构与液面分开后，升至上炉室冷却20-60min后取出，超薄晶片覆盖在钨丝框上；
（6）开单晶炉取出硅片。
2.如权利要求1所述的一种超薄单晶硅片的直拉制备方法，其特征在于：所述的线状单晶籽晶是通过激光区熔的方法固定在钨丝上，具体如下：将钨丝放在线状单晶籽晶之下，利用激光沿着钨丝方向移动，籽晶熔化，包覆住钨丝，达到了固定籽晶的作用。
3.如权利要求1所述的一种超薄单晶硅片的直拉制备方法，其特征在于：所述的线状单晶籽晶是固定在钨丝线框水平方向上的钨丝上。
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