[发明专利]在半导体应用上的结晶处理

说明书

提供了一种用于在基板上形成结晶半导体层的设备与方法。半导体层是通过气相沉积形成的。执行脉冲激光熔融/再结晶工艺以将半导体层转化成结晶层。将激光或其它电磁辐射的脉冲形成为脉冲串并且在处理区的上方均匀分布，并且将连续的邻近处理区暴露给所述脉冲串，以渐进地将沉积材料转化成结晶材料。

本申请是申请日为2010年11月23日、申请号为201080053714.9、名称为“在半导体应用上的结晶处理”的发明专利申请的分案申请。

领域

在此描述的实施例涉及半导体器件的制造。更具体地说，在此描述的实施例涉及形成用于能量、存储器、逻辑或光子器件的结晶半导体层。

背景

光伏能量发电在2007年是增长最快的能量来源。在2008，已安装的光伏容量增加大约2/3达到约15GW。据估计，光伏发电的全球市场在2008与2013之间将以32％的复合年利率成长，达到超过22GW，同时所安装的容量以每年20％至30％或更多的平均速率成长，在2013年可能达到35GW。可用的太阳能能源估计为120,000TW，使用少于0.013％的这些可用能源可取代石化燃料以及核能作为电力来源。在2005年总的全球能量消耗为16TW，低于入射至地球的可用的太阳能的0.02％。

在具有如此大潜力的情况下，世界上许多国家与公司竞相增加光伏发电的效率以及降低成本。在一般的太阳能电池中，半导体材料暴露给太阳光以移动电子。半导体材料的某些部分以富电子的元素掺杂，而其它部分以缺电子的元素掺杂，以提供驱动力给移动的电子使之朝电流收集器流动。电子从电流收集器流出至外部电路，以提供电力。

半导体材料的晶体结构影响电池的光吸收特性与将光转换成电力的效率。在无定形半导体材料中，很少有直的路径供电子行进，所以电子迁移率较低，而需要使电子移动的能量较高。无定形硅材料因此具有较大的带隙，并且吸收波长比由结晶硅材料所吸收的光短的光。微晶材料或纳米晶材料具有某些晶体结构，平均产生较高的电子迁移率以及较低的带隙。多晶与单晶材料具有更高的迁移率以及较低的带隙。

虽期望包括具有不同形态的吸收剂以捕捉更多入射光谱，但是只需少量的例如无定形材料提供吸收度上的成效。太多的无定形材料造成较低的效率，这是因为电子行进通过无定形材料较缓慢，当电子行动时会失去能量。因为他们失去能量，所以他们变得易受肖克莱-里德-霍尔(Shockley-Read-Hall)复合，从导带落回到原子的价区，与“空穴”或局部的电子空乏区复合，并且失去使他们移动的所吸收的太阳能。

为了减少此效应，因此期望使太阳能电池中多晶与微晶的形态最大化。然而，这通常是有问题的，因为生长多晶与单晶材料是缓慢的，这是由于需要生长晶体的原因。较缓慢的生长速率需要大量投资以用于给定的生长容量，而提高了生产有效的太阳能电池与太阳能板的成本。

生长多晶与微晶材料还用于某些存储器应用、诸如3D存储器，以及用于各种半导体器件的垂直单片集成，所述半导体器件诸如是光子器件。

因此，需要一种有效地且高速率地制造多晶与微晶半导体相的方法。

概述

在此描述的实施例提供一种重新组织固体材料的结构的方法，所述方法通过将所述固体材料暴露给能量脉冲以渐进地熔融所述固体材料、形成熔融的材料、以及再结晶所述熔融材料而实现。

其它实施例提供一种形成太阳能电池的方法，所述方法包括：通过使用空间上均匀的激光的脉冲渐进地熔融及再结晶所述太阳能电池的有源层，而在所述有源层中形成大型晶域(domain)。