用于形成硅外延层的方法.pdf

本发明涉及一种用于通过气相外延生长在至少一个硅衬底(1)的表面上形成晶粒尺寸大于或者等于100μm的晶体硅层(2)的方法，所述方法至少包括如下步骤：(i)提供颗粒尺寸大于或者等于100μm且包括含量按重量计在0ppb和1ppm之间的金属杂质的硅衬底(1)；以及(ii)通过感应等离子体焰炬(4)分解至少一种硅前体，在被加热到1000℃和1300℃之间的温度的所述衬底的表面上形成所述硅层，在步骤(ii)中，所述衬底的用于支撑硅层(2)的表面(11)被定位成接近等离子体焰炬的出口。

权利要求书1.  一种用于通过气相外延生长在至少一个硅衬底(1)的表面处形成具有 大于或者等于100μm的晶粒尺寸的晶体硅层(2)的方法，所述方法至少包括如 下步骤： (i)提供颗粒尺寸大于或者等于100μm且包括含量范围按重量计在10ppb 到1ppm的金属杂质的硅衬底(1)；以及 (ii)通过感应等离子体焰炬(4)分解至少一种硅前体，在处于1000℃和 1300℃之间的温度下的所述硅衬底的表面处形成所述硅层(2)， 在步骤(ii)中，所述硅衬底的用于支撑所述硅层(2)的表面(11)被定 位成接近所述等离子体焰炬的出口。 2.  如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(ii)期间，所述硅衬底的所 述表面(11)被保持在距所述等离子体焰炬(4)的出口小于或等于10cm的距 离(d)处，特别是距所述焰炬的出口在1cm至10cm范围、特别是3cm到6cm 范围的距离(d)处。 3.  如权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(ii)期间，所述硅衬底 (1)被保持在1100℃和1200℃之间的温度。 4.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述硅衬底在步骤(ii) 中的温度通过使用与所述等离子体焰炬不同的加热部件加热，特别是使用石墨 电阻加热装置(6)加热而获得。 5.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述硅衬底(1)具有按 重量计50ppb至1ppm的金属杂质含量。 6.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述硅衬底(1)包括一 种或者多种P型掺杂剂，所述P型掺杂剂特别是硼，且所述P型掺杂剂的含量 特别是按重量计至少10ppm，特别是按重量计10ppm至50ppm。 7.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述硅衬底(1)包括一 种或者多种N型掺杂剂，所述N型掺杂剂特别是磷，且所述N型掺杂剂的含量 特别是按重量计至少10ppm，特别是按重量计10ppm至50ppm。 8.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述硅衬底(1)的颗粒 尺寸在100μm和20mm之间，特别是在在1mm和10mm之间。 9.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述硅衬底(1)具有从 200μm到700μm、特别是从300μm到500μm的厚度。 10.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述等离子体焰炬(4) 在步骤(ii)中在50mbar到400mbar、特别是在150mbar到300mbar的压力下 运行。 11.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(ii)中产生所述 等离子体的所述气体包括氩气、优选氩气和氢气的混合物，氢气在所述混合物 中的比例特别是按体积计在2％和30％之间，特别地按体积计在5％和20％之间。 12.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述硅前体选自：硅烷 (SiH4)；聚硅烷，例如Si2H6和Si3H8；式SiXnH4-n的卤代硅烷且X＝Cl、Br或 者F，并且n小于或者等于4，特别是SiHBr3或者SiHCl3；以及有机硅烷，特别 是SiCl3CH3或者三乙基硅烷；及其混合物；优选地，所述硅前体是硅烷或者三 氯甲硅烷，前体在所述混合物中的比例特别地按体积计在1％和10％之间。 13.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤(ii)中的所述等离 子体焰炬(4)的气体流速在0.1L·min-1和10L·min-1之间，特别是在1L·min-1和5L·min-1之间。 14.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述硅衬底(1)在步骤 (ii)期间被负极化，特别是采用在-200伏特到-10伏特的极化。 15.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(ii)结束时获得 的所述硅层(2)具有大于或等于500μm、优选大于或等于1mm的晶粒尺寸。 16.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(ii)结束时获得 的所述硅层(2)具有小于或等于105/cm2、特别是小于104/cm2的位错密度。 17.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(ii)结束时形成 的所述硅层(2)经受通过外部吸除效应、特别是通过磷扩散来提取所述杂质的 后续步骤。

说明书用于形成硅外延层的方法
技术领域
本发明涉及用于形成高品质的硅外延层的新工艺，该硅外延层具有的晶粒 尺寸大于或等于100μm。
背景技术
光伏市场正经历强劲增长和应用的多样化。这种持续的增长使得必须能够 降低主要用硅生产的太阳能电池的生产成本。传统工艺在于，将大约200μm厚 的硅晶圆用作太阳能电池的基础支撑件。
光伏电池的制造成本的减少包括在生产所述电池的过程中减少硅的消耗。 要做到该点，一个解决方案在于，在被称为衬底的机械支撑件上，沉积厚度为 数十微米的薄硅层。
出于对光伏电池生产这样的薄硅层的目的，已经进行了大量研究。由于经 济原因，故这些层应该理想地以工业上可接受的沉积速率沉积于廉价衬底上， 由于该工艺的生产率的原因，该沉积速率通常要大于1μm·min-1。薄硅层也应 当在化学上是纯的，且具有的晶体结构特征在于具有尺寸大于100μm、优选大 于1mm的颗粒。
衬底的性质的选择以及所沉积的硅层的晶体结构特点，取决于进行沉积时 的温度。
因此，当例如通过PVD(物理气相沉积)或CVD(化学气相沉积)在低温 下进行沉积时，可以使用玻璃或者聚合物类型的廉价衬底。然而，这些层是以 约1nm·min-1的沉积速率来获取，所沉积的硅在性质上是非晶的或者微晶的， 且具有的颗粒尺寸为1nm到100nm。对于这种类型的薄层，获得低能量转换产 率，通常最大是约10％。
在较高的温度(>700℃)下，例如通过CVD，可以以约每分钟数微米的沉 积速率获得1μm和10μm之间的颗粒尺寸的多晶硅层。然而这些沉积技术需要 使用适合高温的衬底。所述衬底必须具有良好的耐热冲击性和充分接近硅的热 膨胀系数，以便避免在冷却过程中在硅层中产生的热机械应力。因此，这些条 件将衬底的选择减少到具有高熔点的陶瓷类型的材料(多铝红柱石、二氧化硅、 氧化铝等)，其成本通常很高。此外，通过衬底的杂质对沉积层的扩散，这些衬 底的使用会引起沉积层纯度的降低。
为了获得可获得较高的能量转换产率的粗粒料(尺寸大于100μm，优选为 1mm)，已经提出实施基于使用大颗粒的晶体硅衬底的外延技术。例如，被称为 “外延晶片等价物”(EPiWE，Epitaxial Wafer-Equivalent)[1]的技术是基于使用 源于微电子废料或者理想地源于高纯冶金级硅(UMG-Si，upgraded metallurgical  grade Si)的“低成本”强掺杂的硅衬底。
已经提出各种沉积技术用于生产具有厚度在5μm和30μm之间的硅外延层 [2]，且生长速率大于1μm·min-1。
一方面，液相外延(LPE，liquid phase epitaxy)技术使用由硅和金属溶剂的 混合物组成的液浴，通过混合物的过度饱和，液浴的冷却可以沉积硅。
另一方面，气相沉积技术(CVD或化学气相沉积)通过硅基前体(通常是 SiH4或者SiHCl3)的热分解可以获得硅层。对于1000℃到1200℃的衬底温度， 可以获得数μm·min-1的生长速率[2]。遗憾的是，为了获得高质量的层，这些 技术通常需要使用高纯硅的衬底，该高纯硅通常掺硼或者掺磷(p型或者n型掺 杂的微晶硅(CZ))。事实上，当使用较便宜的衬底(例如，UMG-Si预纯化的 冶金级硅)时，发生由衬底的杂质所形成的层的污染。然后必须进行阻挡层(例 如SiC)的沉积，从而增加工艺的复杂性和成本[3]。此外，由于难以局部化用于 产生沉积物的气流，这些气相沉积工艺通常表现出低的材料效率。因此这些沉 积不仅发生在衬底上，而且也发生在反应器的整个表面上。
仍然在气相沉积领域中，还已经提出热等离子体化学气相沉积(TP-CVD， thermal plasma chemical vapor deposition)的另一技术。通过TP-CVD，可以在约 250mbar的较高工作压力下生产层，这使得可以实现所需的大约数μm·min-1 的沉积速率。例如，该技术已经被用于生产金刚石碳、ZnO、SiC和Si3N4的沉 积物[4]。在低压配置和低温下，使用电弧等离子体，TP-CVD技术也被提出用 于非晶硅层或微晶硅层的沉积[5]。然而，通过该工艺获得的层不具有期望的晶 粒尺寸。同样，TP-CVD工艺引起由等离子体从在整个沉积室中的前体所解离出 的物质的扩散，这对整个工艺的材料产率是不利的。
因此，当前可用的技术不能容易地在便宜的基础衬底上获得具有高的晶粒 尺寸的薄硅外延层，该薄硅外延层还具有大于1μm·min-1的沉积速率和良好的 材料产率。
发明内容
本发明的确切目的是提供满足上述需求的方法。
因此，本发明涉及用于通过气相外延生长在至少一个硅衬底的表面处形成 晶粒尺寸大于或者等于100μm的晶体硅层的方法，至少包括如下步骤：
(i)提供颗粒尺寸大于或者等于100μm的硅衬底，该硅衬底包括按重量计 10ppb到1ppm的金属杂质含量；以及
(ii)通过感应等离子体焰炬分解至少一种硅前体，在1000℃和1300℃之 间的温度下的所述衬底的表面处形成所述硅层，
在步骤(ii)中，所述衬底的用于支撑硅层的表面被定位成接近等离子体焰 炬的出口。
具体而言，通过在距等离子体焰炬的出口小于或者等于10cm的距离(d) 处保持所述衬底的待涂覆的表面，进行硅层的沉积。
出于本发明的目的，“等离子体焰炬的出口”被认为是等离子体装置或涂抹 器的下基底，换句话说，通常圆柱形管的下基底，圆柱形管中，等离子体被处 理。
出乎意料地，发明人已经发现，通过将待涂覆的衬底定位在等离子体焰炬 下游附近，可以获得高晶体尺寸和极佳结晶质量的硅外延层，其特别适用于应 用在光伏电池中。该方法是更加令人惊讶的，这是由于已知通过焰炬的供热(通 过对流传递和/或电磁耦合)在衬底内生成温度梯度。当其发生在根据该工艺所 用的温度(大于1000℃)下时，由于硅具有塑性特征，温度梯度能够产生位错 密度的倍增。因此，可以预期，将衬底放置在焰炬的出口的附近会导致材料性 质的降低。令人惊讶地，发明人已经注意到，通过本发明的方法所形成的层具 有极佳的结晶质量，特别具有的位错密度为小于105/cm2，且可达到104/cm2。
本发明的工艺在多个方面中证明是有利的。
首先，可以获得从尺寸大于或等于100μm、特别地大于或等于500μm且更 优选大于或等于1mm的晶粒所形成的晶体硅层。有利地，当这样的晶体结构用 于光伏电池时，其确保高的能量转换产率。
此外，有利地，本发明的工艺可以不必使用昂贵的硅衬底。事实上，可以 使用便宜的硅(高纯冶金级硅(UMG-Si))制成的衬底。例如，这样的硅衬底 来源于通过定向性凝固产生的硅铸块。因此，本发明的工艺中所用的硅衬底可 以包括一定含量的金属杂质(例如Fe，Cr，Al等)，该金属杂质按重量计其含 量达1ppm。
作为用于光伏应用的衬底，尽管UMG-Si类型的衬底通过定向性凝固进行 预纯化，然而从金属杂质扩散进入所形成的层的问题的角度来看，UMG-Si类型 的衬底的使用决不是显而易见的。出乎预料地，发明人已经发现，源于通过定 向性凝固纯化的硅铸块的“低成本”硅衬底的使用以及按重量计在10ppb到1ppm 之间的总金属杂质浓度，不产生由衬底的杂质带来的外延层的污染，有利地， 这可以免除扩散-阻挡层的沉积。
同样，由于来自冶金工业的“低成本”硅衬底通常是强掺杂的，特别是强 掺杂有按重量计至少10ppm的硼和10ppm的磷，故它们可以有利地充当用于由 这样的衬底制成的光伏电池的后电极，且因此具有除了它们的机械支撑功能之 外的电气功能。
此外，根据本发明的工艺的热等离子体沉积有利地可以实现高的硅外延层 生长速率，同时增加材料效率。来自等离子体焰炬的等离子体流导致相当大的 能量供应，这会减少用于实现生产外延层所必需的高温的辅助加热要求。
最后，与电弧等离子体相反，感应等离子体焰炬的使用可以免除通过高压 电极侵蚀所沉积的层的污染。
附图说明
经过阅读通过非限制性例证且尤其参考附图在下文给出的描述，根据本发 明的工艺的其他的特征、优点和应用模式将变得更清楚，其中：
图1概略地和局部地示出适合实施根据本发明的工艺的设备；
图2概略地和局部地示出图1的设备的变型，其能够根据本发明的工艺连 续地处理多个衬底；
图3示出图1和图2所示的设备中的等离子体焰炬的出口附近的区域的放 大图。
应该注意，为了清楚起见，图1至图3中的各个元件没有按比例示出，不 能看到各个部件的实际尺寸。
具体实施方式
在下文中，表述“在...和...之间”和“范围从...到...”和“从...到...变化”是 等价的，且旨在表示表明所包括的端点，除非另外说明。
除非另有指示，否则表述“包含/包括一”应该理解成“包含/包括至少一个”。
步骤(i)的硅衬底
在本发明的上下文中，术语“衬底”指固体基础结构，在该固体基础结构 的其中一个面上根据本发明的工艺沉积有硅层。
硅衬底尤其是多晶硅衬底。
根据其第一特异性，在本发明的工艺的步骤(i)中所用的硅衬底具有的颗 粒尺寸大于或等于100μm。
更具体地，所述衬底的颗粒尺寸可以在100μm到20mm之间，尤其在1mm 到10mm之间。
硅颗粒的平均尺寸可以通过光学显微镜或扫描电子显微镜来测量。
根据其另一个特异性，本发明的工艺的步骤(i)中所用的硅衬底具有的金 属杂质的含量范围按重量计为10ppb到1ppm。
具体而言，所述衬底可以包括金属杂质，例如Fe、Al、Ti、Cr、Cu或者其 混合物，该金属杂质的含量范围按重量计为50ppb到1ppm。
这些金属杂质可以更特别地为铁或铝。
例如，通过辉光放电质谱技术或者通过ICP-MS(电感藕合等离子体质谱)， 可以确定这些金属杂质含量。
正如前面所规定的，所用的衬底可以更特别地为“高纯冶金级”硅(UMG-Si) 衬底。
例如，这样的硅衬底可以来自通过定向性凝固纯化的硅铸块。
定向性凝固有利地可以降低在硅铸块中存在的金属杂质的含量。这通常通 过以下来执行：首先制作局部或完全融化的原材料，然后在热稳定后将其经受 冷却阶段。在硅铸块结束时，定向性凝固工艺创建含有杂质的表面层，该表面 层随后将被去除(去皮步骤)。
本领域技术人员能够实现适合通过定向性凝固对硅铸块纯化的条件。
例如，这样的通过定向性凝固纯化的硅铸块可以通过至少包括如下步骤的 工艺来获得：
(a)提供容纳处于熔融态的硅的容器，所述容器具有纵向轴线，处于熔融 态的硅在与容器底面相对的侧限定自由表面，
(b)在熔融态的硅上施加有利于其凝固的条件，特别包括可以接近熔融浴 的完美混合的条件的混合系统，这对于净化已知是最优的。
在步骤(b)结束时获得的硅铸块冷却后，富含除硅以外的化合物的材料可 以通过切掉所获得的硅铸块的侧部、底部和顶部来移除。
根据本领域技术人员熟知的技术，UMG-Si类型的硅铸块然后可以被切成薄 片。
本发明的工艺的步骤(i)中所用的硅衬底因此可以具有的厚度范围为200μm 至700μm、尤其从300μm至500μm。
本发明的工艺中所用的硅衬底还可以包括一种或者多种掺杂剂、特别是一 种或多种P型和/或N型掺杂剂。
根据一个具体实施方式，所述衬底可以包括一种或者多种P型掺杂剂，例 如，铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)或硼(B)，特别是硼。
所述P型掺杂剂在衬底中可以存在的含量按重量计为至少10ppm，特别地 范围从10ppm到50ppm。
根据一个具体实施方式，所述衬底可以包括一种或者多种N型掺杂剂，例 如，锑(Sb)、砷(As)、或磷(P)，特别是磷。
所述N性掺杂剂在衬底中可以存在的含量按重量计为至少10ppm，特别地 范围从10ppm到50ppm。
事实上，借助用于生产将用来生产硅铸块的基本硅的工艺，衬底可以包括 至少一种P型掺杂剂(特别是硼)以及至少一种N型掺杂剂(特别是磷)。 根据一个具体实施方式，根据本发明的工艺的步骤(i)中所用的硅衬底包括按 重量计从10ppm到50ppm的硼和按重量计从10ppm到50ppm的磷。
步骤(ii)：形成硅外延层
在本发明的工艺中的第二步骤中，通过感应等离子体焰炬进行气相外延生 长，在衬底的表面上形成硅层。
在下文中，用于支撑硅外延层的衬底的表面将会更简单地表述为“表面”。
在下文中，将参考附图1-3，图1-3概略地和局部地示出适用于实施本发明 的工艺的设备。
根据本发明的焰炬是感应等离子体焰炬(即无焊条焰炬)，通过高频激发等 离子体气体生成等离子体。本领域技术人员已知的任何类型的等离子体焰炬都 是合适的。
如前文所提到的，感应等离子体焰炬的使用(特别是与等离子弧焰炬的使 用相比)具有不会通过用于生成等离子弧所需的电极的腐蚀而对沉积层污染的 优势。
对于感应等离子体焰炬，等离子体装置或涂覆器尤其是图1中概略地示出 由绝缘材料(例如，石英)制成的管4的形式，其用于形成等离子体。
用于创建等离子体的高频场是通过缠绕在管上的绕组(感应线圈9)产生的， 且通过具有足够功率的高频发生器提供。
例如，通过电感耦合射频(RF)发生器可以生成等离子体，该发生器的特 别的功率的范围从2kW到20kW。发生器可以在1MHz到20MHz的频率下运行。
作为等离子体涂覆器的管在其上部接收等离子体气体和至少一种硅前体的 混合物。随着等离子体射流被导向到所述衬底上，等离子体射流通过气体的抽 吸效应而形成。
例如，如图1中所示，等离子气体的混合物(例如氩气和氢气的混合物) 通过第一路线被注入，同时第二路线可以注入硅前体气体(例如SiH4)和可选 的等离子气体(例如氩气)。
术语“等离子体气体”用于表示气体或者气体混合物，在气体或者气体混 合物内，产生了等离子体。等离子体气体通常选自氩气、氦气、氖气和氢气和 其混合物。
根据一个具体实施方式，根据本发明的等离子体气体有利地包括氩气、优 选氩气和氢气的混合物，氢气在混合物中的比例特别是按体积百分比计在2％和 30％之间，特别地按体积百分比计在5％和20％之间。
为了本发明的目的，术语“硅前体”用于表示在等离子体内通过分解能够 释放硅的化合物。
根据本发明的硅前体可以选自：硅烷(SiH4)；聚硅烷，例如Si2H6和Si3H8； 卤代硅烷SiXnH4-n，且X＝Cl，Br或者F，并且n小于或者等于4，特别是SiHBr3或者SiHCl3；以及有机硅烷，特别是SiCl3CH3或者三乙基硅烷；以及其混合物。
优选地，硅前体选自硅烷和卤代硅烷。其特别是硅烷或者三氯甲硅烷(TCS)。
所述硅前体可以占提供焰炬的等离子体气体和前体的总气体体积的1％到 10％。
根据一个具体实施方式方式，等离子体由氩气、氢气和一种或多种气态的 硅前体(特别是硅烷)的混合物形成。
当然，该装置可以常规地包括在图1中没有示出的用于例如通过阀门控制 焰炬的进料流量的部件。
根据一个具体实施方式，在步骤(ii)中等离子体焰炬4的气体流速在0.1 L·min-1和10L·min-1之间，特别在1L·min-1和5L·min-1之间。
等离子体焰炬4可以更特别地在范围从50mbar到400mbar、优选地范围从 150mbar到300mbar之间的压力下运行。
通过感应等离子体焰炬进行的硅的沉积可以在腔室内执行，腔室的压力通 过抽吸装置7来控制，以便清洗腔室或者改善气体循环。
如前文所规定的，在步骤(ii)期间，衬底被保持在1000℃和1300℃之间 的温度下。
具体而言，在步骤(ii)期间，所述衬底被保持在1100℃和1200℃之间的 温度下。
衬底可以在其暴露到等离子体焰炬之前加热以便达到期望的温度。优选地， 衬底的温度在形成所述硅外延层的整个过程中保持恒定。
例如，使用石墨电阻加热装置，所述衬底在步骤(ii)中的温度可以通过使 用与所述等离子焰炬不同的加热部件来获得。
举例来说，在图1所示的装置上，衬底1放置于配备有石墨电阻加热装置6 的衬底支架上，衬底与石墨电阻加热装置6通过电绝缘层5隔开。
如前文所提到的，根据本发明的工艺的一个特征，在必须形成有外延层的 衬底的表面被定位成接近等离子体焰炬出口。
在步骤(ii)中，衬底的表面11更特别地维持在距等离子体焰炬出口小于 或者等于10cm的距离d处。
如图3中所示，该距离d是在通常是圆柱形的管4的下底(而不是可移动 的感应线圈的下游端)和衬底的表面11之间测量的，在管4中，等离子体被处 理。
具体的，该距离d是非0值。
根据一个具体实施方式，距离d可以在1cm和10cm之间，或者更特别地 在3cm和6cm之间。
衬底的表面11暴露到等离子体的的持续时间当然可以根据期望的硅外延层 的厚度来调整。
根据一个具体实施方式，在根据本发明的步骤(ii)中的表面11暴露到等 离子体可以进行的时段的范围从5分钟到1小时，优选地从10分钟到30分钟。
硅层2的沉积速率当然取决于硅前体离解成自由基的程度。
根据一个具体实施方式，所述硅衬底1可以在步骤(ii)中用负电压来极化， 特别地，该负电压的范围为-200伏特到-10伏特。
如图1中概略地示出，该极化可以使用直流或者交流的电源8来进行。
通过促进在所述等离子体和衬底的表面之间的限制层的离子传输，衬底的 这样的极化有利地可以增加硅外延层的生长速率。
有利地，在步骤(ii)中的硅层2的沉积速率可以是至少1μm·min-1，特别 是大于或等于2μm·min-1，并且更特别地在2μm·min-1和10μm·min-1之间。
根据一个实施方式变型，通过将衬底放置在能够将每个所述衬底的表面11 依次暴露到管4的等离子体的传输装置，可以连续地处理多个衬底。
用于执行这样的实施方式变型的设备在图2中概略地示出，其中，通过衬 底支架在方向I的平移移动，三个衬底依次暴露到等离子体3。
应该理解，对于根据本发明的工艺的硅外延层在每个衬底的表面处的沉积， 前文已经限定的参数(特别是在衬底的温度和衬底的表面相对于焰炬出口的定 位)在每个衬底暴露到等离子体的过程中保持不变。
一旦硅层2已形成在衬底1的表面处，则衬底的表面温度优选逐渐降低到 环境温度，以避免热冲击。
衬底可以更特别地维持在氩气氛下直到达到环境温度，以便避免当装配恢 复时的表面氧化。
外延层2的特征
如前文所规定的，在本发明的工艺的步骤(ii)结束时获得的晶体硅层2有 利地具有大于或等于100μm的晶粒尺寸。
更具体地，所述层2的晶粒尺寸可以大于或等于500μm，优选地大于或等 于1mm。
该尺寸可以通过光学显微镜或者扫描电子显微镜来测量。
在本发明的工艺的步骤(ii)结束时获得的硅层2的厚度可以是10微米到 100微米，优选是20微米到40微米。
有利地，如前文所提到的，根据本发明的工艺所获得的硅层2具有良好的 结晶质量。具体而言，其具有小于或等于105/cm2的位错密度，特别是小于 104/cm2。
位错密度可以使用“蚀坑(etch pit)”技术来测量，该“蚀坑”技术对应用 于在酸性或碱性溶液中显示蚀坑的方法。
根据本发明的一个具体实施方式，在步骤(ii)结束时获取的硅层2包括金 属杂质的含量范围按重量计是10ppb到100ppb。
金属杂质含量可以使用本领域技术人员已知的任何技术来测量。例如，可 以通过深能阶暂态光谱学(DLYS，Deep Level Transient Spectroscopy)来评估。
本领域技术人员已知的该技术包括与p-n结或肖特基二极管的电容的变化 相关的陷阱的发射和采集的分析。
也可以通过电感藕合等离子体质谱(ICP-Ms，inductively coupled plasma mass  spectrometry)来测量金属杂质含量。
根据一个具体实施方式，在步骤(ii)结束时形成的层2可以经过后续步骤： 通过外部吸除效应提取杂质。
该提取的步骤的目的是从硅衬底的主体去除金属杂质以在其表面处限制金 属杂质，在其表面处，金属杂质可以不再具有对从该衬底所制备的光伏电池的 操作的影响。
具体而言，在等的“Mechanisms and computer modelling of  transition element gettering in silicon”(Solar Energy Materials&Solar  Cells 72(2002)299-313)中描述了通过外部吸除效应进行提取的该步骤。
优选地，该通过外部吸除效应提取的步骤通过磷扩散来执行。这样的工艺 不仅可以提取金属杂质，还可以是用于光伏电池的p-n结构造所需要的步骤。
本发明将通过下列实施例来描述，这些实施例当然通过本发明的非限制性 例证给出。
实施例
薄硅层通过实验装置来获得，该实验装置由由水冷却的不锈钢腔室、冷笼 等离子焰炬4、以及也由水冷却的衬底支架组成。
(i)UMG硅衬底
衬底1是具有400μm的厚度、8mm的平均颗粒尺寸的UMG硅衬底。其 包括500ppb含量的金属杂质、30ppm含量的硼以及10ppm含量的磷。
(ii)热等离子体化学气相沉积
UMG硅衬底放置于配备有石墨电阻加热装置6的衬底支架上，以便达到约 1100℃的温度。使用联接到发电机的热电偶来控制温度。
腔室的压力通过抽吸装置7被降低到1mbar。在该压力下，等离子体放电通 过在4MHz的频率和10kW的功率下工作的射频发生器被启动。
通过以3L·min-1的流速下逐步引入氩气，可以将运行压力(沉积室中的平 均压力)保持在200mbar下。
当达到该压力时，在待涂覆的表面11与焰炬出口之间的距离d为2cm处， UMG硅衬底1与等离子体流3接触。
一旦高度d已经被固定并且衬底的温度已经稳定在1100℃下，则开始引入 氢气和硅烷。氢气占混合物的10％，而硅烷的含量固定占气体体积的3％。
为了增加硅烷的离解度，随后增加自由基的数量，硅衬底通过极化装置8 被负极化。然后应用-50伏特的极化。
衬底的表面11被暴露到等离子体持续15分钟的时间。
当生产硅层时，反应性气体即氢气和硅烷的引入被中断，并且衬底通过竖 向向下平移或者水平平移从等离子体射流移除。为了避免热冲击，通过降低外 部加热功率，衬底的温度以10℃·min-1的速率逐渐降低。衬底被保持在氩气氛中 直到达到环境温度，以便避免当装配恢复时的表面氧化。
结果
所形成的硅层的厚度为30μm。
其由具有约5mm尺寸(由SEM测量)的晶体形成。
其具有约10ppb的金属杂质含量(通过电感藕合等离子体质谱(ICP-MS) 测量)和104/cm2的位错密度(通过腐蚀坑测量)。
参考文献
[1]Mitchell等，Solar Energy Materials&Solar Cells，95，(2011)，1163-1167；
[2]Poortmans等，Thin Film Solar Cells,Fabrication,Characterization and  Applications,Chp.1:Epitaxial thin-film crystalline Si solar cells on low-cost Si carriers,Wiley Series in Materials for Electronic&Optoelectronic Applications， 2006；
[3]Reber等，Crystalline silicon thin-film solar cells-Recent results at  Fraunhofer ISE,Solar Energy,Volume 77,Issue 6,，2004，865-875；
[4]Gindrat等，Plasma Spray-CVD:A new thermal Spray process to produce thin  films from liquid or gaseous precursors，Journal of Thermal Spray Technology，882- 卷20(4)6月2011；
[5]Smit等，Fast deposition of microcrystalline silicon with an expanding thermal  plasma，Journal of Non-Crystalline Solids，299–302，(2002)，98–102。