CN103380481B - 使用独立介入片由熔化材料制作半导体本体 - Google Patents

Abstract

介入片可被用于制作例如用于太阳能电池用途的半导体本体，诸如硅。它是独立的、非常薄的、柔性的、多孔的并且能够经受住熔化的半导体的化学和热环境而不退化。它通常是陶瓷材料，例如硅石、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳化硅、氮碳化硅、碳氮氧化硅以及其它。它被提供在模片的成形表面和熔化材料之间，半导体本体将由所述熔化材料形成。它可被固定到成形表面或者被沉积在熔体上。所述介入片抑制颗粒成核，并且限制了来自所述熔体的热流。它促进了半导体本体与成形表面的分离。它可在其使用前被制作。因为独立并且未粘附到所述成形表面，CTE的失配问题被最小化。所述介入片和半导体本体独立于所述成形表面而相对地自由膨胀和收缩。

Description

使用独立介入片由熔化材料制作半导体本体

本申请要求2010年12月1日以Emanuel M. Sachs和Ralf Jonczyk的名义提交的，题为“THIN CERAMIC BODIES FOR USE MAKING THIN SEMICONDUCTOR BODIES FROM MOLTENMATERIAL AND METHODS OF USING SUCH CERAMIC BODIES”的美国临时申请号NO.61/418，699的优先权。将此处公开的发明结合已公布的PCT申请中公开的发明是有益的，该PCT申请的PCT申请号为NO.PCT/US2010/026639，题为“METHODS AND APPARATI FOR MAKING THINSEMICONDUCTOR BODIES FROM MOLTEN MATERIAL”，以Emanuel M. Sachs，Richard L.Wallace，Eerik T Hantsoo，Adam M. Lorenz，G.D. Stephen Hudelson 和 Ralf Jonczyk以及1366 Technologies Inc. (1366技术公司)的名义提交，于2010年9月16日公布为NO.WO2010/104838，并且指定美国并已经进入美国国家阶段。该申请的美国国家阶段具有相同的题目，U.S.S.N.12/999,206，被公布为US-2011-0247549-A1。该公布的PCT申请和美国申请（它们是相同的）的全部公开内容在此通过引用被并入。该在先公开和申请在下面被称为直接晶片申请。所提交的PCT申请的整个副本也作为美国临时申请NO.61/418,699的附件被附上，本申请要求其优先权，并且是其一部分。

直接晶片申请描述了直接由半导体材料的熔体制作半导体本体（例如用作太阳能电池的晶片）的方法。下面的讨论部分地取自直接晶片申请，带有一些修改。直接晶片工艺的一个方面将首先在一批实施方式中被讨论，其中每次制作单个半导体片，如参照图1，2和3A-3D示意性示出的。半导体熔体13可被容纳在由石墨、硅石、碳化硅、氮化硅和能够容纳熔化的半导体的其它材料（例如硅）制成的坩锅11中。此处公开的工艺适合制造许多不同种类的半导体材料。硅将作为代表被讨论，但所述发明不旨在局限于只与硅一起使用。

如在图1中所示的，例如通过在一块石墨中用机器加工腔体3，创建真空气室1（vacuum plenum）。石墨或者其它合适材料的薄片5被附着于所述气室1的底部。该片优选地具有一定程度的透气性（具有高的孔隙度和/或是相对薄的）。所述气室优选可用的孔最少的石墨（或其它合适材料）。所述气室也能由无孔陶瓷制作。所述薄片5在此处将被称作模片（mold sheet）。在端口7处施加负压吸引。现在参照图3A，使组件8与熔体13的表面15接触。所述组件与所述熔体保持接触达指定的时间段，可能为大约1秒。所述组件和所述熔体之间的接触时间量将根据因素改变，所述因素包括，但不局限于：熔体的温度、模片的温度、模片的厚度和将被制作的硅片的预期厚度。如图3B中所示，硅片凝固在模片上。因此，所述工艺是瞬间热传递，导致硅熔体13被冷却到熔点并且随后熔解热被取走，导致模片上固态硅的积聚19。总体上讲，至少一部分的模片应当处于在凝固点以下的温度达至少一部分的模片接触熔化材料的时间。将硅作为例子，凝固点/熔点是1412℃）。对于支持所述模片和硅一起用作半导体的有益的范围可从室温到凝固点/熔点以下的任何温度。

所述真空的主要目的是使成形的硅片19临时靠在所述模片5上。在所述硅片被形成后，将硅片19容易地从所述模片5去除是有益的。如果硅片将简单地脱落是非常有益的。然而，非常重要的是，当硅片被形成时，它粘附到所述模片5。所述真空17实现了这个目的。没有真空，当模片在与熔化的硅13接触合适时间长度后被去除时，固化的硅19将可能遗留在所述熔体的顶部15上并且然后它会再熔化。实际上，因为熔化的硅的表面张力压下所述硅片19，所以去除固化的硅片19需要相当大的粘附。

在指定的一段时间之后，所述组件8被抽离所述熔体13，现在载有附着于其的硅片19，如图3C中所示。最后，在图3D中，所述真空17被释放并且所述成形的硅片19可从所述模片5分离。一旦释放所述真空17，所述硅片19可简单地脱落。然而，一些少量的残留粘附可阻止所述片脱落。

所述石墨模片5必须具有足够的孔隙度来允许足够的吸力以实现粘附到所述硅片19的目的。存在在大范围的孔隙度上变化的非常多种类的石墨等级。因此，存在许多合适的选择。

所述模片5的孔隙度不能如此大而允许熔化的硅13进入所述孔，从而使硅片19难于释放或不可能释放。两个独立的因素组合来防止硅进入到细孔中。首先，所述熔化的硅的表面张力太高而不允许其渗入（不润湿材料的）细孔。其次，硅一接触到所述模片就开始迅速凝固，并且在由细孔呈现的高表面体积比的情况下，这种凝固将尤其快速。甚至对于润湿材料，也存在第二个因素。

前面的讨论涉及在大约大气压下使用熔体表面。也可能并且在直接晶片申请中讨论的在高于大气压下使用熔体表面。

在成形表面和熔化的半导体（后来的固化的晶片）之间的界面是非常重要的。对于在减小通过所述模片施加的真空时将这个成形表面完全地分离是有利的。进一步地，如果允许在所述晶片和所述模片之间的某种滑动，尤其当所述晶片冷却并与所述模片不同地收缩时，则是有益的。对于成形界面通过避免多种颗粒的快速成核来允许生长大颗粒也是有利的。为了实现该目的，所述界面可具有允许所述熔体过度冷却的性质，同时例如通过在该界面处提供具有使颗粒成核的低倾向的材料，保持使颗粒成核的低倾向。进一步地，有益的是，控制跨越该界面的热传递来对在半导体晶片中形成的颗粒尺寸产生影响。例如，减小跨越所述界面的热流可容许成核颗粒横向生长的时间，因而产生较大颗粒尺寸。该界面的性质应以良好控制的方式被形成和修改，使得成形的连续晶片具有相似特性。该成形界面的性质也应以经济的方式被控制，其可在现实生产环境中被实现。

发明内容

此处公开的方法发明使用这里被称作介入片（interposer sheet）的用于制作例如用于太阳能电池用途的半导体本体（诸如硅）的片。它是独立的、非常薄的、柔性的、多孔的并且能够经受住熔化的半导体（例如硅）的化学和热环境而没有明显退化。如下面讨论的，它通常是陶瓷材料，例如硅石、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳化硅、氮碳化硅、碳氮氧化硅（silicon oxycarbonitride）等等。它被提供在模片的成形表面和熔化材料之间，半导体本体将由所述熔化材料形成。它可被固定到用其成形表面载有所述模片的头部结构（head structure），或者被沉积在所述熔体的表面上。所述介入片的组分有助于抑制颗粒成核，导致相对大的颗粒尺寸。它也有助于限制来自所述熔体的热流，其控制了所述半导体本体固化的时间。它也促使固化的半导体本体与成形表面的分离。因为它是独立的，它可在使用前被制作，并且它的特性因而可被测试和验证，导致从一个固化的本体到下一个的高度的可靠性和再现性。而且，对在本段中提到的因素，使用独立介入片允许比用微粒或实现相似功能的其它非独立粒子可能有的更大的控制。介入片本身也是本发明。因为它是独立的并且未粘附到所述成形表面，最小化了或者不会出现热膨胀系数不匹配的问题，因为所述介入片和所述固化的半导体本体独立于所述成形表面而相对地自由膨胀和收缩。进一步地，所述成形的半导体本体是相对地自由的，以从它与所述成形表面的关联释放，因为所述介入片防止了所述半导体本体粘附到所述成形表面。

附图说明

图1是供本发明使用的已知气室和难熔模片的示意图；

图2是具有难熔模片35的这种已知气室的示意图，所述模片具有粗糙表面9；

图3A，3B，3C和3D是使用例如图1中所示的气室的已知方法步骤的示意图，其中：

图3A示出接触熔体表面的难熔模片；

图3B示出形成在所述模片上的半导体本体；

图3C示出从所述熔体去除的所述气室和模片组件；并且

图3D示出在气室中释放真空后从所述模片释放的所述成形的半导体本体；

图4A-4G示意地示出当所述模片朝向所述熔化材料前进时，使用在其边缘处通过夹持被固定到模片的本发明的介入片的步骤序列，其中：

图4A示出被固定到成形表面的介入片，其中其中心悬挂并与所述成形表面的中心间隔开；

图4B示出首先接触熔化表面的介入片；

图4C示出在整个片区域上接触熔化表面的介入片；

图4D示出远离熔化表面的接触所述介入片的背部表面的成形表面；

图4E示出形成在所述介入片上的半导体本体；

图4F示出从所述熔化材料脱离，在介入片上载有固化的半导体本体的模片和成形表面；和

图4G示出与所述成形表面分离，仍载有固化的半导体本体的介入片；

图5A-5D示意地示出当所述模片朝向所述熔化材料前进时，使用以未示出的方式被固定到模片的与坩锅一起使用的本发明的介入片的步骤序列，所述坩锅具有的一个壁比另一个壁相对更低，其中：

图5A示出基本上在其整个范围上被固定到并且接触成形表面的介入片；

图5B示出在相对较低的壁上的弯月面处首先接触熔化表面的介入片；

图5C示出沿着箭头M的方向进一步前进的介入片和模片，其中半导体很大程度上被固化在所述介入片上；以及

图5D示出在介入片上完全成形的半导体本体，并且所述坩锅从所述模片组件移开；

图6A-6C示意地示出显微照片的数字图像，描绘了本发明的介入片的孔及固定接地的结构及孔隙度的范围，其中：

图6A示出最少孔的介入片；

图6B示出中等孔的介入片；和

图6C示出较多孔的介入片。

具体实施方式

用于实现对成形界面（forming interface）来说重要的各种功能（例如减小成核、控制颗粒生长以及影响热流等等）的材料可以以合适材料的独立片的形式被提供，所述合适材料包括但不局限于：硅石、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳化硅、氮碳化硅、碳氮氧化硅以及其它等等。其它可包括氧化铝、莫来石、和氮化硼。总体上，可使用可经受住温度而不退化的任何陶瓷。如果情况是这样的，即没有大量的可能对半导体本体的形成有害的材料脱离陶瓷并进入所述半导体本体，则可以使用包括这种有害的材料的陶瓷（例如氧化铝、莫来石和氮化硼）。这样的片在此被称作介入片。

以独立的方式，其意味着本体在其预期使用之前的某时间被制作，并且能够被分开处理，而不被固定到较大的、或更大块的或较硬的衬底上。独立本体可以具有在一个或多个表面上的相对薄的片，并且也可以在一个或多个表面上载有其它的附带小元件，例如局部涂层，晶种等。

这种材料的介入片在更早时间的单独操作中被制作，并且通过与在并入的直接晶片专利申请中公开的那些方法相似的方法，该介入片然后被用来制作例如晶片的半导体本体，但利用如此处讨论的一个或多个介入片被扩大。这种片可在此被称作介入片，或者在一些情况下，简单地称作片。使用这些方法可形成的典型半导体本体是在太阳能电池中使用的硅晶片。然而，也可形成其它半导体和其它本体。

如图4A中所示，介入片可被提供在所述模片45的成形表面46和熔化材料413的表面415之间。如参照图4A-4G所示，它可被提供为固定于所述模片，用于被夹持和悬挂（如下面讨论的）的实施例；或者如在图5A-5D中示出的，用于在其范围上被更紧固定的实施例；或者可被沉积在熔化的表面415（未示出）上。

所述介入片是多孔的以允许压力差（例如在直接晶片专利申请中公开的晶片形成方法的真空）通过所述介入片传播到熔化的硅。所述介入片的孔隙度程度可从仅1%到高达约80%大范围地变化。开口的直径可从1微米到高达约100微米变化。即使如大约100微米一样大的开口也不会允许熔化的硅接触多孔模片45的成形面46。这尤其是如此因为用于被设计成仅提供最小颗粒成核的介入片的材料也未被熔化的硅很好地润湿。有利的是，至少适度部分的孔隙度为开口孔隙度，以允许真空通过所述模片和所述介入片被引导。也可能所有孔隙度都是开口。可存在某种程度的闭孔孔隙度。

图6A-6C示出孔和固定接地的结构和孔隙度的范围。与所示的其它图相比，图6A示出相对少孔的介入片。图6B示出适度孔的介入片，并且图6C示出较多孔的介入片。

在本文中，当片厚被陈述时，该片厚将是质量相等的片厚，或者ME厚度。也就是，5微米ME厚度的多孔片所具有的质量等于相同面积且由相同材料制成的全致密的片的质量。例如，如果所述片的孔隙度是50%，并且ME厚度是5微米，那么所述片的厚度范围（从一个表面上的最高峰到正面表面上的最高峰）是至少10微米。一般地，独立介入片具有在1和10微米之间的ME厚度，优选范围是2到5微米。

优选地，由于其薄和多孔的性质，介入片具有相当大程度的柔性。该柔性便于所述介入片的处理和夹持并且用于使用所述介入片的目的，包括允许所述介入片与所述模片的成形表面以及液态熔体的表面很好地共形，并且在一些模式中，如下面描述的，允许所述介入片采取考虑周到的曲率。在一些实施例中，所述片应能够采用如2mm那样小的曲率半径。例如，如图4A中所示，所述夹具434将采用具有大约2mm的半径的曲率的介入片430固定。在一些情况下，最小程度的柔性并不是关键的。由于用于其它目的的介入片的薄度，所以它内在地将足够薄以与成形表面形状，或者熔化的表面的非水平区域共形。然而，为了一些目的，例如上面示出的夹持，高的柔性度可能是重要的并且是非常有益的。

如参照下面更充分地讨论的图5A-5D示意地示出的，介入片530可以例如使用通过多孔模片55被抽取的真空被粘附到所述多孔模片55。替代地，如参照图4A-4C示意地示出的，介入片430可通过在其边缘处用夹具434夹持，由所述模片45或者由支持所述模片45的头部41支撑。夹持和例如真空的辅助附着方式可同时被使用。根据所选陶瓷材料，所述介入片可被电气地充电并且该电荷可被用来将所述介入片附着到所述模片的成形表面。所述介入片到所述模片的这种静电附着也可通过在所述模片上建立电压来实现。

附着有介入片的模片被降低到熔体中，真空被抽取并且半导体晶片片被固化。所述模片和固化的半导体片可以以与在直接晶片申请中描述的那些方式相似的多种方式从熔体去除，但因介入片的存在而被明显地扩大。真空可以在介入片接触所述熔体之前或者在介入片接触所述熔体之后被启动。

如参照图4A所示的，当多孔片430通过其边缘由所述模片45支撑时，所述介入片430可被允许垂下。这样，如图4B中所示，介入片430的自由中心432起初接触所述熔体的表面415，同时脱离所述多孔模片45的成形表面46。所述模片45继续下降并且然后如图4C和4D中所示，压在所述介入片430的背部表面433上，并且然后到达所述熔体413的表面415的水平。这在所述模片45的成形表面46接触所述介入片的背部表面433之前，允许所述介入片430预热并且被所述熔体413润湿的时间。例如，使用160×160mm的多孔模片45，所述介入片430可在两个边缘处被夹持，使得所述介入片的所述中心432从所述成形表面46垂下了大约10mm。这需要所述介入片能够采用大约325mm或者更小的曲率半径。可采用大约150mm的曲率半径的介入片可被加工为多种结构。使用甚至更高的柔性度（例如能够采用具有大约2-3mm的半径的曲率），介入片可被例如在图4A-4G中的434处示出的小直径夹具夹持。

在另一实施例中，未在单独的图中示出，所述介入片可独立于所述模片被放置在熔化的硅的表面上并且为润湿所述介入片允许足够的时间（通常为几秒钟）。可放置所述介入片的机构可与在图4A中434处所示的机构相似，除了夹具434的匹配元件不是支持所述模片46的头部41之外。更确切地说，一旦沉积在熔化的表面415上，它就可以是单独的元件，通常是更大框架的一部分，其具有开口区域，该开口区域足够大以便整个头部41和模片46组装以通过开口适于接触所述介入片430的背侧433。但机械功能将是相同的，即当它被带到所述熔体的表面附近并且然后接触所述熔体，并且在所述熔体上的同时还可选地将它固定到合适位置时，将其与所述夹具434匹配以支持所述介入片430。所述多孔成形表面然后可以通过所述框架中的所述开口被降低到润湿的介入片上，并且然后可将所有东西一起从所述熔体抽走。已经发现所述介入片的预润湿可产生期望的更大颗粒尺寸。

在所述成形表面接触所述介入片的背部之前，可使用其它装置和方法将所述介入片放置在所述熔体上。可能将会是重要的是具有可从其紧夹释放所述介入片的机构，并且然后确保所沉积的介入片保持在一个位置或者经历被控制的运动，使得所述模片可以可靠地对它施加压力。所述介入片可以被施加到所述熔体，使得它首先在其中心附近的区域处接触所述熔体，所述区域例如是在图4B的432处所示的，其总体上是一条线。接触区域可以是一条例如平行于所述片的边缘或者对角线的线，或者是非常小的区域。

无论所述介入片是通过专用的沉积装置沉积，还是被夹持到也支持所述模片45的所述头部41，使用介入片制作晶片的一个方法都是在所述成形表面与背对所述熔体的所述介入片的背部表面结合之前，将所述介入片在熔体表面上放置在大约0.1s和大约5s之间的时间。

如图4E中所示，所述成形表面46处于真空47下或处于比所述熔体表面的压力差小的压力差下，并且在接触所述介入片430的过冷的硅434中，使相对少量的颗粒成核。（即使在其熔点温度以下的温度时，过冷的液体保持液态。）根据所述熔体中随后的停顿时间、成形表面温度、真空度和模片热特性，生长半导体本体419，例如具有大颗粒（已经观测到高达10mm）的所需厚度的晶片。

然后如图4F中所示，将其从所述熔体413中去除。观测到纵横比高达50：1的颗粒尺寸和厚度，其中颗粒尺寸是晶片厚度的50倍。所述晶片被耦合到模片成形表面46，并且所述介入片430通过真空47被插入在两者之间。成形晶片本体419和成形表面46几乎没有化学或机械作用。它们互不接触。

如在图4G中所示，通过减小或去除真空压力47，使所述介入片430从所述成形表面46移开并且与所述成形表面46分离，其中所述成形的半导体本体419仍与所述介入片430关联。如下面讨论的，所述介入片430然后通常以后面单独的工艺与所述固化的本体419分离。

参照图5A-5D，使用介入片的另一布置被示意地示出。坩锅511具有比其它侧面相对更低的至少一个侧面542。熔化材料被提供到一个深度，使得弯月面515存在于较低壁542的水平的上面。较低壁可延伸穿过所述坩锅的整个宽度（在进入页面的维度上），或者它可仅占有这样宽度的一部分区域，其中较高的壁部分在角落处。由于是截面而未示出的所述坩锅的壁可从在角落的低处和所述较低壁542一起倾斜，或者可以是完全更高。所述模片55是可在箭头M的方向上（如所示向左边）朝向并沿着所述坩锅511移动的头部组件51的一部分。介入片530以未示出的方式被固定到所述模片55的成形表面，但也包括由于压力差57的吸附行为，例如如上面讨论的真空。当所述头部组件51在箭头M的方向上移动时，所述坩锅511通常可以在箭头C的方向上移动以遇到它。这种相互运动有助于最小化成形晶片中初始接触位置处的不规则。

图5B示意地示出被朝向所述模片55并且也沿着箭头M方向被抽取的熔化液体513。与如上面结合参照图4A-4G讨论的实施例所讨论的类似，熔化材料直接接触所述介入片530，并且不接触所述模片55。

图5C示出不久以后的情况，其中固化的半导体本体519在所述介入片530上成形。所述模片55又一次以与下面讨论的相同的方式比所述熔化材料相对更冷，从而开始颗粒的成核。

图5D示出又过不久以后的情况，其中完全成形的本体519被附着到所述介入片530。所述坩锅511已经在图5D的箭头C的方向上（如示出的，向下）从所述半导体本体移开，同时所述头部组件51在箭头M的方向上继续移动。因此，所述半导体本体已经与所述熔化材料513分开。这种相互运动有助于最小化所述成形晶片中最后接触的位置处的不规则。

如上面讨论的，所述介入片和成形半导体本体然后可通过停止真空和其它方式从所述模片55被去除。所述介入片然后可从对所述成形半导体本体的任何粘附中被去除，例如仍如讨论过的，通过蚀刻或其它方式。

例如在图5A中示出的坩锅可被用在制作半导体本体的方法中，例如在不使用介入片的直接晶片专利申请中被示出和讨论的。它可以以相似的方式被用作直接晶片申请的图4A和5A中所示的坩锅。

与参照图4A-4G所示的相似，提供垂直进入坩锅的介入片也是可能的，但不是允许所述介入片从所述模片垂下，而是它可以更紧地被固定到所述成形表面46，与图5A中所示的布置相似，其中，所述介入片530被面对面地紧固到所述模片55的成形表面。

与使用主要由例如石墨或SiC的材料构成的成形表面的工艺相比，已经发现所述介入片产生所述成形硅晶片本体的显著增加的颗粒尺寸，其适于其它目的，但是是高度成核。通过这种方法，可常规地生产平均尺寸大于1mm的颗粒，其中最大颗粒高达大约5mm。所述介入片没有促进成核，并且在一些情况下抑制了成核。这允许所述熔体欠热而不成核。

使用这种介入片的另一关键优点是所述介入片提供从所述模片成形表面的非常完全的释放。基本上，对于在介入层中的使用，在接触持续时间内不与所述成形表面发生任何极大程度的反应或者结合的任何材料可被用来帮助从所述成形表面完全地释放所述成形半导体本体。SiO₂和Si₃N₄已经被用在具有石墨成形表面的介入片中，具有好的效果。据信，只要许多高温难熔材料防止例如硅的熔化的半导体材料到达成形片，所述高温难熔材料将相对良好地工作。

通常地，希望单个介入片将只被使用一次。在一些情况下，已经发现只从所述成形半导体本体剥离所述介入片是可能的。因为所述介入片是如此薄的，它经常可被剥离，而不用在所述半导体本体上放置过度的机械应力。在其它情况下，可通过化学蚀刻，优选地使用不损害下面的半导体本体的蚀刻剂将介入片从所述成形半导体本体去除。当由于所述介入片的老化，每个成形晶片经历相同的成形周期并且与先前的成形晶片没有不同时，所述介入片的单个使用性质为良好的工艺控制提供途径。然而，使用给定的单个介入片制作几个晶片也可以是可能的。

介入片也可被用在与并入的直接晶片申请中描述的那些实施例相似的其它实施例中，但通过使用介入片被明显扩大。例如，介入片可被用在参照直接晶片申请，即公布的PCT 申请WO2010 / 104838中的附图22A和22B描述的垂直实施例中。

使用这种介入片的另一优点是它可对从熔化的硅到所述模片的热流提供可控量的阻力，有助于对颗粒尺寸进行控制。总体上，较少的热流将产生相对较大的颗粒尺寸。对热流的阻力的程度可通过介入片的厚度、组分和粗糙度来改变。相对较厚的介入片比相对较薄的片对热流提供更大阻力。相对较高的孔隙度比较少孔的本体对热流提供相对更大阻力。介入片表面的粗糙度也可被用来控制热流。

使用介入片的另一优点是通过防止熔化的硅和所述成形表面之间的化学反应，防止固化的晶片粘附到所述成形表面。因此，在附着有介入片的固化晶片和所述成形表面之间的界面自由滑动。当成形晶片和成形表面冷却时，在成形晶片和成形表面之间存在收缩差。所述介入片允许在成形晶片和成形表面之间的滑动，所述滑动防止了这些不同收缩在冷却晶片上施加大的压力。这样，最小化了位错的形成和引入应力到所述晶片中。

由单一材料制成的单个介入片可表现几个上面描述的优点。例如，单片熔融SiO₂可以阻止并且因而控制热传递，允许滑动并且提供完全释放。然而，在单一介入片中混合两种或更多种材料可以是有利的，以从介入片的各种优点中更完全地受益。例如，已经发现在单个介入片内的氮化硅和硅石粉末混合物是有益的。SiO₂允许半导体本体形成并且提供某种程度的成核抑制。Si₃N₄限制成形晶片本体的氧污染。

在本方法发明的另一实施例中，两个或更多个介入片可被堆叠，其中每个介入片具有相同组分或不同组分。例如，在保证完全释放中堆叠两个或更多个介入片尤其有益。例如，SiO₂主导的介入片可被提供为面向熔化的半导体材料，并且面向成形表面的相邻介入片可主要地由Si₃N₄构成。这两种材料没有彼此非常强力地粘附，并且因此，两者之间所述堆叠的分离可以相对容易地实现。多个片的另一个有利的使用是使用一个片主要来控制成核特性并且使用另一个片主要控制（通过延迟）热传递。例如，一个介入片可对热传递具有阻力，所述阻力比至少另一个介入片的阻力相对更大。相似地，一个介入片可具有成核特性，所述成核特性比至少另一个介入片的成核特性相对更小。两个或者更多个介入片的使用也提供至少一个附加的界面，与所述界面相邻的本体可在该界面处出现滑动，该滑动可用来最小化CTE失配的有害效果。

在一些情况下，如参照图2所示的，模片35可具有带纹理的成形表面9。使用具有带纹理的表面的介入片是可能的。一个这样做的方法是提供介入片，所述介入片本身采用与所述带纹理的表面相同的纹理形状。例如，为了与凹槽成形表面9一起使用，可以以与所述凹槽匹配的波纹形状提供所述介入片。这种形状的介入片可与所示实施例的任何一个一起使用，例如，如参照图4A-4G所示的，提供垂直进入坩锅的介入片，或者如参照图5A-D所示的，提供介入片到具有一个较低壁的坩锅。

制作介入片的代表性方法是从所需材料的细小粒子开始并且使用不相关的陶瓷加工领域中已知的层生成或沉积方法来制作薄层，所述薄层随后在高温被烧制以产生独立本体。这种方法包括喷射到衬底上、流延成型、和粉浆浇铸。这些技术在半导体本体制作领域中通常不被知晓。所述粒子可以是球形、等轴形或薄片形。为了一些目的，使用针状粒子可以是有利的。根据在陶瓷加工领域中已知的方法，层沉积技术可包括在水或者有机溶剂中产生粒子浆，并且在衬底上将所述浆喷射、粉浆浇铸、或者刮刀涂布(doctor-blading)。如本领域中已知的，所述浆料可以具有分散剂和易变的流变改性剂。如上面针对与带纹理的成形表面9结合使用所讨论的，例如参照图2所示的，被定形的介入片可通过喷射和粉浆浇铸来制作。

当制作介入片时，使用针状粒子导致所述介入片的较小收缩，这使得更容易保持公差。由针状粒子制作的介入片的另一个优点是在与熔化的半导体材料接触使用以及随后的冷却期间，存在比利用其它形状的粒子所出现的收缩相对更小的收缩。

一般地，介入片由已经被相互熔融或者烧结的粒子构成。

为了总结介入片的理想特性，那么它应该是适当程度地多孔的，以允许充足的气流穿过。它应该是足够耐用的以便是独立的；有点柔性（以增强处理、夹持、悬挂并且与所述模片和熔化表面的非平坦表面共形）；在与熔化材料接触的持续时间内在化学上相对惰性到如此程度以致来自介入片的不超过可接受量的杂质进入所述熔化材料；热稳定（难熔）到在熔化的半导体（例如硅）的热和化学环境下足以抵制退化的程度。它也应通过阻碍热流，并且也许通过其它方式而有助于抑制成核。通过化学或者机械方式从成形半导体本体去除所述介入片也应当是可能的。它应该能够在熔化的半导体（例如硅）的相对高温下保持这些特性。一般地，为了与硅一起使用，所述介入片应该能够经受住大约1400℃并且应该具有少于5ppmw的过渡金属。

为了重申上面已经说过的，合适材料包括，但不局限于，硅石、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳化硅、氮碳化硅、碳氮氧化硅以及其它。其它可包括氧化铝、莫来石、和氮化硼或者包含硼的陶瓷。总体上，可使用任何可经受住所述温度而不退化的陶瓷。可以使用包括可能损害半导体本体（例如氧化铝、莫来石、和氮化硼）的形成的材料的陶瓷，如果情况是这样的，即没有相当大量的这种有害材料进入所述半导体本体。

氮化硅是有吸引力的材料，可由其制作介入片。提供具有一些硅石的氮化硅以有助于粘合所述材料可以是有利的。然而，氮化硅和氧化硅（例如氧化硅或者二氧化硅）的复合物也是有益的。

虽然已经示出和描述了特定实施例，本领域技术人员应该理解，可以作出各种改变和修改而不会脱离在其更宽方面中的本公开。旨在在上面描述中包含的以及在附图中示出的所有内容将被解释成说明性的并且不以限制性的意义来解释。

本公开描述并且公开了不仅一项发明。所述发明在本文以及相关文献的权利要求中被阐明，所述相关文献不仅是所提交的，而且是如在基于本公开的任何专利申请的进行中开发的。本发明人旨在在由现有技术允许的最大限度来主张所有不同发明，如其随后被确定成的那样。此处描述的特征对此处公开的每项发明不是必要的。因此，本发明人期望此处描述的但没有在基于本公开的任何专利的任何特定权利要求中被主张的特征并不应被并入任何这样的权利要求中。

一些硬件的组件、或者步骤的组合在此被称为发明。然而，尤其当根据关于将在一项专利申请中审查的多项发明的或者发明的单一性的法律和法规考虑时，这并不是认可任何这种组件或者组合必需是明显可专利性的发明。本文旨在以简短方式介绍发明的实施例。

摘要被随此提交。应该强调提供本摘要以符合规定，所述规定需要摘要，其将允许审查员和其它检索员快速确定技术公开的主题。如由专利局的规定预示的，它被提交的同时将理解它不会被用来解释或者限制权利要求的范围或者意义。

前面的讨论应被理解成为说明性的，并且无论如何不应被认为是限制性的。虽然参照其优选的实施例，本发明已经被特定地示出和描述，但是本领域技术人员应理解，可以在其中作出在形式和细节方面的各种改变，而不会脱离如由权利要求限定的本发明的精神和范围。

在下面权利要求中的相应结构、材料、行为和所有装置或者步骤加功能元件的等价物旨在包括与如特别主张的其它主张的元件组合用于执行所述功能的任何结构、材料、或者行为。

发明的各方面

本发明下面的各方面旨在在此被描述，并且这部分是确保它们被提及。它们被设计成各方面，并且尽管它们看起来与权利要求相似，但它们不是权利要求。然而，在将来的某点，申请人保留在此处和任何相关申请中主张这些方面的任一个或者全部的权利。

A1. 一种用于制作半导体本体的方法，所述方法包括以下步骤：

a. 提供具有表面的熔化的半导体材料；

b. 提供包括成形表面的多孔模；

c. 在所述成形表面和熔化材料之间提供独立的陶瓷片；

d. 将所述成形表面接触所述陶瓷片并且将所述陶瓷片接触所述熔化材料的表面达接触持续时间，使得半导体材料的本体在所述陶瓷片上固化；并且

e. 将所固化的本体从与所述熔化的半导体材料的接触去除，同时仍然接触所述陶瓷片。

A2. 方面A1的方法，所述半导体材料包括硅。

A3. 方面A2的方法，所述硅本体包括太阳能电池元件。

A4. 方面A1的方法，进一步包括：提供压力差状态，使得在所述成形表面的至少一部分处的压力比在熔化材料表面处的压力小，使得对于所述接触持续时间的至少一部分，存在所述压力差状态。

A5. 方面A1的方法，进一步包括对于所述接触持续时间的至少一部分，在低于所述半导体材料的熔点以下的温度提供所述成形表面的至少一部分的步骤。

A6.7. 方面A4的方法，进一步包括减小所述压力差状态的程度的步骤，从而有助于所述陶瓷片和所固化的本体中的至少一个从所述成形表面分离。

A7. 方面A1的方法，提供陶瓷片的步骤包括在所述熔化材料上提供所述陶瓷片。

A8. 方面A1的方法，提供陶瓷片的步骤包括在所述成形表面上提供所述陶瓷片。

A9. 方面A8的方法，进一步包括将所述陶瓷片夹持到所述成形表面的步骤。

A10. 方面A9的方法，进一步包括在所述成形表面和所述熔化材料之间提供至少一个附加陶瓷片的步骤。

A11. 方面A9的方法，夹持所述陶瓷片的步骤包括夹持所述陶瓷片使得所述陶瓷片悬挂远离所述成形表面，使得所述陶瓷片在接触位置处接触所述熔化材料，并且后来所述成形表面接触所述接触位置的正面的陶瓷片。

A12. 方面A11的方法，所述接触位置包括所述陶瓷片的中心。

A13. 方面A10的方法，所述至少两个陶瓷片的两个具有互相不同的组分。

A14. 方面A10的方法，至少两个相邻的陶瓷片由互不强力粘附的材料构成。

A15. 方面A13的方法，至少一个陶瓷片具有比至少另一个陶瓷片相对更低的成核特性。

A16. 方面A13的方法，至少一个陶瓷片对热传递具有阻力，所述阻力比至少另一个陶瓷片的阻力相对更大。

A17. 方面A8的方法，进一步包括通过提供压力差状态将所述陶瓷片固定到所述成形表面的步骤，使得在所述成形表面的至少一部分处的压力比在所述陶瓷片的背对所述成形表面的面处的压力小。

A18. 方面A1的方法，所述陶瓷片包括多孔片。

A19. 方面A1的方法，所述陶瓷片从包括硅石、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳化硅、氮碳化硅和碳氮氧化硅的组中选择。

A20. 方面A1的方法，所述陶瓷片具有在大约1和大约15微米之间的质量相等的厚度。

A21. 方面A1的方法，所述陶瓷片具有在大约2和大约5微米之间的质量相等的厚度。

A22. 方面A1的方法，所述陶瓷片是柔性的。

A23. 方面A22的方法，所述陶瓷片的柔性以所述片被弯曲到小于大约325mm并且优选小于大约150mm、并且最优选小于2mm的半径的能力为特征，而没有产生任何断裂。

A24. 方面A1的方法，所述陶瓷片是多孔的。

A25. 方面A24的方法，所述孔隙度的程度从大约1%到高达大约80%。

A26. 方面A24的方法，所述陶瓷片具有开口，所述开口具有在大约1微米和大约100微米之间的直径。

A27. 方面A1的方法，进一步包括相对于所述成形表面给所述陶瓷片电气地充电的步骤，并且通过在所述成形表面上建立电压，将所述陶瓷片附着到所述成形表面。

A28. 方面A1的方法，所述陶瓷片具有小于大约5ppmw的过渡金属。

A29. 方面A1的方法，所述陶瓷片能够经受住至少大约1400℃的温度，而在足以固化硅半导体本体的接触持续时间没有退化。

A30. 方面A1的方法，所述陶瓷片包括熔融材料。

A31. 方面A1的方法，所述陶瓷片包括烧结材料。

A32. 方面A30的方法，所述熔融材料由针状粒子熔融。

A33. 方面A30的方法，所述熔融材料由等轴粒子熔融。

A34. 方面A1的方法，所述陶瓷片的材料具有比所述成形表面的材料更低的使所述半导体的颗粒成核的可能性。

B1. 一种独立多孔陶瓷本体，包括材料的互联网络，具有小于10微米的ME厚度和第一表面和正面表面，所述固态材料能够经受住与在至少大约1400℃与熔化的半导体接触达足以形成半导体本体的接触持续时间，并且具有小于大约5ppmw的过渡金属。

B2. 方面B1的本体，所述材料的网络限定具有在大约1微米和大约100微米之间的直径的开口。

B3. 方面B1的本体，所述材料的网络具有在大约1%和大约80%之间的孔隙度。

B4. 方面B1的本体，所述材料从包括硅石、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳化硅、氮碳化硅、碳氮氧化硅、氧化铝、莫来石、和氮化硼的组中选择。

B5. 方面B1的本体，所述材料具有比石墨更低的使半导体材料的颗粒成核的倾向。

B6. 方面B1的本体，进一步包括第二个这样的本体，所述第一和第二本体由互不强力粘附的本体构成。

C1. 一种组件，包括：

a. 多孔模，其包括成形表面；

b. 独立多孔难熔陶瓷片，其具有第一和第二表面，在第一表面处被固定到所述模的成形表面；

c. 被固定到所述陶瓷片的第二表面，半导体本体直接由熔化量的半导体材料形成。

C2. 方面C1的组件，进一步包括在所述第一陶瓷片和所述成形表面之间的第二陶瓷片，所述第二陶瓷片被固定到所述第一陶瓷片和所述成形表面的每一个。

C3. 方面C2的组件，所述第一和第二陶瓷片具有互相不同的组分。

D1. 一种用于由熔化的半导体材料供应制作半导体本体的装置，所述装置包括：

a. 多孔模，其包括成形表面；

b. 支持机构，其被配置成支持面向所述成形表面的独立陶瓷片，使得所述陶瓷片悬挂远离所述成形表面，使得所述陶瓷片能够在接触位置处接触熔化材料的表面，并且使得能够引起所述成形表面接触所述接触位置的正面的陶瓷片；以及

c. 结构体，其被配置成提供压力差状态，使得在接触位置处的压力小于在熔化材料的表面处的压力。

Claims (30)

1.一种用于制作半导体本体的方法，所述方法包括以下步骤：

a. 提供具有表面的熔化的半导体材料；

b. 提供包括成形表面的多孔模；

c. 在所述成形表面和熔化材料之间提供独立的多孔难熔陶瓷片；

d. 将所述陶瓷片固定到所述成形表面；

e 将所述成形表面接触所述陶瓷片并且将所述陶瓷片接触所述熔化材料的表面达接触持续时间，使得半导体材料的本体在所述陶瓷片上固化；并且

f. 将所固化的本体从与所述熔化的半导体材料的接触去除，同时仍然接触所述陶瓷片。

2.权利要求1的方法，所述半导体材料包括硅。

3.权利要求1的方法，进一步包括：提供压力差状态，使得在所述成形表面的至少一部分处的压力比在熔化材料表面处的压力小，使得对于所述接触持续时间的至少一部分，存在所述压力差状态。

4.权利要求1的方法，进一步包括对于所述接触持续时间的至少一部分，在低于所述半导体材料的熔点以下的温度提供所述成形表面的至少一部分的步骤。

5.权利要求3的方法，进一步包括减小所述压力差状态的程度的步骤，从而有助于所述陶瓷片和所固化的本体中的至少一个从所述成形表面分离。

6.权利要求1的方法，提供陶瓷片的步骤包括在所述成形表面上提供所述陶瓷片。

7.权利要求6的方法，所述将所述陶瓷片固定到所述成形表面的步骤包括将所述陶瓷片夹持到所述成形表面的步骤。

8.权利要求7的方法，进一步包括在所述成形表面和所述熔化材料之间提供至少一个附加陶瓷片的步骤。

9.权利要求7的方法，夹持所述陶瓷片的步骤包括夹持所述陶瓷片使得所述陶瓷片悬挂远离所述成形表面，使得所述陶瓷片在接触位置处接触所述熔化材料，并且后来所述成形表面接触所述接触位置的正面的陶瓷片。

10.权利要求8的方法，所述陶瓷片和所述至少一个附加陶瓷片具有互相不同的组分。

11.权利要求8的方法，至少两个相邻的陶瓷片由互不强力粘附的材料构成。

12.权利要求6的方法，进一步包括通过提供压力差状态将所述陶瓷片固定到所述成形表面的步骤，使得在所述成形表面的至少一部分处的压力比在所述陶瓷片的背对所述成形表面的面处的压力小。

13.权利要求1的方法，所述陶瓷片从包括硅石、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳化硅、氮碳化硅、碳氮氧化硅、氧化铝、莫来石、和氮化硼的组中选择。

14.权利要求1的方法，所述陶瓷片具有在1和15微米之间的质量相等的厚度。

15.权利要求14的方法，所述陶瓷片具有2-5微米之间的质量相等的厚度。

16.权利要求1的方法，所述陶瓷片是柔性的。

17.权利要求16的方法，所述陶瓷片的柔性以所述陶瓷片被弯曲到小于325mm的半径而没有产生任何断裂的能力为特征。

18.权利要求16的方法，所述陶瓷片的柔性以所述陶瓷片被弯曲到小于150mm的半径而没有产生任何断裂的能力为特征。

19.权利要求16的方法，所述陶瓷片的柔性以所述陶瓷片被弯曲到2mm的半径而没有产生任何断裂的能力为特征。

20.权利要求1的方法，所述陶瓷片是多孔的。

21.权利要求20的方法，所述陶瓷片的孔隙度的程度从1%到高达80%。

22.权利要求21的方法，所述陶瓷片具有开口，所述开口具有在1微米和100微米之间的直径。

23.权利要求1的方法，所述陶瓷片具有小于5ppmw的过渡金属。

24.权利要求1的方法，所述陶瓷片能够经受住至少1400℃的温度，而在足以固化硅半导体本体的接触持续时间没有退化。

25.权利要求1的方法，所述陶瓷片包括熔融材料。

26.权利要求25的方法，所述熔融材料由针状粒子熔融。

27.权利要求1的方法，所述陶瓷片的材料具有比所述成形表面的材料更低的使所述半导体的颗粒成核的可能性。

28.一种用于制作半导体本体的独立多孔陶瓷本体，其中独立多孔难熔陶瓷片置于成形表面和熔化材料之间，所述独立多孔陶瓷本体包括材料的互联网络，具有小于10微米的ME厚度和第一表面和正面表面，所述独立多孔陶瓷本体能够经受住在至少1400℃与熔化的半导体接触达足以形成半导体本体的接触持续时间，并且具有小于5ppmw的过渡金属。

29.一种组件，包括：

a. 多孔模，其包括成形表面；

b. 独立多孔难熔陶瓷片，其具有第一和第二表面，在第一表面处被固定到所述模的成形表面；

c. 半导体本体，其被固定到所述陶瓷片的第二表面，所述半导体本体直接由熔化量的半导体材料形成。

30.一种用于由熔化的半导体材料供应制作半导体本体的装置，所述装置包括：

a. 多孔模，其包括成形表面；

b. 支持机构，其被配置成支持面向所述成形表面的独立多孔难熔陶瓷片，使得所述陶瓷片悬挂远离所述成形表面，使得所述陶瓷片能够在接触位置处接触熔化材料的表面，并且使得能够引起所述成形表面接触所述接触位置的正面的陶瓷片；以及

c. 结构体，其被配置成提供压力差状态，使得在接触位置处的压力小于在熔化材料的表面处的压力。