KR20160148004A - 다른 영역보다 상대적으로 더 두꺼운 국부적으로 제어된 영역을 갖는 얇은 반도체 웨이퍼를 제조하는 방법, 장치, 및 그 웨이퍼 - Google Patents

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Emanuel M. Sachs
랄프 존직
아담 엘. 로렌즈
리차드 엘. 월-래이스
지.디. 스테판 허드슨
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1366 테크놀로지 인코포레이티드
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Abstract

제어된 위치들에서 얇은 영역과 더 두꺼운 영역을 갖는 반도체 웨이퍼들은 광발전을 위한 것일 수 있다. 그 내부는 180미크론 미만이거나 50미크론까지 더 얇을 수 있고, 180 내지 250미크론 범위에 있는 더 두꺼운 부분이 있을 수 있다. 얇은 웨이퍼들은 더 높은 효율을 가진다. 더 두꺼운 둘레는 취급 강도를 제공한다. 더 두꺼운 줄무늬, 랜딩, 및 아일랜드는 금속화 결합을 위한 것이다. 웨이퍼들은 상대적인 두께들의 위치에 대응하도록 배치된, 상이한 열 추출 경향이 있는 영역들을 갖는 템플릿의 용해물로부터 직접 만들어질 수 있다. 격자간 산소는 6×1017원자수/cc 미만, 바람직하게는 2×1017 미만이고, 총 산소수는 8.75×1017원자수/cc 미만, 바람직하게는 5.25×1017 미만이다. 더 두꺼운 영역들이 상대적으로 더 높은 열 추출 경향을 가지는 인접한 템플릿 영역들과 더 낮은 추출 경향을 갖는 영역들에 인접한 더 얇은 영역들을 형성한다. 더 두꺼운 템플릿 영역들이 더 높은 추출 경향을 가진다. 템플릿 상의 기능성 재료들 역시 상이한 추출 경향을 가진다.

Description

다른 영역보다 상대적으로 더 두꺼운 국부적으로 제어된 영역을 갖는 얇은 반도체 웨이퍼를 제조하는 방법, 장치, 및 그 웨이퍼{METHODS AND APPARATI FOR MAKING THIN SEMI-CONDUCTOR WAFERS WITH LOCALLY CONTROLLED REGIONS THAT ARE RELATIVELY THICKER THAN OTHER REGIONS AND SUCH WAFERS}
관련 문서들
본 출원은 "METHODS AND APPARATI FOR THE AUTOMATED MANUFACTURE OF KERFLESS WAFERS"라는 제목으로 2014년 4월 30일 출원된 미국 가 출원 61/986,388의 우선권을 주장하고, 역시 "TECHNIQUES, METHODS AND APPARATI FOR THE AUTOMATED MANUFACTURE OF KERFLESS WAFERS"라는 제목으로 2014년 6월 13일 출원된 미국 가 출원 62/011,866의 우선권을 주장한다.
통상적으로, 태양 전지용 실리콘 웨이퍼는 156㎜×156㎜ 및 180 내지 200미크론의 두께를 가진다. 이들 웨이퍼를 만들기 위해 사용된 상당히 정제된(highly refined) 실리콘은 상당히 고가이기 때문에, 재료 비용을 감소시키기 위해서는 더 얇은 웨이퍼를 사용하는 것이 유리하게 된다. 또한, 적절한 셀(cell) 구성을 가지고, 상대적으로 더 얇은 실리콘 웨이퍼가 더 두꺼운 실리콘 셀보다 상대적으로 더 높은 효율을 가진다. 더 얇은 웨이퍼들을 사용하여 더 높은 효율을 보여주는 셀 구성은 낮은 표면 재결합과 양호한 광포획을 초래하는 것들이다. PERC 셀 구조는 현재 그러한 셀 구조를 채택한 것 중 가장 널리 사용되는 것이다(PERC은 Passivated Emitter Rear Contact의 약자이다). 이러한 더 높은 효율에 관한 이유는 컬렉팅(collecting) pn-접합까지, 더 두꺼운 것보다 더 얇은 몸체에서의 더 짧은 거리로 인한 더 낮은 부피의(volume) 재결합인 것으로 여겨진다. 더 얇은 두께로부터 생기는 셀 효율의 증가량은 셀 구성 또는 아키텍처에 따라 달라지고, 또한 웨이퍼의 전자적 품질에 따라 달라진다. 일반적으로, 웨이퍼 전자 품질이 낮아질수록 증가율을 더 커진다. 그러므로 감소된 웨이퍼 비용과 증가된 셀 효율 모두에 관해, 더 얇은 웨이퍼를 사용하기 위한 강한 동기 부여가 존재한다. 더 얇은 웨이퍼들의 추가 장점은 단위 체적당 소수 캐리어 주입 레벨이 더 높다는 것인데, 이는 동일한 개수의 광자가 더 높은 주입 레벨에 관해서는 적은 재료로 흡수되고, 다수결정질 실리콘 재료가 더 높은 주립 레벨들에서 더 높은 벌크(bulk) 소수 캐리어 수명(lifetime)을 가지기 때문이다.
광발전용 실리콘 웨이퍼는 보통 잉곳(ingot)을 성장 또는 주조한 다음, 그러한 잉곳을 보통 와이어 절단(wire sawing)에 의해 웨이퍼들로 슬라이싱(slicing)하여 만들어진다. 와이어 절단은 표준 180-200미크론 두께보다 얇은 웨이퍼들을 만들기 위해 사용될 수 있다. 하지만, 그러한 더 얇은 웨이퍼들은 셀 제작, 전기적인 상호 접속, 및 모듈로의 캡슐화(encapsulation) 동안 쪼개지는 것으로 발견되었다. 이러한 이유들로 인해, 더 얇은 웨이퍼(120미크론만큼 얇은)를 시도한 후, 업계에서는 180-200미크론의 이전 표준으로 되돌아갔다. 다수결정질 실리콘 재료를 사용하는 PERC를 포함하는 전형적인 셀 구조에 있어서는, 80미크론보다 얇은 웨이퍼들을 만드는 것이 임의의 추가로 감지할 수 있을 정도의 효율 이득을 제공하지 않는다.
더 얇은 웨이퍼들의 증가된 파손은 몇몇 원인을 가진다. 셀 제작 동안, 웨이퍼들은 종종 그러한 웨이퍼의 가장자리로부터의 결함의 전파에 의해 파손된다. 가장자리 결함들은 균열과 얇은 반점들을 포함한다. 또한, 취급하는 동안, 새로운 균열과 결함이 가장자리들에서 생성되는데, 이는 그것들이 제작 공정 동안 장비의 다른 피스(piece)들과 접촉하는 위치들이기 때문이다. 가장자리로부터 시작하는 균열들은 셀을 만들고 모듈을 제작하는 동안 문제이다. 일반적으로, 현재 사용된 기계 장치와 방법들을 가지고서는, 150미크론보다 얇은 PV 웨이퍼들이 실용적이라고 받아들일 수 없는 빈도로 손상된다는 점을 발견하였다.
게다가, 하지만 와이어와 다른 전기적 접속은 그것들을 상호 연결하기 위해 셀들의 상부 전극과 하부 전극에 부착되어야 한다. 이들 와이어는 태양 전지에 의해 생성된 큰 전류를 운반할 수 있게 단면적이 상당히 클 수 있다. 예를 들면, 3-버스와이어 셀에서의 전형적인 구리 버스 와이어는 폭이 1.6㎜이고 두께가 0.15㎜이다. 이들 와이어는 납땜에 의해 또는 도전성 접착제를 사용하여 셀 상의 금속화(metallization)에 부착된다. 그러한 부착 자체는, 특히 납땜의 경우, 와이어와 금속화 사이의 스트레스를 생성한다. 와이어와 실리콘 셀의 열적 팽창 계수들은 다르고(와이어의 열적 팽창 계수가 실리콘의 열적 팽창 계수보다 높다), 따라서 온도 변화가 와이어와 셀 사이의 더 많은 스트레스를 가져온다. 부착 및 열적 팽창 스트레스는 특히 셀의 가장자리 부근에서 셀로부터 와이어 및/또는 금속화의 층간 박리를 야기할 수 있다. 또한, 버스 와이어들은 인접 셀의 뒷면(back surface)까지 아래에서 감싸기 위해 셀의 상부면으로부터 아래로 휘어져야 한다. 이러한 휘어진 와이어는 셀의 가장자리 부근의 금속화에서의 층간 박리 스트레스들에 추가된다. 또한, 부적절하게 휘어지면 와이어는 실제로 셀의 가장자리와 접촉할 수 있고, 이로 인해 가장자리 균열을 야기 또는 전파시킨다.
제작의 또 다른 방법에 따르면, 반도체 웨이퍼는 일반적으로 본 명세서에 참조로 통합되어 있고, Sachs 등에 의해 "METHODS FOR EFFICIENTLY MAKING THIN SEMICONDUCTOR BODIES FROM MOLTEN MATERIAL FOR SOLAR CELLS AND THE LIKE"라는 제목으로 2012년 10월 23일 발표된 미국 특허 8,293,009에 개시된 기술들을 사용하는 반도체 용융물(melt)로부터 형성된다. 이 특허에 개시된 기술은 본 명세서에서 일반적으로 다이렉트 웨이퍼
Figure pct00001
(DW) 웨이퍼 형성 기술이라고 부른다. 이 기술에 따르면, 웨이퍼와 같은 얇은 반도체 몸체는 잉곳으로부터 잘려지거나, 스트링들 사이에서 성장하거나 일부 다른 방법보다는 반도체 재료의 용융물로부터 형성된다.
간단히, 다이렉트 웨이퍼(DW) 웨이퍼 형성 기술에 따르면, 다공성 몰드(porous mold) 시트에 걸쳐 차이 압력이 인가되고, 그 위에 반도체(예컨대, 실리콘) 웨이퍼가 형성된다. 차이 압력을 완화시키면 웨이퍼의 해제(release)를 허용한다. 몰드 시트는 용융물보다 찰 수 있다. 열이 형성 웨이퍼의 두께를 통해 추출된다. 액체와 고체 인터페이스가 몰드 시트에 실질적으로 평행하다. 응고시키는 몸체의 온도는 그것의 폭에 걸쳐 실질적으로 균일하여, 낮은 스트레스들과 전위 밀도(dislocation density), 그리고 더 높은 결정학적 품질을 초래한다. 다공성 몰드 시트는 그것을 통한 기체의 흐름을 허용하도록 충분히 침투성이 있어야 한다. 차동 압력이 제공되는 시간 동안 작은 구멍들의 개구들 내로 녹은 재료가 침입하는 것을 허용할 정도로 크게 침투성이 있어서는 안 된다. 그렇지 않으면, 작은 구멍들이 막히게 되고, 차동 압력은 유지될 수 없게 된다. 용융물은 그러한 용융물의 상부와의 전체 영역 접촉; 수평 또는 수직이거나 그것들 사이에 있든지 몰드 시트와 용융물의 부분적인 영역 접촉을 가로지르는 것, 및 몰드를 용융물에 담그는 것에 의해 시트로 끼워 넣어질 수 있다. 낟알(grain) 크기는 많은 수단에 의해 제어될 수 있다. 때때로 다이렉트 웨이퍼 기술 특허와 본 명세서에서 차압 체제(differential pressure regime)라고 부르는 차압은 대기압으로 용융물 표면을 유지하고, 몰드 시트의 뒷면은 대기압보다 낮게 유지함으로써 확립될 수 있다. 또 다른 실시예에서는 몰드 시트의 면들 사이의 차압은 국부적인 대기압보다 실질적으로 더 높은 압력으로 몰드 시트의 형성면 상에 공기를 유지하면서, 공기에 직접 몰드 시트의 뒷면에 구멍을 냄으로써 발생된다. 이 실시예의 장점은 진공 펌프가 요구되지 않는다는 점이다. 몰드 면과 용융물 표면은 접촉 지속 시간이라고 부르기도 하는 시간 기간 동안 서로 접촉한다. 이러한 접촉 지속 시간의 적어도 일부 동안에는 차압 체제가 제공된다. 용융물로부터 웨이퍼를 형성하는 것이 유익하고, 이응 다이렉트 웨이퍼 기술 특허의 발명인 것으로 간주되며 또한, 본 명세서에서 개시된 발명들 중 하나이라고 간주되고, 이는 용융물 내에 응고된 몸체를 생성하고, 예를 들면 웨이퍼와 같은 그러한 몸체를 몰드 시트(또는, 본 명세서에서 개시된 발명들의 경우에는 템플릿(template)) 상에 형성하기 위한 것이다. 귀중한 제작 물품을 구성하기 위해 몰드 시트(또는 템플릿)로부터 해제될 필요는 없다. 하지만, 역시 형성된 웨이퍼가 다양한 방식으로 몰드 시트로부터 제거될 수 있다. 몇몇 경우에서는, 차압 체제가 제거될 수 있는데, 즉 진공이 사용되면 턴 오프될 수 있고, 웨이퍼가 떨어진다. 또는, 차압 체제가 감소될 수 있는데, 즉 진공의 정도가 감소될 수 있거나, 압력 차이가 감소될 수 있다. 또한, 스트리핑(stripping) 핀, 스트리핑 프레임과 같은 기계적 수단, 또는 웨이퍼와 기계적으로 접촉하고 웨이퍼를 몰드 시트로부터 멀어지게 누르는 다른 도구들이 사용될 수 있다.
몰드 시트의 작은 구멍과 관계없이, 일 실시예에서 처음에 녹은 다음 나중에 응고된 반도체 재료와 접촉하는 표면의 작은 구멍은, 그러한 작은 구멍 내로 녹은 반도체가 들어가는 것이 어렵게 되도록 스케일이 충분히 작아야 한다. 보통, 관심 있는 세공(pore)의 사이즈는 0.1 내지 10.0미크론 사이의 범위에 있을 수 있다. 작은 구멍들은 서로 연결되어, 몰드의 다공성 매체를 통과하는 기체가 보통 복잡한 패턴으로 흐르고, 따라서 임의의 방해물들 주위의 우회 경로들을 찾음으로써 국부적인 방해물에 적응을 한다.
녹은 재료의 표면을 향하고 녹은 재료의 표면과 접촉하는 표면을 형성하는, 다공성 몸체의 바로 외부 표면은 약간 편평하지 않을(non-planar) 수 있어(현미경적이거나 약간 더 큰 스케일로), 비록 다수의 그리고 빽빽하게 찬 위치들일지라도, 녹은 반도체가 특별한 위치에서만 몰드 표면과 접촉하는 닿는 것을 허용한다. 이러한 구조를 가지고, 기체가 녹은 재료와 다공성 몰드의 표면 사이에서 조금 옆으로 흐를 수 있다. 이는 차압 체제에 의해 제공되는 흡입이 대략 100%로, 표면적의 매우 큰 백분율로 웨이퍼 표면 위에 힘을 인가하는 것을 허용한다. 즉, 이는 대등한 차압을 확립하기 위해 차압이 제공될 수 있는, 더 작은 개수의 더 큰 홀(hole)이 제공될 수 있는 경우와는 대조적이다. 후자의 경우에는 차압이 발생하는 장소가, 전자의 경우에서의 정말로 다공성인 몸체와는 대조적으로 상대적으로 작은 개수의 큰 홀의 상대적으로 작은 표면적으로 제한되는데, 이는 가스가 옆으로 흐를 수 있고, 그 차압이 몰드와 부착된 웨이퍼의 전체 표면적에 걸쳐 훨씬 더 많이 분포된 성질로 실제로 존재하기 때문이다. 본 명세서에서 사용되는 다공성이라는 단어는 후자의 경우가 아니고 전자의 경우를 묘사하기 위해 사용된다.
다이렉터 웨이퍼(DW) 웨이퍼 형성 기술 방법에 의해 만들어진 웨이퍼들은, 예컨대 분말(powder)까지 재료 그라운드(material ground)가 없고, 따라서 소잉(sawing)에 잃어버리는 것이 없기 때문에 가공되지 않은 실리콘의 낭비가 훨씬 덜한 것 같이, 와이어 절단된 웨이퍼들에 비해 일정한 장점들이 있다. 또한, 대개 몰드를 녹은 재료의 표면에 접촉시킴으로써 웨이퍼들이 만들어지는 방법이 아래에 논의된 것처럼, 웨이퍼 제작의 일정한 양상들의 독특한 제어에 적합하다. 하지만, 와이어 절단 웨이퍼들과 같이, 표준 두께의 다이렉트 웨이퍼 특허 기술 방법으로 만들어진 웨이퍼들은 또한 아래에 논의된 효율의 동일한 이유들 때문에, 동일한 기술에 의해 만들어진 더 얇은 웨이퍼들보다 덜 효율적이다. 또한, 다이렉트 웨이퍼 특허 기술에 의해 만들어진 상대적으로 더 얇은 웨이퍼들은 더 깨지기 쉽거나, 같은 다이렉트 웨이퍼 특허 기술에 의해 만들어진 상대적으로 더 두꺼운 웨이퍼들과 같은 표준 두께만큼이나 더 튼튼하지 않다. 또한, 다이렉트 웨이퍼 특허 기술 방법들에 의해 만들어진 상대적으로 더 얇은 웨이퍼들은, 다이렉트 웨이퍼 특허 기술을 사용하여 만들어진 상대적으로 더 두꺼운 웨이퍼보다는 더 적은 양의 가공되지 않은 반도체 재료를 사용하게 된다.
그러므로 PV 모듈의 비용을 감소시키고, 특히 그 부피를 감소시키며, 따라서 어떤 방법으로 제작하든지 간에, 강도, 내구성, 또는 성능을 희생하지 않고, 각각의 웨이퍼에 관해 요구된 실리콘의 비용을 감소시키는 것이 바람직하게 된다. 또한, 그것들의 비용, 무게, 사이즈, 단단함, 또는 다른 특성들을 과도하게 증가시키지 않고, 제작된 웨이퍼들의 강도를 증가시키는 것이 바람직하게 된다. 또한, 표준 180-200미크론 두께의 웨이퍼들보다 상대적으로 더 높은 효율을 가지는 웨이퍼들을 제공하는 것이 바람직하게 된다. 또 일반적으로 얇은 반도체 웨이퍼들에 대한 전기적 접속을 가능하게 하고, 그것들을 서로 연결하고 다른 구성 성분들에 연결하는 것을 가능하게 하는 것이 바람직하게 된다.
연구원들은, 예컨대 더 얇은 내부와 더 두꺼운 둘레를 가진 다른 것들보다 더 두꺼운 몇몇 구역들을 가지는 웨이퍼들을 생성하기 위해, 분말에 기초한 기술들과 세터링(settering)을 가지고 실험하였다. 예컨대, Jonczyk 등의 이름으로 "METHOD OF USING A SETTER HAVING A RECESS IN MANUFACTURING A NET-SHAPE SEMICONDUCTOR WAFER"라는 제목으로 출원된 미국 특허 7,456,084B2('084 특허)를 참조하라. 이러한 세터링 작업에서는, 분말로 된 실리콘이 원하는 모양의 몰드('084 특허에서 세터라고 부르는)에 제공되고, 가열되어 분말 재료가 다수결정성 실리콘의 단단한 몸체 내로 녹아서 접착되게 한다. '084 특허에 개시된 기술과 임의의 분말 기술이 지닌 주요 어려움은, 격자간 산소 함유량이 반도체용으로, 특히 광발전용으로는 받아들일 수 없을 정도로 높다는 것이다. 이는 특별한 단계들을 행하지 않고서, 분말 입자들 상의 미세한 산화물(native oxide)이 웨이퍼들에서의 높은 격자간 산소 레벨들을 초래하기 때문이다. 상대적으로 더 작은 입자들은 완성된 제품에서 상대적으로 더 많은 격자간 산소를 초래한다. 상대적으로 더 얇은 웨이퍼를 달성하기 위해서는, 상대적으로 더 작은 입자들이 사용되어야 한다. 그러므로 상대적으로 더 얇은 웨이퍼들을 달성하기 위해서, 만약 입자들로부터 만들어진다면, 웨이퍼들에는 상대적으로 더 많은 격자간 산호가 존재하게 된다.
예컨대, '084 특허는 분말로부터 만들어진 300미크론과 1000미크론 사이의 상대적으로 큰 두께의 범위를 가지는 웨이퍼들을 다룬다. 본 발명의 발명자들에 의해 행해진 이론 해석에 기초하면, 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR)인 ASTM-F1188에 의해 측정된 것처럼, 6×1017atoms/cc와 2×1018atoms/cc 사이에 있는 격자간 산소 함유량을 가지는 웨이퍼들이 만들어졌다고 믿어진다. 이론상 예로서는, 1㎚ 두께의 미세한 산화물 쉘(shell)을 갖는 150미크론의 직경을 가진 구 모양의 분말을 가정하면 1×1018atoms/cc인 총 산소 농도가 존재하게 된다. 실제로는, 실리콘 분말이 종횡비가 2:1보다 큰, 구 모양이 아니기 때문에, 위의 추정에서 사용된 이론상 구들보다 더 큰 표면적 대 부피비, 그리고 훨씬 더 높은 산소 농도를 가지게 된다. 300미크론 미만의 두께를 가진, 더 얇은 웨이퍼를 달성하기 위해서는, 더 작은 입자들이 요구되고, 이는 더 높은 산소 농도를 초래한다. 비록 '084 특허가 이론상으로는 100미크론 정도로 얇은 웨이퍼를 언급하였지만, '084 특허는 더 전형적인 것들은 350 내지 900미크론이 된다고 기술하고 있음이 강조되어야 한다. 가장 중요한 것은, 그것이 어떠한 공식적인 예도 가지지 않고, 본 명세서에서 개시된 공정들에 따라 임의의 실제 웨이퍼들을 만든다는 것도 논의하지 않다는 점이다. '084 특허가 더 두껍고 더 얇은 구역을 가지는 것으로 논의하고 있는 유일한 웨이퍼들은 그것들의 더 얇은 부분들에서 900미크론의 두께를 가지는 것이고, 그러한 웨이퍼들의 명백한 논의가 이루어진 것이 존재하지 않는다.
일반적으로, 얇은 웨이퍼들을 제조하기 위해 사용될 입자들은 웨이퍼의 완성된 두께의 1/3보다 커서는 안 된다고 믿어진다. 예컨대, 웨이퍼를 150미크론보다 얇게 만들기 위해서는, 분말 입자들이 50미크론보다 작아야 한다. 그러한 작은 치수의 입자들은 제공된 재료의 부피에 대해 매우 큰 표면적을 가지게 된다. 이러한 상대적으로 큰 표면적은 미세한 산화물, 탄화수소, 및 금속을 통한 상대적으로 많은 양의 격자간 산소가 반드시 동반된다. 너무 많은 격자간 산소는 빈약한 성능을 가져오기 쉬울뿐만 아니라, 극단적인 경우에는 분말이 적절히 녹고 결정화하는 것을 막을 수 있다. 그러한 적은 분말에서의 산소는 또한 많은 양의 SiO를 형성하게 되고, 이는 온도가 용융 온도보다 조금 낮은 경우에서도 용광로 어디서나 응축할 수 있다.
'084 특허의 5컬럼 1-10라인에서는 반도체 재료에서의 산화규소(또는 다른 반도체들에 관한 다른 산화물들)의 존재가 바람직하지 않은 오염이고, 상대적으로 더 작은 입자 사이즈들에 관해서도 상대적으로 더 나쁘다는 점이 인정된다. 그러므로 최종 웨이퍼에서 달성될 수 있는 두께를 제한하는, 입자 사이즈의 하한(lower limit)은 격자간 산소 오염에 관한 가능성(potential)에 의해 제한된다. 150미크론 이하의 두께를 가진 웨이퍼들을 제작하기 위해 요구되는 것처럼, 50미크론의 입자 사이즈를 갖는 분말을 사용하는 것은 300 내지 600미크론 크기의 웨이퍼를 만들기 위해 사용된 임자들에 존재하게 되는 것과 같이 분말의 더 작은 임자들에서 거의 4배나 더 많은 산소를 초래하게 된다. 그러므로 50미크론 입자들(150미크론 두께의 웨이퍼를 달성하기 위해)을 사용하는 것은, 적어도 3×1018atoms/cc의 격자간 산소를, 그리고 필히 더 많이 가지는 웨이퍼가 만들어지는 것이 예상된다.
격자간 산소 레벨들을 6×1017atoms/cc 미만의 임의의 값으로, 그리고 바람직하게는 2×1017atoms/cc 미만으로 가지는 것이 바람직하게 된다. 단지 2개의 브레이크 포인트를 고르기 위해, 더 적은 양의 격자간 산소의 각각의 정도를 달성하는 것(예컨대, 5×1017atoms/cc, 4×1017atoms/cc 등)이 더 높은 양들보다 더 많은 장점을 제공한다.
게터링(gettering)과 같은 알려진 열 처리를 통해 격자간 산소를 대략 2×1017atoms/cc 위로 정하는 것이 이론상으로는 가능하다. 그러므로 이러한 격자간 산소는 대략 그러한 값으로 아마도 감소하지만, 결정에서의 총 산소는 St. Joseph, Michigan의 LECO사에 의해 제공되는 것과 같은 IGA(Interstitical Gas Analysis)법에 의해 측정된 바와 같이, 적어도 8.75×1017atoms/cc로 상대적으로 그리고 불리하게 높게 남아 있다. 하지만, 총 산소 레벨을 8.74×1017atoms/cc(=10ppmw) 미만으로 가지는 것이 바람직하다. 이러한 값 미만, 그리고 바람직하게는 5.25×1017atoms/cc(=6ppmw) 미만의 어떠한 값도 장점을 제공하게 된다. 단지 2개의 브레이크 포인트를 고르기 위해, 더 적은 양의 총 산소의 각각의 정도를 달성하는 것(예컨대, 7×1017atoms/cc, 6×1017atoms/cc)이 상대적으로 더 많은 장점을 제공한다.
특히, 실리콘과 같은 반도체를 형성하는 웨이퍼에 기초한 분말에 관련된 또 다른 문제점은, 실리콘의 매우 높은 표면 장력에 기인한다. 얇은 웨이퍼는 실리콘 모두가 동시에 임의의 위치에서 녹는다면 분말 및 세터(setter) 기술로부터는 만들어질 수 없다. 일정한 최소량의 녹지 않은 실리콘이 표면 장력을 깨뜨리기 위해 필요하다. 그렇지 않으면 평평해진 얇은 구조보다는 실리콘의 볼(ball)들이 형성된다. '084 특허에서 개시된 웨이퍼 제작 공정은 부분적으로 실리콘 분말을 녹인 다음, 다른 측으로부터 남아 있는 녹지 않은 분말을 녹이기 전에, 일 측에 그것을 결정화하고, 이전에 성장한 실리콘 상에 에피텍셜 방식으로 성장을 계속시키는 것을 수반하였다. 7컬럼 55라인부터 8컬럼 64라인, 그리고 도 1과 도 2를 일반적으로 참조하라. 텍스트는 톱-다운(top-down) 가열 및 낟알(grain) 성장 공정을 묘사한다. '084 특허의 도 2는 용융물의 상부와 하부로부터 열이 인가되고 몸체를 응고시키는 것을 보여주고, '084 특허의 도 12와 15 컬럼 4-19 라인은 여전히 미립자로 되어 있는 재료(참조 번호 없음)인 부분적으로 녹은 재료(89)와 함께 동일한 것을 보여준다. 그러한 공정은 매우 얇은 분말 베드(bed) 두께로는 매우 어렵다. 어느 하나의 위치에서의 실리콘 분말의 전체 깊이(full depth)를 녹이는 것은 모든 곳에서 회피되어야 한다. 그렇지 않으면, 녹은 재료의 얇은 층이 뒤범벅이 되어, 볼링(balling)의 구역에 인접하게 구멍(hole)들이 형성되게 한다. 그러므로 분말과 세터 기술을 사용하게 되면, 만약 불가능하지 않다면, 실리콘(그리고 비슷하게 높은 표면 장력을 갖는 임의의 다른 반도체)으로 200미크론보다 얇은 웨이퍼를 얻은 것이 어려운데, 이는 한 번에 그것의 깊이의 나머지 전부를 녹이지 않고, 분말 입자들의 그러한 얕은 몸체의 깊이 일부만을 녹이는 것이 매우 어려워서 녹은 반도체의 구역을 엉망이 되게 하기 때문이다.
분말 입자들로부터 웨이퍼를 제작하는 것은 또한 한 위치로부터 또 다른 위치로의 큰 두께 단차(step)들에 관련된 또 다른 문제점을 제공하고, 이러한 문제점은 분말이 많아야 50% 정도로 짙고, 더 일반적으로는 33% 정도로 짙다는 사실로 인한 것이다. 이러한 문제로 인해, 더 두꺼운 구역과 상대적으로 더 얇은 구역 사이의 전이시 뚜렷하게 얇은 부분과 형성된 몸체의 반대측 면상에 전체적인 평평함 부족을 가지지 않으면서 인접한 위치보다 20 내지 30%보다 더 두꺼운 구역을 가지는 것이 가능하지 않다. (다르게 얘기하면, 인접한 구역들의 두께들의 비는 1.3:1보다 클 수 없거나, 심지어 입자 사이즈들, 요구된 부분 품질 및 치수 균등에 따라 1.2:1만큼이나 작다) 분말의 밀도는 응고된 재료의 밀도의 약 1/3이다. (입자 사이즈는 이러한 파편이 일부 영향을 미친다) '084 특허의 도 9 및 도 12에서 세터 장치가 예시된다. 더 얇은 내부 구역 위로 올려지는, 세터(70)에서의 오목부(73)가, 세터의 구역(74)에서 형성된, 완성된 제품에서의 둘레를 형성하기 위해 사용되어야 한다면, 오목부(73)와 더 얕은 구역(74)에는 완성된 제품을 생성하기 위해 입자들의 충분한 깊이/부피가 처음에 제공되어야 한다.
이어지는 셋업(set up)에 관해 무슨 일이 일어나는지를 본다. 만약 세터에서의 오목부(74)가 깊이가 100미크론이고, 웨이퍼 두께가 주요 내부 구역에서 300미크론이 될 것이 요구된다면, 주요 구역에 있어서는 최종 300미크론 두께의 3배인, 총 900미크론의 깊이까지 이 구역 위에 분말을 쌓아 올리는 것이 필수적이 된다. 이는 트렌치(trench) 위에서 두께가 1000미크론이 된다는 것을 의미한다. 녹은 후, 완성된 몸체의 두께는 그 몸체 위에 있었던 분말의 깊이의 대략 1/3이 된다. 그러므로 내구 구역에서는 두께가 300미크론이 된다. 트렌치 위에서는 1/3×1000미크론=333미크론의 두께가 된다. 하지만, 트렌치는 내부보다 100미크론 더 깊다. 그러므로 둘레의 두께는 트렌치 바닥으로부터 측정된 바와 같이 333미크론이 되고, 중심 구역 아래는 100미크론이 되며, 내부의 두께는 평평한 내부 구역으로부터 측정된 300미크론이 된다. 형성된 몸체의 뒷면은 평평한 것과는 거리가 먼데, 이는 반대측 표면들이 트렌치로부터 100미크론 벗어나기 때문이다. 트렌치의 바닥으로부터 트렌치 위의 뒷면까지의 거리는 333미크론이 된다. 트렌치의 바닥의 레벨로부터 내부 구역 위의 뒷면까지의 거리는 400미크론이 되는데, 이는 내부 구역 위의 두께가 300미크론이고, 그러한 내부 구역이 100미크론 깊이의 트렌치의 바닥으로부터 100미크론만큼 이격되어 있기 때문이다. 그러므로 트렌치 위의 둘레와 내부 위의 구역 사이의 경계면에서의 뒷면의 인접한 구역들은, 각각 333미크론과 400미크론의 트렌치의 바닥으로부터 다른 거리만큼 위치하여, 그 2개 사이에는 67미크론의 조그(jog)를 남긴다.
평평함이 없는 것으로 인해, 트렌치와 내부 구역 사이의 모서리에 인접한 더 얇은 부분이 존재하게 된다. 이러한 더 얇은 부분은 더 약할 수 있거나, 응력 집중부(stress raiser)를 구성할 수 있고, 일반적으로 바람직하지 않다. 평평함이 없는 것은 둘레 주위에 더 큰 확장부(extension)를 확립하기 위해 제공된 더 깊은 트렌치에 관해서는 더 나쁘다. 이는 추가된 확장부로 인한 차이가, 절대적인(absolute) 상태에 존재하게 되는 추가된 확장부와, 증가된 확장부와 동일한 정도로 인한 차이 때문이지만, 이러한 추가된 확장부로 인한 추가된 분말은 추가된 양의 1/3까지 압축된다. 그러므로 200미크론 깊이를 가지는 둘레 트렌치에 있어서는, 뒷면에서의 조그가 124미크론(=300-((1100미크론/3)-200)의 차이가 된다.
전술한 고려 내용들은 또한, 더 얇은 구역의 두께에 비해 더 두꺼운 구역의 올려지고 확장된 부분의 사이즈의 비(ratio)의 항으로 표현될 수 있다. 만약 더 얇은 구역의 표면이 베이스(base) 레벨이라고 간주되면, 세터링 방법으로는 더 얇은 구역의 두께에 대한 베이스 레벨 위의 올려진 부분 확장의 비가 0.11보다 큰 정도까지 베이스 레벨 표면을 넘어 연장하는 올려진 부분을 갖는 몸체를 제작하는 것이 일반적으로 가능하지 않다. 어느 경우든, '084 특허는 더 큰 비를 가진 몸체들의 어떠한 예도 개시하지 않는다. 본 명세서에서 개시된 예만이 많아야 100미크론인 올려진 부분을 갖는, 900미크론의 얇은 구역을 가짐으로써, 100/900=0.11의 비를 나타낸다.
그러므로 본 발명의 목적은 일정한 제어된 구역들에서는 표준의 180-200미크론 두께의 반도체 웨이퍼보다 얇은, 상당히 큰 부분들에서는 80미크론만큼이나 얇고, 심지어 일부 경우에서는 50 내지 60미크론만큼이나 얇은 반도체 웨이퍼이지만, 이러한 더 얇은 웨이퍼는 종래의, 또는 거의 종래의 광발전용 적용예들에서 사용되기에 충분히 강하고 튼튼하다. 본 발명의 또 다른 목적은, 동일한 표면적을 가지는 표준 반도체 웨이퍼의 것보다 상대적으로 적은 부피를 가지는 반도체를 가지는 반도체 웨이퍼이다. 본 발명의 또 다른 목적은 국부적으로 더 얇지만, 여전히 강한 웨이퍼를 만드는 방법이다. 본 발명의 또 다른 목적은 더 적은 부피를 갖는 반도체 웨이퍼를 만드는 방법이다. 본 발명의 또 다른 목적은 3차원의 기하학적 형태를 갖는 웨이퍼들을 생성하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 예컨대 6×1017atoms/cc, 그리고 바람직하게는 2×1017atoms/cc 미만인 임의의 값으로, 받아들일 수 있는 격자간 산소 함유량을 갖는 얇은 웨이퍼들을 생성하는 것이다. 관련된 목적은 8.75×1017atoms/cc(=10ppmw) 미만인 임의의 값, 그리고 바람직하게는 IGA에 의해 측정된 것과 같은 5.25×1017atoms/cc(=6ppmw) 미만인 임의의 값을 가지는 총 산소를 갖는 웨이퍼들을 생성하는 것이다. 또 다른 목적은 인접한 구역들이 1.28:1보다 큰 두께 비를 가지는 상이한 두께를 갖는 구역들을 가지는 반도체 웨이퍼이다. 전술한 내용에 관련된 목적은 더 얇은 구역의 베이스 레벨 위의 더 두꺼운 구역의 확장부가 더 얇은 구역의 두께의 0.11배보다 큰, 상이한 두께를 갖는 구역들을 가지는 반도체 웨이퍼이다. 본 발명의 또 다른 목적은 상이한 두께를 갖는 구역들을 가지는 반도체 웨이퍼로서, 이 경우 더 얇은 구역이 바람직하게는 180미크론보다 얇고, 특정 실시예에서는, 표면적의 적어도 80%를 넘게, 많게는 표면적의 95%를 넘게 확장된다.
간략한 요약
일반적인 본 발명은 웨이퍼의 특별히 설계되거나 제어된 위치들에 있는, 다른 구역들보다 상대적으로 더 두꺼운 구역들을 가지는 반도체 웨이퍼이다. 또 다른 일반적인 본 발명은, 일반적으로 베이스 레벨로부터 멀어지게 돌출하는 올려진 부분들이 있는, 베이스 레벨에 있는 레벨인 표면을 가지는 반도체 웨이퍼이고, 올려진 부분들이 또한 웨이퍼의 특별히 설계되거나 제어된 위치들에 있다. 더 구체적인 본 발명은 상대적으로 더 얇은 내부 구역과 상대적으로 더 두꺼운 둘레 구역을 가짐으로써, 균일하게 두꺼운 웨이퍼보다 반도체 재료를 덜 소비하는 반도체 웨이퍼이고, 이러한 반도체 웨이퍼는 또한 그것의 대다수의 표면 영역 위에서 상대적으로 더 두꺼운 웨이퍼보다 높은 효율을 가진다. 또 다른 구체적인 본 발명은 상대적으로 얇은 구역과, 이격된 리브(rib)들, 랜딩(landing)들, 스트라이프(stripe)들과 같은 하나 이상의 더 두꺼운 개별 구역들, 직사각형, 원, 다른 기하학적 모양 등을 가지는 아일랜드(island)들을 가짐으로써, 전기적이고 기계적인 연결 및 다른 결합에 관해 강화된 구역들을 제공하는 웨이퍼이다. 일반적으로, 본 발명은 180미크론보다 얇고, 60미크론 정도로 얇을 수 있지만, 더 일반적으로는 80미크론보다 두껍고, 바람직한 일 실시예에서는, 더 두꺼운 구역이 몸체의 표면 영역의 적어도 80% 위에서 확장된다. 본 발명은 또한 180미크론보다 두꺼운 얇은 섹션(section)들과 두께들의 비가 적어도 1.3:1인 더 두꺼운 섹션들을 가지는 웨이퍼들을 포함한다. 본 발명의 또 다른 것은, 격자간 산소 함유량이 6×1017atoms/cc 미만, 더 바람직하게는 2×1017atoms/cc 미만, 그리고 가장 바람직하게는 어떠한 격자간 산소도 발견되지 않는, 상대적으로 더 두꺼운 부분들이 있는, 상대적으로 얇은 웨이퍼이다. 또한, 그러한 웨이퍼들은 IGA에 의해 측정된 것처럼 총 산소의 8.75×1017atoms/cc(=10ppmw) 미만, 바람직하게는 5.25×1017atoms/cc(=6ppmw) 미만을 가진다. 본 발명의 또 다른 것은 상대적으로 얇은 부분들과 상대적으로 두꺼운 부분들을 갖는 웨이퍼로서, 이 경우 상대적으로 얇은 부분들은 180미크론 미만의 두께를 가지고, 상대적으로 두꺼운 부분들은 적어도 40 그리고 더 많게는 120 내지 200미크론만큼 더 얇은 부분들을 넘어 확장한다.
전술한 발명 모두는, 예컨대 만약 있다면 6×1017atoms/cc 미만, 그리고 바람직하게는 2×1017atoms/cc 미만인 상대적으로 소량인 격자간 산소를 가지는 반도체로 유리하게 구성될 수 있다. 비록, 이들 값 사이의 차이가 조작하는 데 있어서, 특별히 상당하다고 여겨지지 않을지라도, 6×1017atoms/cc보다 크고 그 값보다 작은, 그리고 바람직하게는 2×1017atoms/cc 미만인 것 사이의 차이는 그 결과로 생기는 광발전용 성과 측면에서 매우 상당하다. 6×1017atoms/cc 이상의 격자간 산소를 가지고 광발전에 사용하기 위한 반도체는 더 낮은 효율과, 2%보다 큰 광 유도 분해를 만들지만, 2×1017atoms/cc 이하의 격자간 산소를 가지는 웨이퍼들이 바람직하게 되고, 2%보다 작은 상당히 더 낮은 광 유도 분해를 나타낸다. 전술한 발명들 모두는 또한 만약 있다면, 예컨대 8.75×1017atoms/cc(=10ppmw) 미만, 바람직하게는 5.25×1017atoms/cc(=6ppmw) 미만인, 상대적으로 소량인 총 산소를 가지는 반도체로 유리하게 구성될 수 있다.
본 발명의 추가적인 것들에는 그러한 웨이퍼들로 구성된 태양 전지를 포함하고, 그들 중 일부에는 전술한 바와 같이, 상대적으로 더 두꺼운 구역들에서 전기적 접속이 제공될 수 있으며, 또한 그러한 전기 접속을 거쳐 서로 연결되는 태양 전지들과 더 두꺼운 웨이퍼 부분들로 구성된 태양 모듈들은 또한 전술한 바와 같이, 구성 웨이퍼들의 전체적인 얇음으로 인한 높은 효율을 이용한다. 본 발명의 추가적인 것들에는 전술한 바와 같이 두께가 변하는 웨이퍼, 셀들, 및 모듈들 중 임의의 것 및 전부를 만드는 방법들이 있다.
일 실시예에서, 웨이퍼의 둘레 주위의 전체 구역의 두께는 내부, 또는 중심 구역에서의 두께보다 두꺼울 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼의 내부 구역은 대략 100미크론의 두께와, 대략 180 내지 200미크론의 두께를 갖는 둘레 구역을 가질 수 있다. 이러한 더 두꺼운 둘레는 보통, 도 1에 도시된 것처럼 가장자리로부터 대략 1 내지 3㎜ 안쪽으로 연장될 수 있다. 이러한 식으로, 웨이퍼의 가장자리의 강도는 정상적인 균일한 두께를 갖는 웨이퍼의 가장자리의 강도와 비슷하게 된다.
아래에 설명된 것처럼, 더 두꺼운 가장자리들은 많은 형태를 취할 수 있고, 많은 프로필들을 가질 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 웨이퍼의 내부 내에 특별히 선택된 구역들이 다른 구역들보다 상대적으로 더 두꺼울 수 있다. 예를 들면, 상호 연결 버스 바(bus bar)들을 나중에 받게 되는 구역들에서 더 큰 두께를 갖는 스트라이프들을 가지는 웨이퍼가 만들어질 수 있다. 도 2는 그러한 두꺼워진 스트라이프들이 있는 웨이퍼의 일 예를 보여준다. 그러한 스트라이프들은 더 두꺼운 금속 도체들로의 납땜, 또는 접착제와 같은, 전기적 접속들의 스트레스들을 견디기 위해 더 튼튼하고, 균열에 더 잘 저항하는 구역들을 제공한다.
상대적으로 두꺼워지는 내부와 둘레의 결합(combination)들을 가지는 다른 실시예가 본 발명들로서 예측되고, 아래에 설명된다. 둘레 또는 내부 구역의 부분들만이 두꺼워지는 실시예들이 또한 본 발명인 것으로 간주되고, 아래에 설명된다.
또 다른 본 발명은 그러한 두껍게 접해지거나 두꺼운 구역들과 얇은 내부 웨이퍼들을 사용하여 만들어진 태양 전지이다. 이러한 태양 전지는 태양 에너지 컬렉터(collector)들로서 종래의 균일한 두께를 갖는 반도체 웨이퍼들을 가지는 태양 전지들보다 가볍고, 덜 비용이 들며, 더 지속 가능하고, 더 효율적이다. 모듈을 제조하기 위해, 하나의 셀을 또 다른 셀에 연결하기 위해 요구된 전기적 접속이 손상의 위험이 덜 한 채로, 웨이퍼들에 제공될 수 있다.
또 다른 본 발명은, 본 발명의 반도체 웨이퍼들로 구성된 태양 전지들로 구성된 모듈이다. 그러한 모듈은 웨이퍼들의 두꺼움으로 인해 더 높은 효율을 나타내지만, 전기적 접속을 위한 상대적으로 더 두꺼운 둘레 구역과 상대적으로 더 두꺼운 구역들 모두 또는 어느 하나에 의해 제공된 강도(strength) 때문에 받아들일 수 없을 정도로 깨지기 쉽지 않다.
본 발명 중 또 다른 것들은 그러한 두껍게 접해진 얇은 내부 웨이퍼들, 또는 선택적으로 두꺼운 구역들과 그 외의 얇은 구역들을 갖는 웨이퍼들을 만드는 방법들이다. 그러한 방법들 중 하나는, 본 명세서에서 개시된 상당한 창의적인 수정예인, 다이렉트 웨이퍼(Direct Wafer
Figure pct00002
)(DW)에 기초한다. 기초 방법은 위에서 참조된 다이렉트 웨이퍼 기술 특허에서 충분히 설명된다. 본 발명들인 DW 기술 방법들 중 일부 수정예들이 아래에 설명된다. 수정된 다이렉트 웨이퍼
Figure pct00003
방법에 기초하여 만들어진 웨이퍼들은, 6×1017atoms/cc 미만, 그리고 보통은 발견될 수 있는 격자간 산소가 없을 정도로 적은 경우에도 2×1017atoms/cc 미만인 격자간 산소 함유량을 가진다. 또한, 그러한 웨이퍼들은 8.75×1017atoms/cc(=10ppmw) 미만, 보통은 5.25×1017atoms/cc(=6ppmw) 미만의 총 산소를 가진다.
DW 기술 방법들에 의해 몰드 상에 형성된 웨이퍼의 두께는, 녹은 것으로부터 추출된 열의 양과, 관심 위치에서의 응고된 반도체 재료의 양, 그리고 또한 어느 정도는 그러한 위치에서의 열 추출율(열 흐름)에 의존적이다. 응고된 실리콘의 두께는 상한을 가지고, 이는 추출된 열의 총량에 기초한다. 이는 그것을 얼리기 위해서는 액체로부터 구체적인 양의 열이 추출되어야 하기 때문이다. 그 양을 녹음의 숨은 열이라고 부른다. 예컨대, 실리콘의 경우, 녹음의 숨은 열은 4.138kJ/㎤이다. 그러므로 실리콘의 부피를 동결시키기 위해서는, 국부적인 열 추출이 웨이퍼 두께의 매 100미크론마다 41.4J/㎤가 되어야 한다. 이는 녹은 것으로부터 추출된 열 정부가 숨은 열로부터 온 것이라고 생각하는 것이다. 달리 얘기하면, 이는 녹은 것이 이미 정확하게 결빙 온도에 있었다고 생각하는 것이다. 하지만, 이러한 양의 열이 너무 느리게 추출되면 - 너무 오랜 기간의 시간에 걸쳐 - 열은 그것 아래의 더 따뜻한 용융물로부터 응고된 웨이퍼 내로 전도되어, 녹은 재료로부터 추출된 순수한 열을 감소시키고, 따라서 그 결과로 생긴 웨이퍼의 두께를 감소시킨다. 그러므로 그렇게 느린 추출의 경우에서는, 필수적인 양의 열이 추출될지라도, 용융물이 다시 응고된 재료를 따뜻하게 하고, 따라서 동일한 정도까지 얼려지지 않게 된다.
하나의 본 발명으로서, 또 다른 구역에 비해 하나의 구역에서 추출된 상대적으로 많은 열이, 상대적으로 많은 열 추출이 있는 위치에서 상대적으로 더 두꺼운 웨이퍼 구역의 형성을 가져온다고 결정되었다. 역으로, 또 다른 구역에 비해 한 구역에서의 상대적으로 적은 열 추출은 상대적으로 적은 열 추출이 있는 위치에서 상대적으로 더 얇은 웨이퍼 구역의 형성을 가져온다. 일반적으로, 더 큰 열 흐름을 겪는 위치들은 또한 더 많은 열 추출을 가지고, 열 흐름이 덜하게 이루어지는 위치들은 또한 열 추출이 덜하다.
아래에 설명될 이유들 때문에, 본 발명의 웨이퍼들을 생성하기 위해 사용되는 방법들은 DW 기술 특허들에서 사용되는 조건(terms)과 같은 몰드 또는 몰드-시트와 비슷한, 웨이퍼에 모양을 주는 몸체가 종래의 몰드로서 기능하지 않도록, 중요한 방식으로 다이렉트 웨이퍼
Figure pct00004
기술 방법들과는 다르다. 몸체의 기능은 아래에서 설명된다. 하지만, 이러한 이유 때문에, 본 명세서에서 그것은 일반적으로 템플릿(template)이라고 불리거나, 몇몇 경우에서는 몰드가 아니라 패턴으로서 불린다.
예를 들면, 상대적으로 더 두꺼운 둘레 구역을 가지는 웨이퍼를 형성하는 것을 고려하면, 이는 내부 구역에 비해, 웨이퍼가 더 두꺼운 것이 바람직한 구역들에서, 둘레 주위의 녹은 재료로부터 추출된 더 많은 열이 존재하도록, 반도체 용융물로부터 템플릿으로의 열 흐름을 제어함으로써 달성될 수 있다. 이와 같이 형성된 웨이퍼는 그것이 내부에서보다는 둘레 주위에서 더 두껍게 될 것이다. 비슷하게, 상대적으로 더 두꺼운 스트라이프들이나, 특히 전기적 접속들과 연관될 다른 기하학적 형태에 관해서는, 상대적으로 더 두꺼울 것이 바람직한 위치들에서 추출된 상대적으로 더 많은 열이, 상대적으로 더 적은 열이 추출되는 구역들에 비해, 그러한 상대적으로 더 큰 두께를 초래하게 될 것이다.
다음은 하나의 명확하게 위치하고 설계된 구역으로부터 또 다른 구역으로의 열 추출시 제어되고 설계된 차이들을 제공하는 많은 상이한 방식을 논의하는 것으로, 코팅되지 않은 구역들에 비해 열 추출을 지체시키는(또는 요구된다면 늘리는) 템플릿 상의 코팅의 하나 이상의 구역을 제공하는 단계; 상이한 템플릿 위치들에서 상이한 템플릿 두께를 갖는, 따라서 상이한 위치들에서 얼마간의 열식 질량(thermal mass)을 갖는, 일반적으로 열식 질량과 열 추출을 적게 가지는 더 얇은 구역들에 비해 더 많은 열식 질량을 가지고 더 많은 열 추출을 겪게 되는 더 두꺼운 구역들을 제공하는 단계; 템플릿 표면에 걸쳐 상이한 위치들에서 상이한 양의 차이 압력을 제공하는 단계; 이들 상이한 위치들에서 열 추출이 상이하게 더 적은 열식 질량이 존재하거나 상이한 재료들의 삽입이 존재하도록, 빈 공간(void)들을 포함하는 것과 같이, 템플릿 자체 내에 국부적으로 상이한 열적 성질을 제공하는 단계; 및 이로 인해 투과성(permeability) 자체, 또는 상이한 정도의 투과성으로부터 발생하는 상이한 정도의 차동 압력으로 인한, 상이한 정도의 열 추출을 제공하는 단계를 포함하지만, 이들에 국한되는 것은 아니다.
다음은, 예컨대 태양 에너지 수집 웨이퍼의 형성에서, 주로 광발전 용의 반도체 웨이퍼들을 형성하는 것을 논의한다. 전형적인 웨이퍼들은 크기가 156㎜×156㎜인 정사각형을 모양을 하고 있고, 일반적으로 평면 모양인 태양 에너지 수집 표면을 가지고 있다. 이러한 웨이퍼들은 이러한 평면에 직교하는 두께를 가지고, 일반적으로 180 내지 200미크론 범위의 두께를 가진다. 다음 논의의 주된 초점은 이러한 두께 치수이고, 태양 에너지 수집 표면의 평면에 직교하는 이러한 치수를 갖는 구조물의 사이즈를 가리키기 위해 일반적으로 얇은 및 두꺼운 이라는 용어가 사용된다. 태양 에너지 수집 표면의 평면 내에 있는 치수를 가지는 구조물이 묘사된다. 태양 에너지 수집 표면의 평면에서의 이들 구조물의 사이즈를 가리키기 위해, 넓은 및 좁은 또는 이와 비슷한 용어들이 일반적으로 사용된다. 다른 용도를 위한 웨이퍼를 형성하는 것이 또한 가능하다. 광발전용으로 사용하는 것에 관해 제시된 예들은 오직 설명의 목적을 위한 것이고, 청구항에서 달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 주장된 본 발명을 광발전 용도에만 국한하는 것으로 여겨져서는 안 된다.
본 명세서에서 논의된 용해 방법들에 직접 따라 만들어진 웨이퍼들은, 격자간 산소 함유량이 6×1017atoms/cc 미만, 그리고 전형적으로는 2×1017atoms/cc 미만, 심지어는 탐지 가능한 격자간 산소가 없을 정도로 거의 없는, 바라는 낮은 산소 레벨들을 가진다. 또한, 그러한 웨이퍼들은 8.75×1017atoms/cc(=10ppmw) 미만인, 그리고 전형적으로는 5.25×1017atoms/cc(=6ppmw) 미만인 총 산소를 가진다.
본 명세서에서 개시된 이들 및 다른 목적 및 양상은 도면의 그림들을 참조하여 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 상대적으로 얇은 100미크론 두께의 내부 구역과 상대적으로 두꺼운 200미크론 두께의 둘레 구역을 가지고, 내부 구역이 표준 180 내지 200미크론 두께의 실리콘 PV 웨이퍼보다 더 얇으며, 두꺼운 둘레가 너비가 대략 2㎜이고, 경사진 안쪽 가장자리를 가지는, 본 발명의 웨이퍼를 개략적으로 도시한 도면.
도 1a는 A에서의 도 1의 웨이퍼의 둘레 구역의 확대도.
도 1b는 둘레가 내부 구역보다 두꺼운 것을 보여주는, 라인 B-B를 따라 단면이 취해진, 도 1의 웨이퍼의 단면도.
도 2는 버스 와이어 연결을 위한 스트라이프들을 포함하는, 더 두꺼운 200 내지 300미크론 두께의 구역들과 얇은 100미크론의 내부 구역을 가지는, 본 발명의 웨이퍼를 개략적으로 도시한 도면.
도 2a는 스트라이프(들)가 인접한 내부 구역들보다 두껍고, 경사진 가장자리들을 가지는 것을 보여주는, 라인 A-A를 따라 단면이 취해진, 도 2의 웨이퍼의 확대된 단면도.
도 3은 셀의 효율과 웨이퍼 두께 PERC 셀 구조 사이의 관계를 보여주는 도식적 표현.
도 4는 예컨대 100미크론 두께를 가지는 상대적으로 얇은 내부 구역, 대략 150미크론의 두께와 1.5㎜의 폭을 가진 상대적으로 두꺼운 둘레 구역, 및 대략 150미크론의 높이(tall)와 2.7㎜의 폭을 가지는 내부보다 상대적으로 더 두꺼운 스트라이프들을 포함하는 구역들을 가지는, 본 발명의 웨이퍼를 개략적으로 도시하는 도면.
도 4a는 도 4의 구역 A의 확대도.
도 5는 상대적으로 얇은 100미크론의 내부 구역과, 상대적으로 두꺼운 200미크론의 둘레 구역을 가지고, 두꺼운 둘레가 대략 1㎜의 폭을 가지며, 그것의 내부 가장자리에서 예리한 모서리를 갖는, 본 발명의 웨이퍼를 개략적으로 도시하는 도면.
도 5a는 A에서의 도 5의 웨이퍼의 둘레 구역의 확대도.
도 5b는 둘레가 내부 구역보다 더 두꺼운 것을 보여주고, A-A를 따라 단면이 취해진, 도 5의 웨이퍼의 단면도.
도 6은 60미크론 두께의 매우 얇은 내부 구역과 200미크론 두께의 둘레 구역을 가지며, 둘레가 폭이 대략 2㎜이고 0.4㎜인 전이를 이루는 경사진 내부 가장자리를 가지는, 본 발명의 웨이퍼의 개략도.
도 6a는 A에서의 도 6의 웨이퍼의 둘레 구역의 확대도.
도 6b는 둘레가 내부 구역보다 더 두꺼운 것을 보여주고, A-A를 따라 단면이 취해진, 도 6의 웨이퍼의 단면도.
도 7은 상대적으로 얇은 100미크론의 내부 구역과 상대적으로 두꺼운 200미크론의 둘레 구역을 가지며, 더 두꺼운 구역의 폭이 대략 2㎜이고 내부의 얇은 정도(thinness)까지 약 2㎜인 전이 구역이 있도록, 얇은 내부로부터 두꺼운 둘레로의 전이가 매우 점진적인, 본 발명의 웨이퍼의 개략도.
도 7a는 A에서의 도 7의 웨이퍼의 둘레 구역의 확대도.
도 7b는 둘레가 내부 구역보다 더 두꺼운 것을 보여주고, A-A를 따라 단면이 취해진, 도 7의 웨이퍼의 단면도.
도 8은 100미크론 정도의 얇은 내부 구역과, 가장자리에서 200미크론인 두께로부터 내부 구역의 두께까지 점점 가늘어지는 둘레로부터 안쪽으로 연장하는, 상대적으로 더 두껍고 폭이 대략 2.4㎜인 이격된 버스 와이어 보강 랜딩들을 가지는 본 발명의 웨이퍼의 개략도로서, 그러한 랜딩들의 가장자리 외에 일반적으로 더 두꺼운 둘레 구역이 없는, 본 발명의 웨이퍼의 개략도.
도 8a는 도 8의 구역(A)의 확대도.
도 9는 상대적으로 얇은 100미크론의 내부 구역, 대략 150미크론 두께와 1.5㎜인 폭을 갖는 상대적으로 더 두꺼운 테두리 구역, 및 가장자리에서 테두리 구역의 두께로부터 내부 구역의 두께까지 점점 가늘어지고, 더 두꺼운 테두리 구역으로부터 안쪽으로 연장하며 대략 2.7㎜인 폭을 갖는 이격된 버스 와이어 랜딩들을 가지는, 본 발명의 웨이퍼의 개략도.
도 9a는 도 9의 구역(A)의 확대도.
도 10은, 예컨대 100미크론 두께의 상대적으로 얇은 내구 구역, 대략 150미크론의 두께와 1.5㎜인 폭을 갖는 상대적으로 더 두꺼운 테두리 구역, 가장자리에서 대략 150미크론인 테두리 구역의 두께로부터, 예컨대 100미크론인 내부 구역의 두께까지 점점 가늘어지고 더 두꺼운 테두리 구역으로부터 안쪽으로 연장하는, 대략 2.7㎜인 폭을 갖는 이격된 버스 와이어 랜딩, 및 버스 와이어들의 지지를 위해 웨이퍼의 폭에 걸쳐 이격된 버스 와이어 아일랜드들을 가지는, 본 발명의 웨이퍼의 개략도.
도 11은 랜딩, 아일랜드, 및 금속화가 제공되고 2개의 버스 와이어와 상호 연결된 얇은 내부를 갖는, 도 11에 도시된 바와 같은 2개의 웨이퍼의 개략도.
도 11a는 단일 버스 와이어 및 금속화의 부분, 그리고 랜딩 및 아일랜드를 보여주는, 도 11의 부분(A)의 확대도의 개략도.
도 11b는 아래의 금속화를 보여주기 위해 버스 바(bus-bar) 요소가 제거된, 도 11a에 도시된 웨이퍼의 확대된 부분의 부분 분해도.
도 12a, 도 12b, 도 12c, 도 12d, 및 도 12e는 얇은 내부와 더 두꺼운 둘레를 가지는 웨이퍼를 제공하기 위해, 2가지 단계로 쌓이는 기능 층의 적용 스테이지(stage)들을 개략적으로 도시하는 도면.
도 12a는 전체 표면 위에 제1 기능층이 제공된 템플릿을 도시하는 도면.
도 12b는 둘레 주위에 마스크가 있는, 도 12a의 템플릿을 도시하는 도면.
도 12c는 마스크의 내부 내에 쌓인 제2 기능층이 있는, 도 12b의 마스크된(masked) 템플릿을 도시하는 도면.
도 12d는 상이한 표면적을 갖는 2개의 적층된 기능층을 보여주고, 마스크가 제거된 도 12c의 템플릿을 도시하는 도면.
도 12e는 보통 사용시 있게 되듯이, 용융물 쪽 변(melt-ward side)이 아래로 향하도록 뒤집힌 도 12d의 템플릿을 도시하는 도면.
도 13a, 도 13b, 도 13c, 및 도 13d는 2개의 인터포저(interposer) 층들의 스테이지를 개략적으로 도시하는 도면.
도 13a는 테플릿만을 도시하는 도면.
도 13b는 전체 표면을 덮는 제1 인터포저 층을 갖는, 도 13a의 템플릿을 도시하는 도면.
도 13c는 얇은 내부와 더 두꺼운 둘레를 가지는 웨이퍼를 만들기 위해, 내부를 덮는 추가적인 인터포저 층이 있는, 도 13b의 덮인 템플릿을 도시하는 도면.
도 13d는 사용하는 동안 있게 되듯이, 용융물 쪽 변이 아래로 향하도록 뒤집힌 도 13c의 템플릿을 도시하는 도면.
도 14a는 분말 또는 다른 유체 형태로 쌓이거나, 자유롭게 서 있는 인터포저 몸체들로서의 기능성 재료의 스트립들로 덮인 템플릿을 개략적으로 도시하는 도면.
도 14b는 사용하는 동안 있게 되듯이, 용융물 쪽 변이 아래로 향하도록 뒤집힌 도 14a의 템플릿을 도시하는 도면.
도 15는 2개의 기능성 재료층이 있는 템플릿과, 그러한 템플릿의 용융물 쪽 표면에 형성된 웨이퍼를 부분 단면도로 개략적으로 도시하는 도면.
도 16은 템플릿과 분리된, 도 15의 웨이퍼를 부분 단면도로 개략적으로 도시하는 도면.
도 17은 더 얇은 내부 구역과 더 두꺼운 둘레 구역이 있는, 상이한 구역들에서의 상이한 두께를 가지는 템플릿을 개략적으로 도시하는 도면.
도 18은 두께가 변하는 템플릿과, 그러한 템플릿의 용융물 쪽 표면에 형성된 웨이퍼를 부분 단면도로 개략적으로 도시하는 도면.
도 19는 더 얇은 내부 구역과 더 두꺼운 둘레 구역이 있고, 또한 스트라이프, 랜딩, 및 아일랜드를 형성하기 위한 더 두꺼운 내부 구역들이 있는, 도 17에서와 같은 상이한 구역들에서 상이한 두께를 가지는 템플릿을 개략적으로 도시하는 도면.
도 19a는 라인 A-A를 따라 단면이 취해진, 도 19의 템플릿의 단면도를 개략적으로 도시하는 도면.
도 19b는 라인 B-B를 따라 단면이 취해진, 도 19의 템플릿의 단면도를 개략적으로 도시하는 도면.
도 20a는 템플릿의 용융물 쪽 표면에 웨이퍼가 형성된, 도 19a에 도시된 변하는 두께를 갖는 템플릿의 부분을 부분 단면도로 개략적으로 도시하는 도면.
도 20b는 템플릿의 용융물 쪽 표면에 웨이퍼가 형성된, 도 19b에 도시된 변하는 두께를 갖는 템플릿의 부분을 부분 단면도로 개략적으로 도시하는 도면.
도 21은 예시를 간략하게 하기 위해 구멍들이 개략적으로 도시되어 있고, 둘레 구역에 비해 내부 구역에서의 열적 성질이 다른 템플릿을 제공하기 위해 내부 내에 배치된 구멍들이 있는 템플릿을 도시하는 도면.
본 명세서에서 개시된 발명들은 반도체 웨이퍼들과 그러한 웨이퍼들을 형성하는 방법에 관한 것이다. 이러한 발명은 비록 다른 사용을 위해 웨이퍼와 같은 물건의 형성을 위해 사용될 수 있을지라도, 광발전용 조립체들에서 사용하기 위한 반도체 웨이퍼와, 그러한 웨이퍼들과 그러한 조립체를 제작하는 방법에 특히 적용 가능하다. 일 예로서 실리콘 웨이퍼들이 논의되지만, 이러한 발명들은 반도체와 같은 실리콘에 국한되지 않는다. 비슷하게, 비록 광발전 용으로 사용하는 것이 본보기로서 논의되지만, 본 명세서에 개시된 방법들은 더 두꺼운 다른 것들보다 더 얇은 구역들을 가지는 것이 요구되고, 또한 특히 얇은 구역들이 상당히 얇고, 두꺼워진 구역들의 존재에 의해 어느 정도까지 강화되는, 본 명세서에서 설명된 템플릿과 같은 다공성 몸체를 사용하여, 일정 부피의 녹은 재료로부터 제조된 임의의 반도체 물건을 가지고 사용될 수 있다.
위에서 논의된 것처럼, 본 명세서에서 개시된 발명들은 일반적으로 대부분의 표면 영역에 걸쳐, 일반적으로 180 내지 200미크론의 두께를 갖는 표준 광발전용 웨이퍼들보다 얇은 웨이퍼들에 관한 것일 수 있다. 본 발명의 웨이퍼들은 또한 더 두꺼운 구역들을 가지고, 이는 더 두꺼운 둘레 구역들 또는 더 두꺼운 스트라이프들, 아일랜드들, 연장하는 리브(rib)들, 랜딩들, 탭(tap)들, 또는 전기적 접속을 위한 다른 기하학적 형태들과 같이, 180미크론 미만의 균일한 두께를 가지는 웨이퍼로 존재하게 되는 것보다 큰 강도를 제공하는데 도움을 줄 수 있다. 전기 접속을 위해 증대된 튼튼함(robustness)과 같이, 강도 외의 다른 특징들이 또한 이들 다른 더 두꺼운 구조에 의해 제공될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 것처럼, 웨이퍼가 더 얇은 내부 구역을 가진다고 얘기될 때에는, 스트라이프, 아일랜드 등과 같은 이들 다른 기하학적 형태들을 제외하고, 내부 구역의 대부분이 더 얇다는 것을 의미한다. 일반적으로, 내부 구역의 적어도 50%는 더 얇은 사이즈의 것이 되고, 더 일반적으로는 80% 또는 90%보다 많은 내부 구역이 더 얇은 사이즈의 것이 될 것이다. 일반적으로, 본 발명의 웨이퍼들은 140미크론보다 얇은, 바람직하게는 100미크론보다 얇아 60미크론만큼 얇게 된 내부 구역을 가진다. 특별한 조치를 취하면, 60미크론보다 훨씬 더 얇은 웨이퍼를 만드는 것이 가능할 수 있다. 일반적으로, 상대적으로 더 얇은 구역들에 대한 상대적으로 더 두꺼운 구역들의 비는 1.3 내지 1과 3 내지 1 사이에 있게 되지만, 더 작거나 더 클 수 있다. 대부분의 일반적인 경우, 광발전용으로는, 더 얇은 구역이 50미크론보다 얇게 되지는 않고, 더 두꺼운 구역은 250미크론보다 더 두껍게 되지 않는다고 생각되어진다. 두께의 이들 극한값(extreme) 모두를 갖는 웨이퍼는, 비록 이들 극한값 모두가 현재 실무 상황에서 동일한 웨이퍼에서 발견되지 않을 가능성이 더 있더라도, 장래에 가능하다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 더 두꺼운 구역들과 더 얇은 구역들의 의미는, 종래의 와이어-손(wire-sawn) 광발전용 웨이퍼 두께의 자연스런 변화로 인한 일부 설명을 필요로 한다. 와이어-손 웨이퍼들은 보통 톱질하는 방향에서 쐐기 모양을 취하는데, 이는 웨이퍼를 잘라내기 위해 브릭(brick)의 리딩 에지(leading edge)에 절단 와이어가 들어갈 때, SiC와 같은 절단 슬러리(cutting slurry)가 부스러지고 또한, 그것과 함께 벗겨진 Si를 운반하여, 와이어가 톱질되는 브릭의 기존 가장자리까지 이동될 때 커프(kerf) 두께의 변화를 가져오기 때문이다. 그러므로 리딩 부분에서보다 절단 경로의 트레일링(trailing) 부분에서 브릭으로부터 더 많은 재료가 제거된다. 톱질된 웨이퍼에 관한 전형적인 두께 변동은 10미크론과 30미크론 사이에 있게 되고, 이 경우 두께 변화는 하나의 가장자리로부터 나머지 가장자리까지 사실상 체계적이다. 절단 와이어의 길이에 나란한 웨이퍼의 두께는 와이어의 한쪽 끝에서부터 다른 쪽 끝까지 대략 동일하다. 와이어가 움직이는 방향에서 변화가 생긴다. 일반적으로, 이들 톱질되어 잘려진(saw-cut) 관련된 이유(cause)들로 인한 웨이퍼 내에서의 두께 차이는 더 두꺼운 부분의 20% 이하이다.
본 명세서에서 사용된 것처럼, 본 발명의 웨이퍼의 한 구역이 또 다른 구역보다 두껍다고 언급될 때에는, 특별히 설계된 국부적인 두께 변동이 존재하고 생성되었음을 의미한다. 변화를 정하는 것(placement)이 설계되고 특별히 제어된다. 더 두껍다는 용어는 톱질해 잘려진 것(saw cut)의 리딩 에지로부터 트레일링 에지까지, 위에서 논의된 톱질(sawing)로 인한 변화와는 다른 것을 의미하는 것으로 의도된다. 백분율 관점으로부터 고려하면, 특별히 설계되고, 국부적으로 제어된 차이로 인한 웨이퍼 내에서의 두께의 차이는 보통 더 두꺼운 부분의 두께의 20% 이상이다.
본 명세서에서 사용된 것처럼, 어떤 구역의 두께는, 하나의 웨이퍼 표면으로부터 반대측 웨이어 표면까지의 용량성(capacitive) 두께 센서들을 사용하여 측정된 것과 같은, 평균 두께를 의미하고, 이는 위치에 의한 두께의 x-y 맵(map)을 생성한다. 예컨대 크고 얇은 내부 구역과 제2의 더 두꺼운 구역(둘레와 같은 연속 구역이나 아래에 논의된 것과 같이 아일랜드나 랜딩과 같은 연속되지 않는 구역 섹션들)을 가지는 웨이퍼를 고려하게 되면, 웨이퍼 표면의 x-y 맵이 제2 구역(들)(더 큰 두께를 갖는)을 배제시킬 수 있다. 제1의 더 얇은 구역 내에서의 두께 변화가 존재할 수 있다. (예컨대, 본 발명에 따라 만들어진 웨이퍼들의 맵 상의 모든 점들 중 최대인 것에서 최소인 것을 뺀 것으로 계산된, 전형적인 TTV, 즉 최대로서 계산된 총 두께 변화는 200미크론 두께의 웨이퍼에 관해서는 40미크론과 80미크론 사이에 범위에 있을 수 있다) 하지만, 제1 구역의 평균 두께는 제2 구역의 평균 두께보다 상당히(>20%) 적다.
제2 구역에 관한 더 좁은 둘레의 경우에서는, 두께를 결정하기 위한 측정 방법이 가장자리 비전(vision) 카메라들에 의한 것과 같이 다를 수 있는데, 이는 용량성 센서들이 5㎜까지의 측정 스폿(spot)을 가지고 좁은 릿지(ridge)들을 탐지할 수 없기 때문이다.
다음은 본 발명의 웨이퍼들의 몇몇 상이한 타입과 기하학적 형태를 먼저 논의하게 된다. 그런 다음 그러한 웨이퍼들을 형성하는 방법들을 논의한다.
도 1은 예컨대 대략 100미크론과 같이, 180미크론보다 얇은 내부 구역(120)의 넓은 공간(expanse)(110)을 가지는 웨이퍼(100)를 개략적으로 보여준다. 둘레 구역(130)은 그것의 범위 내에서 표준 실리콘 PV 웨이퍼의 전체 두께에 관한 범위를 포함하는, 예컨대 180 내지 250미크론 두께와 같이, 더 두꺼울 수 있다. 그러므로 더 얇은 부분의 두께에 대한 더 두꺼운 부분의 두께의 비는 적어도 1.8:1이 되고, 이러한 비는 '084 특허에서 개시된 거소가 같이 분말에 기초한 기술을 사용하여서는 달성 가능하지 않다. 더 두꺼운 둘레(130)는 보통, 도 1에 도시된 것처럼 가장자리로부터 0.5 내지 3㎜, 바람직하게는 1 내지 2㎜까지 연장될 수 있다. 그러므로 그것의 폭(w)은 대략 1 내지 3㎜가 될 수 있다. 안쪽 모서리(134)는 더 높고 더 두꺼운 둘레(130)로부터 더 낮고 더 얇은 내부(120)까지 경사져 있다. 웨이퍼(100)의 가장자리(132)의 강도는 정상적인 웨이퍼의 가장자리의 강도와 비슷하게 된다. 도 1에 도시된 실시예는 2㎜의 둘레 폭(w)을 가지고, 이 경우 더 두꺼운 부분으로부터 대략 0.4㎜인 더 얇은 부분으로의 점진적인 전이 구역이 존재한다.
실제로, 몇몇 방식으로 더 두꺼운 둘레(130)가 정상적인 경우의 균일한 두께의 웨이퍼에서 동일한 두께를 갖는 가장자리보다 더 강하게 된다. 예를 들면, 상대적으로 얇은 중심(110)과 상대적으로 두꺼운 가장자리(132)를 갖는 본 발명의 웨이퍼(100)가 웨이퍼 캐리어 또는 하드웨어의 다른 조각(piece)에 맞닿아 부딪힐 때에는, 균일한 두께의 웨이퍼인 경우보다 적은 힘으로 그렇게 하게 되는데, 이는 대체로 더 얇은 웨이퍼(100)가 더 적은 질량을 가지게 되고 따라서 더 적은 모멘텀을 가지게 되며, 따라서 멈추기 위해서는 더 적은 힘을 필요로 하기 때문이다. 또한, 더 얇은 내부 섹션을 갖는 웨이퍼는, 표준 두께를 갖는 웨이퍼와 비교하여, 이러한 내부 구역에서 훨씬 더 많은 기울어짐과 구부러짐(bending)을 유지할 수 있다. 심지어 더 두꺼운 테두리 구역은 동일한 두께를 갖는 풀(full) 웨이퍼보다 더 많은 구부러짐을 유지할 수 있는데, 이는 고체역학 분야에서 이해되는 것처럼, 전자가 빔(beam)과 같이 구부러지고, 후자가 플레이트(plate)와 같이 거동하기 때문이다. 그러므로 얇은 내부와 두꺼운 둘레를 갖는 웨이퍼는 일반적으로 균일한 정상 두께를 갖는 정상 웨이퍼, 또는 균일한(비록 더 얇지만) 두께를 갖는 얇은 웨이퍼보다 단단하고 더 튼튼하다.
또한, 그러한 웨이퍼는 그것의 전체적인 상대적 두께로 인해, 그러한 웨이퍼의 둘레 또는 다른 더 두꺼운 구역들을 제외하고는, 위에서 언급된 PERC와 같은 양호한 광 트랩핑(light trapping)과 낮은 표면 조합(surface combination)을 초래하는 셀 구조(cell architecture)에서 더 높은 효율을 가진다. 그러한 두꺼운 테두리(또는 두꺼운 구역들)과 얇은 내부 웨이퍼는, 동일하거나 더 나쁜 강도 또는 동일하거나 더 나쁜 효율, 또는 둘 다를 갖는 종래의 균일하게 두꺼운 웨이퍼의 경우보다 상당히 적은 반도체 재료로 구성되어 있다.
그러므로 본 발명의 그러한 웨이퍼는 상당히 더 저렴한 재료 비용을 가지는데, 이는 그러한 웨이퍼가 균일한 두께를 갖는 웨이퍼보다 적은 반도체 재료로 구성되어 있기 때문이다. 예컨대, 위에서 언급된 100미크론 두께의 내부, 200미크론 두께와 2㎜와 폭을 갖는 둘레인 치수를 갖는 웨이퍼는 균일한 두께는 갖는 200미크론 두께의 웨이퍼에 관해 필요로 하는 반도체의 대략 60% 이하로 구성되어 있다.
예를 들면, 156㎜×156㎜×200미크론 두께인 치수를 갖는, 표준 웨이퍼의 부피는 4.87㎤이고, 그것의 질량은 대략 11.2그램이다. 100미크론 두께를 갖는 중심 섹션과 200미크론 두께를 가지고 폭이 2㎜인 테두리를 가지는 웨이퍼는 2.56㎤의 부피와 대략 5.88그램의 질량을 가짐으로써, 표준 웨이퍼의 질량의 대략 50%가 절약된다.
본 명세서에서 사용된 것처럼, 둘레 구역은 정사각형, 직사각형, 원일 수 있는 임의의 모양 또는 임의의 다른 모양을 갖는 웨이퍼의 전체 경계를 실질적으로 둘러싸는 구역이다.
또 다른 실시예에서는, 웨이퍼의 내부 내의 일정한 구역들이 특수한 기능상 이유들로 인해 더 두껍게 만들어진다. 예를 들면, 도 2를 참조하여 개략적으로 도시된 것처럼, 웨이퍼(200)는 상호 연결 버스 바(bus bar)를 나중에 수용하게 되는 웨이퍼(200)의 구역들에 위치하고 더 큰 두께를 갖는 스트라이프들(240a, 240b, (중간 스트라이프들을 도시되지 않음), 240i)을 가질 수 있다. 스트라이프(240a 내지 240c)는, 예컨대 100미크론의 두께를 가지는 정상적인 180 내지 200미크론 두께의 웨이퍼보다 달리 더 얇은 내부 구역(210)에서 설정된다. 스트라이프들은, 비록 그것들이 이러한 목적을 위해 필요로 하지 않을지라도 250미크론 정도로 두꺼울 수 있다. 전기적 접속을 위해서 150미크론과 250미크론 사이인 두께가 유리하다고 믿어진다. 그러므로 더 얇은 부분의 두께에 대한 더 두꺼운 부분의 두께의 비는 적어도 1.5:1이 되고, 이러한 비는 '084 특허에서 개시된 것과 같이, 분말에 기초한 기술을 사용하여서는 달성될 수 없다.
둘레 구역들과 임의의 더 두꺼운 내부 구역들의 두께는 중앙 구역의 두께에 관련하여 선택될 수 있다. 보통, 얇은 구역에 대한 두꺼운 구역의 두께의 비는 1.28:1과 3:1 사이에 있지만, 몇몇 전형적인 사용의 경우에는 5:1만큼이나 클 수 있다. 달리 얘기하면, 더 얇은 구역의 두께에 대한 더 얇은 구역의 표면의 베이스 레벨을 넘는 더 두꺼운 구역의 연장부의 사이즈의 비 측면에서, 그 비는 보통 0.28과 0.4 사이에 있다.
관련 분야에 알려진 바와 같이, 특정 타입의 셀 구조에 있어서는, 상대적으로 더 얇은 웨이퍼를 가지는 태양 전지의 효율이 상대적으로 더 두꺼운 웨이퍼를 가지는 태양 전지의 효율보다 높을 수 있다. 그것이 사실인 셀 구조의 타입은 PERC(Passivated Emitter Rear Contact)와 PASHA를 포함하지만 이들에 국한되지는 않는다. PASHA 구조에서는, 셀의 뒷면이 두껍게 도핑된 구역으로 구성되어, 관련 분야에 알려진 것처럼 뒷면 필드를 생성하여 셀의 앞쪽으로 소수 캐리어들을 쫓아 버린다. 셀 도체의 뒤에 있는 도체는 금속의 전체(full) 영역보다는 핑거(finger)의 형태를 하고 있다. 이들 핑거 사이의 실리콘 표면은 부동태화될 수 있고, 이는 뒷면 필드와 결합하여 포괄적인 부동태화를 제공한다. 셀의 뒤에 도달하는 적외선 광은 양호한 광학 반사기와 마주쳐 셀에 다시 들어갈 수 있다. 이러한 구조는 특히 얇은 웨이퍼에 잘 맞는데, 이는 뒷 부분에서의 금속의 도달 범위(coverage)가 적을수록 실리콘과 실제 금속 사이의 열 팽창 부정합(mismatch)으로 인해 웨이퍼가 활 모양으로 휘어지는 것이 덜하게 되기 때문이다. 이는 몇 가지 물리적 이유로부터 생긴다.
더 얇은 웨이퍼를 사용하게 되면 개로 전압(VOC)과 단락 전압(ISC) 모두를 증가시킴으로써, 그러한 웨이퍼 상에 만들어진 셀의 효율을 증가시킬 수 있다. 웨이퍼의 대부분에서 소수 캐리어의 재결합이 적고, 벌크가 적으며, 즉 정확하게는 웨이퍼가 더 얇기 때문에 VOC는 상승한다. 전류 또한 더 높을 수 있다. 이는 셀의 뒷면 가까이 있는 적외선 광자의 흡수로부터 생기는 광에 의해 생성된 캐리어가 셀의 앞에 있는 p-n 접합까지 멀어지게 이동할 필요가 없기 때문이다. 따라서 이들 광에 의해 생성된 더 적은 개수의 캐리어가 재결합에서 분실되고, 따라서 셀 외부에 전류를 생성할 수 있는 접합(junction)에서 더 많이 도착한다.
이들 개선점의 충분히 이용하기 위해, 셀은 적외선 광이 셀 내에서 많이 앞뒤로 다시 튀고 흡수되도록 이용될 수 있게 우수한 광포획(light trapping)을 달성하는 것이 바람직하다. 특히, 셀의 뒤에서 양호한 광학 반사가 바람직하게 존재해야 한다. 이는 관련 분야에 알려진 PREC 백(back)을 가지고 존재한다. 두께 감소로 인해 생기는 효율면에서의 이득은 전자적 품질의 가장 중요한 척도인 더 낮은 소수 캐리어 수명을 갖는 재료에 있어서 실제로 더 크다. 이는 더 낮은 수명을 갖는 재료에 있어서는, 셀의 뒤에서 생성된 광에 의해 생긴 캐리어가, 높은 수명을 갖는 재료가 있는 비슷한 경우에 비해, 셀의 앞에 도달하기 전에 더 많이 재결합하기 쉽기 때문이다. 그러므로 광에 의해 생긴 캐리어가 이동해야 하는 이러한 거리를 짧게 하는 것이 더 낮은 수명을 갖는 재료에 관해서는 더 유리하다.
도 3은 셀 효율과(수직축)과 웨이퍼 두께(수평축) 사이의 관계를 개략적으로 보여준다. 이 그래프는 PV 업계에서 널리 사용되는 PCID로 알려진 시뮬레이션 소프트웨어로부터 만들어졌다. 이는 96%의 광학 반사율과 20㎝/초의 표면 재결합 속도를 갖는 PERC 백(back)을 가정한다. 곡선의 패밀리(family)는 소수 캐리어 수명(tau)의 상이한 값들에 관한 것이다. 일반적으로, 표준 180 내지 200미크론 두께를 갖는 웨이퍼는 대략 150㎳의 타우(tau)를 가지고, 대략 19%와 19.1% 사이의 효율을 가진다. 그러한 표준 웨이퍼의 두께를 100미크론까지 감소시키면 이러한 효율을 대략 19.3%까지 약간만 올린다. 이에 반해, 예컨대 대략 18%만의 효율을 가지게 되는 180 내지 200미크론의 표준 두께에서 35㎳와 같이 더 적은 타우를 갖는 웨이퍼는, 오직 100미크론의 더 적은 두께를 가진다면 18.4%에 접근하는 훨씬 더 높은 효율을 가질 수 있다. 그러므로 상대적으로 더 적은 타우를 가지고 웨이퍼들의 두께를 감소시키는 것은 상대적으로 더 큰 타우를 가지는 웨이퍼들의 두께를 감소시키게 되는 것보다 더 적은 타우를 갖는 웨이퍼들의 효율 이득에 있어서 더 큰 이익을 가진다. 더 얇은 웨이퍼들의 추가 장점은 더 높은 주입 레벨을 초래하는 부피가 적은 재료에 동일한 개수의 광자가 흡수되기 때문에, 단위 체적당 소수 캐리어 주입 레벨이 더 높다는 것이다. 다결정 실리콘 재료와 다이렉트 웨이퍼(Direct Wafer
Figure pct00005
) 방법으로 제조된 재료가 더 높은 주입 레벨들에서 증가하는 더 높은 벌크(bulk) 소수 캐리어 수명을 가지기 때문에, 더 얇은 웨이퍼가 실제로는 더 높은 타우를 달성하게 된다.
그러므로 전술한 바와 같은 더 얇은 웨이퍼의 이점들은 실리콘을 덜 사용하는 것으로부터 효율을 증가시키는 것과 비용을 줄이는 것 모두를 포함한다. 반도체의 녹은 몸체로부터 직접 만들어진 웨이퍼들의 2015의 재료 비용 및 효율을 가지고, 상이한 두께를 갖는 구역들을 제조하기 위해 취해져야 할 여분의 노력에 비해 이점들을 균형을 맞추는 실제 관점으로부터, 더 얇은 웨이퍼의 제1 구역과 더 두꺼운 웨이퍼의 제2 구역을 가지는 웨이퍼를 가지고 이들 이점을 획득하기 위해서는, 제1 구역의 영역 부분(area fraction)이 웨이퍼 표면의 대다수, 바람직하게는 80%보다 많은 부분, 그리고 더 바람직하게는 90%보다 많은 부분이 되어야 한다.
그러므로 전술한 내용은 얇은 구역과 두꺼운 구역의 몇몇 상이한 기본 기하학적 형태, 패턴, 및 사용에 관해서, 상당한 정도의 그것들의 표면 영역에 걸쳐, 업계의 정상적인 180 내지 200미크론 두께를 갖는 웨이퍼들보다 상당히 더 얇은 구역을 가지는 웨이퍼들의 몇 가지 기본 실시예를 보여준다. 전술한 내용은 또한 이들 더 얇은 웨이퍼가 더 두꺼운 웨이퍼들(동일한 타우를 갖는)보다 효과적이고, 또한 선택적으로 더 두꺼운 구역을 갖는 이들 더 얇은 웨이퍼들은, 균일하게 얇거나 균일하게 두꺼운 웨이퍼들의 경우보다 더 강하다는 것을 개시하였다. 그러한 얇은 웨이퍼를 만드는 방법들이 아래에 더 논의된다. 하지만, 그러한 웨이퍼를 만드는 방법들을 논의하기 전에, 바로 아래에는 얇은 구역과 두꺼운 구역의 매우 다양한 패턴이 논의된다.
기하학적 형태들
본 발명의 중요한 일 양상은 내부에서 상당히 얇은, 즉 보통 180미크론 미만의 두께를 갖는 웨이퍼들을 제공하는 것이다. 바람직한 실시예에서, 그 두께는 140미크론 미만이 된다. 몇몇 실시예에서는 그 두께가 100미크론 미만이 된다. 일부 특화된(specialized) 실시예에서는, 비록 그 효율 장점이 80미크론보다 얇은 웨이퍼에서는 나타나지 않지만, 재료 비용의 이점이 존재하게 된다고 또한 믿어지더라도, 그 두께가 80미크론 미만이 될 것이다. 매우 특화된 일부 실시예에서는, 그 두께가 60미크론 미만일 수 있다. 관련 분야에서는 180미크론 미만의 두께를 갖는 웨이퍼가 일반적으로 취급시 망가지기 쉽고, 이는 150미크론보다 얇은 웨이퍼들에 대해서는 확실히 그러하다고 이해된다. 또한, 웨이퍼들이 지극히 얇다면, 보통 웨이퍼들은 그것들을 캐리어에 장착시킴으로써 취급되어야 하고, 이러한 캐리어는 종종 웨이퍼에 붙어있는 채로 남아 있고 완성된 모듈의 부분이 되는 것이 관련 분야에서 이해된다. 그러므로 만약 그렇지 않으면 독립된(free-standing) 웨이퍼들로서 취급하는 것이 실제로 불가능하게 되는 웨이퍼 두께를 다루는 것을 가능하게 하는 것이 본 발명의 중요한 일 양상이다. 어느 정도까지는 본 발명의 일부 웨이퍼에 완전한(integral) 캐리어 부분, 즉 두꺼워진 테두리를 제공하는 것이 고려될 수 있다.
위에서 이미 논의된 것은, 도 1에 도시되고 두꺼워진 둘레(132)가 있는 얇은 웨이퍼(100)의 기본 실시예와, 도 2에 도시되고 버스-바 도체 또는 다른 전기 요소를 연결 또는 운반하기 위해 두꺼워진 스트라이프(240a, 240b, 240c 등)가 있는 얇은 웨이퍼(200)의 기본 실시예이다. 결합, 변형, 및 변형예들의 결합 역시 가능하다.
도 4는 본 발명의 웨이퍼(400)를 개략적으로 나타낸 것으로 이러한 웨이퍼(400)는 예컨대 100미크론의 두께를 갖는 상대적으로 얇은 내부 구역(410)과, 대략 150 내지 250미크론의 두께를 갖는 상대적으로 더 두꺼운 둘레 구역(430)을 가져, 총 대략 1.5㎜인 폭(w)(도 4a)을 갖는다. 추가로, 스트라이프 형태로 되어 있는 구역들(440a, 440b, 440c)은, 대략 150 내지 250미크론의 두께를 가지고, 폭(r)이 대략 2.7㎜인 전체적인 내부(410)보다 상대적으로 더 두껍다. 그러므로 도 4에 도시된 웨이퍼(400)의 실시예는 얇은 내부(410)를 가지고, 상대적으로 더 두꺼운 둘레(430)와 상대적으로 더 두꺼운 스트라이프(440a, 440b, 등) 모두를 가진다. 가장자리(432)가 또한, 도시되어 있다.
도 5는 내부 구역(520)의 확장부(510)를 가지는 웨이퍼(500)를 개략적으로 보여주는 것으로, 이는 예컨대 대략 100미크론과 같이 180미크론보다 얇다. 둘레 구역(530)은, 예컨대 200미크론의 두께를 가지는 것처럼 더 두꺼울 수 있다. 이러한 더 두꺼운 둘레(530)는 도 5b에 도시된 것처럼, 가장자리(532)로부터 안쪽으로 대략 1㎜만큼 연장되는 것으로 도시되어 있다. 그러므로 그것의 폭(w)은 대략 1㎜일 수 있다. 안쪽 모서리(534)는 도시된 배율로 보았을 때 대략 정사각형으로 상대적으로 예리하고, 따라서 두꺼운 것으로부터 얇은 것으로의 전이가 갑작스럽게 이루어진다. 도 5b는 라인 B-B를 따라 단면이 취해진 도 5의 웨이퍼를 보여준다. 도 5a는 도 5의 웨이퍼에서 A 부분을 확대한 것을 보여준다. (도 5, 5a 또는 5b 그 어느 것도 비율에 맞추어 그려지지 않았다)
도 6은 예컨대 대략 60미크론과 같이, 180미크론보다 얇은 내부 구역(620)의 확장부(610)를 가지는 웨이퍼(600)를 개략적으로 보여준다. 둘레 구역(630)은, 예컨대 200미크론의 두께와 같이 더 두꺼울 수 있다. 이러한 두꺼운 둘레(630)는 도 6에 도시된 것처럼 가장자리(632)로부터 안쪽으로 대략 2㎜만큼 연장되는 것으로 도시되어 있다. 그러므로 그것의 폭(w)은 대략 2㎜일 수 있다. 안쪽 모서리(634)는 더 높고 더 두꺼운 둘레(630)로부터 더 낮고 더 얇은 내부(620)까지 경사져 있다. 도 6에 도시된 실시예는 2㎜인 둘레 폭(w)을 가지고, 더 두꺼운 부분으로부터 대략 0.4㎜인 더 얇은 부분으로의 점진적인 전이 구역을 갖는다. 도 6b는 라인 B-B를 따라 단면이 취해진 도 6의 웨이퍼를 보여준다. 도 6a는 도 6의 웨이퍼에서 A 부분을 확대한 것을 보여준다. (도 6, 6a 또는 6b 그 어느 것도 비율에 맞추어 그려지지 않았다)
도 7은 예컨대 대략 100미크론과 같이, 180미크론보다 얇은 내부 구역(720)의 확장부(710)를 가지는 웨이퍼(700)를 개략적으로 보여준다. 둘레 구역(730)은, 예컨대 200미크론의 두께와 같이 더 두꺼울 수 있다. 이러한 더 두꺼운 둘레(730)는 도 7에 도시된 것처럼 가장자리(732)로부터 안쪽으로 대략 2㎜만큼 연장되는 것으로 도시되어 있다. 그러므로 그것의 폭(w)은 대략 2㎜일 수 있다. 안쪽 모서리(734)는 매끄럽고 매우 점진적이며, 더 높고 더 두꺼운 둘레(730)로부터 더 낮고 더 얇은 내부(720)까지의, 위에서 논의된 실시예들의 전이 구역들보다 더 많이 연장된다. 도 7에 도시된 실시예는 2㎜인 둘레 폭(w)을 가지고, 더 두꺼운 부분으로부터 대략 2㎜인 폭(s)을 가지는 더 얇은 부분으로의 전이 구역을 갖는다. 도 7b는 라인 B-B를 따라 단면이 취해진 도 7의 웨이퍼를 보여준다. 도 7a는 도 7의 웨이퍼에서 A 부분을 확대한 것을 보여준다. (도 7, 7a 또는 7b 그 어느 것도 비율에 맞추어 그려지지 않았다)
도 8은 도 2를 참조하여 도시된 것과 몇 가지 면에서 비슷한 실시예를 보여준다. 웨이퍼(800)는 짧은 랜딩(landing), 즉 웨이퍼(800)에 버스 와이어들을 부착하기 위한 보강물인 탭(840a, 840b, 840c 등)을 가진다. 랜딩(840a 등)은 832와 같은 가장자리들에 가까운 더 큰 두께를 가지고, 짧은 길이 후 내부 구역(810)의 두께로 아래로 점점 가늘어진다. 랜딩은 또한, 본 명세서에서 탭이라고 불린다. 이들은 보통 상호 연결 버스 바를 나중에 수용하는 웨이퍼(800)의 구역들에 특히, 그리고 의도적으로 위치한다. 보통, 버스 와이어들은 가장자리(832)에 가까운 웨이퍼에서 가장 단단하게 잡아당기는 경향이 있고, 따라서 이는 보강 탭들이 가장 유리한 위치이다. 버스 와이어들은 중심(810)에 더 가까운 가장자리(832)로부터 더 멀어지게 더 많은 힘으로 잡아당기지 않는다. 그러므로 웨이퍼 내부(810)의 전체적인 일반적 두께는 논의된 것처럼 100미크론 이하처럼 얇을 수 있다. 버스 와이어 보강 랜딩(840a, b, c)은, 비록 그것들이 모든 목적을 위해 그렇게 두꺼울 필요가 없을지라도, 그것들의 가장 두꺼운 섹션에서 200 내지 250미크론, 또는 그 이상으로 두꺼울 수 있다. 150미크론과 250미크론 사이의 전기적 접속을 위한 두께가 유리하다고 믿어진다. 전형적인 일 실시예에서, 그러한 보강 랜딩(840a 등)은, 대략 2.4㎜인 폭(r)을 가질 수 있고, 예컨대 약 18 내지 20㎜인 폭(r)에 수직인 길이에 걸쳐 200미크론의 두께로부터 100미크론의 두께까지 점점 가늘어진다. 그러한 구조물은 본 명세서에서 버스 와이어 랜딩, 보강재, 또는 탭이라고 불린다. 도 8a는 도 8의 구역(A)을 확대한 것이다.
본 명세서에서는 랜딩과 탭이라는 용어는 웨이퍼의 가장자리에 인접하고, 가장자리로부터 상대적으로 얇은 내부 구역까지 연장하는 높아진 구역을 가리키기 위해 서로 교환 가능하게 사용된다. 랜딩 자체는 내부 구역보다 더 두껍다. 랜딩은 가장자리에 가까운 가장 두꺼운 부분으로부터 내부에 가깝고 더 얇은 내부만큼이나 얇을 수 있는 더 얇은 부분까지 점점 가늘어질 수 있다. 또한, 웨이퍼의 가장자리는 그 자체가 웨이퍼 몸체의 둘레의 적어도 어느 정도에 관해서는 더 두꺼울 수 있고, 실제로는 그 전체 둘레가 더 두꺼울 수 있다. 그러므로 랜딩은 더 두꺼운 둘레로부터 더 얇은 내부까지 연장할 수 있고, 랜딩의 두께는 둘레에 인접한 둘레의 두께와 같거나 더 두꺼울 수 있으며, 내부에 인접한 내부만큼 얇을 수 있다.
도 9는 더 두꺼운 둘레 테두리(930)와 버스 와이어 보강 랜딩(즉, 탭)을 모두 가지는, 도 1과 도 8을 참조하여 도시된 것과 몇 가지 측면에서 비슷한 일 실시예를 보여준다. 웨이퍼(900)는 위 랜딩(840a, 840b)과 비슷한 웨이퍼(900)에 버스 와이어들을 부착하기 위한 보강재인 랜딩(940a, 940b, 940c 등)을 가진다. 랜딩(940a 등)은 932와 같은 가장자리에 가까운 더 큰 두께를 가지고, 짧은 거리 후 내부 구역(910)의 두께까지 아래로 점점 가늘어진다. 이들은 나중에 상호 연결 버스 바를 수용하게 될 웨이퍼(900)의 구역들에 위치한다. 웨이퍼 내부(910)의 전체적이고 일반적인 두께는, 논의된 바와 같이 100미크론 이하처럼 얇을 수 있다. 버스 와이어 보강 랜딩(940a, b, c 등)은, 비록 그것들이 모든 목적을 위해 그렇게 두꺼울 필요는 없을지라도, 200 내지 250미크론 또는 그 이상으로 두꺼울 수 있다. 또한, 이러한 실시예는 위에서 논의된 실시예처럼 200미크론의 두께를 가질 수 있는 가장자리(932) 각각에서 두꺼운 둘레 구역(930)을 가진다. 전형적인 일 실시예에서, 보강 랜딩(940a 등)은 폭이 대략 2.7㎜이고, 둘레 구역(930)과 동일한 두께인 200미크론에서부터 약 18 내지 20㎜인 길이에 걸쳐 100미크론까지 점점 가늘어지게 된다. 둘레 구역(930)은 위에서 논의된 것처럼, 약 1 내지 3㎜ 또는 그 이상인 폭(w)을 가질 수 있고, 1.5㎜인 것이 유리하다. 도 9a는 도 9의 구역(A)을 확대한 것이다.
도 10은 본 발명의 웨이퍼(1000)를 개략적으로 나타낸 것으로, 이러한 웨이퍼(1000)는 100미크론의 두께와 같이 상대적으로 얇은 내부 구역(1010)과, 대략 150 내지 250미크론의 두께와 같이 상대적으로 더 두꺼운 둘레 구역(1030)을 가지며, 그 폭은 대략 1.5㎜이다. 추가로, 랜딩 즉 탭의 형태로 되어 있는 높아진 구역(1040a, 1040b)은 대략 150 내지 250미크론 정도로 높고 대략 2.7㎜인 폭을 가지는 내부보다 상대적으로 더 두껍다. 랜딩 즉 탭(1040a, 1040b)은, 도 4에서의 랜딩(440a, 440b)과 같이, 위에 논의된 것처럼 버스 와이어들의 끝에서의 보강을 위한 것이다. 게다가, 두꺼운 아일랜드(1042a, 1042b)는 둘레(1030)의 다른 변(side)에 다리로 놓이는 라인(라인들)에서, 그것의 내부를 따라 웨이퍼에 걸쳐 이격되어 있다. 이들 높아진 랜딩(1040a 등)과 아일랜드(1042a 등)는 버스 와이어를 받기 위한 것이다. 아일랜드(1042a, 1042b 등)는 랜딩(1040a, 1040b)과 비슷하게, 예컨대 150 내지 250미크론 높은 내부(1010)보다 더 두껍다. 본 명세서에서 사용된 것처럼, 아일랜드라는 용어는 상대적으로 더 낮고 보통 더 얇은 구역들에 의해 둘러싸이는 상대적으로 높아진 구역을 의미한다.
도 11은 한 쌍의 버스 와이어(1170a, 1170b)에 의해 연결되고, 도 10에 도시된 것과 같은 한 쌍의 웨이퍼(1000a, 1000b)를 개략적으로 보여준다. 도 11a와 도 11b는 도 11의 확대된 부분(A)을 보여준다. 구성 성분으로서 웨이퍼(1100a)를 사용하는 태양 전지에 관한 금속화의 버스 부분(1172)은 연속적인 스트라이프로서 스크린 인쇄될 수 있고, 이는 거친 표면 위에 놓인 리본과 같이, 도 11a와 도 11b에 도시된 것처럼, 랜딩(1040a)과 아일랜드(1042a 등) 위와 사이에서 상하로 굽이친다. 하지만 버스 와이어 그 자체(1170b)는 굽이침이 덜 한 평면에 더 많이 있을 수 있고, 버스 와이어 내부 스팬(span)들을 따라, 버스 와이어 끝과 높아진 아일랜드(1042a1, 1042a2 등)에서 높아진 패드(pad)(1040a, 1040b 등)에만 부착되어, 대부분의 버스 와이어를 기계적으로 구별되게 하고 웨이퍼(1000a)의 표면으로부터의 위치들에서 이격된다. 도 11a는 금속화(1172) 밑을 보여주기 위해 버스 와이어(1170b)가 약간 옮겨진, 도 11의 A 부분을 확대한 것을 보여주고, 도 11b는 제자리에 있는 버스 와이어(1170b)가 있는 동일한 섹션을 보여준다. 도 11a와 도 11b는 위치(s)에서, 웨이퍼의 표면과 웨이퍼의 금속화(1172) 사이의 수직 공간이 존재하는 것과, 버스 바(1170b)의 하면을 보여준다. 이러한 식으로, 실리콘 웨이퍼 재료와 구리 버스 와이어 사이의 열정 팽창의 부정합이 랜딩 패드(1040a)와 아일랜드(1042a) 사이의 공간들(s)에 의해 어느 정도 수용될 수 있어, 버스 와이어가 어느 정도 구부러지는 것을 허용한다(예컨대, 스트레칭). 이는 웨이퍼 상에 스트레스를 덜 만들 수 있고, 크랙(crack)과, 버스 와이어의 얇은 조각으로 갈라지는 것과 같은 다른 고장에 관한 잠재적인 원인을 감소시킬 수 있다.
그러므로 도 10과 도 11에 도시된 웨이퍼(1000)의 실시예는 얇은 내부(1010), 그리고 상대적으로 더 두꺼운 둘레(1030)와 랜딩 패드(1040a, 1040b) 등), 그리고 아일랜드(1042a, 1042b 등) 모두를 가진다.
도 11은 버스 와이어(1170a, 1170b)가 하나의 셀(1000a)의 상면으로부터 밑을 감싸기 위해, 인접하는 셀(1000b)의 뒷면까지 아래로 어떻게 휘어져야 하는지를 보여준다. 이러한 휘어진 와이어는 부착 포인트들에서, 그리고 셀(1000a)의 가장자리(1132) 가까이에서 금속화에 얇은 조각으로 갈라지는 스트레스들을 추가한다. 또한, 만약 부적절하게 휘어진다면, 와이어는 셀의 가장자리(1132)를 실제로 텁촉할 수 있어, 가장자리 크랙을 야기 또는 전파시킨다. 그러므로 랜딩(1040b)과 와이어(1042b1)과 같은 더 두꺼운 부착 포인트들과, 더 두꺼워진 둘레(1030)를 제공하는 것은, 웨이퍼의 강도를 증대시키고, 얇은 조각으로 갈라지는 것과 크랙의 기회를 최소화시킨다.
상대적으로 더 얇은 부분들과 상대적으로 더 두꺼운 부분들 측면에서 위에서 논의된 실시예들은 또한, 도 1의 웨이퍼(100)를 고려하는 것과 같이 일반적인 베이스 레벨, 그러한 베이스 레벨 부분으로부터 연장하는, 높아진 둘레(130)와 같은 높아진 부분들을 가지는 웨이퍼의 측면에서 설명될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 비슷하게 도 4에 도시된 것처럼, 웨이퍼(400)는 일반적인 베이스 레벨(420)을 가지고, 이러한 베이스 레벨(420)로부터 스트라이프(440a, 440b 등)와 둘레(430)와 같은 높아진 부분들을 연장시킨다. 일반적으로, 높아진 부분은 더 일반적으로는 40미크론과 같이 더 얇은 부분의 베이스 레벨 표면을 넘어 20미크론만큼 작게서부터 많게는 예컨대 내부가 60미크론의 두께를 가지고 둘레가 180미크론의 두께를 가지는 웨이퍼의 경우에서와 같이 120미크론까지 연장될 수 있다. 실제로 어느 정도까지는, 연장된 부분의 그러한 사이즈가 또한 더 얇은 부분의 두께에 의존적이다. 일반적으로, 더 얇은 두께에 대한 더 두꺼운 두께의 비는 보통 5:1을 초과하지 않고, 더 일반적으로는 3:1 이하가 된다.
기하학적 형태와 상대적인 두께의 고려는, 효율과 취급, 그리고 전기적인 접속 측면에서 생각될 수 있다. 일반적으로, 웨이퍼의 효율은 가장 큰 크기의 표면적의 얇은 정보에 의해 좌우되고, 이는 표면적의 적어도 80%의 얇은 내부를 가지는 것이 효율 이득을 달성하는 데 있어서 중요한 이유이다. 비슷하게, 현재 사용중인 기계의 타입에 기초하여, 둘레와 가장 두꺼운 부분의 두께에 의해 취급의 용이함이 좌우되고, 이러한 두께는 웨이퍼의 표면적의 5%보다 크거나 심지어 더 적을 필요는 없다. 마지막으로, 전기적 접속의 용이함은 전기 접속이 이루어질 필요가 있는 위치들에서의 웨이퍼의 두께에 의해 좌우되고, 이러한 위치들은 스트라이프들과 같은 버스 와이어가 있는 곳 및/또는 일부 경우에서는 랜딩 또는 아일랜드와 같이, 땜납 연결이 이루어지는 곳이다.
위에서 논의된 것처럼, 웨이퍼 제작의 상대적으로 최근에 개발된 방법에 따르면, 반도체 웨이퍼는 일반적으로 본 명세서에 전문이 참조로 통합되어 있고, Sachs 등에 의해 "METHODS FOR EFFICIENTLY MAKING THIN SEMICONDUCTOR BODIES FROM MOLTEN MATERIAL FOR SOLAR CELLS AND THE LIKE"라는 제목으로 2012년 10월 23일에 발표된 미국 특허 8,293,009호에 개시된 기술들을 사용하여 반도체 용융물로부터 직접 형성된다. '009 특허에 개시된 기술은 본 명세서에서 일반적으로 Direct Wafer
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(DW) 웨이퍼 형성 기술이라고 부른다. 이 기술에 따르면, 웨이퍼와 같은 얇은 반도체 몸체는 잉곳으로부터 잘라지거나 스트링들 사이에서 성장하기보다는 용융물이나 몇몇 다른 방법으로부터 형성된다.
위에서 간략하게 언급된 것처럼, 템플릿에 형성된 웨이퍼의 두께는 용융물로부터 추출된 열의 양, 관심 위치에서의 응고된 반도체 재료, 및 열 추출의 속도(rate)에 어느 정도 의존적이다. 또 다른 구역에 비해 한 구역에서 상대적으로 더 많이 추출된 (만약 충분히 빠른 속도로 추출된) 열은 상대적으로 더 많은 열 추출이 있는 템플릿 위치에서 상대적으로 더 두꺼운 웨이퍼 구역의 형성을 초래한다. 반대로, 또 다른 구역에 비해 하나의 구역에서 추출된 상대적으로 더 적은 열은 상대적으로 열 추출이 덜한 템플릿 위치에서 상대적으로 더 얇은 웨이퍼 구역을 초래한다. 이는 도 15, 16, 17, 18, 19, 19a, 19b, 20a, 20b, 21을 참조하여 예시되어 있고, 아래에서 더 완전하게 논의된다.
그러므로 템플릿의 구역이 열을 추출하는 경향이 해당 구역에서 형성될 웨이퍼의 두께를 지배한다. 이어지는 논의는 또 다른 특별히 설계되고 제어된 구역에 비해, 템플릿의 하나의 특별히 설계되고 제어된 구역의 열 추출 경향을 증가시키고 따라서 보통 더 큰 열 추출 위치에서 형성된 웨이퍼 두께와 추출된 열을 증가시키기 위한 상이한 방식들을 탐구한다.
열 추출 방식들을 증가시키고 변화시키는 이들 상이한 방식을 논의하기 전에, 형성된 웨이퍼들의 격자간 산소와 총 산소 함유량에 관련된 본 발명의 장점이 논의될 것이다. 위에서 언급된 것처럼, 분말에 기초한 기술들은 완료되어 형성된 웨피어나 다른 반도체 몸체에서 원치 않게 높은 레벨의 격자간 산소를 겪게 된다. 이는 특별한 단계들을 행하는 것 없이, 분말 입자들 상의 자연발생 산화물이 웨이퍼들에서 높은 격자간 산소 레벨들을 가져오기 때문이다. 상대적으로 더 작은 입자들은 완료된 산물(product)에서 상대적으로 더 많은 격자간 산소를 가져온다. 상대적으로 더 얇은 웨이퍼들을 달성하기 위해서는, 상대적으로 더 작은 입자가 사용되어야 한다. 그러므로 상대적으로 더 얇은 웨이퍼를 달성하기 위해서는, 웨이퍼들에 상대적으로 더 많은 격자간 산소가 존재할 것이다. 예컨대, '084 특허는 350미크론과 1000미크론 사이의 두께 범위를 가지는 웨이퍼들을 논의하고, 또한 20 내지 1000미크론의 범위에 있는 분말을 논의한다. 350미크론의 두께를 달성하기 위해서는, 사이즈가 120미크론 미만인 분말을 사용하는 것을 필요로 한다. 본 발명의 발명자에 의해 행해진 분석에 기초하면, 이는 6×1017atom/cc와 2×1019atom/cc 사이의 격자간 산소 함유량을 가지는 웨이퍼들을 만들게 된다고 믿어진다.
녹은 반도체로부터 직접 만들어진 웨이퍼들은 산화물과 격자간 산소 오염이라는 이러한 문제를 겪지 않는데, 이는 녹은 재료에 관한 피드-스톡(feed-stock)이 그것들에 고유한 높은 자연발생적 산화물 함유량(content)을 갖는 작은 입자들일 필요가 없기 때문이다. 그러므로 웨이퍼 또는 다른 형성된 몸체들이 형성되는 녹은 재료는 산소 함유량이 적고, 따라서 형성된 몸체는 또한 격자간 산소가 적다. 예컨대, 위에서 설명된 방법들을 사용하여 녹은 반도체로부터 직접 형성된 실리콘 웨이퍼들은 보통 분말에 기초한 기술에 관해서 적어도 3배 이상인 것에 비해, 2×1017atom/cc 이하인 격자간 산소 함유량을 가진다. 또한, 그러한 웨이퍼는 8.75×1017atom/cc(=10ppmw) 미만을 가지고, 보통 분말에 기초한 기술들에 관한 8.75×1017atom/cc보다 많은 것에 비해, 5.25×1017atom/cc(=6ppmw)인 총 산소보다 적다.
이제 열 추출 경향을 증가시키고 변화시키는 상이한 방식을 논의하는 것으로 돌아가서, 예를 들면 도 1의 130으로 도시된 것과 같은 상대적으로 더 두꺼운 둘레 구역을 갖는 웨이퍼에 대한 고찰이 이루어진다. 내부 구역들에 비해 웨이퍼가 더 두꺼운 것이 바람직한 구역들에서, 둘레 주위의 녹은 재료로부터 더 많은 열이 추출되도록, 녹은 반도체로부터 템플릿까지의 열 추출을 제어함으로써, 형성된 것과 같은 웨이퍼는 내부에서보다 둘레 주위에서 더 두껍게 될 것이다.
비슷하게, 특히 전기적 접속과 연관될 버스 와이어 랜딩(840a, 840b)으로 도 8에 도시된 것과 같이, 다른 기하학적 형태들 또는 상대적으로 더 두꺼운 스트라이프들에 관해 도 2의 240a, 240b에 도시된 것처럼, 상대적으로 더 두꺼운 것이 요구된 위치들에서 추출된 상대적으로 더 많은 열은, 상대적으로 열이 덜 추출되는 대부분의 내부 구역(810)에 비해, 그러한 위치들에서 상대적으로 더 큰 두께를 가져오게 된다.
또 다른 구역과 비교하여 한 구역에서의 열 흐름 및 추출에 있어서의 제어되고 설계된 차이들을 제공하기 위한 많은 상이한 방법이 아래에서 더 상세히 논의된다. 이들은 열 흐름 및/또는 추출을 늦어지게 하는(또는 소수의 경우에서는 증대시키는), 템플릿 상에서의 코팅 또는 자유롭게 서 있는 인터포저 층과 같은 기능성 층의 하나 이상의 구역을 제공하는 단계; 일부 구역들에서 더 두껍고, 따라서 열식 질량이 적고 열 추출 경향이 적은 더 얇은 다른 구역들에서보다 열식 질량이 더 많고 열 추출 경향이 더 많은 템플릿을 제공하는 단계; 템플릿 표면에 걸쳐 상이한 위치에서 상이한 양의 상이한 압력을 제공하는 단계; 빈 공간의 위치들에서 템플릿을 더 얇게 효과적으로 만드는 빈 공간들을 포함하는 것처럼, 템플릿 자체 내에 국부적으로 상이한 열적 성질을 제공하는 단계; 템플릿의 상이한 위치들에서 상이한 정도의 다공성을 제공함으로써, 다공성 자체로 인하거나, 정도가 상이한 다공성으로부터 생기는 상이한 정도의 압력 차이로 인한, 열 흐름의 정도와 상이한 양의 열 추출을 제공하는 단계를 포함하지만, 이들에 국한되는 것은 아니다.
템플릿의 기하학적 형태 또는 템플릿의 처리가 형성 또는 처리가 없이 템플릿에 의해 추출되는 것보다 존재하는 위치에서 더 큰 열 추출을 제공하는 경우에는, 그러한 형성 또는 처리를 본 명세서에서는 열 추출 증대제(enhancer) 또는 더 큰 열 추출 경향을 제공하는 처리라고 부른다. 상대적으로 더 얇은 템플릿 섹션을 제공하는 것이나, 그것들의 위치에서 템플릿의 열식 질량을 본질적으로 감소시키는 복수의 빈 공간을 제공하거나, 열 흐름을 늦어지게 하고 열 추출을 감소시키고 따라서 열 추출에 관한 경향을 감소시키는 코팅을 제공하는 것과 같이 더 적은 열 추출을 제공하는 템플릿 처리 또는 형성을 본 명세서에서는 열 추출 디트랙터(detractor)라고 부른다.
그러므로 일반적인 의미에서, 본 발명의 방법은 더 두껍게 되는 것이 요망되는 웨이퍼의 형성된 구역이 될 구역에서의 상대적으로 더 큰 열 추출 경향과, 더 얇게 되는 것이 요망되는 웨이퍼의 형성된 구역이 될 템플릿의 구역들에서의 상대적으로 더 적은 열 추출 경향을 갖는 구역들을 가지는 템플릿 상에 웨이퍼를 형성함으로써, 웨이퍼를 만드는 방법이다. 본 발명의 템플릿은 바로 위에서 설명된 상대적인 열 추출 경향을 가지는 템플릿이다. 더 크거나 더 적은 열 추출 경향을 갖는 위치들은 그것들이 요망되는 위치들에서의 템플릿에 구체적으로 생성된다.
용융물로부터 웨이퍼를 형성하는 것이 유리하고, 본 발명의 템플릿 상에 웨이퍼와 같은 몸체를 형성하고, 용융물 내에서 응고된 몸체를 생성하기 위해 본 명세서에 개시된 발명이 고려된다는 점이 주목되어야 한다. 형성된 몸체는 귀중한 제조물품을 구성하기 위해 템플릿으로부터 해제될 필요는 없다. 하지만, 역시 형성된 웨이퍼는 다양한 방식으로 템플릿으로부터 제거될 수 있다. 몇몇 경우에서는, 차이 압력 체제(regime)가 제거될 수 있는데, 즉 진공이 사용되면, 턴 오프(turn off)될 수 있고, 웨이퍼가 떨어진다. 또는 차이 압력 체제가 감소될 수 있는데, 즉 진공의 정도가 감소될 수 있거나, 압력의 차이가 감소될 수 있다. 또한, 기계적 수단이 단독으로, 또는 스트리핑(stripping) 핀, 스트리핑 프레임과 같은 차이 압력 체제, 또는 웨이퍼와 기계적으로 접촉하고 몰드-시트(mold-sheet)로부터 멀어지게 누르는 다른 도구들의 감소 또는 제거와 함께 사용될 수 있다. 템플릿으로부터 형성된 웨이퍼를 분리시키는 임의의 적합한 수단이 받아들여질 수 있고, 본 발명에서 고려된다.
또 다른 템플릿 구역과 비교하여 템플릿의 하나의 구체적으로 확인된 구역으로부터 더 많은 열을 추출하기 위한 몇몇 방식은, 다음 섹션들에서 논의된 방법들을 포함하지만 이들에 국한되는 것은 아니다. 논의를 간단히 하기 위해, 처음에는 도 1에서의 130과 같은 더 두꺼운 둘레 구역과 더 얇은 내부 구역(110)을 가지는 것이 요망되는 것으로 가정될 것이다. 그러므로 더 얇은 내부와 더 두꺼운 둘레가 논의된다. 하지만, 도 2에 도시된 것과 같은 스트라이프(240a, 240b), 도 8에 도시된 것과 같은 버스 와이어 보강 랜딩(840a, 840b), 및/또는 본 명세서에서 논의된 다른 상대적으로 더 두꺼운 구역들 중 임의의 것과, 본 발명의 방법에 따라 만들어지는 장래의 구조물에서 모양과 목적에 관계없이 설계되는 임의의 다른 상대적으로 두꺼운 구역들처럼 더 두꺼운 구역들이 요망되는 임의의 패턴에 다음 논의가 적용된다는 점이 이해되어야 한다. 그러한 경우, 본 명세서와 아래에서 논의되고 더 두꺼운 둘레를 생성하기 위한 방법들은 그 둘레 외에 원하는 곳에 더 두꺼운 구역을 생성하기 위해 조정되게 된다. (만약, 더 얇은 둘레 구역이 요망되면, 정반대의 조치가 취해진다)
열 추출을 제어하기 위해서는, 더 두꺼운 둘레의 바라는 폭의 둘레에 의해 둘러싸인 내부를 형성하는 패턴으로, 템플릿이나 용융된 표면상에 기능성 층 코팅이 제공될 수 있다. 그러한 기능성 층은 위에서 참조된 다이렉트 웨이퍼(Direct Wafer) 기술 특허 8,293,009호에서 설명된 타입들의 것일 수 있다. 기능성 층들은 그 중에서도 특히, 템플릿으로부터 응고된 몸체의 해제를 증대시키는 것, 결정화의 핵형성 위치들을 감소시키는 것, 결정화의 핵형성 위치들의 빈도수를 증가시키는 것, 바라는 위치들에서의 결정화를 위한 핵형성 위치를 확립하는 것과 같은 다양한 기능을 제공하는 기능성 층들이 논의된다. 일반적으로 DW 기술 특허의 단락 번호 00101과 00128-00141을 참조하라. DW 기술 특허의 도 32a 내지 32e와 도 33a 내지 33h는 용융 표면에 적용되는 기능성 층을 사용하는 방법들의 2가지 상이한 실시예를 보여준다.
본 명세서에서 개시된 발명에 관한 특별한 관심 사항은, 기능성 층이 제공되는 템플릿의 구역에서 용융물로부터 열이 덜 추출되도록, 열 흐름을 방해하는 타입의, 템플릿상에서의 기능성 층 코팅이다. (그러므로 그러한 기능성 층은 보통 열 추출 디트랙터이고, 그것의 존재는 존재하는 것과 동일한 열 추출 경향을 갖는 기능성 재료가 없거나 더 얇은 기능성 재료를 가지는 구역에 비해, 상대적으로 더 낮은 열 추출 경향을 갖는 템플릿의 구역을 생성한다) 기능성 층들을 템플릿 상의 코팅들로서 제공될 수 있거나, 템플릿이 접촉할 위치에서 녹은 표면상에 제공된 분말 형성물(formation)들로서 제공될 수 있다. 그러한 기능성 재료는 커튼(curtain) 코팅, 스프래잉(spraying), 슬롯 다이(slot die) 코팅, 메니스커스(meniscus) 코팅 - 하지만 이들에 국한되지는 않음 - 등과, 알려지지는 않았지만 나중에 개발되거나 개시될 임의의 적절한 방법을 포함하는 관련 분야에 공지된 방법들에 의해 쌓일 수 있다. 기능성 재료는 또한 몇몇 방식으로 템플릿과 녹은 표면 사이에 놓이는 자유롭게 서 있는 시트(sheet)와 같은 인터포저 층으로서 제공될 수 있다.
자유롭게 서 있는 인터포저 층은 템플릿에 부착되거나 그렇지 않으면 고정되거나 단독으로 놓인다. 그러한 인터포저 층은 기능성 층들이 어느 정도까지는 자유롭게 서 있는 형태를 가진다. 그러한 인터포저 층은, 본 명세서에 전문이 참조로 통합되어 있고, 본 명세서에서 인터포저 층 기술 특허 출원으로 불리고 있으며, "MAKING SEMICONDUCTOR BODIES FROM MOLTEN MATERIAL USING A FREE-STANDING INTERPOSER SHEET"라는 제목으로 2014년 4월 24일 미국 공보 2014-0113156-A1로 발표되고, 2010년 12월 1일 출원된 가 출원의 우선권을 주장하는, 2011년 12월 1일자로 출원된 PCT 특허 출원 PCT/US11/62914호의 미국 국내 단계인, 공표된 미국 출원 13/990,498호에 설명된다.
템플릿 상에 기능성 층의 재료 또는 두께를 국부적으로 확립하는 것은 또한 템플릿에 형성된 웨이퍼의 부분들의 두께를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 12a, 12b, 12c, 12d에 개략적으로 도시된 것처럼, 기능성 층이 용융물의 표면에서보다는 템플릿(1200) 자체 상에 놓일 수 있다. 그러한 기능성 층은 2가지 단계, 즉 도 12a에 도시된 것처럼 템플릿(1200)의 전체 표면(1250)에 걸쳐 균일하게 제1 층(1252)이 놓이는 제1 단계와, 도 12b 및 도 12c에 도시된 것처럼, 템플릿(1200)(기능성 재료의 제1 층(1252)으로 전체적으로 덮이는)의 둘레(1230)를 덮기 위해 마스크(1253)가 사용되는 제2 단계로 놓일 수 있다. 그럴 경우, 도 12c에 도시된 것처럼, 템플릿(1200)의 내부(1220) 구역에 기능성 재료의 추가 층(1258)이 놓인다. 그런 다음, 도 12d에 도시된 것처럼 마스크(1253)가 제거되어, 템플릿(1200)의 전체 표면(1250)을 덮는 기능성 층을, 내부(1220)에서 기능성 층(1258)의 더 깊고 더 두꺼운 구역과, 둘레(1230) 주위의 더 얕고 더 얇은 구역(1252)으로 남겨 둔다. 기능성 층(1252, 1258)으로 덮이게 되는 표면(1250)은 나중에 사용될 때 템플릿(1200)의 용융물 쪽의(melt-ward) 표면(1256)이 된다.
템플릿(1200)은 그 위에 반도체 웨이퍼를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대 사용된 것처럼, 더 두꺼운 2개 레벨의 기능성 층(1252, 1258)으로 덮인 본래 표면(1250)을 구성하는 용융물 쪽의 표면(1256)이 녹은 재료 표면 쪽으로 아래로 향하도록, 도 12a 내지 12d에 도시된 배향으로부터 도 12e에 도시된 것과 같은 배향까지 수직으로 템플릿(1200)이 홱 뒤집히게 된다. 그럴 경우 이러한 덮인 표면은 DW 특허의 도 3a 및 도 3b에 도시된 단락 0047에서 설명된 것처럼, 녹은 재료 부피의 표면과 접촉하게 된다(기능성 층이 없는 실시예들에 관해).
기능성 층들은 없을 때 추출되는 양에 비해, 액체 실리콘의 풀(pool)로부터 추출된 열의 양을 감소시킨다(그리고 다라서 열 추출 디트랙터이다). 그러므로 기능성 층(1258)이, 단일 기능성 층(1252)만을 갖고 있는 둘레(1230)보다 두꺼운 내부 구역(1220)에서는, 웨이퍼의 더 얇은 부분이 템플릿의 내부 부분의 중심(1220)에 인접하게 형성된다. 그러므로 더 얇은 내부 구역(120)과 더 두꺼운 둘레 구역(130)을 가진, 도 1에 도시된 것과 같은 웨이퍼(100)가 생기게 된다.
기능성 층들은 전술한 바와 같이 분말이나 스프레이 또는 다른 유체 재료로서 적용될 수 있거나, 전술한 인터포저 층 기술 특허 출원에서 설명된 것과 같이, 자유롭게 서 있는 인터포저 층의 부분으로서 적용될 수 있다. 도 13a 내지 13c는 템플릿(1300)(도 13a)과, 전체 웨이퍼 표면에 관한 열 추출의 정도를 확립하기 위한 제1 인터포저 층(1352)(도 13b), 및 템플릿(1300)의 표면의 내부 부분(1320)에 놓이는 제2 인터포저 층(1358)(도 13c)이 있어서, 내부 구역(1320)에서 제1 인터포저 층(1352)와 제2 인포저 층(1358) 모두의 총 두께가 템플릿(1300)의 둘레(1330) 주위에서 인터포저 층(1352)만의 총 두께보다 큰(더 두꺼운) 구성(set up)을 개략적으로 보여준다.
위에서 논의된 바와 같이, 녹은 반도체 재료의 몸체의 표면과 접촉하게 되는, 용융물 쪽의 표면(1356)을 기능성 층들(1352, 1358)이 형성하도록, 템플릿(1300)을 도 13c에 도시된 배향으로부터 홱 뒤집음으로써 도 13d에 도시된 것처럼 그곳에 도시된 것처럼 배향되게 사용된다. 템플릿(1300)의 뒷면(1354)은 녹은 재료로부터 멀어지게 향한다. 내부 부분(1320)에서 인터포저 층(1352)과 인터포저 층(1358)을 더한 상대적으로 더 두꺼운 층은, 둘레 구역(1330)에서 단일 층(1352)과 비교하여, 열 흐름이 덜하게 되고, 둘레(1330) 주위에 비해 내부(1320)에서의 열 추출이 덜하게 된다. 그러므로 웨이퍼의 더 얇은 내부 구역은 템플릿(1300) 상에 형성된다. 자유롭게 서 있는 인터포저 층들을 사용하는 과정은 분말 또는 다른 유체 기능성 층을 가지고 사용된 과정과 비슷하지만, 인터포저 층을 가지고는 마스크가 요구되지 않는데, 이는 그러한 인터포저 층이 기계적 조종기(manipulator)들에 의해 개별적으로 그리고 직접 높일 수 있기 때문이다. 어떠한 마스크도 요구되지 않는다. 보통, 인터포저 층은 또한 열 추출 디트랙터이고, 이는 열을 추출하는 템플릿의 경향의 국부적인 구역을 감소시킨다.
도 14a 및 도 14b는 도 2와 도 4에 도시된 것과 같이 웨이퍼 내부보다 더 두꺼운 스트라이프들과, 도 8, 도 9 및/또는 도 10에 도시된 것과 같은 더 두꺼운 랜딩 및/또는 아일랜드들을 가지는 웨이퍼를 만들기 위해 템플릿을 제공하는 구성을 개략적으로 보여준다. 도 14에서 크로스 해치되게(cross hatched) 그려지게 도시된, 기능성 재료의 제1의 균일한 층(1452)으로 덮이는, 사용 중에 용융물 쪽의 표면이 될 표면(1456)을 가지는 템플릿(1400)이 제공된다. 기능성 재료로 된 이러한 제1의 균일한 층(1452)의 7개의 패치(patch)가 아래에 더 상세하게 설명되는 것처럼, 도 14a에 도시되어 있다. 용융물 쪽의 표면이란, 웨이퍼를 형성하는 동안 용융물과 면한 다음 접촉하는 표면을 의미한다. 추가적인 기능성 재료가 3개의 불규칙적으로 성형된(shaped) 기능성 재료의 구역들(1465a, 1465b, 1465c)(도 14a에서 빛깔에 농담이 없는 흰색으로 도시된)의 형태로 제공된다. 이는 스트라이프(1460a, 1460b)의 형태를 가진 템플릿 구역들과, 또는 랜딩 구역(1462a, 1462b) 또는 아일랜드(1464a, 1464b)를 덮는 기능성 재료의 단일 층을 가져온다. 기능성 재료의 추가 구역들(따라서 그것들의 위치에서 기능성 재료의 2개의 층에 해당하는)(1465a, 1465b, 1465c)이, 대응하는 네거티브 모양의 마스크를 통하는 것과 같은 코팅들이나 자유롭게 서 있는 인터포저 요소들로서 제공될 수 있다.
스트라이프(1460a, 1460b 등)의 템플릿 구역(기능성 재료의 하나의 층만으로 덮여지는)은, 1465a, 1465b, 1465c처럼 크로스 해칭 없이 도시된, 기능성 재료의 2개의 층의 위치에서 열을 덜 추출하고, 1460a, 1460b, 1462a, 1462b 및 1464a, 1464b 등에서처럼 크로스 해치된 채로 도시된, 기능성 재료의 하나의 층만을 가지는 템플릿의 구역들에서는 더 많은 열을 추출하게 되는 템플릿을 만들어 내게 되고, 따라서 기능성 재료의 하나의 층의 스트라이프(1460a, 1460b)에 대응하는 위치들에서 더 두꺼운 스트라이프로 형성된 웨이퍼를 만들어 내게 된다. 비슷하게, 기능성 재료의 하나의 층만을 가진, 더 짧은 크로스 해치된 구역(1462a, 1462b)은, 그것들이 형성되는 성형된 재료에서 더 짧고 두꺼운 탭을 만들어 내게 되고, 기능성 재료의 하나의 층만으로 덮이는 템플릿 표면(1464a, 1464b)의 아일랜드들은, 도 10에 도시된 것과 같이 더 두꺼운 웨이퍼의 아일랜드들을 만들어 내게 된다.
도 14b는 패턴화된 기능성 층들이 제공되는 표면이 녹은 재료의 표면과, 용융물로부터 멀어지게 향하는 템플릿(1400)의 뒷면(1454)과 접촉하게 되도록, 아래쪽으로 향하게 도시된 용융물 쪽의 표면(1456)을 갖는 템플릿(1400)을 그것이 사용되는 바대로 배향된 것을 보여준다.
액체 또는 분말 배치 시스템에 의한 직접적인 배치, 또는 아무 곳에서나 유체 기능성 재료를 놓는 것을 허용하지만, 템플릿 표면(1454)의 선택된 구역들이 기능성 재료를 받는 것을 막는 마스크를 사용하는 것에 의해, 분말이나 액체와 같은 유체 형태로 기능성 재료가 제공될 수 있다.
일반적으로 열 추출 경향에서의 차이를 효과적으로 생성하기 위해, 도 12d와 도 12e를 참조하여 도시된 실시예를 다시 고려하면, 템플릿(1200)의 내부(1220)를 덮는, 기능성 재료(1258, 1252)의 총 두께와, 템플릿(1200)의 전체 표면(1250)(도 12a)을 덮는 기능성 재료(1252)의 두께 사이에 약 20미크론의 두께 차이가 존재한다. 이러한 20미크론의 두께는 작지만, 무시할 수 없고, 기능성 재료가 제공되는 템플릿으로 형성된 웨이퍼에서 눈으로 또는 만져서 탐지될 수 있다. (기능성 재료의 베이스 층은 이렇게 두껍거나 더 많거나 더 적을 수 있다. 예컨대, 베이스 층은 두께가 40미크론일 수 있고, 그럴 경우, 외부층은 20미크론의 두께를 가짐으로써 총 두께가 60미크론이 된다. 또는 그러한 기능성 재료는 서로 상이한 재료일 수 있다)
이는 웨이퍼의 한 부분과 그러한 웨이퍼가 형성된 템플릿을 통한 부분 단면도를 보여주는 도 15 및 도 16을 참조하여 개략적으로 도시되어 있다(도 12e에 도시된 것과 같은 좌측은 도 1b, 도 5b, 도 6b, 도 7b의 좌측 부분과 비슷하다). 웨이퍼(1500)는 도 12e에 도시된 템플릿(1200)과 본질적으로 동일한 템플릿(1200)에 맞닿아 형성되었다. 그러한 템플릿은 템플릿(1200)의 전체를 덮는 제1의 전반적인 층(1252)과, 내부 구역에서의 제2의 층(1258)을 가지는 기능성 재료를 가진다. 그러므로 내부에서의 기능성 층의 두께는 더 두껍다. 형성된 웨이퍼(1500)는 더 두꺼운 둘레 섹션(1530)과 더 얇은 내부 섹션(1520)을 가진다. 웨이퍼는 템플릿(1200)의 용융물 쪽의 표면(1256)에 면하는 표면(1556) 상에서는 평탄하지 않다. 웨이퍼(1500)의 템플릿에 면하는 표면(1556)은 오목하게 된 섹션(1557)(도 16에서 아마도 가장 잘 보이는)을 가지는데, 이는 내부(1258)와 전반적인 층(1252)에서의 기능성 재료의 결합된 구역들의 높이 차이로 인한 것이다. 전반적인 층(1252)은 오로지 템플릿 둘레 구역(1230)에서 존재하는 기능성 재료이다. 본 발명의 웨이퍼의 대표적인 실시예에서는, 약 100미크론의 두께를 갖는 내부 섹션(1520)과 두께가 200미크론과 250미크론 사이에 있는 둘레 구역(1530)을 가지는 웨이퍼의 경우, 이러한 오목부가 대략 20미크론의 깊이를 가질 수 있다(웨이퍼(1500)의 두께 방향으로).
성장한 웨이퍼(1500)의 둘레 구역(1530)은 실제로 내부 구역(1520)보다 더 두껍고, 그 둘레는 내부 섹션의 베이스 레벨(1521)로부터 멀어지게 연장된다는 점을 볼 수 있다. 위에서 언급된 사이즈에 관해서는, 그 둘레가 베이스 레벨(1521)로부터 멀어지게 약 100 내지 150미크론만큼 연장하는 내부 구역에 비해 높아진 부분을 구성한다. (도 16과 다른 도면들은 실제 비율대로 그려지지 않았다)
둘레 구역(1530)이 내부 부분(1520)보다 더 두껍고, 그것으로부터 멀어지게 연장하는 중대한 이유는, 내부(1220)에 있는 것보다 둘레(1230)에서 코팅된 템플릿(1200)의 열 추출 경향이 더 크기 때문인데, 이는 둘레(1230) 주위에서의 기능성 재료의 두께가 더 적고(즉, 둘레에서는 층(1252)만이 존재하지만 내부에서는 층(1258)과 층(1252)이 또한 존재한다), 내부 섹션(1220)에서 존재하는 것보다 열의 흐름과 열 추출의 양에 대한 제한이 덜하기 때문이다. 기능성 재료 층(1258, 1252)은 동일한 재료와 열적 특성을 가질 수 있는데, 그러한 경우 두께의 차이가 열 추출 경향에서의 차이를 가져온다. 층(1258, 1252)은 또한 상이한 제2 재료인 기능성 재료의 더 두꺼운 경우보다 열 추출의 효과가 더 큰 제1 재료인 기능성 재료의 더 얇은 경우가 될 수 있게 층(1258, 1252)의 열적 특성이 다르도록, 상이한 재료 또는 밀도의 것일 수 있다. 이는 템플릿의 표면에 걸쳐 다양한 열 추출 경향을 갖는 다른 방법들과 다른 타입의 템플릿을 논의하는 상황에서 아래에 더 상세하게 논의된다.
1557에 도시된 것과 같이 성장한 웨이퍼가 상대적으로 더 두꺼운 것이 요망되는 구역들에서의 기능성 재료의 약간 더 두꺼운 구역으로 인한 작은 오목부(recess)가 있는 것은, 그러한 기능성 재료가 유체 재료(액체 또는 입자들인)와 같은 코팅으로서 제공되는지 또는 자유롭게 서 있는 인터포저 시트로서 기능성 재료가 제공되는지가 존재하게 된다. 도 10(웨이퍼에 관한)과 도 14a 및 도 14b(템플릿을 보여주는)를 참조하여 도시된 것처럼, 더 두꺼운 스트라이프, 랜딩, 및 아일랜드를 구성하는 것들과 같은 기하학적 형태를 가진 다른 웨이퍼의 경우에 대해서도 존재하게 된다.
두께가 변하게 명확히 설계된 구역을 갖는 템플릿
도 17을 참조하여 개략적으로 도시된 것처럼, 웨이퍼 표면 영역의 명확하게 설계되고 제어된 다른 위치들에서 다른 두께를 갖는 웨이퍼들을 만들기 위해, 표면 영역에 걸쳐 두께가 변하는 템플릿(1700)이 또한 제공될 수 있다. 그러한 템플릿은 용융물 쪽의 표면(1756)과 뒷 표면(1754)을 가진다. 용융물 쪽의 표면이란, 웨이퍼를 형성하는 동안 용융물에 면하고 접촉하는 표면을 의미한다. 보통, 템플릿(1700)의 용융물 쪽의 표면(1756)이 처음에 용융물과 접촉할 때, 템플릿 표면(1754)은 실리콘의 응고 온도 밑에 있는 온도에 있다. 템플릿(1700)으로의 전도(위에서 논의된 것과 같이 존재하는 임의의 기능성 층들을 통한)에 의해 용융물로부터 열이 추출된다. 템플릿의 온도가 높아지고, 이는 템플릿에 생성되는 웨이퍼의 두께를 제한한다. 이는 템플릿의 온도가 반도체가 녹는 온도까지 올라갈 때, 녹는 온도까지 상승한 위치들에 있는 템플릿에 대항하여 재료가 더 이상 응고될 수 없기 때문이다. 템플릿의 구역이 더 두꺼울수록, 그 구역을 이러한 온도까지 올리는 데 더 긴 시간이 걸리고, 더 얇은 템플릿 구역들에서와 비교했을 때 더 두꺼운 구역들에서의 템플릿에 대항하여 응고하는 웨이퍼 재료의 두께는 더 크다. 그러므로 템플릿의 더 두꺼운 구역은 더 얇은 구역보다 더 많은 열 추출 가능성/경향을 가진다. 그러므로 더 두꺼운 템플릿 구역이 열 추출 증대기이고, 더 얇은 템플릿 구역이 열 추출 디트랙터이다.
그러므로 도 17을 참조하여 개략적으로 도시된 본 발명의 방법의 또 다른 실시예에서는, 템플릿(1700) 자체의 두께는 내부 구역(1720)과 같은 템플릿의 한 구역으로부터 둘레 구역(1730)과 같은 또 다른 구역까지 다를 수 있다. 만약, 예컨대 둘레 구역(1730)과 같은 다른 구역들보다 국부적으로 더 얇은 내부 구역(1720)과 같은 일정한 구역을 만듦으로써 템플릿(1700)에서의 상대적으로 열식 질량이 덜 한 곳이 존재한다면, 열식 질량이 덜하고 열적 추출도 덜하게 되며, 템플릿(1700)의 내부(1720)는 더 두꺼운 둘레 구역들(1730)에 비해 상대적으로 신속하게 녹는 온도까지 온도가 상승하고 따라서 템플릿(1720)의 더 얇은 구역에서는 응고되는 실리콘이 더 적게 되어, 예를 들면 도 1 및 도 1a에서의 웨이퍼(100)를 참조하여 도시된 것처럼, 내부 구역에서는 국부적으로 더 얇은 웨이퍼가 생기게 된다.
템플릿의 실질적으로 평면적인 용용물 쪽으로의 표면(1756)을 용융물 표면과 접촉시킴으로써, 두꺼운 둘레(130)와 더 얇은 내부(110)를 가지는, 도 1에서 100으로 도시된 것과 같은 웨이퍼를 템플릿(1700)이 형성하게 된다는 점은 명백하지 않고, 반직관적이며, 새로운 것이라는 점이 주목되어야 한다. 도 17에 도시된 것과 같은 몰드(1700)에서 성장한, 도 1에 도시된 것과 같은 웨이퍼(100)의 일부를 단면도로 보여주는 도 18을 참조하여 개략적으로 도시된 것처럼, 웨이퍼(100)는 템플릿(1700)의 용융물 쪽의 표면(1756)으로부터 용융물 내로 멀어지게 성장한다. 하지만, 뒷 표면(1754)으로부터 조여지는 것처럼, 상이한 두께로 인한 템플릿(1700)의 둘레 부분(1730)과 내부 부분(1720)의 상이한 열 추출 경향 때문에, 성장된 웨이퍼(100)는 두꺼운 둘레(130)와 얇은 내부(120)가 있는, 템플릿(1700)의 것을 질적으로(양적으로가 아닌) 반영하는 두께를 가지게 된다. (템플릿과 웨이퍼의 얇은 부분과 두꺼운 부분의 두께의 차이 정도는 서로 다르게 되고, 도 18은 개략적으로만 그려진 것이며, 실제 비율대로 그려진 것이 아니다)
형성된 웨이퍼(100)의 비평탄형 표면(154)은(도 1a에 도시된, 도 1에서의 뷰어를 향하는) 템플릿의 용융물 쪽의 표면(1756)으로부터 성장할 것이고, 성장하며 멀어지게 향한다. 그러므로 형성된 웨이퍼(100)의 실질적으로 평면형 표면(156)은 템플릿(1700)의 실질적으로 평면형인 용융물 쪽 표면(1756) 상에 형성되고 그러한 표면(1756)과 짝이 되며, 웨이퍼(100)(면(154))와 템플릿(1700)(뒷면(1754)) 각각의 비평탄형 표면은 서로로부터 멀어지게 향한다.
(실제로는 템플릿 온도가 실리콘의 용융점에 도달하기 전에 템플릿이 어느 정도 웨이퍼 성장을 계속하기에 충분한 열을 템플릿이 추출하는 것을 멈추게 되는 것이 또한, 주목되어야 한다. 템플릿은 일반적으로 녹은 실리콘의 온도 이상에 있고, 그러한 템플릿이 용융물을 국부적으로만 냉각시키는 녹은 실리콘과 도가니에 비해 상대적으로 작은 열용량을 가진다. 템플릿이 뜨거워짐에 따라, 열 추출의 비율이 줄어들고, 결국에는 나머지 용융물로부터의 열의 유입보다 더 크고, 용융점 아래까지 녹은 재료의 국부적인 층을 냉각시키는데 요구되는 것보다 낮아지게 되어, 융해열을 극복하게 된다)
도 15에 도시된 템플릿(1200)과 같은, 기능성 재료로 처리된 부분들을 가지고 작동하는 템플릿과, 도 17 및 도 18에 도시된 템플릿(1700)과 같은 상이한 두께의 부분들을 가지고 작동하는 템플릿 모두에 관해서, 용융물 쪽 표면인 표면(1256)과 표면(1756)은 각각 실질적으로 편평하지만, 웨이퍼들은 각각의 템플릿을 제어하는 것으로부터 멀어지게 각각 향하는 웨이퍼들의 편평하지 않은 표면(1554, 1754)을 가지고 성장한다.
또한, 위에서 제시된 다른 웨이퍼의 기하학적 형태에 대응하는 상이한 구역들에서의 상이한 두께를 가지는 템플릿을 제공하는 것이 가능하다. 예컨대, 도 19에 개략적으로 도시된 것처럼, 일반적으로 평면형인 용융물 쪽 면(1956)(도 19에서는 보이지 않음)가 뒷면(1954), 그리고 상대적으로 얇은 전반적인 내부 구역(1920)을 가지는 템플릿(1900)을 제공하는 것이 가능하다. 그러한 얇은 구역(1920)이 베이스 레벨을 확립하고, 돌출부들의 위치에서의 템플릿의 두께가 베이스 레벨의 더 얇은 부분(1920)보다 더 두껍도록, 이러한 베이스 레벨로부터 상승된 부분들 또는 돌출부들이 연장한다. 이러한 돌출부는 둘레(1930)의 모양과 위치들에 있어서는, 위에서 논의된 것처럼, 스트라이프(1960), 랜딩 또는 탭(1940), 및 아일랜드(1942) 등 중 하나 이상을 취할 수 있다. 그러한 템플릿의 뒷면(1954)은 평면형이 아니게 되고, 그 템플릿은 템플릿이 더 두꺼운 구체적으로 설계된 위치(1930, 1940, 1942, 1960)에서 더 큰 열 추출 경향을 가지게 된다. 그러므로 그러한 템플릿에 형성된 웨이퍼는 더 두꺼운 둘레(1730)를 갖는 템플릿(1700)에서 성장할 때, 웨이퍼(100)의 더 두꺼운 둘레(130)가 가지는 비슷한 방식으로, 올려진 돌출부에 대응하는 위치들에서 더 두꺼운 구역들을 가지게 된다. 웨이퍼의 더 두꺼운 부분들은 용융물 내로 성장한다.
일반적으로, 두꺼운 템플릿 상의 작은 영역은 템플릿의 더 큰 영역을 가지는 것보다 더 큰 부피비(volume ratio)에 대한 표면적을 가지게 되어, 그 둘레에서 잠재적인 열 추출의 흔들림(blurring)이 상대적으로 더 많아지게 된다. 예를 들면, 200미크론의 두께를 갖는 둘레를 이룩하고 또한, 그 둘레보다 더 큰 부피비에 대한 표면을 가지게 되는, 200㎛ 두께의 작은 아일랜드를 이룩하기 위해서는, 설계자가 아마도 그 둘레를 확립할 템플릿의 구역보다 더 두꺼운 아일랜드를 확립할 템플릿의 구역을 만들 필요가 있게 된다(또는 벌크 열용량의 부피당 열 손실에 있어서 더 크고 더 작은 표면적을 가지는 임의의 구역).
도 19a는 도 19의 섹션(A-A)에서 잘라낸 템플릿(1900)을 보여주는 것으로, 도 1 또는 도 10에 도시된 것과 같이, 웨이퍼(100)에서 더 두꺼운 둘레 구역(130)의 성장을 야기하게 되는, 더 얇은 내부 구역(1920), 더 두꺼운 둘레 구역(1930) 및 둘레(1030)를 보여준다. 또한, 도 19에는 도 10에 도시된 것처럼 1040a, 1040b와 같이 더 두꺼운 랜딩 또는 탭을 생기게 하는 템플릿의 더 두꺼운 구역(1940)이 도시되어 있고, 또한 도 2에 도시된 것처럼 240a, 240b와 같은 더 두꺼운 스트라이프를 생기게 하는, 템플릿의 더 두꺼운 구역(1960)이 도시되어 있다.
도 19b는 위에서처럼 더 얇은 내부 구역(1920), 더 두꺼운 둘레 구역(1930) 및 더 두꺼운 스트라이프를 생기게 하는 더 두꺼운 구역(1950)을 보여주는, 도 19의 섹션(B-B)에서 잘라낸 템플릿(1900)을 보여준다. 더 두꺼운 둘레 구역(1930)과 더 두꺼운 스트라이프 구역(1960) 사이에는, 도 10에서 1042a, 1042b로 도시된 것과 같은 더 두꺼운 아일랜드의 성장을 야기하는 더 두꺼운 구역(1942)이 존재한다.
도 20a는 템플릿(1900)에서 성장하게 되는, 웨이퍼(2000)의 부분의 단면과 연관된, 도 19a의 템플릿(1900)의 동일한 부분의 단면도를 나타내는 것으로, 더 두꺼운 템플릿 구역(1930)과 매칭된 더 두꺼운 둘레 구역(2030), 웨이퍼의 더 두꺼운 탭 또는 랜딩 구역(2040) 및 더 두꺼운 스트라이프 구역(2060)을 보여준다. 도 20b는 템플릿(1900)에서 성장하게 되는 동일한 웨이퍼(2000)의 부분의 단면과 연관된, 도 19b의 템플릿(1900)의 부분을 도시하는 것으로, 또한 더 두꺼운 둘레 구역(2030)과 더 두꺼운 스트라이프 구역(2060), 그리고 더 두꺼운 아일랜드 구역(2042)을 보여준다. 도 18을 참조하여 개략적으로 도시된 더 간단한 템플릿과 웨이퍼 쌍을 가지고, 그러한 템플릿과 비교하여 질적으로 거울(mirror)과 같은 구성에서 웨이퍼가 성장하도록, 성장한 웨이퍼의 상대적으로 더 두꺼운 구역들이 템플릿으로부터 용융물 내로 멀어지게 성장하는 것을 볼 수 있다. (질적으로라는 것은 더 두껍고 더 얇은 구역들이 서로 인접한/반영시키는 것이라고 여겨지는 것이지만, 그것들은 양적으로 반영하지 않는다는 것은, 웨이퍼를 따라 존재하는 그것들의 측면부 크기가 매칭되고, 사이즈 크기에 있어서 본질적으로 같다는 것을 의미하지만, 서로로부터 멀어지는 그것들의 돌출부는 사이즈가 같지 않다.)
그러한 베이스 레벨과 돌출부를 갖는 템플릿들은, 밀링, 드릴링, 소잉(sawing) 동작들이 있는 종래의 기계가공(machining)에 의한 것과 같이 임의의 적합한 수단으로 제작될 수 있다. 예컨대, 한 가지 방법은 감소된 두께를 가져야 하는 템플릿의 구역에서 포켓을 판에 박은 듯이 평평하게 깎으면서, 진공 척(chuck)을 사용하여 고착시킴으로써 재료의 얇은 시트를 기계 가공하는 것이다. 레이저 기계 가공은 절삭력을 회피하면서, 정착물의 요구 사항을 완화시키는 또 다른 대안적인 방법이다.
형성된 웨이퍼의 두께를 변화시키는 또 다른 수단은 웨이퍼를 형성하는 동안 인가된 상이한 정도의 차이 압력을 인가하는 것에 관계된다. 다이렉트 웨이퍼 기술 특허는 녹은 표면에서의 구역에 비해, 몰드 면(mold face)에 걸리는 압력 차이를 제공하는 것을 논의하고, 이러한 압력 차이는 보통 용융물 표면에서의 기압과 비교된, 몰드 면에서의 진공도(vacuum)이다. 내부 구역과 같은, 템플릿의 또 다른 구역에서의 압력 차이와 비교하여, 둘레 구역과 같은 템플릿의 한 구역에서의 상대적으로 더 큰 압력 차이를 가지는 것이, 더 큰 압력 차이의 위치들에서의 더 많은 열 흐름과 더 많은 열 추출을 초래하게 될 것이라는 점이 결정되었다. 이는 더 높은 진공 레벨이 템플릿으로의 더 높은 비율의 열 전달을 초래함으로써, 실리콘을 더 빠르게 더 두꺼운 최대량까지 응고시키기 때문이라고 믿어진다.
사실은, 더 큰 압력 차이를 갖는 구역들이 더 큰 열 추출 경향을 가진다고 결정되었고, 더 큰 압력 차이를 갖는 그렇나 템플릿 구역들에 대항하여 형성된 웨이퍼의 구역들이 압력 차이가 덜한 구역들에 인접하거나 면하는 성장한 웨이퍼의 구역들보다 상대적으로 더 두껍다는 점이 결정되었다. 위에서 논의된 용어들에서, 더 큰 압력 차이란 열 추출 증대기이고, 덜한(lesser) 압력차이란 열 추출 디트랙터이다. 그러므로 본 발명은 형성된 웨이퍼에서 상이한 두께를 가지는 것이 요망되는 특별히 설계된 위치들에 따라 배치된 상이한 레벨의 차이 압력을 제공하는 것이다.
다이렉트 웨이퍼 기술 특허는 또 다른 것에 비해 하나의 위치에서 상대적으로 더 큰 압력 차이(더 강한 진공도와 같은)를 제공하는 방식을 논의한다. DW 기술 특허의 도 27에 도시되고 단락 번호 00160과 00163에서 논의된 이렇게 하는 한 가지 방식은, 첫 번째는 제1 압력으로 유지되는 제1 내부 구역과, 상이한 압력 차이가 제공되는 제2 둘레 구역 플리넘(plenum)의 2중(dual) 플리넘을 제공하는 것이다. 그러므로 더 큰 압력 차이가 둘레 구역에서 제공될 수 있고, 이러한 더 큰 압력 차이는 또한 열 흐름을 증대시키게 되며, 따라서 그 둘레 구역에서 용융물로부터 더 많은 열을 추출함으로써, 그 둘레 구역에서 더 두꺼운 웨이퍼가 만들어진다. (DW 특허에서 논의된 2중 플리넘 몰드를 가지기 위한 이유는 더 얇은 내부를 생성하기 위해, 내부에 마주보는 둘레 주위에서 상이한 차이 압력 체제를 확립하기 위한 이유와 완전히 다르고, 다른 방식으로 사용된다. 단락 번호 00114에서 도 27과 연계하여 논의된 2중 플리넘 장치에 관한 한 가지 이유는, 몰드의 상대적으로 예리하고 보유력이 있는 가장자리 부근에서 웨이퍼가 형성되는 것을 방지함으로써, 형성된 후 형성 표면으로부터 웨이퍼를 제거하는 것에 있어 도움이 되기 위해서이다. DW 기술 특허의 단락 번호 00118에서 논의된 또 다른 이유는, 몰드 시트 자체를 진공 플리넘 조립체에 고착시키는데 도움이 되는 것이다)
형성되는 웨이퍼의 두께를 변화시키기 위한 또 다른 방법은, 코팅과 같이, 또 다른 것에 비해 템플릿의 하나의 구역에서 정도가 다른 투과성을 가지는 기능성 재료를 제공함으로써, 인가된 차이 압력의 정보를 변화시키는 것이다. 그러한 구조는 진공이 요망되지 않는 영역에서 몰드 시트(2705)의 뒷면(back-side) 상의 불침투성 코팅(2712)을 다루고 있는 DW 기술 특허 단락 번호 00118에서 논의된다. 그러한 코팅의 예는 CVD SiN(질화 규소) 또는 열분해 흑연이다. 위에서 논의되는 것과 같은 모든 기능성 재료 층은 어느 정도까지는 침투성이 있지만, 상이한 정도의 침투성을 가지지만 비슷한 특성들(두께, 열식 질량, 열전도율 등)을 갖는 기능성 재료들은 상이한 두께를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 위에서 논의된 용어들에서, 더 큰 압력 차이를 가져올 수 있는 더 큰 투과성을 갖는 기능성 재료는 열 추출 증대기이고, 덜한 압력 차이를 가져올 수 있는 덜한 투과성은 열 추출 디트랙터이다. 하지만, 웨이퍼의 두께에 관련해서는, 코팅과 같은 기능성 재료의 영향을 미치는 특성이 상대적으로 덜할 것이라고 예상된다.
본 발명의 방법의 또 다른 실시예에서는, 템플릿이 용융물에 접촉하기 전 예열 단계(phase) 동안 템플릿의 온도가 국부적으로 변할 수 있다. 템플릿의 온도가 더 낮은(더 찬) 구역들에서는, 더 큰 두께를 갖는 실리콘이 얼게 되어, 더 두꺼운 구역을 가져온다. 그러므로 웨이퍼의 더 두꺼운 둘레 구역을 달성하기 위해서는, 템플릿의 둘레가 템플릿 내부보다 더 낮은 온도로 유지되게 된다. (즉, 달리 얘기하면, 더 두꺼운 둘레 구역을 달성하기 위해서는, 템플릿의 내부가 그러한 템플릿의 둘레 구역보다 높은 온도로 가열 또는 유지될 수 있다.) 위에서 논의된 용어에서, 템플릿의 더 낮은 온도 구역이란 열 추출 증대기이고, 템플릿의 더 높은 온도 구역은 열 추출 디트랙터를 말한다. 일반적으로, 템플릿 온도는 두께 제어에 관해서 중요한 메커니즘이다. 하지만, 본 명세서에서 논의된 구조들을 생성하기 위한 충분히 국부적인 기초하에서는, 본 명세서에서 논의된 다른 기술이 더 실용적이고 비용면에서 효과적이라고 믿어진다. 하지만, 템플릿 온도 조정의 균형을 잡는 것에 대한 비용 및 효과를 중요시하는 점을 고려하는 경우에는, 성형된(shaped) 가열 요소들, 열 차폐 또는 국부적인 냉각과 같은 종래의 수단에 의해 그러한 것이 이루어질 수 있다. 웨이퍼의 둘레에서 두껍게 하는 것의 효과는, 열 추출 경향을 국부적으로 변화시키는 이러한 방법의 경우에서는 더 점진적일 수 있어서, 더 두꺼운 둘레와 더 얇은 내부 구역 사이의 더 매끄러운 전이를 가져온다. 심지어 예컨대, 10㎜ 정도로 상대적으로 넓은, 증가된 두께의 테두리 구역에서도, 웨이퍼의 중앙 내부 영역의 76%가 상대적으로 더 얇게 되고, 여전히 더 낮은 실리콘 사용량과 더 높은 효율의 이점들을 제공한다.
둘레 구역으로부터 더 많은 열을 추출하고, 따라서 더 두꺼운 둘레 구역을 가지는 웨이퍼를 제공하기 위한 또 다른 방법은, 도 21을 참조하여 도시된다. 이는 보통 내부 또는 둘레에서 또는 둘 다에서 비어있거나 부분적으로 채워진, 또는 2가지 모두가 결합되는 구멍들을 제공함으로써, 템플릿의 내부에 관해서보다는 템플릿의 둘레 구역에 관해 상이한 열적 특성을 제공하는 것이다.
또 다른 것과 비교해서 몰드의 하나의 구역에 관한 상이한 열적 특성을 제공하는 한 가지 방식은, DW 기술 특허 단락 번호 00103-0014에서 설명된다. (이 방법은 상이한 두께를 갖는 구역들을 가지는 웨이퍼를 만들기 위한 것이 목적이 아니고, 예측되거나 논의된 가능성에 관한 것도 아니었다. 동적으로 안정적인 메니스커스에 관한 필요성 없이, 고체-액체 계면의 평면내 옆으로의 전파를 실행하는 것이 목표이다. 이는 몰드의 특성과 기하학적 형태를 변화시킴으로써 몰드 시트로의 열 전달의 비율을 공간적으로 변화시킴으로써 행해진다.)
도 20은 몰드 시트(빈 공간(2016)들에서의)의 부분들이 본질적으로 몰드의 다른 부분들(빈 공간 사이의 위치(2004))보다 얇도록, 몰드 시트의 몸체(2005) 내에서의 이격된 빈 공간(2016)(이 단락에서의 참조 번호는 DW 특허 도면들을 가리킨다)을 보여준다. 빈 공간에서의 부분들은 본질적으로 그러한 빈 공간들 사이의 다른 구역들보다 얇다.
본 발명에 관해서, 본 출원의 도 21을 참조하여 개략적으로 도시된 것처럼, 둘레(2130) 주위가 아니고, 내부(2120) 내에 위치한 구멍(2102)들의 필드가 제공된 템플릿(2100)을 사용하는 것이 가능하다. 일반적으로, 그러한 구멍들은 직경이 상당히 작고, 서로 간격이 상당히 가깝게 되어있을 수 있다. 예컨대, 그러한 구멍은 대략 템플릿의 두께 이하인 중심과 중심 사이의 공간(center-center spacing)을 가질 수 있다. 예를 들면, 1㎜ 두께의 흑연 템플릿(용융물 쪽 표면으로부터 뒷 표면까지)에서는, 0.5㎜의 직경과 0.6㎜의 깊이를 가진 구멍들이 1㎜의 간격을 두고 있을 수 있다. 6각형 공간 배치가 보통 선호되지만, 바람직하지만, 정사각형 배치 또한 유리하다. 구멍들의 직경은 마찬가지로 대략 템플릿의 두께 이하이다. 구멍들의 깊이는 열 추출 경향에서의 효과적인 변화를 제공하는 임의의 사이즈를 가질 수 있고, 이는 보통 템플릿 두께의 적어도 절반을 의미하며, 그 상한은 템플릿의 전체 두께이다.
구멍들은 블라인드(blind)할 수 있는데, 이는 녹은 재료로부터 멀어지게 향하는, 템플릿(2100)의 뒷면(2154)에 보통 열린 끝(end)이 있는, 템플릿 두께를 통해 부분적으로만 지나간다는 것을 의미한다. 용융물 쪽 면(2156)은 녹은 재료를 향하고, 그것을 통과하는 임의의 구멍에 관하여 적어도 일반적으로 매끄럽다(즉, 어떠한 구멍에 의해서도 관통되지 않음). 또는 그 구멍들이 뒷면(2154)으로부터 용융물 쪽 면(2156)까지 일관되게 템플릿 몸체를 지나갈 수 있다. 또는, 구멍들의 적어도 일부에 관해서는 2개의 채워지거나 단단한 구역들 사이에서 갇힌 빈 공간 구역이 존재하도록, 그 구멍들이 먼저 템플릿의 뒷면에서 그것들의 끝이 열린 블라인드 구멍들을 확립한 다음, 그러한 뒷면을 마개로 막음으로써 제작될 수 있다.
만약 구멍이 블라인드하고, 속이 비어 있으며, 용융물 쪽 표면(2156) 상의 접촉하지 않은 닫힌 끝 부분이 녹은 재료를 향하고, 뒷면(2154)에 그것들의 열린 끝 부분이 녹은 재료로부터 멀어지게 향하고 속이 빈 채로 남아 있을 경우에는, 그것들의 위치에서 더 얇은 템플릿 구역들을 효과적으로 생성하고, 이는 그러한 위치들에서 용융물로부터 열을 덜 추출하게 되어 그러한 위치들에 인접한 더 얇은 웨이퍼 몸체를 가지게 된다. 그러므로 구멍들이 속이 빈 있는 채로 남아 있고, 함께 충분히 가까이 있으며, 열 추출 목적을 위해 충분히 자아서 내부 내에서 더 얇은 템플릿의 연속 구역을 본질적으로 생성하게 되면, 그러한 템플릿은 그것의 내부가 효과적으로 더 얇게 되고(도 17에 도시된 몰드(1700)의 내부 구역(1720)과 유사하게), 내부에 속이 빈 블라인드 홀들의 필드가 제공된 템플릿으로 형성된 웨이퍼는 바라는 바대로, 그리고 도 1에 개략적으로 도시된 것처럼, 더 얇은 내부 구역을 가지게 된다.
그러므로 빈 공간 또는 구멍을 제공하는 것은, 다른 것들보다 상대적으로 더 얇은 템플릿의 구역들을 만드는 또 다른 방식이다. 그러므로 템플릿 구역에서의 복수의 빈 공간은 더 얇은 템플릿 구역을 가져오고, 따라서 열 추출 디트랙터를 구성한다. 도 17의 1720에서와 같은 연속적인 더 얇은 구역과 대조적으로 구멍들을 사용하는 것은, 더 낮은 열식 질량을 가지는 템플릿을 가져올 수 있어, 도 17에 도시된 연속적으로 더 얇은 형태보다 열 추출을 더 적지만 더 많은 기계적 강도를 갖게 된다.
구멍들은 알려진 기계식 가공 수단에 의해 형성될 수 있다. 한 가지 방법은 바라는 위치들에 구멍을 뚫는 것이다. 또 다른 방법은 원형인 톱날(saw blade)을 갖는 복수의 가깝게 이격된 평행한 쏘 컷(saw cut)들을 제공하는 것으로, 이는 구멍들의 바라는 간격(spacing)만큼 이격된 템플릿을 시종일관 지나가는 것은 아니다. 그럴 경우, 평행한 소 컷들의 제2 세트가 제공될 수 있고, 그러한 제2 세트는 역시 구멍 간격(역시 소 컷들의 자른 면을 고려하는)까지 이격된 바라는 제1의 복수의 구멍에 수직으로 배향된다. 이는 소 컷들 사이의 공간의 교차점에서 곧게 선 핀(pin)과 유사한 복수의 구조물을 만들게 된다. 이러한 핀들은 나머지 재료의 격자를 형성하고, 모든 핀들 사이의 공간들은 표면에서 구멍들과 비슷하게 됨으로써, 템플릿의 효과적으로 더 얇은 내부 구역을 확립한다.
더 큰 상대적인 열 추출을 가지는 구역들을 제공하는 또 다른 관련된 방식은, 다른 구역들보다 가스 투과율이 더 큰 템플릿 구역들을 제공하는 것이다. 투과율이 더 큰 구역들은 차이 압력 체제로 인해 상대적인 압력의 더 큰 힘이 형성하는 몸체에 적용될 수 있게 하고, 따라서 더 큰 압력 차이로 인해 더 많은 열 추출이 이루어진다. 다공성 재료를 통과하는 점성이 있는 흐름에 관한 압력경도는 그 재료의 가스 투과율에 의해 나누어진 점성도의 흐름 속도(flow rate) 시간에 의해 결정된다. 이는 달시(Darcy)의 법칙으로 당업자에게 공지된 관계에 의해 지배를 받는 현상인 점이라는 것이 그 특징이다.
이를 행하는 한 가지 방식은 제공되는 위치들의 가스 투과율을 변경하는 기능성 재료들을 제공하거나, 상이한 위치들에서의 상이한 투과율의 기능성 재료들을 제공함으로써, 위에서 이미 논의되었다. 일부 경우에서는, 블라인드 구멍(또는 열린 구멍)의 필드를 제공하는 것이, 구멍이 없는 구역들에 비해 구멍이 존재하는 구역에서 더 큰 가스 투과율을 확립하게 된다. 그러므로 블라인드 구멍이 존재하는 구역들은 증대된 열 추출을 제공할 수 있고, 따라서 그것들 위에 형성된 반도체의 더 두꺼운 구역을 제공하게 된다. 이러한 효과는 위에서 논의된 효과와 반대되는 것인데, 이 경우 더 얇은 구역들이 열식 질량이 덜한 것들을 구성하고, 따라서 웨이퍼의 더 얇은 부분들이 구멍들이 있는 템플릿 구역들에 인접하게 형성된다는 점을 주목하라. 투과율이 더 높고, 열식 질량이 덜한 것의 효과들은 잘 규정되고, 당업자라면 그것들의 상대적인 크기를 이해할 수 있으며, 따라서 구멍들의 사이즈와 위치의 적절한 선택에 의해 바라는 효과를 결정하고 설계할 수 있다. 일반적으로 열식 질량의 효과가 주된 고려사항이지만, 투과율 효과 또한 고려되어야 한다고 믿어진다.
또한, 템플릿의 늘어나지 않은 구역들로부터 보다는 부근에서 더 많은 열이 추출되도록 열적 성질이 되어 있는 재료의 삽입물로 구멍들을 채우는 것이 가능하다. 그러므로 형성된 웨이퍼의 둘레가 바라는 바대로 더 두껍고, 도 1을 참조하여 도시된 것과 같이 되도록, 템플릿의 주요 부분보다 열적으로 더 부피가 큰, 재료로 둘레 구멍들이 채워질 수 있다. 하지만, 재료를 그러한 구멍에 삽입하는 방법은 약간은 도전적이다.
템플릿, 그리고 임의의 템플릿 삽입물에 관한 재료를 선택할 때, 그리고 역시 템플릿에서의 구멍들을 빈 채로 남길지, 또는 그것들을 얼마다 크게(깊게, 직경) 만들 것인지에 대한 고려를 할 때에는, 설계자가 열 전도율과 열 관성(열 용량) 모두가 응고 두께에 영향을 미칠 수 있다는 점을 고려해야 한다. 이는 템플릿으로 열이 끌어 올려지는 것과, 아래의 용융물로부터 웨이퍼 내로 열이 전도되는 것 사이에 경쟁이 존재한다는 사실로 인해, 열전달을 결정하는 두께가 일시적인 양상(열 전도율)과 정상 상태 양상(열 관성)을 가진다는 점에서 앞선 논의와 비슷하다.
위에서 논의된 바와 같은 다른 웨이퍼의 기하학적 형태를 만들기 위해, 상이한 패턴들로 배치된 삽입물을 가지는 템플릿이 사용될 수 있다. 구멍들은 속이 빈 구멍 위치들에서 템플릿의 본질적으로 더 얇은 구역들을 제공하기 위해 속이 빈 채로 남겨질 수 있거나, 그러한 템플릿의 주요 몸체에 비교하여 열 추출 증대 또는 감손을 제공하기 위한 열적 성질을 가지는 재료로 채워질 수 있어, 그것들의 위치에서 웨이퍼의 더 두꺼운 구역 또는 더 얇은 구역이 생기게 한다.
앞선 논의에서, 더 두꺼운 둘레 구역들을 갖는 얇은 웨이퍼들이 논의되었다. 그 둘레들은 예컨대, 4개의 변(side)에서 도 1에 도시된 바와 같이 내부 구역을 완전히 둘러싸는 것으로 도시되었다. 또한, 전체 둘레보다 적은 부분이 내부 구역보다 더 두껍게 되는 것이 가능하다. 예컨대, 1개, 2개, 또는 3개의 테두리 가장자리들(여기서는 테두리라고 불림)이 더 두꺼울 수 있다. 또는 전체 테두리 구역이 더 두껍게 되기보다는, 더 두꺼운 구역들이 하나의 테두리의 부분들을 구성할 수 있다.
또한, 위 논의는 업계 표준인 정사각형 웨이퍼에 대해 초점을 맞추고 있다. 이는 오늘날 가장 흔한 사례이지만, 본 명세서에서 개시된 발명은 정사각형이 아닌 직사각형, 원, 삼각형 등을 포함하는 임의의 모양을 가지는 웨이퍼에 적용 가능하다. 문제는 일반적으로 얇은 구역이 존재하고, 적어도 하나의 특별히 설계된 위치에서는 적어도 하나의 더 두꺼운 구역이 존재하며, 웨이퍼의 표면(정사각형, 직사각형, 원 등)에 직교하는 방향으로 두께가 측정된다는 것이다. 최근의(2015년) 업계 추세는 156㎜의 정사각형 실리콘 웨이퍼들을 156㎜의 정사각형 태양 전지들로 완전히 처리하는 것으로, 이는 공급 사슬 사회 기반 시설을 이용하고 이러한 사이즈를 다루기 위한 표준화된 장비를 이용하지만, 태빙(tabbing), 스트링잉(stringing), 및 모듈로의 캡슐화(encapsulation) 직전에 웨이퍼들을 156㎜×78㎜의 절단 셀들로 절단한다. 이는 낮은 전류로 더 높은 전압을 구축하고, 직렬 저항 손실을 최소화한다. 본 명세서에서 개시된 웨이퍼들을 사용하는 이러한 옵션(option)을 국부적인 두께 제어로 지원하기 위해, 절단 셀들을 만들기 위한 절단 선(cut line)이 될 선을 따라 중앙 릿지(central ridge)가 제공될 수 있다. 이러한 릿지는 도 2에 도시된 것처럼, 스트라이프(240b)와 비슷하게 된다. 그럴 경우 웨이퍼는 릿지/스트라이프의 중앙선을 따라 얇게 잘라질 수 있고, 이는 형성되는 2개의 절반 사이즈의 셀의 두꺼워진 둘레의 부분이 된다.
일반적으로, 본 발명의 웨이퍼들은 상대적으로 더 얇은 부분과 상대적으로 더 두꺼운 부분을 가지게 된다. 바람직한 실시예에서, 상대적으로 더 두꺼운 부분은 웨이퍼의 표면적의 적어도 80%를 넘어 연장하고, 바람직하게는 적어도 90%를 넘어 연장한다. 이는 추가적인 노력과 비용의 균형을 맞추어, 두께와 재료 절감으로부터 획득한 재료 비용과 효율의 이익이 있는 좀 더 복잡한 웨이퍼를 만들기 위함이다. 일반적으로, 절대적으로 더 얇은 부분은 적어도 50미크론 두께를 가지게 되고, 효율 이들을 달성하기 위해서는 적어도 80미크론의 두께를 가져야 한다. 더 얇은 부분의 두께에 대한 더 두꺼운 부분의 두께의 비는 통상적으로 적어도 1.28:1(예컨대, 140미크론의 내부를 갖는 180미크론의 둘레)이고, 약 3:1 또는 5:1만큼 많을 수 있다.
종합적인 고려사항은 더 얇은 부분의 효율이 사용된 특정 셀 구조에 따라 약 80미크론까지 낮아진 임의의 사이즈로 달성된다는 점이다. 표준 두께를 가진 웨이퍼들은 180 내지 200미크론이고, 따라서 이러한 두께 범위 내의 더 두꺼운 부분들은 유용한 실시예가 된다. 비슷하게, 더 두꺼운 부은 추가된 강도를 위해 250미크론이나 많게 될 수 있고, 이는 여전히 상대적인 표준 사이즈 범위 내에 있다. 그러므로 누구나 80미크론만큼 얇은 부분과, 200미크론의 두께, 심지어는 250미크론 정도의 두께를 갖는 더 두꺼운 부분을 갖는 웨이퍼를 즉시 제작할 수 있다. 그러한 웨이퍼는 더 얇은 부분의 기초 레벨 위의 170미크론만큼 연장하게 되는 더 두꺼운 부분을 가지고, 3:1보다 약간 더 많은 두께 비율을 가지게 된다. 무게 절감 목적으로 약 50미크론의 매우 얇은(ultra-thin) 내부, 그리고 당해 용법(contemporary usage)의 외부 한계에서 250미크론의 상대적으로 두꺼운 둘레를 갖는 유용물(utility)을 가지는 것을 생각해볼 수 있다. 그러한 웨이퍼는 얇은 것에 대한 두꺼운 것의 비가 5:1가 된다.
두꺼운 구역과 얇은 구역의 전술한 비율은 업계 표준인 156㎜×156㎜ 사이즈의 실리콘 웨이퍼, 또는 아마도 그러한 사이즈의 절반 크기의 웨이퍼의 상황에서 제시되었음도 주목되어야 한다. 위의 사이즈 고려사항은 그러한 웨이퍼들에 관해 현재 사용된 기계 장치와 공정들을 고려하여 개발되었다. 하지만, PV 외의 적용 또는 이들 표준 사이즈의 웨이퍼에 관한 것 외의 적용에 관해서는, 면적이 더 큰 사이즈이거나 더 작은 사이즈를 갖는 몸체들이 또한 길이 또는 폭 또는 둘 다의 면에서 훨씬 더 작거나 다소 더 크게 되는 것처럼, 다이렉트 웨이퍼 제작 기술 특허 방법을 사용함으로써 만들어질 수 있다. 그러한 표준이 아닌 사이즈 몸체들에 관해서는, 얇은 것에 대한 두꺼운 것의 비는 1.28:1 내지 5:1의 위에서 언급된 범위의 한계들에 더 자주 있을 수 있다. 비슷하게, 50미크론의 사이즈에 가까운 매우 얇은 웨이퍼 또는 250미크론에 가까운 것과 같은 두꺼운 부분들을 갖는 웨이퍼의 더 빈번한 적용이 존재할 수 있다.
상이한 위치들에서 상이한 열 추출 경향을 템플릿에 제공하기 위한 전술한 기술들 중 많은 것/임의의 것이 임의의 다른 것들과 사용될 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 예컨대, 도 17에 도시된 것과 같이 어느 정도 균일한 밀도를 가지고, 또는 존재하는 위치들에서 효과적으로 더 얇거나 더 많은 투과 가능한 템플릿 구역을 생성하는 빈 공간을 가지고 상이한 위치들에서 두께가 변하는 템플릿이 서로와 함께 사용될 수 있고, 코팅이나 인터포저 층으로서 기능성 층들을 적용하여 사용될 수도 있다. 템플릿과 웨이퍼의 기하학적 형태에서 도시된 더 두꺼운 구역들의 다양한 모양 중 임의의 것이 임의의 다른 모양과 함께 사용될 수 있다. 위에서 논의된 임의의 템플릿은 가열된 구역 또는 냉각된 구역 또는 다른 특별히 국부적인 템플릿 온도 제어 또는 증대를 가질 수 있다. 또한, 논의된 템플릿의 기하학적 형태 중 임의의 것이, 2개 이상의 플리넘(plenum)으로 확립되거나 또는 상이한 투과율이나, 템플릿의 상이한 구역들의 상이한 간극률을 갖는 코팅으로 그 정도가 더 크거나 더 작게 달라지는 다수의 차이 압력 체제로 사용될 수 있다.
성장한 웨이퍼에는 도 15에 도시된 것과 같은 기능성 층을 제공함으로써, 성장한 웨이퍼의 양면, 즉 템플릿에 면하여 성장한 표면과 용융물에 면하여 성장한 표면 상의 높아진 부분들의 구역들이 제공될 수 있고, 이는 도 16에 도시된 것과 같이, 웨이퍼의 표면들 양쪽으로부터 연장하는 높아진 부분들을 갖는 웨이퍼(1500)를 만들어낸다. 웨이퍼 두께에 있어서의 조그(jog)(1557)가 둘레(1530) 또는 다른 더 두꺼운 구역들의 두께와 비교하여 상당히 크도록, 상당히 다른 두께(예컨대 20미크론보다 더 큰)를 갖는 기능성 층들을 제공하는 것이 가능하다. 또는 템플릿에 면하는 표면상의 높아진 부분들의 높이 차이를 확립하기 위해 기능성 층들이 제공될 수 있고, 템플릿 두께의 차이, 또는 압력 차이 등이 용융물 쪽 표면상의 높아진 부분들의 높이를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
본 개시물은 2개 이상의 발명을 설명하고 개시한다. 이러한 발명들은 본 개시물에 기초한 임의의 특허 출원의 출원뿐만이 아니라 실행하는 동안 발전된 이러한 그리고 관련된 문서들의 청구항에서 설명된다. 본 발명의 발명자들은 뒤에 결정되는 것처럼 종래 기술에 의해 허용된 한계들까지 다양한 발명 전부를 주장하려고 생각한다. 본 명세서에서 개시된 발명 각각에 불가결한 특징은 본 명세서에서 기재된 것이 없다. 그러므로 본 발명의 발명자들은 본 명세서에서 설명되지만, 본 개시물에 기초한 임의의 특허의 임의의 특별한 청구항에서 주장되지 않은 특징들은 그 어느 것도 임의의 그러한 청구항에 통합되어서는 안 된다라는 뜻으로 말하고 있는 것이다.
예컨대, 열 추출을 제어하기 위해 기능성 재료들을 사용하는 발명이 단독으로, 또는 국부적인 두께가 다른 템플릿을 사용하는 것, 정도가 다른 차이 압력, 정도가 다른 다공성, 상이한 국부적인 템플릿 온도들, 및 정도가 상이한 가스 투과율을 적용하는 것과 같이, 다른 방법들 중 임의의 것과 결합하여 논의된 것처럼 사용될 수 있다. 비슷하게, 국부적인 두께가 다른 템플릿을 사용하는 것이 방금 언급된 다른 기술들 중 임의의 것과 사용될 수 있다. 기하학적 형태 중 임의의 것이 단독으로 사용될 수 있거나 다른 기하학적 형태의 임의의 것과 같이, 또는 언급되지 않은 임의의 다른 적당한 기하학적 형태를 가지고 사용될 수 있다. 아일랜드, 랜딩, 스트라이프 또는 완전하거나 부분적인 테두리 중 임의의 것이나 전부를 가지고 두꺼운 둘레가 사용될 수 있고, 이들 중 임의의 것이 나머지 것들 중 임의의 것이나 전부를 가지고 사용될 수 있다.
주로 광발전용인 실리콘 반도체를 가지고 발명들이 설명되었다. 하지만, 이러한 기술은 그 용도가 무엇이든지 간에, 임의의 반도체를 가지고 사용될 수 있다. PV 웨이퍼들이 제작될 대표적인 물품으로서 사용되었지만, 다른 종류의 전기적 접속을 갖는 다른 반도체 몸체 역시 개시된 템플릿에 기초한 방법들을 사용하여 만들어질 수 있다.
하드웨어의 몇몇 조립체들, 또는 단계들의 그룹이 본 명세서에서는 하나의 발명으로서 불린다. 하지만, 이는 그러한 조립체 또는 그룹이 특히 하나의 특허 출원에서 심사될 발명들의 개수 또는 발명의 단일성에 관한 법이나 규정들에 의해 예측되는 것처럼, 반드시 특허받을 수 있는 별개의 발명들이라고 용인하는 것이 아니다. 본 발명의 일 실시예를 얘기하는 짧은 방식인 것으로 의도된다.
요약서가 본 명세서와 함께 제출된다. 이러한 요약서는 심사관과 다른 검사관이 본 기술 개시물의 주제를 신속하게 확인하는 것을 허용할 적요를 요구하는 규칙에 따르기 위해 제공된다는 점이 강조된다. 이러한 요약서는 특허청의 규칙에 의해 약정한 바대로, 청구항의 범주 또는 의미를 해석 또는 제한하기 위해 사용되지는 않는다는 점을 이해를 가지고 제출된다.
전술한 논의는 예시적인 것으로 이해되어야 하고, 어떤 의미로든 제한하는 것으로 여겨져서는 안 된다. 본 발명들이 그것의 바람직한 실시예를 참조하여 특별히 도시되고 설명되었지만, 당업자라면 청구항들에 의해 규정된 것과 같은 본 발명의 취지 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 형태와 세부 사항의 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해하게 된다.
아래 청구항에서 대응하는 구조, 재료, 행위(act), 및 기능 요소들을 추가한 모든 수단 또는 단계의 동등물(equivalents)은, 구체적으로 주장된 것과 같은 다른 주장된 요소들과 결합하여 기능들을 수행하기 위한 임의의 구조, 재료 또는 행위를 포함하는 것으로 의도된다.
발명의 양상들
본 발명의 다음 양상들은 본 명세서에서 설명되는 것으로 의도되고, 본 섹션은 그것들이 언급되는 것을 보장하기 위한 것이다. 그것들은 양상이라고 부르고, 비록 그것들이 청구항과 비슷한 것으로 보일지라도 청구항은 아니다. 하지만, 앞으로의 몇몇 포인트에서는, 본 출원인이 본 출원과 임의의 관련 출원에서 이들 양상 중 임의의 것 또는 정부를 주장할 권리를 확보한다.
A1. 반도체 웨이퍼로서,
a. 제1 표면;
b. 제2 표면;
c. 제1 표면에 직교하는 방향으로 제1 평균 두께를 갖는 제1 구역;
d. 상기 제1 평균 두께보다 두껍고 제어된 위치에 있는 제2 평균 두께를 갖는 제2 구역; 및
e. 6×1017atoms/cc 미만의 격자간 산소 함유량; 및
f. 8.75×1017atoms/cc 미만의 총 산소 함유량
을 포함하는 반도체 웨이퍼.
A2. 반도체 웨이퍼로서,
a. 제1 표면;
b. 제2 표면;
c. 제1 표면에 직교하는 방향으로 제1 평균 두께를 갖는 제1 구역; 및
d. 제2 평균 두께를 가지고 제어된 위치에 있는 제2 구역으로서, 상기 제1 평균 두께에 대한 상기 제2 평균 두께의 비는 1.28:1과 5:1 사이에 있는 제2 구역
을 포함하는 반도체 웨이퍼.
A3. 반도체 웨이퍼로서,
a. 제1 표면;
b. 제2 표면;
c. 제1 표면에 직교하는 방향으로 160미크론보다 작은 제1 평균 두께를 갖는 제1 구역; 및
d. 적어도 180미크론의 제2 평균 두께를 가지고 제어된 위치에 있는 제2 구역
을 포함하는 반도체 웨이퍼.
A4. 양상 1 또는 3의 반도체 웨이퍼로서, 상기 제1 평균 두께에 대한 상기 제2 평균 두께의 비가 1.28:1과 5:1 사이에 있다.
A5. 양상 2 및 양상 3의 웨이퍼로서, 이러한 웨이퍼는 6×1017atoms/cc 미만의 격자간 산소 함유량과 8.75×1017atoms/cc 미만의 총 산소 함유량을 포함한다.
A6. 양상 1 또는 양상 2의 웨이퍼로서, 상기 제1 평균 두께가 140미크론 미만이고, 상기 제2 평균 두께가 적어도 180미크론이다.
A7. 양상 1의 반도체 웨이퍼로서, 제2 표면은 베이스 레벨을 포함하고, 제2 구역에서는 0.25와 제1 평균 두께의 4배 사이에 있는 거리만큼 베이스 레벨을 넘어 제2 표면으로부터 연장하는 제2 표면 높아진 모양(raised feature)을 포함한다.
A8. 이전 양상들 중 임의의 것의 웨이퍼로서, 이러한 웨이퍼는 2×1017atoms/cc 미만의 격자간 산소 함유량을 포함한다.
A9. 이전 양상들 중 임의의 것의 웨이퍼로서, 이러한 웨이퍼는 5.25×1017atoms/cc 미만의 총 산소 함유량을 포함한다.
A10. 이전 양상들 중 임의의 것의 웨이퍼로서, 상기 제1 구역은 150미크론 미만의 평균 두께를 가진다.
A11. 이전 양상들 중 임의의 것의 웨이퍼로서, 제1 구역은
a. 120미크론
b. 80미크론, 및
c. 60미크론
중 하나보다 작은 평균 두께를 가진다.
A12. 이전 양상들 중 임의의 것의 웨이퍼로서, 제2 구역은 둘레; 테두리, 내부 스트라이프; 랜딩; 및 아일랜드 중 적어도 하나로 구성되는 그룹으로부터 선택된다.
A13. 이전 양상들 중 임의의 것의 웨이퍼로서, 상기 제2 구역은 250미크론보다 작은, 바람직하게는 180미크론과 250미크론 사이에 있고, 더 바람직하게는 180미크론과 200미크론 사이에 있는 두께를 가진다.
A14. 이전 양상들 중 임의의 것의 웨이퍼로서, 제2 구역은 스트라이프 구역을 포함하고, 스트라이프의 적어도 한 부분에 금속화를 더 포함한다.
A15. 양상 14의 웨이퍼로서, 금속화와 접촉하는 버스 와이어를 더 포함한다.
A16. 이전 양상들 중 임의의 것의 웨이퍼로서, 제2 구역은 랜딩 구역을 포함한다.
A17. 양상 16의 웨이퍼로서, 제2 구역은 적어도 하나의 아일랜드를 포함한다.
A18. 양상 17의 웨이퍼로서, 랜딩 구역과 아일랜드 구역을 결합시키는 금속화를 더 포함한다.
A19. 양상 18의 웨이퍼로서, 랜딩과 아일랜드에서 금속화와 접촉하는 버스 와이어를 더 포함한다.
A20. 양상 19의 웨이퍼로서, 랜딩과 아일랜드 사이의 금속화와 접촉하기 위해 위치한 버스 와이어.
A21. 양상 19의 웨이퍼로서, 버스 와이어는 랜딩과 아일랜드 사이의 구역에서 금속화로부터 이격되게 위치한다.
A22. 양상 16의 웨이퍼로서, 랜딩은 인접한 제2 구역보다 크고 인접한 제1 구역보다 작은 두께를 가진다.
A23. 양상 22의 웨이퍼로서, 랜딩은 더 큰 두께로부터 더 작은 두께로 점진적으로 전이하는 두께를 가진다.
A24. 이전 양상들 중 임의의 것의 웨이퍼로서, 제1 구역과 제2 구역 사이의 두께 전이 구역을 더 포함하고, 이러한 전이는 갑작스런 전이와 점진적인 전이로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.
A25. 이전 양상들 중 임의의 것의 웨이퍼로서, 제2 구역은 폭을 가지는 둘레 구역을 포함하고, 웨이퍼는 제2 구역으로부터 제1 구역으로의 두께 전이 구역을 더 포함하며, 이러한 전이 구역은 역시 폭을 가진다.
A26. 양상 25의 웨이퍼로서, 둘레 구역의 폭은 전이 구역의 폭과 대략 같다.
A27. 양상 25의 웨이퍼로서, 둘레 구역의 폭은 전이 구역의 폭보다 상당히 크다.
A28. 이전 양상들 중 임의의 것의 웨이퍼로서, 제2 표면을 덮는 캡슐화 재료, 버스 와이어, 및 버스 와이어에 결합된 제2 웨이퍼를 더 포하마한다.
A29. 이전 양상들 중 임의의 것의 웨이퍼로서, 제1 표면은 실질적으로 편평한 표면을 포함한다.
A30. 양상 7의 웨이퍼로서, 제1 표면은 베이스 레벨과 제1 표면 높아진 모양을 포함하고, 제1 표면 높아진 모양은 제2 표면 높아진 모양이 제2 표면으로부터 연장하는 거리보다 작은 거리만큼 제1 표면으로부터 연장한다.
A31. 이전 양상들 중 임의의 것의 웨이퍼로서, 반도체는 실리콘을 포함한다.
A32. 이전 양상들 중 임의의 것의 웨이퍼로서, 웨이퍼는 광발전용 컬렉터를 포함하는 웨이퍼를 포함한다.
A33. 양상 32의 웨이퍼로서, 웨이퍼 제1 표면은 적어도 156㎜ 깊이를 갖는 제1 사이드와 적어도 77㎜인 직교하는 사이드를 가진다.
A34. 반도체 웨이퍼를 제작하는 방법으로서, 이러한 방법은
a. 표면을 가지는 녹은 반도체 재료를 제공하는 단계;
b. ⅰ. 용융물 쪽 표면;
ⅱ. 뒷 표면;
ⅲ. 제1 열 추출 경향을 가지는 제1 템플릿 구역;
ⅳ. 상기 제1 열 추출 경향보다 큰 제2 열 추출 경향을 가지는 제2 템플릿 구역을 포함하는 다공성 몸체를 포함하는 템플릿을 제공하는 단계;
c. 상기 용융물 쪽 표면의 적어도 한 부분에서의 압력이 상기 녹은 반도체 재료 표면에서의 압력보다 작도록 차이 압력 체제를 제공하는 단계; 및
d. 상기 용융물 쪽 표면과 상기 녹은 반도체 재료가 서로 접촉하는 접촉 지속 기간의 적어도 한 부분에 관해 상기 녹은 반도체 재료의 표면에 상기 템플릿의 용융물 쪽 표면을 접촉시키는 단계를 포함하고,
이러한 차이 압력 체제는 반도체 재료의 몸체가 용융물 쪽 표면에서 응고하도록 제공되며, 형성된 몸체는,
ⅰ. 제1의 더 얇은 몸체 평균 두께를 가지고 제1 템플릿 구역에 인접하게 형성된 제1의 더 얇은 몸체 구역과,
ⅱ. 제2의 더 두꺼운 몸체 평균 두께를 가지는 제2의 더 두꺼운 몸체 구역을 포함하고, 상기 제2 몸체 구역은 제2 템플릿 구역에 인접하에 형성되며, 상기 제2 몸체 평균 두께는 상기 제1 몸체 두께보다 크다.
A35. 양상 34의 방법으로서, 템플릿으로부터 반도체 재료의 형성된 몸체를 분리하는 단계를 더 포함한다.
A36. 양상 35의 방법으로서, 형성된 몸체를 분리하는 단계는 차이 압력 체제의 정도를 감소시키는 것을 포함한다.
A37. 양상 35의 방법으로서, 형성된 몸체를 분리하는 단계는 형성된 몸체에 분리하는 힘을 기계적으로 가하는 것을 포함한다.
A38. 양상 34의 방법으로서, 제1 템플릿 구역은 내부 구역을 포함하고, 이로 인해 상기 제1의 더 얇은 몸체 구역은 내부 구역이다.
A39. 양상 38의 방법으로서, 상기 제2 템플릿 구역은 둘레 구역을 포함하고, 상기 제2의 더 두꺼운 몸체 구역은 둘레 구역을 포함한다.
A40. 양상 38 또는 양상 39의 방법으로서, 제2 템플릿 구역은 내부 구역에 걸쳐 연장하는 스트라이프 구역을 포함하고, 제2의 더 두꺼운 몸체 구역은 몸체 내부 구역에 걸쳐 연장하는 스트라이프 구역을 포함한다.
A41. 양상 38 내지 양상 40 중 어느 하나의 방법으로서, 제2 템플릿 구역은 랜딩 구역을 포함하며, 제2의 더 두꺼운 몸체 구역은 랜딩을 포함한다.
A42. 양상 38 내지 양상 41 중 어느 하나의 방법으로서, 제2 템플릿 구역은 아일랜드 구역을 포함하하고, 제2의 더 두꺼운 몸체 구역을 아일랜드를 포함한다.
A43. 양상 38의 방법으로서, 상기 제2 템플릿 구역은 둘레 구역을 포함하고, 상기 제2의 더 두꺼운 몸체 구역은 둘레를 포함하며, 상기 제2의 더 두꺼운 템플릿 구역은,
a. 상기 내부 구역에 걸쳐 연장함으로써, 상기 제2의 더 두꺼운 몸체 구역이 상기 몸체 내부에 걸쳐 연장하는 스트라이프를 포함하는 스트라이프 구역;
b. 상기 제2의 더 두꺼운 몸체 구역이 랜딩을 포함하는 랜딩 구역; 및
c. 상기 제2의 더 두꺼운 몸체 구역이 아일랜드를 포함하는 아일랜드 구역으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 더 포함한다.
A44. 양상 41 내지 양상 43 중 어느 하나의 방법으로서, 형성된 몸체에서, 제1 아일랜드로부터 제2 아일랜드와 랜딩 중 적어도 하나까지 연장하는 금속화 재료를 제공하는 단계를 더 포함한다.
A45. 양상 44의 방법으로서, 제1 아일랜드로부터 제2 아일랜드와 랜딩 중 적어도 하나까지 연장하는 버스 와이어를 제공하는 단계를 더 포함하고, 이러한 버스 와이어는 제1 아일랜드와, 제2 아일랜드와 랜딩 중 적어도 하나 사이의 금속화와 접촉한다.
A46. 양상 44의 방법으로서, 제1 아일랜드로부터 제2 아일랜드와 랜딩 중 적어도 하나까지 연장하는 버스 와이어를 제공하는 단계를 더 포함하고, 이러한 버스 와이어는 제1 아일랜드와, 제2 아일랜드와 랜딩 중 적어도 하나 사이의 금속화로부터 이격되어 있다.
A47. 양상 41 내지 양상 43 중 어느 하나의 방법으로서, 제2 구역은 스트라이프 구역을 포함하고, 형성된 몸체에서 스트라이프 구역을 따라 연장하는 금속화 재료를 제공하는 단계를 더 포함한다.
A48. 양상 47의 방법으로서, 금속화를 따라 연장하는 버스 와이어를 제공하는 단계를 더 포함한다.
A49. 양상 34 내지 양상 48 중 어느 하나의 방법으로서, 상기 다공성 템플릿이 상기 제1 템플릿 구역에서 제1의 더 적은 평균 두께를 가지는 템플릿 재료와, 제2 템플릿 구역에서 제2의 더 큰 평균 두께를 가지는 템플릿 재료를 포함함으로써, 상기 제1 템플릿 구역에 비해 상기 제2 템플릿 구역의 더 큰 열 추출 경향이, 상기 제1 템플릿 구역의 템플릿 재료의 평균 두께에 비해 상기 제2 템플릿 구역의 템플릿 재료의 더 큰 평균 두께에 적어도 부분적으로 기인한다.
A50. 양상 34 내지 양상 49 중 어느 하나의 방법으로서, 상기 다공성 템플릿이 제1 템플릿 구역에서 제1의 열전도율을 가지는 기능성 재료와, 제2 템플릿 구역에서 제2의 더 큰 열전도율을 가지는 기능성 재료를 가짐으로써, 상기 제1 템플릿 구역에 비해 상기 제2 템플릿 구역의 더 큰 열 추출 경향이, 상기 제1 템플릿 구역의 더 적은 기능성 재료 열전도율에 비해 상기 제2 템플릿 구역의 더 큰 기능성 재료 열전도율에 적어도 부분적으로 기인한다.
A51. 양상 50의 방법으로서, 상기 기능성 재료는 서로 동일한 구성을 포함하고, 상기 제1 구역의 기능성 재료는 제1 두께를 가지며, 상기 제2 구역의 기능성 재료는 제1 두께보다 적은 제2 두께를 가진다.
A52. 양상 50 또는 양상 51의 방법으로서, 적어도 하나의 기능성 재료가 코팅을 포함한다.
A53. 양상 50 또는 양상 51의 방법으로서, 적어도 하나의 기능성 재료는 적어도 하나의 인터포저 층을 포함한다.
A54. 양상 53의 방법으로서, 인터포저 층은 상이한 사이즈를 갖는 2개의 적층된(stacked) 인터포저 층을 포함한다.
A55. 양상 53의 방법으로서, 인터포저 층은 상이한 위치에서 상이한 두께를 가지는 하나의 인터포저 층을 포함한다.
A56. 양상 34 내지 양상 53 중 어느 하나의 방법으로서, 상기 다공성 템플릿이 상기 제1 템플릿 구역에서 제1 가스 투과율을 가지는 템플릿 재료와 상기 제2 템플릿 구역에서 더 큰 제2 가스 투과율을 가지는 템플릿 재료를 포함함으로써, 상기 제1 템플릿 구역에 비해 상기 제2 템플릿 구역의 더 큰 열 추출 경향은, 상기 제1 템플릿 구역의 템플릿 재료의 투과율에 비해 상기 제2 템플릿 구역의 템플릿 재료의 더 큰 투과율에 적어도 부분적으로 기인한다.
A57. 양상 34 내지 양상 56 중 어느 하나의 방법으로서, 상기 제1 템플릿 구역을 차이 압력의 제1 소스에 결합하는 단계와, 상기 제2 템플릿 구역을 차이 압력의 제2 소스에 결합하는 단계를 더 포함하고, 상기 차이 압력의 제2 소스는 상기 차이 압력의 제1 소스보다 더 큰 차이 압력을 제공함으로써, 상기 제1 템플릿 구역에 비해 제2 템플릿 구역의 더 큰 열 추출 경향은, 상기 제1 템플릿 구역에서 제공된 차이 압력에 비해 상기 제2 템플릿 구역에서 제공된 더 큰 차이 압력에 적어도 부분적으로 기인한다.
A58. 양상 49의 방법으로서, 제1 템플릿 구역에서의 제1의 더 적은 평균 두께는 제1 템플릿 구역에서 제공되는 복수의 구멍에 기인한다.
A59. 양상 58의 방법으로서, 구멍들은 다공성 몸체 뒷면으로부터 다공성 몸체 용융물 쪽 표면까지 어느 정도 연장하는 블라인드 구멍들을 포함한다.
A60. 다공성 몸체를 포함하는 템플릿으로서, 이러한 다공성 몸체는
a. 용융물 쪽 표면;
b. 뒷 표면;
c. 제1 열 추출 경향을 가지는 제1 구역; 및
d. 상기 제1 열 추출 경향보다 큰 제2 열 추출 경향을 가지는 제2 구역을 포함한다.
A61. 양상 60의 템플릿으로서, 상기 다공성 몸체는 상기 제1 구역에서 제1의 더 적은 평균 두께를 가지는 재료와, 상기 제2 구역에서 제2의 더 큰 평균 두께를 가지는 재료를 포함함으로써, 상기 제1 구역의 더 적은 열 추출 경향에 비해 상기 제2 구역의 더 큰 열 추출 경향은, 상기 제1 구역의 재료의 더 적은 두께에 비해 상기 제2 구역의 재료의 더 큰 두께에 적어도 부분적으로 기인한다.
A62. 양상 62의 템플릿으로서, 상기 용융물 쪽 표면은 상기 뒷 표면에 비해 상대적으로 더 편평한(planar) 표면을 포함하고, 더 큰 두께를 갖는 상기 제2 구역은 상기 용융물 쪽 표면으로부터 멀어지며 상기 뒷 표면의 베이스 레벨로부터 연장하는 높아진 부분들에 의해 확립된다.
A63. 양상 60 내지 양상 62 중 어느 하나의 템플릿으로서, 제1 구역은 뒷 표면으로부터 용융물 쪽 표면 쪽으로 연장하는 이격된 빈 공간들을 포함한다.
A64. 양상 63의 템플릿으로서, 빈 공간들은 그것들이 존재하는 구역에서의 템플릿의 평균 두께 이하인 크기를 갖는 중심과 중심 사이의 간격을 가진다.
A65. 양상 63 또는 양상 64의 템플릿으로서, 빈 공간들은 그것들이 존재하는 구역에서의 템플릿의 평균 두께 이하인 크기를 갖는 직경을 가진다.
A66. 양상 63 내지 양상 65 중 어느 하나의 템플릿으로서, 빈 공간들은 그것들이 존재하는 템플릿의 구역의 평균 두께의 적어도 1/2인 깊이를 가진다.
A67. 양상 63 내지 양상 66 중 어느 하나의 템플릿으로서, 빈 공간들은 블라인드 구멍들을 포함한다.
A68. 양상 67의 템플릿으로서, 블라인드 구멍들은 속이 빈 구멍들을 포함한다.
A69. 양상 60 내지 양상 68 중 어느 하나의 템플릿으로서, 상기 다공성 몸체는 상기 다공성 몸체의 용융물 쪽 표면에서, 상기 제1 구역에서 제1의 더 큰 두께를 가지는 기능성 재료와 상기 제2 구역에서 제2의 덜 두꺼운 두께를 가지는 기능성 재료를 포함함으로써, 상기 제1 구역의 더 적은 열 추출 경향에 비해 상기 제2 구역의 더 큰 열 추출 경향은, 상기 제1 구역의 기능성 재료의 더 큰 두께에 비해 상기 제2 구역의 기능성 재료의 더 적은 두께에 적어도 부분적으로 기인한다.
A70. 양상 60 내지 양상 68 중 어느 하나의 템플릿으로서, 상기 다공성 몸체는 상기 다공성 몸체의 용융물 쪽 표면에서, 상기 제1 구역에서 제1의 더 적은 열전도율을 가지는 기능성 재료와 상기 제2 구역에서 제2의 더 큰 열전도율을 가지는 기능성 재료를 포함함으로써, 상기 제1 구역의 더 적은 열 추출 경향에 비해 상기 제2 구역의 더 큰 열 추출 경향은, 상기 제1 구역의 기능성 재료의 더 적은 열전도율에 비해 상기 제2 구역의 기능성 재료의 더 큰 열전도율에 적어도 부분적으로 기인한다.
A71. 양상 69 또는 양상 70의 템플릿으로서, 기능성 재료는 코팅을 포함한다.
A72. 양상 71의 템플릿으로서, 코팅은 커튼 코팅, 분무, 슬롯 다이 코팅, 및 메니스커스 코팅으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 방법에 의해 적용된 코팅을 포함한다.
A73. 양상 69의 템플릿으로서, 기능성 재료는 적어도 하나의 자유롭게 서 있는 인터포저 층을 포함한다.
A74. 양상 73의 템플릿으로서, 인터포저 층은 상이한 표면적을 갖는 2개의 적층된 인터포저 층을 포함한다.
A75. 양상 73의 템플릿으로서, 인터포저 층은 상이한 위치에서 상이한 두께를 가지는 하나의 인터포저 층을 포함한다.
A76. 양상 60 내지 양상 75 중 어느 하나의 템플릿으로서, 다공성 재료는 제1 구역에서 제1 투과율을 가지는 재료와 제2 구역에서 더 큰 제2 투과율을 가지는 재료를 포함함으로써, 제1 구역의 더 적은 열 추출 경향에 비해 제2 구역의 더 큰 열 추출 경향은, 제1 구역의 재료의 투과율에 비해 제2 구역의 재료의 더 큰 투과율에 적어도 부분적으로 기인한다.
A77. 양상 60 내지 양상 76 중 어느 하나의 템플릿으로서, 상기 제1 구역은 내부 구역을 포함한다.
A78. 양상 60 내지 양상 77 중 어느 하나의 템플릿으로서, 상기 제2 구역은 둘레 구역을 포함한다.
A79. 양상 77 또는 양상 78의 템플릿으로서, 제2 구역은 내부 구역에 걸쳐 연장하는 스트라이프 구역을 포함한다.
A80. 양상 77 내지 양상 79 중 어느 하나의 템플릿으로서, 제2 구역은 랜딩 구역을 포함한다.
A81. 양상 77 내지 양상 80 중 어느 하나의 템플릿으로서, 제2 구역은 아일랜드 구역을 포함한다.
A82. 양상 77의 템플릿으로서, 상기 제2 구역은,
a. 내부 구역에 걸쳐 연장하는 스트라이프 구역;
b. 랜딩 구역; 및
c. 아일랜드 구역
으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나와, 둘레 구역을 포함한다.
이상으로 본 명세서에 개시된 발명을 설명하였다.

Claims (29)

  1. 반도체 웨이퍼로서,
    a. 제1 표면;
    b. 제2 표면;
    c. 제1 표면에 직교하는 방향으로 제1 평균 두께를 갖는 제1 구역;
    d. 상기 제1 평균 두께보다 두껍고 제어된 위치에 있는 제2 평균 두께를 갖는 제2 구역;
    e. 6×1017atoms/cc 미만의 격자간 산소 함유량; 및
    f. 8.75×1017atoms/cc 미만의 총 산소 함유량
    을 포함하는 반도체 웨이퍼.
  2. 반도체 웨이퍼로서,
    a. 제1 표면;
    b. 제2 표면;
    c. 제1 표면에 직교하는 방향으로 제1 평균 두께를 갖는 제1 구역; 및
    d. 제2 평균 두께를 가지고 제어된 위치에 있는 제2 구역으로서, 상기 제1 평균 두께에 대한 상기 제2 평균 두께의 비는 1.28:1과 5:1 사이에 있는 제2 구역
    을 포함하는 반도체 웨이퍼.
  3. 반도체 웨이퍼로서,
    a. 제1 표면;
    b. 제2 표면;
    c. 제1 표면에 직교하는 방향으로 160미크론보다 작은 제1 평균 두께를 갖는 제1 구역; 및
    d. 적어도 180미크론의 제2 평균 두께를 가지고 제어된 위치에 있는 제2 구역
    을 포함하는 반도체 웨이퍼.
  4. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 제1 평균 두께에 대한 상기 제2 평균 두께의 비가 1.28:1과 5:1 사이에 있는 반도체 웨이퍼.
  5. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 6×1017atoms/cc 미만의 격자간 산소 함유량과 8.75×1017atoms/cc 미만의 총 산소 함유량을 포함하는 반도체 웨이퍼.
  6. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 평균 두께가 140미크론 미만이고, 상기 제2 평균 두께가 적어도 180미크론인 반도체 웨이퍼.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 2×1017atoms/cc 미만의 격자간 산소 함유량을 포함하는 반도체 웨이퍼.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 5.25×1017atoms/cc 미만의 총 산소 함유량을 포함하는 반도체 웨이퍼.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 구역은 150미크론 미만의 평균 두께를 가지는 반도체 웨이퍼.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 구역은
    a. 120미크론
    b. 80미크론, 및
    c. 60미크론
    중 하나보다 작은 평균 두께를 가지는 반도체 웨이퍼.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 구역은 둘레; 테두리, 내부 스트라이프; 랜딩; 및 아일랜드 중 적어도 하나로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 반도체 웨이퍼.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 구역은 250미크론보다 작은, 바람직하게는 180미크론과 250미크론 사이에 있고, 더 바람직하게는 180미크론과 200미크론 사이에 있는 두께를 가지는 반도체 웨이퍼.
  13. 반도체 웨이퍼 제조방법으로서,
    상기 방법은,
    a. 표면을 가지는 녹은 반도체 재료를 제공하는 단계;
    b. ⅰ. 용융물 쪽 표면;
    ⅱ. 뒷 표면;
    ⅲ. 제1 열 추출 경향을 가지는 제1 템플릿 구역;
    ⅳ. 상기 제1 열 추출 경향보다 큰 제2 열 추출 경향을 가지는 제2 템플릿 구역을 포함하는 다공성 몸체를 포함하는 템플릿을 제공하는 단계;
    c. 상기 용융물 쪽 표면의 적어도 한 부분에서의 압력이 녹은 상기 반도체 재료 표면에서의 압력보다 작도록 차이 압력 체제를 제공하는 단계; 및
    d. 상기 용융물 쪽 표면과 상기 녹은 반도체 재료가 서로 접촉하는 접촉 지속 기간의 적어도 한 부분에 관해 상기 녹은 반도체 재료의 표면에 상기 템플릿의 용융물 쪽 표면을 접촉시키는 단계를 포함하고,
    상기 차이 압력 체제는 반도체 재료의 몸체가 용융물 쪽 표면에서 응고하도록 제공되며, 형성된 몸체는,
    ⅰ. 제1의 더 얇은 몸체 평균 두께를 가지고 제1 템플릿 구역에 인접하게 형성된 제1의 더 얇은 몸체 구역과,
    ⅱ. 제2의 더 두꺼운 몸체 평균 두께를 가지는 제2의 더 두꺼운 몸체 구역을 포함하고, 상기 제2 몸체 구역은 제2 템플릿 구역에 인접하에 형성되며, 상기 제2 몸체 평균 두께는 상기 제1 몸체 두께보다 큰 반도체 웨이퍼 제조방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    제1 템플릿 구역은 내부 구역을 포함하고, 이로 인해 상기 제1의 더 얇은 몸체 구역은 내부 구역인 반도체 웨이퍼 제조방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 템플릿 구역은 둘레 구역을 포함하고, 상기 제2의 더 두꺼운 몸체 구역은 둘레 구역을 포함하는 반도체 웨이퍼 제조방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 템플릿 구역은 둘레 구역을 포함하고, 상기 제2의 더 두꺼운 몸체 구역은 둘레를 포함하며, 상기 제2의 더 두꺼운 템플릿 구역은,
    a. 상기 내부 구역에 걸쳐 연장함으로써, 상기 제2의 더 두꺼운 몸체 구역이 상기 몸체 내부에 걸쳐 연장하는 스트라이프를 포함하는 스트라이프 구역;
    b. 상기 제2의 더 두꺼운 몸체 구역이 랜딩을 포함하는 랜딩 구역; 및
    c. 상기 제2의 더 두꺼운 몸체 구역이 아일랜드를 포함하는 아일랜드 구역으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 반도체 웨이퍼 제조방법.
  17. 제13 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공성 템플릿이 제1 템플릿 구역에서 제1의 더 적은 평균 두께를 가지는 템플릿 재료와, 제2 템플릿 구역에서 제2의 더 큰 평균 두께를 가지는 템플릿 재료를 포함함으로써, 상기 제1 템플릿 구역에 비해 상기 제2 템플릿 구역의 더 큰 열 추출 경향이, 상기 제1 템플릿 구역의 템플릿 재료의 평균 두께에 비해 상기 제2 템플릿 구역의 템플릿 재료의 더 큰 평균 두께에 적어도 부분적으로 기인하는 반도체 웨이퍼 제조방법.
  18. 제13 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공성 템플릿이 제1 템플릿 구역에서 제1의 열전도율을 가지는 기능성 재료와, 제2 템플릿 구역에서 제2의 더 큰 열전도율을 가지는 기능성 재료를 가짐으로써, 상기 제1 템플릿 구역에 비해 상기 제2 템플릿 구역의 더 큰 열 추출 경향이, 상기 제1 템플릿 구역의 더 적은 기능성 재료 열전도율에 비해 상기 제2 템플릿 구역의 더 큰 기능성 재료 열전도율에 적어도 부분적으로 기인하는 반도체 웨이퍼 제조방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 기능성 재료는 서로 동일한 구성을 포함하고, 상기 제1 구역의 기능성 재료는 제1 두께를 가지며, 상기 제2 구역의 기능성 재료는 제1 두께보다 적은 제2 두께를 가지는 반도체 웨이퍼 제조방법.
  20. 제13 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공성 템플릿이 상기 제1 템플릿 구역에서 제1 가스 투과율을 가지는 템플릿 재료와 상기 제2 템플릿 구역에서 더 큰 제2 가스 투과율을 가지는 템플릿 재료를 포함함으로써, 상기 제1 템플릿 구역에 비해 상기 제2 템플릿 구역의 더 큰 열 추출 경향은, 상기 제1 템플릿 구역의 템플릿 재료의 투과율에 비해 상기 제2 템플릿 구역의 템플릿 재료의 더 큰 투과율에 적어도 부분적으로 기인하는 반도체 웨이퍼 제조방법.
  21. 제13 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 템플릿 구역을 차이 압력의 제1 소스에 결합하는 단계와, 상기 제2 템플릿 구역을 차이 압력의 제2 소스에 결합하는 단계를 더 포함하고, 상기 차이 압력의 제2 소스는 상기 차이 압력의 제1 소스보다 더 큰 차이 압력을 제공함으로써, 상기 제1 템플릿 구역에 비해 제2 템플릿 구역의 더 큰 열 추출 경향은, 상기 제1 템플릿 구역에서 제공된 차이 압력에 비해 상기 제2 템플릿 구역에서 제공된 더 큰 차이 압력에 적어도 부분적으로 기인하는 반도체 웨이퍼 제조방법.
  22. 다공성 몸체를 포함하는 템플릿으로서, 이러한 다공성 몸체는
    a. 용융물 쪽 표면;
    b. 뒷 표면;
    c. 제1 열 추출 경향을 가지는 제1 구역; 및
    d. 상기 제1 열 추출 경향보다 큰 제2 열 추출 경향을 가지는 제2 구역을 포함하는 템플릿.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 다공성 몸체는 상기 제1 구역에서 제1의 더 적은 평균 두께를 가지는 재료와, 상기 제2 구역에서 제2의 더 큰 평균 두께를 가지는 재료를 포함함으로써, 상기 제1 구역의 더 적은 열 추출 경향에 비해 상기 제2 구역의 더 큰 열 추출 경향은, 상기 제1 구역의 재료의 더 적은 두께에 비해 상기 제2 구역의 재료의 더 큰 두께에 적어도 부분적으로 기인하는 템플릿.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 용융물 쪽 표면은 상기 뒷 표면에 비해 상대적으로 더 편평한(planar) 표면을 포함하고, 더 큰 두께를 갖는 상기 제2 구역은 상기 용융물 쪽 표면으로부터 멀어지며 상기 뒷 표면의 베이스 레벨로부터 연장하는 높아진 부분들에 의해 확립되는 템플릿.
  25. 제22 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공성 몸체는 상기 다공성 몸체의 용융물 쪽 표면에서, 상기 제1 구역에서 제1의 더 큰 두께를 가지는 기능성 재료와 상기 제2 구역에서 제2의 덜 두꺼운 두께를 가지는 기능성 재료를 포함함으로써, 상기 제1 구역의 더 적은 열 추출 경향에 비해 상기 제2 구역의 더 큰 열 추출 경향은, 상기 제1 구역의 기능성 재료의 더 큰 두께에 비해 상기 제2 구역의 기능성 재료의 더 적은 두께에 적어도 부분적으로 기인하는 템플릿.
  26. 제22 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공성 몸체는 상기 다공성 몸체의 용융물 쪽 표면에서, 상기 제1 구역에서 제1의 더 적은 열전도율을 가지는 기능성 재료와 상기 제2 구역에서 제2의 더 큰 열전도율을 가지는 기능성 재료를 포함함으로써, 상기 제1 구역의 더 적은 열 추출 경향에 비해 상기 제2 구역의 더 큰 열 추출 경향은, 상기 제1 구역의 기능성 재료의 더 적은 열전도율에 비해 상기 제2 구역의 기능성 재료의 더 큰 열전도율에 적어도 부분적으로 기인하는 템플릿.
  27. 제22 항 내지 제26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 구역은 내부 구역을 포함하는 템플릿.
  28. 제22 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 구역은 둘레 구역을 포함하는 템플릿.
  29. 제27 항에 있어서,
    상기 제2 구역은,
    a. 내부 구역에 걸쳐 연장하는 스트라이프 구역;
    b. 랜딩 구역; 및
    c. 아일랜드 구역
    으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나와, 둘레 구역을 포함하는 템플릿.
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