TW201232642A - Making semiconductor bodies from molten material using a free-standing interposer sheet - Google Patents

Description

201232642 六、發明說明：

本申請案主張於20 1 0年12月1日以Emanuel M. Sachs 及Ralf Jonczyk的名義申請之美國臨時申請案第61/418,699 號「THIN CERAMIC BODIES FOR USE MAKING THIN SEMICONDUCTOR BODIES FROM MOLTEN MATERIAL AND METHODS OF USING SUCH CERAMIC BODIES」之優 先權。本文中所揭示之發明可結合在已公開PCT申請案中 所揭示之發明而使用，該已公開PCT申請案指定為美國且 已進入其國家階段：PCT申請案第PCT/US20 10/026639號， 題為「METHODS AND APPARATI FOR MAKING THIN SEMICONDUCTOR BODIES FROM MOLTEN MATERIAL」，

Hantsoo、Adam M. Lorenz、G· D. Stephen Hudelson 及 Ralf Jonczyk 及 1366 Technologies 公司之名義在第 WO2 010/104 838號之下於2010年9月16日公開。此申請 案之美國國家階段具有相同標題，U.S.S.N. 12/999,206，公 開為US-20 1 1-0247 5 49-A卜將所公開的PCT申請案及美國 申請案（兩者相同）之全部内容以引用的方式全面地併入 於本文中。下文將此先前發明及申請案稱作直接晶圓申請 案。亦將所申請之PCT申請案的全部複本作為附加内容附 加至美國臨時申請案第61/418,699號，本申請案主張此案 之優先權且為此案之一部分。 直接晶圓申請案描述一種直接自半導體材料熔融物製 造半導體主體（例如，用作太陽能電池之晶圓）之方法。 201232642 以下論述部分地取自該直接晶圓申請案，但有一些修改。 將首先在批次實施中論述直接晶圓製程之態樣，在批次實 施中’一次製造單-半導體片，如參考圖ι、圖2及圖3a ^圖3D所不意性展示。半導體炫融物u可容納於掛場u w U由石墨、二氧化砂、碳切、氣化石夕及能夠容 、，内熔融半導體（諸如矽）的其 之程序適宜於製造許多不同類型本文中所揭示 來作為代表性材料，但不音欲本_材料。將論述石夕 1个心、欲將本發明限於僅使用矽。 腔=圖1中所展示’(例如）藉由在石墨塊中加工出空 片 土次其他適且材料製成之薄 _. 虱室1之底部。此片較佳具有相當程度之氣體 Ή性（具有相對高孔隙率及/或相 :::少之可用石墨(或其他適宜_。該氣 :孔嶋成。本文中將薄片5稱作模製W端口 7; 心用真空吸附。現參看圖3Α 处 15相垃鉬》 使〜成8與熔融物13之表面 。该總成在指定時間段内（可能大約】秒） 與該熔融物接觸。嗲她#命υ ^ 和）保持 取本於 ^〜成與该熔融物之間的接觸時間量將 ’、：以下因素而變化，該等因素包括（但不限於 之溫度、模製片之溫度、模片 、 网 之所炉戸命 稹裟片之厗度及待製造的矽片 一人子度。矽片凝固至該模製片上（如在圖 不），此係因為模製片5 A於 . 中所展 -暫時的熱傳遞，從而造：輸融：V因而’該程序為 且接冷㈣該炼融點 物-大：:：庫:從而造成_於該模製片上之堆積 體5之’應保持該模製片冷於熔融材料之凝固點。 201232642 少一=…在該模製片接觸該炫融材料的時間之至 二…該模製片之至少-部分應處於低於該凝固點 =广夕作為一實例，凝固點/炫 導體之情況下，用於維持該模製片以供使用= I 了涵蓋自室溫至低於凝固點/炼融點之任何溫度。 製片= 主要目的為使得所形成切片19臨時地緊靠模 丄幫19之後將㈣片容易地自模製片5移 := 若該妙片簡單地掉落，則極有幫助。然而， =要的疋，隨著該石夕片形成，其黏附至模製片卜真空 怜-在與熔融矽13接觸達 ^時長後移除該模製片時’經固化之石夕19將有可能存留 於《融物之頂部15上且接著其將重新炼融。實際上，需 3 =著力以自炼融物13移除經固化之…9,此係 因為δ玄熔融矽之表面張力固持矽片19。 在指定時間段之後，將總成8自熔融物 有:接至其…，如在圖-中所展示。最終，在圖 -中，釋放真空17，且可將所形成之石夕片 分離。在真空17釋放之後1片19即可簡單地掉落。然 而’-些小量剩餘黏著力可保持該片免於掉落。 石墨模製片5必須具有足夠的孔隙率以允許存在足夠 吸力以實現黏附至矽片19之目標。存在極多等級之石墨， 涵蓋了極大的孔隙率範圍。因而，存在許多的適宜選擇。 模製片5之孔隙率必須不能大到允許炼融石夕υ進入孔 中，進而使得石夕片19的釋放困難或不可能。兩個獨立的因 201232642 素組合以防止矽進入微細孔中。首先，該熔融矽之表面張 、°南、至於不准§午其滲入（非潤濕材料之）微細孔。第 一’该石夕在接觸該模製片時開始快速地凝固，且此凝固在 由微細孔呈現之高表面積對體積比率之情況下尤其快。即 使對於經潤濕之材料，第二因素仍存在。 、 月’j述論述係關於在大致大氣壓下使用經熔化之表面。 在尚於大氣壓之壓力下使用經熔化之表面亦係可能的，且 論述於直接晶圓申請案中。 在該形成表面與該熔融半導體及隨後的固化晶圓之間 的界面極為重要。對於此形成界面有利的是在經由該模製 ^施加的真空減小時利落地加以分離。另外，允許在該晶 圓與該模製片之間的一些滑動係有幫助的，尤其在該晶圓 以不同於β亥模製片之方式冷卻且收縮時。對於該形成界 面，藉由避免大量晶粒的快速成核來允許大晶粒之生長亦 係有利的為實現此目標，該界面可具有允許熔融物過冷 同時維持使晶粒成核之小的傾向之性質（例如藉由在此界 面處提供具有使晶粒成核的小傾向之材料）。另外，控制跨 越此界面之熱傳遞以對在+導體晶圓中形叙晶粒大小施 以影響係有用#。舉例而言’減少跨越該界面之熱流可允 許有時間使經成核晶粒橫向生長，因而造成較大晶粒大 小。應以良好控制之方式來產生及修改此界面之性質以使 侍所形成之連續晶圓具有類似特性。亦應以可在現實生產 環境中實施之經濟方式來控制此形成界面之性質。 【發明摘要】 201232642 本文中所揭示之方法發明使用本文中稱作插入片之片 以用於製造諸如石夕之半導體本體（諸如用於太陽能電池使 用）。其為獨立的、極薄、可撓、多孔且能夠在不降解的情 況下耐受溶融半導冑（諸如碎）之化學及熱環境。豆通常 由陶免材料製成，諸如下文論述之二氧化石夕、氮化:夕、氮 氧化石夕、碳氧㈣、碳切、碳氮切、碳氮氧化石夕及盆 他材料。其設置於模製片之形成表面與將形成半導體主體 之炼融材料之間。可將其緊固至該形成表面或沉積於該炼 融物之表面上。該插入片之組成物幫助抑制晶粒成核，從 2導致相對大的晶粒大小。其亦幫助限制來自該炼融物之 熱流，該熱流控制該半導體主體的固化時序。纟亦促㈣ :固化的半導體主體與該形成表面之分離。因為其為獨： ::可在其使用之前將其製造，…，可測試及驗 特性，從而導致高程度之可靠性及自經固化的主體至 =個主體之可再現性。又，使用獨立的插人片准許較之 右二：Γ於達成類似功能的顆粒物或其他非獨立製品而呈 對在此段落中所提及的因素之更大控制。插二 = 之發明。因為其為獨立的且不黏附至該形 所以熱膨脹係數不匹配之問題得以不 =:為該插入片及該經固化的半導體主體二 1此且亦獨立於該形成表面之方式自由膨脹及收缩。 【圖式.簡單說明】 示二1示為。用於供本發明使用之已知氣室及耐火模製片之

S 201232642 圖2為此類已知氣室之示意性表示，其中耐火模 3 5具有紋理化表面9。 圖3A、圖3B、圖3Γ月同ίγλ 上 一 口儿及圖3D為使用諸如在圖i中所 展不的氣室之已知方法步驟的示意性表示，其中： 圖3A展示接觸熔融表面之耐火模製片； 圖3B展示形成於該模製片上之半導體的主體； 圖3C展示自該炼融物移除之氣室及模製片總成，·且 圖3D展示在該氣室中的真空釋放時自該模製片釋放之 所形成的半導體主體； 义圖4A至圖4G示意性地展示隨著模製月朝向炫融材料 刖進而使用本發明的插入片 、 々斤列步驟，該插入片葬Λ 在其邊緣處夾持而緊固至該 3 盘:从展示緊固至形成表面之插人其中其中心懸置 且，、及形成表面的中心間隔開； ‘、、 圖4Β展示剛剛接觸該熔融表面之插入片； 圖4C展示在整個片區域上接觸該熔融表面之插入片； ΕΜΜτ接觸4插人片之遠離該溶融 形成表面； ®町成表面之 圖4Ε展示正在該插入片上形成之半導體主體； 展示自該溶融材料提出之該模製片及形成表面， 八〇X入片上載有經固化之半導體主體；且 圖4G展示與該形成表面分離之插入片，其 固化之半導體主體； 執虿忒鉍 圖5A至圖5D示意性展示隨著模製片朝向該炫融材料 201232642 前進而使用本發明之插入片的一 外夕】V驟，s亥插入片藉 用於與坩堝一起使用的未圖示 I稱件而緊固至該模製片， 該坩堝具有相對低於另一壁之一壁，其中. 圖5A展示緊固至形成表面且實質上在其全範圍 該形成表面之插入片； 安觸 圖5 B展示以高於該相對較 融表面之插入片； 认低…液面剛剛接觸該溶 圖5C展示沿著箭頭M的方 A1 逆步月進之插入片及楹 製片，其具有在該模製片上固仆> & # 朽及模 俱表月上固化之顯著範圍的半導體 圖5D展示在該插入片上 +八 模製片總成移出之㈣；…成的半導體主體及自 絡圖6A至圖6C示意性展示顯微照相之數位影像，其描 其中： 料關及孔之組態及固體基礎， 圖6Α展示孔隙最少之插入片； 圖6Β展示中等多孔之插入片； 圖6C展示較多孔之插入片。 【詳細描述】

、风丨穴用以運成f+J ::㈣各種功諸如減少成核，控制晶粒生長; “、、抓’以及其他功能）之材料，該適宜材料包 限於二氧切、氮切、氮氧化石夕、碳氧化 : 碳氮化矽及碳氮氧化矽及其他 ^ π τι其他材料可包括 鋁、富鋁紅柱石及硼。大體言之， J 1定用了在不降解纪 10 201232642 況下耐受溫度之彳壬伯· _ $ 订陶是。右條件使得無顯著量之可對半 導體主體的形成有宝之妊4 。之材枓（诸如軋化鋁、富鋁紅柱石及 石朋）離開陶究且進入车墓麵 牛導體主體，則可使用含有此類材料 之陶曼。本文中將此類片稱作插入片。 獨立思明—主體在·其意欲使用之前的某時間製造且能 句在不緊口至較大或吏厚重或更硬之基板的情況下單獨地 乂處置獨立主體可具有在一或多個表面上之相對薄 片且亦可在—或多個表面上載有其他附帶的小元件，諸 如局部塗層、晶種等等。 在較早的時間在一單獨的操作中製造此材料插入片 且接著藉由與在所併入的直接晶圓專利申請案中所揭示的 彼等方法類似之方法使用此插入片來製造諸如晶圓之半導 —體仁如本文中所論述，增加為使用一或多個插入片。 在本文中可將此類片稱作插入片，或在一些狀況中簡單地 稱^片可藉由此等方法形成之典型半導體主體為用於在 陽此電池中使用之矽晶圓。然而，亦可形成其他半導體 及其他主體。 如在圖4Α中所展示，插入片可設置於模製片45之形 成表面46與熔融材料413之表面415之間。可將其提供為 緊固至4模製片，如參考圖4Α至圖所展示，對於一實 施例其為經夾持且懸置（如下文論述）；或如在圖5 A至圖 5 D 中戶斤显一 展不’對於—實施例其為在其範圍上更緊密地緊 固；成"ΰΓ、 一『沉積於熔融表面415上（未圖示）。 該 入片為多孔的以允許壓力差（諸如在直接晶圓專 11 201232642 «案中所揭不之晶圓形成方法的真空）傳播通過該插 入片至該熔融石夕。該插入片之孔隙度可廣泛地在僅1%至高 ，、勺80%之間變化。開口之直徑可在工微米至高達約⑽ 毁米之間隻化。甚至大至約1〇 "敬米的開口仍不容許熔融 石夕接觸多孔模製片45之形成面46。之所以尤其如此，係因 為用於經設計以提供僅最小晶粒成核的插入片之材料亦未 被熔融矽良好潤濕。有利地，該孔隙率中之至少一中等分 率為開放孔隙’以允許真空經由模製片及插入片傳導。亦 有可能所有孔隙均開放。可存在某種程度之封閉單元孔隙。 圖A至圖6 C忒明孔隙率範圍及孔之組態及固體基 楚圖6A展不與所展示的其他者相比相對較不多孔的插入 片展示中等多孔的插人片’且圖…展示較多孔之 插入片。 在此文件中，在陳述片厚度時，其為質量等效片厚度， 或ME厚度。亦即，则厚度為5微米之多孔片具有與面積 相同且由相同材料製成《5微米厚的完全緻密片的質量相 荨之質i舉例而έ，若該片之孔隙率為5 〇 %且Mg厚度為 5微米，則該片之厚度範圍（自在一表面上之最高峰至在相 對表面上之最高峰）為至少1G微米。通常，獨立插入片具 有在1微米與10微米之間的ME厚度，其中較佳範圍為' 微米至5微米。 較佳地亥插入片細因於其薄且多孔之性質而具有顯 著程度之可撓性。此可撓性促進該插入片之處置及夾持且 使用該插入片來行使目的，包括允許該插入片良好地符合

S 12 201232642 該模製片之該形忐矣& βh 心成表面及液態熔融物之表面且在一些椹 中允許該插入片呈頦士丁令4+f 、式 月呈現如下文描述之有意設計的曲率。在— 些實施财’該片應能夠採用小至2毫米之曲率半徑。兴 例而…在圖4A"斤展示’夾具434緊固採用具有約+2 毫米的半徑之曲率的插人片430。大體言之，最小程度之可 挽性並不關鍵。歸因於出於其他目的之插入片的厚度，1 固有地將足夠薄以符合形成表面形狀或炼融表面之非液位 區’、’、㈤丨於一些目的（諸如上文所展示之夹持），高程 度之可撓性可為重要的且極有益。 如參考圖5A至圖5D所示意性展示及下文更全面論 述，可（例如）使用經由多孔模製片55抽取之真空將插入 片530附附至多孔模製片55。或者，如參考圖μ至圖化 所不意性展示，插入片43〇可由模製片“來支撐或由支撐 頭W來支擇，支撐帛41藉由在模製片^邊緣處用夹具川 央持來固持模製片45。可同時使用夾持及次要附接方法（諸 如真f 47)。取決於所選擇之陶竟材料，可對插入片充電， 且電荷可用以將該插入片附接至該模製片之形成表面。亦 可藉由在該模製片上建立電塵來實現插入片至模製片之此 靜電附接。 將具有所附接的插入片之模製片降低至該熔融物中， 抽取真空’且半導體晶圓片固化。可以與在直接晶圓申請 案中所插述的彼等方式類似之各種方式來自該炫融物移除 模製片及經固化的半導體片，但顯著地添加插入片之存 在。可在插入片接觸熔融物之前或在接觸熔融物之後來起 13 201232642 始真空。 如參考圖4A所展示’在多 u 孔片430在其邊緣處由模製

片45支撐時，可允許將插 ' I w 、巧430懸下。以此方忐， 圖4B中所展示，插入片4 〇在 之自由中心432初始接觸該熔 融物之表面4 1 5 ,同時脫離多 Μ制w Α 夕孔模製片45之形成表面46。 模製片45繼續下行，且招^基上1 … 接者如在圖4C及圖奶中所展示按 壓於插入片430之背表面433 认电 上且接者到達熔融物4 1 3 的表面4 1 5之液位。此情形分 閒形允許插入片430在模製片45的 形成表面46接觸該插入片的背 ,^ 叼牙表面433之前有時間升溫且 由k融物413潤濕。舉例而言， 。 對於16〇毫米X160毫米之 夕孔模製片45,可在兩個邊緣處夾持插入片43〇以使得插 入片之中心432自形成表面46懸下約1〇毫米。此情形要 未該插入片能夠採用約325毫米或更小之曲率半徑。可採 用約W毫米之最小曲率半徑的插入片可得到可靠地處 置。藉由甚至更高程度之可撓性（諸如能夠採用具有約2 毫米至3毫米的半徑之曲率），插人片可由失具（諸如在圖 4A至圖4G中的434處所展示）夾持。 在另-具體實例巾（未圖示於單獨圖式中），可將插入 片獨立於模製片置放於熔融石夕之表面上且允許足夠的時間 來將該插人片潤濕（通常數秒）。可置放該插人片之機構可 與在圖4A中於434處所展示之彼機構類似，惟夾具434之 配合元件並非固持模製片46之支撐頭41除外。:且，其 可為單獨元件，通常為較大框架之部分，具有一開放區， 該開放區足夠大而使得整個支撐頭41及模製片46總成適

S 14 201232642 :穿過該開口以在-旦沉積於熔融表φ 4i5上即接觸插入 之背側433。但機械功能將相同，即與爽具434配人 ㈣著將插入,43〇引向靠近該溶融物之表面且接著㈣ ㈣嘁物而固持插入片43〇,且亦視情況在處於該熔融物上 時將其緊固於原位。可接著將多孔形成表面穿過在框架中 之開:降下至經潤濕之插人片上’且接著可將所有構件一 起自該炼融物抽離β p私 } ^已如現δ亥插入片之預先潤濕可造成如 所需要之較大的晶粒大小。 可使用在形成表面接觸插入片的背側之前將該插入片 置放於熔融物上之其他設備及方法。有可能具有以下機構 係重要的：該機構可將該插人片自其抓取釋放且接著麵 所沉積之插人片保留於—位置或受控運動中，以使得可使 該模製片可靠地承載於該機構上。可將該插人片施加至溶 融物以使得其首先在靠近其中心之區處接觸該炫融物，諸 如在圖4Β之432處所展示，其為圓形區域。該接觸區可為 線（諸如平行於該片之邊緣或對角線）或極小區。 不論該插入片係藉由專用沉積裝置所沉積或夾持至亦 固持模製片45之支撐頭4卜一種使用插入片製造晶圓之方 法為在形成表面嚙合插入片之背離熔融物的背表面之前將 該插入片置放於該熔融物表面上約〇1秒與約5秒之間。 如在圖4Ε中所展示，形成表面46處於真空47下或小 於熔融表面的壓力之壓力差下，且在接觸插入片43〇之過 冷矽434時使相對低數目個晶粒實質上立即成核（過冷液 體甚至在低於其溶融温度之溫度下仍保持為液體）。取決於 15 201232642 在炼融物中之隨後停留時間、形成表面溫度、冑 模製片熱性質，半導體主 / ’

^ ^如具有大晶粒（已觀R “至10毫米）之所需厚度的晶圓）生長。 ’丁、 士在圖4F中所展不’接著將其自炫融物4 觀察到針對晶粒大小與厚度之高達5〇:1的縱橫比其中： 粒大小50倍於該晶圓的厚度。該晶圓藉由 成表“6,其中插…3。插入於該兩者=至 成乎不存在或完全不存在所形成的晶圓主體419與形 面46之化學或機械互動。該兩者彼此不接觸。 如在圖4G中所展示，藉由減小或移除真空壓力47將 插入片430自形成表面46移離，且插入片43〇變得… 表面46㈣，其中所形成之半導體主體419仍與插入片㈣ 相關聯。如下文中論述，通常在單獨稍後製程中，接著將 插入片430與經固化主體419分離。 參考圖5A至圖5D來示意性展示用於使用插入片之另 一配置。坩堝5 11具有相對低於其他側之至少—側542。將 熔融材料提供至一深度以使得彎液面515駐留於較低壁542 的液位上方。該較低壁可跨越坩堝之整個寬度來延伸（在 進入頁面之維度中），或其可僅佔據此寬度之部分區，其中 在隅角處具有較高壁部分。；^之壁（歸因於截面而未圖 不）可自在具有較低壁542的隅角處之低處傾斜，或可全 面地更高。模製片55為支撐頭總成51之部分，支撐頭總 成51可在朝向且沿著坩堝511之箭頭M (如圖示向左） 之方向上移動。藉由未圖示之方法（但亦包括來自壓力差

S 16 201232642 57(諸如上文所論述之真空）之吸附動作）來將插入片53〇 緊固至模製片55之形成表面。隨著支撐頭總成51在箭頭Μ 之方向上移動，坩堝511可通常在箭頭c之方向上移動以 與其匯合。此相互移動幫助將所形成晶圓中在初始接觸位 置處的不規則性最小化。 ^圖5Β示意性展示熔融液513朝著模製片55且亦沿著 τ頁Μ之方向漸移。來自真空57之吸力幫助將該熔融材料 朝向模製片漸移。與上文結合參考圖4Α至圖扣所論述之 具體實例之論述類似’該炫融材料直接接觸插人片53〇且 不接觸模製片5 5。 闽展不短時間 « ^ 八，战印化叼千等體主體 槿：成於插入片530上。再次以與下文論述相同之方式， 、氣片、55相對地涼於該㈣材料，因㈣始晶粒之成核。 519圖5〇展示另一短時間後之情形’其令完全形成之主體 519附接至插入片530。已扃 圓-a 、 已在圖5D的箭頭C之方向上（如 織°下將掛禍5 11自該半導體主體移離，同時支標頭 ::51繼續在箭頭M之方向上移動。因而，已使該半導體 主體自熔融材料513脫離。此相 +導體 令在最終接觸位置處的不規則性最小化。’助將所形成晶圓 可接著藉由停止真空57乃甘 該插入片及所形成之半導體主體自如上文論述）將 將該插人片自至所形成的半導體主體^ 55移除。可接著 如藉由蚀刻或其他方法（亦如所論述）之任何黏附移除’諸 諸如在圖5ΑΜ财於在残特人片的情 17 201232642 況下製造半導體主體之方 申嗜亲 γ使用（诸如在直接晶圓專利

及圖u A D τ以與在直接晶圓申請案之圖4A 令所展示的㈣類似之方式來使用該掛瑪。 與使用主要由諸如石黑七 心。“ 石墨或Slc的材料組成之形成表面 的％序相比，已於規钤4 4 w χ οχ 片k成所形成的矽晶圓主體之 急劇增加的晶粒大小，石墨或Si 體之 土-乂 11適且於其他目的曰古 =成核：可藉由此方法常規地生產具有大於丨毫来的二 進1::晶杻’其中最大晶粒高達約5毫米。該插入片不促 不成二在一些狀況中抑制成核。此情形允許溶融物在 不成核的情況下之過冷卻。 使用此類插入片的另一關鍵優勢為該插入片提供 模製月形成表面之極利落釋放。基本上，為用於插入：中°: 可使用在接觸持續時間中不以任何實質程度與形成表面反 應或接合至該形成表面之任何材料，以幫助將所形成的半 導體主體自形成表面利落地釋放。藉由石墨形成表面在插 入片中使用SiOd Si3N4取得良好結果。據信許多高 火材料將相對良好地工作，只要該等高溫耐火材料=溶 融半導體材料（諸如矽）到達該形成片即可。 ' 通常，預期個別插入片將僅使用一次。在— a f狀况中， *已發現有可能僅將該插入片自該所形成的半導體主體剝 落。因為該插入片如此薄，所以可經常在不將異a 應力置於半導體主體上之情況下將該插入片 q /谷。在其他 狀況t，可藉由化學蝕刻自所形成的半導體主 租砂丨承插入 片，較佳使用不侵蝕底層半導體主體之蝕刻劑。該插入片

S 201232642 之一次性使用性皙辟 為每-所形成的晶圓二：程序控制之方法，此係因 人片之老化而與二;=同的形成循環且並不歸因於插 可能使用給定的個別插人片來製造若干aJ/,、而，亦有 體實2 Γ ”所併人的直接晶时請案中所描述的彼等具 ==其他具體實例中使用插入片，但顯著地添加 以及圖22B所扩述之“，考直接sa圓申請案之圖 所“述之垂直具體實例中使用插入片。 製片片之使用的另一優勢為其可為自溶融石夕至模 ^4 = 控量之抗性，從而幫助對晶粒大小施以 二二 ，較少的熱流將造成相對較大的晶粒大小。 之裎声片之厚度、組成物及粗糙度來改變對熱流的抗性 較多二性相對較厚的插入片比相對較薄的片提供對熱流之 面提=轨類似地，相對較粗糖之表面比相對較粗糖之表 面對熱流之相對較多抗性。相對較高孔隙率比較不多 孔性主體提供對熱流之相對較多抗性。 面 入片之另-優勢為藉由防止在熔融矽與形成表 止。二的化學反應’經固化晶圓至形成表面之黏附得以防 面之間：只在具有所附接的插入片之經固化晶圓與形成表 卻、1面自由滑動。隨著所形成之晶圓及形成表面冷 节插所形成的晶圓與該形成表面之間存在不同收縮。 動防：片允許在所形成晶圓與形成表面之間的滑動，此滑 式，此等不同收縮將大應力施加於冷卻晶圓上。以此方 "移位之形成及至晶圓中的應力之引人得以最小化。 19 201232642 由單一材料製成之單—插入片可傳達上文描述的優勢 中之若干者。舉例而言’單-熔化Si〇2片可阻止，且因而 控制熱傳遞、准許滑動且提供利落釋放。然而，可有利地 將兩種或兩種以上材料混合於單一插入片，以更全面地自 插入片之各種優勢中獲益。舉例而言，已發現在單一插入 片内之氮化⑪及：氧切粉末之混合物有用。s叫允許半 導體主體瓜成’且提供某種程度之成核抑制。叫队限制所 形成的晶圓主體之氧污染。 在本方法發明之另一具體實例中，可堆疊兩個或兩個 以上插入片，#中每—插入片具有相同組成物或不同組成 物。舉例而言，在保證利落釋放中，$叠兩個或兩個以上 插入片尤其有用。舉例而言，可將主要由Si〇2組成之插入 片設置為面向熔融半導體材料，纟面向形成表面之鄰近插 片可主要由SisN4組成。此等兩種材料並非彼此極強烈地 黏附’且因而可相對容易地達成在該兩者之間的堆疊物之 刀離夕個片之另一有利使用為使用一片來主要控制成核 性質，且使用另-片來主要控制（藉由阻礙）㈣遞。舉 例而言，一插入片可具有相對大於至少一其他插入片的熱 傳遞抗性之熱傳遞抗性。類似地，一插入片可具有相對小 於至少—其他插入片的成核傾向之成核傾向。使甩兩個或 兩個以上插入片亦提供至少一額外界面，在至少一額外界 面處，可產生鄰近於該界面的主體之滑動，該滑動可用以 最小化CTE不匹配之有害效應。 製造插入片之代表性方法為以所要材料之微細粒子開

S 20 201232642 始，且使用在與陶£處理無關之技術中已知之層產生或沉 積方法來裝&薄層，隨後在高溫下火燒該薄層以產生一 獨立主體。此類方法包括喷灑至基板上、薄帶鑄造及注聚 鑄造。此類技術在製造半導體主體之技術領域内並非普遍 知曉。粒子在形狀上可為球形、等軸大或片形。出於-些 目的’可有利地使用斜彡 用針形拉子。層沉積技術可由以下動作 組成：在水或有機溶劑中產生粒子之浆料，及根據在陶究 處理技術中已知之方法將該襞料喷灑、注漿鑄造或刀片到 抹於基板上。該褽料可具有相關技術中已知之分散劑及易 變的流變改質劑。 使用針狀粒子造成插入片隨著其製造而收縮較少，此 it形使付維持公差更容易。由針狀粒子製成之插入片的另 -優勢為在與溶融半導體材料接觸而使用及隨後冷卻期 間’存在比其他形狀之粒子所發生的收縮相對更少之收縮。 通㊉’插入片由已熔合或燒結至彼此之粒子組成。 、總結插入片之所需要的性質：其應為多孔至恰當程度 以允許足夠的氣流通過。其應為足夠耐久以獨立；一定的 可撓性（以增強處置、夾持、懸置及符合模製片及熔融表 面之非平坦表面）；在與熔融材料接觸的持續時間期間一定 程度的相對化學惰性，以使得來自該插入片之不超過可接 受量的雜質進入炼融材料；熱穩定（财火）至足夠程度以 抵抗在溶融半導體（例如旬之熱量及化學環境下的降解。 其亦應幫助#由阻礙熱流及可能地藉由其他方法來抑制成 核。亦應有可能藉由化學或機械方法自所形成的半導體主 21 201232642 體移除插入片。其應能夠在炫 高溫下保留此等性質。通常， 插入片應能夠耐受約140〇C， 百萬分之5的過渡金屬。 重申上文已說明之内容， 二氧化矽、氮化矽、氮氧化石夕 化矽、碳氮氧化矽及其他材料 富鋁紅柱石及硼或含硼陶曼。 解的情況下耐受溫度之任何陶 可對半導體主體的形成有害之 才主石及硼）進入半導體主體， 瓷。 融半導體（諸如矽）之相對 對於與矽—起使用而言，該 且應具有按重量比例計少於 適宜材料包括（但不限於） 碳氧化石夕、碳化碎、碳氮 。其他材料可包括氧化鋁、 大體5之，可使用可在不降 竟。若條件使得無顯著量之 材料（諸如氧化鋁、富鋁紅 則可使用含有此類材料之陶 氮化石夕為製造插入片之有吸引力的材料。提供氮化石夕 涛片極困#。然而，氮化石夕及氧化石夕（諸如氧化石夕或二氧 化石夕）之複合物亦為有用的。 儘管已展示及描述特定具體實例，但熟習此項技術者 應理解’可在不偏離本發明的情況下在其更廣泛之態樣中 作出各種改變及修改。意欲應將在上文描述中包含且在隨 附圖式中所展示之所有内容解釋為說明性而非限制性专 義。. 思' 本發明描述且揭示一個以上發明。在此文件及相關文 件之申請專利範圍中闡述本發明，不僅包括已申請之部分 且亦包括在基於本發明之任何專利申請的訴訟期間開發= 之。卩分。發明人意欲將所有各種發明主張至如隨後所判定

S 22 201232642 由先前技術所准許之界限。本文中所描述之任何特徵無— 對於本文中所揭示之每一發明為關鍵的。因而，發明Z希 望本文中描述但並未在基於本發明的任何專利之任何特^ 申請專利範圍中主張之任何特徵無一應併入於任何此類^ 請專利範圍中。 ’' 本文中將一些硬體總成或步驟群組稱作發明。然而， 此情形並非承認任何此類總成或群組為必然可取得專利 獨特發明’尤其如關於將在一次專利申請中所審查之發= 的數目（或發明之單一性）< 發明及法規所涵蓋。意欲以 簡略方式說明發明之具體實例。 “人 在此提交發明摘要。應強調提供此發明摘要以遵守要 求允許審查者及其他搜尋者快速確定本技術發明的主旨之 發明摘要的規則。發明摘要係在以下理解下提交··該發明 摘要不.用以解釋或限制中請專利範圍之範_或意義^ 專利局的規則所約定。 應將前述論述理解為說明性的，且不應以任何意義考 慮為限制性的。儘管參考本發明之較佳具體實例特定地展 了本發明’但熟習此項技術者將理解，在不偏離 由申μ專利範圍所界定之本發明赭 个知a之精神及靶疇的情況下， n ’發明作出形式及細節上的各種改變。 件之：Γ申請專利範圍中之所有構件或步驟附加功能元 =應結構、材料、動作及等效物意欲包括用於結合如 ’疋主張的其他所主張元件執行功能之 或動作。 構、材枓 23 201232642 發明之態樣 本發明之以下態樣意欲在本文中加以描述，且此章節 用以確保提及該等態樣。將該等内容稱為態樣，且儘管= 看起來類似於t請專利範圍，但其並非中請專利範圍。然 而’在未來某B夺’申請人保留主張在此及任何相關申，荦 t的此等態樣中之任一者或所有者之權利。關申-案 A1.-種用於製造一半導體主體之方法，該方法包含以 a. 提供具有一表面之一熔融半導體材料； b. fe供包含一形成表面之一多孔模； 融 在 c.在該形成表面與該熔融材料之間提供一獨立陶究片 二吏該形成表面接觸該陶究片’且使該陶究片接觸該力 材料之表面達-接觸持續時間，使得—半導體材料 該陶瓷片上固化；及 除 e.將該經固化主體自與該熔融 同時仍接觸該陶瓷片。 半導體材料之接觸移 A2.如態樣A1之方法， A3.如態樣A2之方法， 件 該半導體材料包含矽。 5玄矽主體包含一太陽能電池元 刑咔 /巴甘.提供一壓力 型態以使得在該形成表面之至少— 栌-丄u 上 $刀處的壓力小於名 嘁材料表面處之壓力，使得在該 却八丄 伐觸持續時間之至少 #分中該壓力差型態存在。 A5.如態樣A1之方法，其進_ 夕包含以下步驟：名

S 24 201232642 於5亥半導體材料之一炫融點之一溫度下提供該形成表面之 至少一部分達該接觸持續時間之至少一部分。 β A6:如態樣A4之方法，其進一步包含以下步驟。咸小 該麼力差型態之程度，藉此促成自該形成表面脫離該陶究 片及該經固化主體中之至少一者。 A7.如恐樣A1 <方法’提供該陶瓷片之該步驟包含在 該熔融材料上提供該陶瓷片。 …A8_如態樣A1 t方法’提供該陶究片之該步驟包含在 該形成表面上提供該陶瓷片。 A 9 ·如怨樣a 8之方法，直{佳一半勹人 电其進步包含以下步驟：將該 陶竞片夾持至該形成表面。 A10.如態樣A9之方法，其進一步包含以下步驟·在該 形成表面與該熔融材料之間提供至少—額外陶兗片。

All.如態樣A9之方法，夾持該陶究片之該步驟包含夾 持該陶究片’使得該陶竞片自該形成表面懸離從而使得該 陶竞片在-接觸位置處接觸該溶融材料，且此後該形成表 面在该接觸位置對面接觸該陶瓷片。 A12 ·如態樣a 11之方法，兮垃舾 承3亥接觸位置包含該陶瓷片之 中心〇 A1 3 ·如態樣a 1 0之方法 具有彼此不同的組成物。 A14.如態樣a 10之方法 此強烈黏附之材料組成。 A1 5 .如態樣a 1 3之方法 該至少兩個陶瓷片中之兩者 至少兩個鄰近陶瓷片由不彼 至少—陶瓷片具有相對低於 25 201232642 至少一其他陶瓷片之一成核傾向。 A16.如態樣A13之方法，至少一陶瓷片具有相對大於 至少一其他陶竞片的熱傳遞抗性之一熱傳遞抗性。 A17.如態樣A8之方法，其進一步包含以下步驟：藉由 提供一壓力H態以使得在該形成表面之至少一部分處的 壓力小於在該陶莞片之背離該形成表面的一面處之壓力來 將該陶瓷片緊固至該形成表面。 A18.如態樣A1之方法，該陶瓷片包含一多孔片。 A19.如態樣A1之方法，該片選自由以下各者組成 之群組：=氧切、氮切、氮氧切、碳氧化碎、碳化 矽、碳氮化矽及碳氮氧化矽。 A20.如態樣A1之方法’該陶兗片具有在約i微米與約 1 5微米之間的質量等效厚度。 A21.如態樣A1之方法’該陶竟片具有在約之微米與約 5微米之間的質量等效厚度。 A22.如態樣A1之方法，該陶瓷片為可徺性的。 A23·如態樣A22之方法，該陶竟片之該可撓性特徵在 於在不發生任何破裂的情況下將該片彎曲至一半徑之能 力，該半徑小於約325毫米且較佳小於約15〇毫米且最^ 小於2毫米。 A24.如態樣A1之方法，該陶瓷片為多孔的。 Λ25.如態樣A24之方法，該孔隙率之程度為自約丨^至 高達約80%。 該等開 A26.如態樣A24之方法’該陶瓷片具有開口

S 26 201232642 口具有在約1微米與約1 00微米之間的直徑。 A27·如態樣A1之方法，其進一步包含以下步驟：相對 於該形成表面來給該陶瓷片充電，且藉由在該形成表面上 建立一電壓來將該陶瓷片附接至該形成表面。 A28.如態樣A1之方法，該陶瓷片具有按重量比例計小 於約百萬分之5的過渡金屬。 A29.如態樣A1之方法，該陶瓷片能夠在不降解的情況 下耐受至少約140(TC之一溫度達足夠用於一矽半導體主體 的固化之接觸持續時間。 A30.如態樣A1之方法，竟片包含經熔化之材料。 A3i_如態樣A1之方法，該陶曼片包含經燒結之材料。 、A32·如‘態樣A30之方法，該經熔化材料係自針狀粒子 溶化而成。 A33.如態樣A30之方法，該 溶化而成。 化材㈣自等軸粒子 成戾二如態樣A1之方法’該陶究片之材料具有低於該形 成表面的材料之使該半導體的晶粒成核之潛力。 B1.—種獨立的多孔陶瓷主體，盆 ^ ^ ^ ，、匕3一材料之一互連 、.罔路，該材料具有小於10微来的ME厚度 —相對表面，該固體材料能夠耐 於、丄…洽 J又在至少約1400t下與一 熔嘁半導體接觸達足夠形成一 ’ 且兮固㈣从上丨^ 千導體主體之接觸持續時間 且邊固體材料具有按重量比例計 金屬。 於、力百萬分之5的過渡 B2·如態樣B1之主體，該材料 何枓網路界定開口，該等開 27 201232642 口具有在約1微米與約1 〇 〇微来 、之間的一直取 B3.如態樣B1之主體，該 二。 μ料網路且古+ 80%之間的孔隙率。 有在約1%與約 Β4.如態樣Β1之主體’該 卞域自由以下么去h # 群組：二氧化石夕、氮化石夕、氮氧化石夕 下各者組成之 碳氮化矽及碳氮氧化發。 反 發、碳化石夕、 B5.如態樣B1之主體，該材料 % 丁寸昇有低於石墨之使 體材料晶粒成核之傾向。 Β6·如態樣B1之主體，其進—步包含—第二此類主體， 該第一主體及該第二主體由彼此不強烈黏附之主體組成。 C 1. 一種總成，其包含： a. —多孔模’其具有一形成表面； b. —獨立的多孔耐火陶瓷片，其具有—第一表面及第二 表面’§玄陶竟片在該第一表面處緊固至該模之該形成表面； c. 一半導體主體，其直接自某量之熔融半導體材料形成 且緊固至該陶瓷片之該第二表面。 C2.如態樣C1之總成，其進一步包含一第二陶瓷片， 該第二陶£片在該第一陶瓷片與該形成表面之間且緊固至 該第一陶瓷片及該形成表面中之每一者。 C3.如態樣C2之總成，該第一陶瓷片及該第二陶瓷片 具有彼此不同之組成物。

S 28

Claims (1)

1. 201232642 七、申請專利範圍： 驟 1-種用於製造半導體主體之方法，該方法包含以下步 a. 提供具有表面之熔融半導.體材料； b. h供包含形成表面之多孔模； C•在形成表面與炼融材料之間提供獨立陶莞片； 2形成表面接觸陶究片’且使陶究片接觸炼融材料之 固化：接觸持續時間’使得半導體材料主體在陶竞片上 e.使經固化主體自與溶融丰莫艘u輕 仍接觸陶曼片。、“丰導體材枓之接觸移除，同時 2·如申請專利範圍第μ之方法，半導體材料包切。 池元^申料·圍第2項之方法4主體包含太陽能電 4.如申請專利範圍第1項之方法，其進-步包含：揾徂 壓力差型態，使得在該形成表面之至少一部分處的塵力; 於在熔融材料表面處之壓力，使得在接觸持續時間之至丨、 一部分中，壓力差型態存在。 ^ • 5.如申請專利範圍第卜員之方法，其進一步包 驟在低於半導體材料之炼融點之溫度下提供該 之至少一部分達接觸持續時間之至少一部分。 面 6.如中請專利範圍第4項之方法，其進一步包含以 驟：減小心差型態之程度，藉此促成自形成表面脫^ 瓷片及經固化主體令之至少一者。 旬 29 201232642 7 -如申請專利範圍第1 ^ Λ- p. _ '方法，提供陶瓷片之步驟包 3在熔融材料上提供陶瓷片。 8 _如申s奢專利範圍第1項之古、1 含在报#本π 員之方法，提供陶瓷片之步驟包 乂成表面上提供陶瓷片。 9. 如申請專利範圍第8項之方 驟：將陶究片夾持至形成表面。 …以下步 10. 如申請專利範圍第 步驟…ο* 矛貝之方法，其進-步包含以下 步驟.在形成表面與熔融材料之 1如ί、至少一額外陶瓷片。 .如申钿專利範圍第9項 包含央掊陶：^ y 貝之方法，夾持陶瓷月之步驟 匕3吸持陶瓷片，使得陶瓷 陶咨ti /· k °亥形成表面懸離從而使得 陶是片在接觸位置處接觸熔 觸位置對面接觸陶究片。 此後形成表面在接 12_如申請專利範圍第U 片之中心。 、方法，接觸位置包含陶瓷 U.如申請專利範圍第1〇 ^ ^ . 貝之方法，至少兩個陶瓷片令 兩者具有彼此不同的組成物。 14. 如申請專利範圍第 片 負之方法，至少兩個鄰近陶瓷 片由不彼此強烈黏附之材料組成。 15. 如申請專利範圍第u iB 貝又万法至少一陶瓷片具有 子低於至少一其他陶瓷片之成核傾向。 16. 如申請專利範圍第 相斟^ 項之方法，至少—陶竞片具有 相對大於至少一其他陶瓷片 究乃的熱傳遞杬性之熱傳遞抗性。 17. 如申請專利範圍第8項之方法，其進一步包 步驟：藉由麵力差型態以使得在該形成表面之至少— S 30 201232642 之方離該形成表面的—面處 形成表面。 之方法，該陶瓷片包含多孔 部分處的廢力小於在該陶究片 之壓力來將該陶瓷片緊固至該 18.如申請專利範圍第1項 片。 自由以 、碳氧 A如申請專利範圍第1項之方法，繼片選 下各者組成之群組：二氧切、氮切、氮氧化石夕 化矽、碳化矽、碳氮化矽及碳氮氧化矽。 具有在約 具有在約 為可撓性 2〇.如申請專利範圍第"員之方法，該陶竞 1微米與約15微米之間的一質量等效厚度。 21·如申請專利範圍第1項之方法，該陶瓷 2微米與約5微米之間的一質量等效厚度。 22.如申請專利範圍第丨項之方法，該陶瓷 的。 21 2 ‘如申晴專利範圍第2 2 1音夕古、、j.. 礼固弟22項之方法，該陶瓷片之該可撓 性特徵在於在不發生住佃姑划#、σ π 仕何破裂的情況下將該片彎曲至一半 徑之月b力，該半徑小於約•本 〗％約325宅水且較佳小於約丨5〇荟 且最佳小於2毫米。 31 1 4.如申請專利範圍第1項之方法，該陶:是片為多孔的。 2 25_如申請專利範圍第“項之方法，該孔隙率之程度為 自約1%至高達約80〇/。。 2 6.如申s青專利範圍楚9 4工苗夕古、土 祀固第24項之方法’該陶瓷片具有開 口，該等開口具有在約1微米與、約100微米之間的-直徑。 27·如申請專利範圍f 1項之方法，其進一步包含以下 步驟：相對於該形由、矣 〜成表面來給該陶瓷片充電，且藉由在該 201232642 v成表面上建.立電壓來將該陶竞片附接至該形成表面。 28_如申請專利範圍第1項之方法，該陶瓷片具有按重 里比例計小於約百萬分之5的過渡金屬。. 29.如申請專利範圍第1項之方法，該陶瓷片能夠在不 降解的情况下耐受至少約14〇〇〇c之溫度達足夠用於矽半導 體主體的固化之接觸持續時間。 3〇·如申請專利範圍第丨項之方法，該陶瓷片包含經熔 化材料。 31. 如申請專利範圍第1項之方法，該陶瓷片包含經燒 結材料。 A 32. 如申請專利範圍第3〇項之方法該經熔化材料係自 針狀粒子熔化而成。 33. 如申請專利範圍第3〇項之方法，該經熔化材料係自 等軸粒子熔化而成。 34. 如申請專利範圍第〖項之方法，該陶瓷片之材料具 有低於該形成表面的材料之使該半導體的晶粒成核之潛 力。 ’ 35. —種獨立的多孔陶瓷主體，其包含材料之互連網 路，該材料具有小於1()微米的則厚度及第—表面及相對 表面，該固體材料能夠耐受在至少約14〇〇<)(：下與熔融半導 體接觸達足夠形成半導體主體之接觸持續時間，且該固體 材料具有按重量比例計小於約百萬分之5的過渡金屬。 36·如申請專利範圍第35項之主體，該材料網路界定開 口，該等開口具有在約1微米與約100微米之間的直徑。 S 32 201232642 37.如申請專利範圍第乃項之主 約1%與約80%之間的孔隙率。、 口…斗網路具有在 38_如申請專利範圍第35項之主 各者組成之群組：-氧介☆ 〃 ^選自由以下 访^ 夕、氮化石夕、氮氧化石夕、碳氧化 矽、奴化石夕、碳氮化石夕及碳氮氧化石夕。 氧 39. 如申請專利範圍第 ^ ^ ^ ^ ^ 貝之主肢，§亥材料具有低於石 墨之使半導體材料晶粒成核之傾向。 40. 如申請專利範圍第35項之主體，其進一步包含第二 此類主體，該第一主體及守筮_ ®及該弟-主體由彼此不強烈黏附之 主體組成。 41 · 一種總成，其包含： a. 多孔模’其具有形成表面； 面 b. 獨立的多孔耐火陶竞片，其具有第一表面及第二表 該陶究片在該第一表面處緊固至該模之該形成表面； c. 半導體主體’其直接自某量之熔融半導體材料形成且 緊固至該陶瓷片之該第二表面。 42.如申請專利範圍第〇項之總成，其進一步包含第二 陶瓷片’該第二陶瓷片在該第一陶瓷片與該形成表面之間 且緊固至該第一陶瓷片及該形成表面中之每一者。 43_如申請專利範圍第42項之總成，該第一陶£片及該 第二陶瓷片具有彼此不同之組成物。 八、圖式： (如次頁） 33