JP7138950B2 - 他の領域よりも厚い局所制御領域を有する薄肉半導体ウェハの作製方法および装置、ならびに該ウェハ - Google Patents
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Description
本願は、2014年4月30日に提出された米国仮出願第61/986,388号、「カーフレスウェハの自動製造用の方法および装置」に優先権を主張し、2014年6月13日に提出された米国仮出願第62/011,866号、「カーフレスウェハの自動製造の技術、方法、装置」にも優先権を主張する。上記出願はいずれも引用により全文を本願に組み込む。
ができる。これらのワイヤは、半田付けまたは導電性接着剤を用いて、電池上のメタライゼーションに装着される。装着自体は、特に半田付けの場合、ワイヤとメタライゼーション間に応力を生成する。ワイヤとシリコン電池の熱膨張係数は異なるため(ワイヤの方がシリコンよりも高い)、温度変化によってワイヤと電池間の応力がさらに増大する。装着と熱膨張応力のせいで、特に電池の近傍では、電池からワイヤおよび/またはメタライゼーションが剥離する。さらに、バスワイヤは、電池の上面から屈曲させて、隣接電池の裏面まで巻き付けなければならない。この屈曲ワイヤは、電池縁部の近傍のメタライゼーションに剥離応力を追加する。さらに、不適切に屈曲させられた場合、ワイヤが実際に電池の縁部に接触して縁部亀裂を引き起こす、あるいは縁部亀裂を拡げる場合がある。
ればならない。通常、当該粒径は0.1~10.0ミクロンとすることができる。孔は相互接続されるため、通常、モールドの多孔性媒体を通過する気体は、障害物の周囲に連続路を見出すことによって局所的障害物を収容するように、複雑なパターンで流れる。
い範囲のウェハについて記載している。本発明者らによる論理的解析に基づくと、これにより、フーリエ変換赤外分光分析(FTIR)法ASTEM-F1188によって測定されるように、6×1017~2×1018原子/cc間の格子間酸素含有量を有するウェハがもたらされると考えられる。論理上の1例として、1nm厚の純酸化物シェルを伴う球状150ミクロン径の粉末を仮定すると、1×1018原子/ccの総酸素濃度が存在する。実質上、シリコン粉末は側面比>2:1の非球状であるため、上記推定値、およびさらに高い酸素濃度で使用される理論的球体の表面積対体積比は大きくなる。300ミクロン未満厚の薄肉ウェハを達成するため、さらに小さな粒子が要求される結果、より高い酸素濃度となる。’084特許は理論的には100ミクロンの薄さに言及しているが、より一般的には350~900ミクロンであると述べていることを強調しておくべきである。最も重要な点として、’084特許は正式な例を全く述べておらず、本明細書に開示する工程によって作製される実際のウェハについて言及していない。’084特許が厚肉領域と薄肉領域を有するとして記載している唯一のウェハは、薄肉部が900ミクロン厚であり、このようなウェハが作製されたことを明確に記載していない。
、シリコンの非常に高い表面張力を原因とする。全シリコンが同時に任意の位置で溶解される場合、薄肉ウェハは粉末およびセッター技術から作製することができない。特定の最少量の未溶融シリコンが、表面張力を破るために必要とされる。そうでない場合、平坦な薄肉構造ではなく、球状シリコンが形成される。’084特許に開示されるウェハ製造工程は、シリコン粉末を部分的に溶解した後、他方の側から残りの未溶解粉末を溶解させ、予め成長したシリコン上のエピタキシャル成長を継続させる前に、一方の側でシリコン粉末を結晶化することを含む。段7の55行~段8の64行、図1および図2を参照されたい。この本文は、トップダウン加熱と粒成長工程について説明している。’084特許の図2は、熱が溶融物の上部と下部、ついで固体化本体から印加される様子を示し、該特許の図12と段15の4~19行は、上記の様子と、粒子材料(参照符号なし)上の部分溶解材料89を示す。このような工程は、超薄粉末ベッド厚では非常に困難である。任意の1箇所でシリコン粉末の全層溶解はどこでも回避しなければならない。そうしない場合、溶融材料の薄層が球状化して、球状領域に隣接して孔を形成する。よって、粉末とセッター技術を使用する際、シリコン(および同様に高表面張力を有する他の半導体)で200ミクロンより薄いウェハを得ることは、不可能でないにせよ困難である。というのは、粉末粒子のこのような浅い本体の深さのごく一部を、一度に残りの深さ全部を溶解させて溶融半導体の領域の球状化を招くことなく溶解させることは非常に困難となる。
い。外周部周囲に大きな拡張部を設定するために設けられる溝部が深いほど、平坦性の欠如が問題になる。これは、拡張部の追加による違いは、増加した拡張部と同程度まで端部に存在するが、追加拡張部による追加粉末が追加量の1/3まで圧縮されるからである。よって、深さ200ミクロンの外周溝部の場合、裏面での不揃いは124ミクロン(=300-((1100ミクロン/3)-200)の違いをもたらす。
間酸素がない、厚肉部を備えた薄肉ウェハである。さらに、上記ウェハは、IGAによって測定される総酸素量が8.75×1017原子/cc(=10ppmw)未満、好ましくは5.25×1017原子/cc(=6ppmw)未満である。さらに別の発明は、相対的薄肉部と相対的厚肉部とを備え、相対的薄肉部が180ミクロン厚未満であり、相対的厚肉部が40ミクロン以上、さらには120~200ミクロンも薄肉部よりも拡張するウェハである。
該機能層は、薄肉内側部と厚肉外周部とを有するウェハを提供する2ステップで蒸着される。
に示す。
ができる。本明細書で使用されるように、ウェハが薄肉内側領域を有すると記載される際、ストライプ、アイランドなどのこれらの他の幾何的形状を除き、内側領域の大半は薄肉であることを意味する。概して、内側領域の50%以上が薄肉であり、より一般的には80%超または90%超が薄肉である。概して、本発明のウェハは、140ミクロン未満、好ましくは100ミクロン未満、60ミクロンの薄さまでの内側領域を有する。特別な手段を利用すれば、60ミクロンよりもずっと薄いウェハを作製することが可能である。概して、厚肉領域と薄肉領域の比は1.3:1~3:1であるが、より大きくても少なくてもよい。最も一般的なケースでは、光電池用途の場合、薄肉領域が50ミクロンより薄く、厚肉領域が250ミクロンよりも厚いことはあり得ないと考えられる。これらの極端な厚さの両方を有するウェハは将来可能であるが、現行の実践下では同じウェハにおいてこれらの限度の両方とも発生しない。
る。よって、厚肉部と薄肉部との厚さの差は1.8:1以上となり、この比は、’084特許に記載するような粉末ベースの技術では達成不可能である。厚肉外周部130は、図1に示すように縁部から内方へ通常は0.5~3mm、好ましくは1~2mm延在することができる。よって、幅wは約1~3mmとすることができる。内側角部134は高い厚肉外周部130から低い薄肉内側部120まで傾斜する。ウェハ100の縁部132の強度は、標準的ウェハの縁部の強度と同様である。図1に示す実施形態は、厚い部分から薄い部分までの約0.4mmの漸進的な遷移領域を備えた、2mmの幅wの外周部を有する。
幾何学的形状
分のウェハの拡大図である(図5、5A、5Bのいずれも等縮尺ではない)。
ハ900は、バスワイヤのウェハ900への装着のための補強部である、上記ランディング840a、840bと同様のランディング940a、940b、940cなどを有する。ランディング940aなどは、932などの縁部近傍で厚肉部を有し、短い長さの後、内側領域910の厚さまで次第に厚さが漸減する。これらは、相互接続バスバーを後で収容するウェハ900の領域に配置される。ウェハ内側910の全体厚は、上述したように100ミクロン未満の薄さにすることができる。バスワイヤ補強ランディング940a、b、cなどは、200~250ミクロン、またはそれ以上の厚さとすることができるが、あらゆる目的でその厚さである必要はない。さらに、本実施形態は各縁部932に厚肉外周領域930を有し、上述した実施形態のように200ミクロン厚とすることができる。代表的な実施形態では、補強ランディング940aなどは約2.7mm幅とすることができ、外周領域930の厚さと同じ200ミクロンから100ミクロンまで約18~20mmの長さにわたって先細りとなる。外周領域930は、上述したように約1~3mmまたはそれ以上の幅wを有することができ、幅wは1.5mmが有益である。図9Aは、図9の領域Aの拡大図である。
厚肉外周部1030、ランディングパッド1040a、1040bなど、およびアイランド1042a、1042bなどを有する。
な方法について考察する。
阻む種類の機能層コーティングである(よって、このような機能層は通常、熱抽出性を低下させ、その存在により、同一の熱抽出性を有する機能的材料を備えていない、あるいは機能的材料の薄い領域と比較して熱抽出性の低いテンプレート領域が形成される)。機能層は、テンプレート上のコーティングとして、あるいはテンプレートが接触する位置で溶解面に設けられる粉末として提供することができる。このような機能的材料は、カーテンコーティング、噴霧、スロットダイコーティング、メニスカスコーティングなどの当該技術において既知な方法、ならびに未知であるが、今後開発または開示される任意の適切な方法によって蒸着することができる。機能的材料は、同じように、テンプレートと溶融表面間に配置される自立型のシート状インターポーザ層として設けることができる。
ポーザ層の一部として貼付することができる。図13A~13Cは、テンプレート1300(図13A)とのセットアップ、ウェハ全体面の熱抽出性を確定する第1のインターポーザ層1352(図13B)と、テンプレート1300の表面の内側部1320に配置される第2のインターポーザ層1358(図13C)との設定を概略的に示し、内側領域1320における第1のインターポーザ層1352と第2のインターポーザ層1358の合計厚は、テンプレート1300の外周部1330周囲のインターポーザ層1352よりも大きい(厚い)。
をあらゆる場所に蒸着させることができ、テンプレート表面1454の選択領域に機能的材料が収容されるのを遮断するマスクの使用によって、粉末または液体などの流体で提供することができる。
)に示すように、厚肉ストライプ、ランディング、アイランドを構成する形状などのその他のウェハ幾何形状の場合でも、この凹部は存在する。
厚さの異なる特別に設計された領域を備えるテンプレート
プレートは溶融物を局所的に冷却する。テンプレートが加熱するにつれ、熱抽出速度が低下し、最終的には残りの溶融物からの熱流入に勝るのに必要な温度よりも低くなって、溶融材料の局所層を溶解点未満まで冷却させて、融解熱を圧倒する。)
ド領域2042も示す。図18で概略的に示される単純なテンプレートとウェハ対と同様、成長したウェハの厚肉領域はテンプレートから離れて溶融物内へ成長するため、ウェハはテンプレートと質的にミラー構造へと成長することが分かる(質的にとは、厚肉領域と薄肉領域が相互に隣接する/ミラーリングすることを意味する。ただし、質的ミラーリングとは、ウェハに沿った横方向の範囲ではサイズがほぼ均等であるが、相互に離れる突起部はサイズが均等ではないことを意味する)。
機能的材料層はある程度の透過性を有する。しかしながら、透過度は異なるが、それ以外の特性(厚さ、熱質量、熱伝導率など)は同一である機能的材料を用いて、異なる厚さを生成することができる。上述の文言では、透過性の高い機能的材料層は高圧力差につながり、熱抽出性を高める一方、透過性の低い機能的材料は低圧力差につながり、熱抽出性を低下させる。しかしながら、この特性は、ウェハ厚に関して、コーティングなどの機能的材料の比較的影響力の小さな特性であると予測される。
であり、上限はテンプレートの全体厚である。
十分に定義されており、当業者であれば、それらの相対規模を理解することで、孔のサイズと位置の適切な選択によって所望される効果を決定および設計することができる。概して、熱質量の効果が優勢であると考えられるが、透過性の効果も検討しなければならない。
ミクロン以上の厚さを有し、効率性の利得を達成するには、80ミクロン以上の厚さを有する。厚肉部と薄肉部の比は通常、1.28:1(たとえば180ミクロンの外周部と140ミクロンの内側部)以上であり、約3:1または5:1に拡大することもできる。
れる限定に対して請求することを目的とする。本明細書に記載する特徴は、本明細書に開示する各発明に必須である。よって、発明者らは、本明細書に記載しているが、本開示に基づき特許の特定の請求項で請求されていない特徴は、請求項に組み込むべきではないと意図する。
以下の本発明の態様は、本明細書に記載されることを目的とし、このセクションは、それらの態様が言及されるように確保するものである。これらは態様と称しており、請求項に類似するように見えるが請求項ではない。しかしながら、将来のいずれかの時点で、出願人は、本願および関連出願において、これらの態様をすべて請求する権利を保有する。
a.第1の表面と、
b.第2の表面と、
c.第1の表面に直交する方向で第1の平均厚を有する第1の領域と、
d.規制位置に、第1の平均厚よりも厚い第2の平均厚を有する第2の領域と、
e.6×1017原子/cc未満の格子間酸素含有量と、
f.8.75×1017原子/cc未満の総酸素含有量と、を備える半導体ウェハ。
a.第1の表面と、
b.第2の表面と、
c.第1の表面に直交する方向で第1の平均厚を有する第1の領域と、
d.規制位置に第2の平均厚を有する第2の領域と、を備え、第2の平均厚と第1の平均厚との比が1.28:1~5:1である半導体ウェハ。
a.第1の表面と、
b.第2の表面と、
c.第1の表面に直交する方向で160ミクロン未満の第1の平均厚を有する第1の領域と、
d.規制位置に180ミクロン以上の第2の平均厚を有する第2の領域と、を備える半導体ウェハ。
a.120ミクロン、
b.80ミクロン、
c.60ミクロン、のいずれか未満の平均厚を有する、先行する態様のいずれかのウェハ。
a.表面を有する溶融半導体材料を提供するステップと、
b.テンプレートを備えるステップであって、
i.溶解側面と、
ii.裏面と、
iii.第1の熱抽出性を有する第1のテンプレート領域と、
iv.第1の熱抽出性よりも高い第2の熱抽出性を有する第2のテンプレート領域と、を備える多孔体を備えるテンプレートを設けるステップと、
c.溶解側面の少なくとも一部の圧力が前記溶融半導体材料表面の圧力よりも低くなるように、圧力差レジメを提供するステップと、
d.溶解側面と溶融半導体材料とが相互に接触する接触期間の少なくとも一部、溶融半導体材料の表面に前記テンプレート溶解側面を接触させるステップと、を備え、半導体材料本体が前記溶解側面上で固体化し、形成される本体が、
i.第1の薄肉本体平均厚を有し、第1のテンプレート領域に隣接して形成される第1の薄肉本体領域と、
ii.第2の厚肉本体平均厚を有し、第2のテンプレート領域に隣接して形成される第2の厚肉本体領域であって、第2の本体平均厚が第1の本体厚よりも大きい第2の厚肉本体領域と、を備えるように、圧力差レジメが提供される、方法。
a.内側領域全体に延在するストライプ領域であって、第2の厚肉本体領域が、本体内側部にわたって延在するストライプを備えるストライプ領域と、
b.ランディング領域であって、第2の厚肉本体領域がランディングを備えるランディング領域と、
c.アイランド領域であって、第2の厚肉本体領域がアイランド部を備えるアイランド領域と、から成る群から選択される少なくとも1つをさらに備える、態様38の方法。
a.溶解側面と、
b.裏面と、
c.第1の熱抽出性を有する第1の領域と、
d.第1の熱抽出性よりも高い第2の熱抽出性を有する第2の領域と、を備える多孔体を備えるテンプレート。
の中心間間隔を有する、態様63のテンプレート。
a.前記内側領域にわたって延在するストライプ領域と、
b.ランディング領域と、および
c.アイランド領域と、から成る群から選択される少なくとも1つと、を備える態様77のテンプレート。
Claims (15)
- 半導体ウェハの製造方法であって、
a.表面を有する溶融半導体材料を提供するステップと、
b.テンプレートを備えるステップであって、
i.半導体ウェハ形成中に前記溶融半導体材料に面し、接触する表面である溶解側面と、
ii.半導体ウェハ形成中に前記溶融半導体材料から離れる側を向く裏面と、
iii.前記溶解側面の一部の領域に設けられた、第1の熱抽出性を有する第1のテンプレート領域と、
iv.前記溶解側面の前記第1のテンプレート領域と別の領域に設けられた、前記第1の熱抽出性よりも高い第2の熱抽出性を有する第2のテンプレート領域と、を備える多孔体を備えるテンプレートを設けるステップと、
c.前記溶解側面の少なくとも一部の圧力が前記溶融半導体材料表面の圧力よりも低くなるように、圧力差レジメを提供するステップと、
d.前記溶解側面と前記溶融半導体材料とが相互に接触する接触期間の少なくとも一部、前記溶融半導体材料の表面に前記テンプレートの前記溶解側面を接触させるステップと、を含み、
半導体材料本体が前記溶解側面上で固体化し、形成される本体が、
i.第1の薄肉本体平均厚を有し、前記第1のテンプレート領域に隣接して形成される第1の薄肉本体領域と、
ii.第2の厚肉本体平均厚を有し、前記第2のテンプレート領域に隣接して形成される第2の厚肉本体領域であって、前記第2の厚肉本体平均厚が前記第1の薄肉本体平均厚よりも大きい第2の厚肉本体領域と、を備えるように、前記圧力差レジメが提供される、方法。 - 前記第1のテンプレート領域が内側領域を備えることによって、前記第1の薄肉本体領域が内側領域である、請求項1に記載の方法。
- 前記第2のテンプレート領域が外周領域を備え、前記第2の厚肉本体領域が外周領域を備える、請求項1に記載の方法。
- 前記第2のテンプレート領域が外周領域を備え、前記第2の厚肉本体領域が外周部を備え、前記第2のテンプレート領域が、
a.前記内側領域全体に延在し、前記第2の厚肉本体領域が前記内側領域にわたって延在するストライプを備えるストライプ領域と、
b.前記第2の厚肉本体領域がランディングを備えるランディング領域と、
c.前記第2の厚肉本体領域がアイランド部を備えるアイランド領域と、から成る群から選択される少なくとも1つをさらに備える、請求項2に記載の方法。 - 前記テンプレートが前記第1のテンプレート領域で第1の低平均厚を有するテンプレート材料と、前記第2のテンプレート領域で第2の高平均厚を有するテンプレート材料と、を備え、前記第1のテンプレート領域と比較した前記第2のテンプレート領域の高熱抽出性は、前記第1のテンプレート領域の前記テンプレート材料よりも前記第2のテンプレート領域の前記テンプレート材料の方が、平均厚が高いことに少なくとも部分的に依る、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記テンプレートが前記第1のテンプレート領域で第1の熱伝導率を有する機能的材料と、前記第2のテンプレート領域で第2の高熱伝導率を有する機能的材料とを有し、前記第1のテンプレート領域と比較した前記第2のテンプレート領域の高熱抽出性は、前記第1のテンプレート領域のテンプレート材料よりも前記第2のテンプレート領域のテンプレート材料の方が機能的材料の熱伝導率が高いことに少なくとも部分的に依る、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記機能的材料が相互に同一の組成を有し、第1の領域の機能的材料が第1の厚を有し、第2の領域の機能的材料が前記第1の厚よりも薄い第2の厚を有する、請求項6の方法。
- 前記テンプレートが前記第1のテンプレート領域で第1の気体透過性を有するテンプレート材料と、前記第2のテンプレート領域で第2の高気体透過性を有するテンプレート材料とを備え、前記第1のテンプレート領域と比較した前記第2のテンプレート領域の高熱抽出性は、前記第1のテンプレート領域のテンプレート材料よりも前記第2のテンプレート領域のテンプレート材料の方が、透過性が高いことに少なくとも部分的に依る、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1のテンプレート領域を第1の圧力差のソースに連結するステップと、前記第2のテンプレート領域を第2の圧力差のソースに連結するステップとをさらに備え、前記第2の圧力差のソースが前記第1の圧力差のソースよりも高圧力差を提供し、前記第1のテンプレート領域と比較した前記第2のテンプレート領域の高熱抽出性は、前記第1のテンプレート領域に提供される圧力差よりも前記第2のテンプレート領域に提供される圧力差の方が高いことに少なくとも部分的に依る、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
- a.半導体ウェハ形成中に溶融半導体材料に面し、接触する表面である溶解側面と、
b.半導体ウェハ形成中に前記溶融半導体材料から離れる側を向く裏面と、
c.前記溶解側面の一部の領域に設けられた、第1の熱抽出性を有する第1の領域と、
d.前記溶解側面の前記第1の領域と別の領域に設けられた、前記第1の熱抽出性よりも高い第2の熱抽出性を有する第2の領域と、を備える多孔体を備え、
前記多孔体が前記第1の領域で第1の低平均厚を有する材料と、前記第2の領域で第2の高平均厚を有する材料とを備え、前記第1の領域の低熱抽出性と比較した前記第2の領域の高熱抽出性が、前記第2の領域の材料よりも前記第1の領域の方が薄いことに少なくとも部分的に依り、
前記溶解側面が前記裏面よりも平面的な表面を備え、高厚の前記第2の領域が、前記溶解側面から離れて、前記裏面の基準面から拡張する***部によって画定される、テンプレート。 - 前記多孔体が前記第1の領域に第1の高厚を有する機能的材料と、前記第2の領域に第2の低厚を有する機能的材料とを前記溶解側面に備え、前記第1の領域の低熱抽出性と比較した前記第2の領域の高熱抽出性が、前記第1の領域の前記機能的材料よりも前記第2の領域の前記機能的材料の方が薄いことに少なくとも部分的に依る、請求項10に記載のテンプレート。
- 前記多孔体が前記第1の領域に第1の低熱伝導率を有する機能的材料と、前記第2の領域に第2の高熱伝導率を有する機能的材料とを前記溶解側面に備え、前記第1の領域の低熱抽出性と比較した前記第2の領域の高熱抽出性が、前記第1の領域の前記機能的材料よりも前記第2の領域の前記機能的材料の方が、熱伝導率が高いことに少なくとも部分的に依る、請求項10または11に記載のテンプレート。
- 前記第1の領域が内側領域を備える、請求項10から12のいずれか一項に記載のテンプレート。
- 前記第2の領域が外周領域を備える、請求項10から13のいずれか一項に記載のテンプレート。
- 前記第2の領域が外周領域と、
a.前記内側領域にわたって延在するストライプ領域、
b.ランディング領域、及び、
c.アイランド領域、から成る群から選択される少なくとも1つと、を備える請求項13に記載のテンプレート。
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