(57)【要約】      （修正有）【課題】島状構造材の結晶性の島の製造方法を提供する。【解決手段】基板６０５と接する島状構造材の粒子６２０を配置する工程、粒子を溶融及び融合して、溶融小滴６２５を形成するために、基板及び島状構造材の粒子を加熱する工程及び溶融小滴を結晶化するために、基板及び溶融小滴を冷却する工程、とを有する。これにより、基板に島状構造材の結晶性の島を固着する。また、その製造方法は、ブールベースの技術を用いて製造できる結晶性の半導体ウェーハの範囲を超えた広い範囲にわたって分散される可能性がある、結晶性の島の配列を製造するために使用することを可能にする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
島状構造材の結晶性の島の製造方法であって、
基板と接する島状構造材の粒子を配置する工程、
前記粒子を溶融及び融合して、溶融小滴を形成するために、前記基板及び前記島状構造材の粒子を加熱する工程、及び
前記溶融小滴を結晶化するために、前記基板及び前記溶融小滴を冷却する工程、これにより、前記基板に前記島状構造材の前記結晶性の島を固着する工程を含む、製造方法。
【請求項２】
前記結晶性の島が、前記島状構造材の単結晶体又は前記島状構造材の多結晶体を含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記結晶性の島の断面を露出させるために、少なくとも前記結晶性の島の一部を平坦化する工程をさらに含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記固着する工程が、
前記溶融小滴が、約９０度より小さい濡れ角で前記基板を濡らす工程、及び
前記結晶性の島が前記基板に接着する工程を含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記配置する工程が、
前記基板に凹部を画定する工程、及び
前記凹部に、前記島状構造材の粒子を移す工程を含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記固着する工程が、
前記凹部の表面の一部が結晶性の島の表面の一部を覆う工程を含む、請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記凹部が少なくとも１つの頂点を有する形状である、請求項５に記載の製造方法。
【請求項８】
前記凹部が、
第一の凹部、及び
前記第一の凹部内に存在し、前記第一の凹部より小さく、深い第二の凹部を含む、請求項５に記載の製造方法。
【請求項９】
前記移す工程が、
前記凹部に、前記島状構造材の粒子をドクターブレードする工程、及び
帯電したピンを用いて、前記凹部に、前記島状構造材の粒子を静電的に配置する工程の１種以上を含む、請求項５に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記移す工程が、
前記基板上と前記凹部内とに、分散媒に前記島状構造材の粒子を分散した懸濁液を流し込む工程、及び
前記凹部の外側の前記基板上に位置する前記懸濁液を拭き取る工程を含み、
前記加熱する工程が、
前記島状構造材の粒子を前記溶融及び融合するよりも前に、前記分散媒を除去する工程をさらに含む、
請求項５に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記冷却する工程が、
前記溶融小滴の外部表面を酸化する工程、
前記溶融小滴を過冷却する工程、及び
前記基板に、物理的衝撃を適用する工程の１種以上を含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記配置する工程が、
前記基板における貫通孔内に、前記島状構造材の粒子を移す工程を含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記貫通孔の第一の末端の外へ、部分的に前記溶融小滴を押し出し、凸型メニスカスを形成するために、圧力を、前記貫通孔の第二の末端で適用する、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記固着する工程が、
前記貫通孔の表面の一部が前記結晶性の島の表面の一部を覆う工程を含む、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記溶融小滴を結晶化するための前記冷却工程後、前記結晶性の島の断面を露出させるため、前記メニスカスの一部を平坦化する工程をさらに含む、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記貫通孔の外側、及び前記貫通孔の第一の末端付近の、前記基板の表面の一部は、前記溶融小滴との濡れ角が約９０度未満である、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記配置する工程が、
懸濁液を調製するために、分散媒に前記島状構造材の粒子を分散する工程、及び
前記基板上に前記懸濁液を移す工程を含み、
前記加熱する工程が、
前記島状構造材の粒子を前記溶融及び融合するよりも前に、前記分散媒を除去する工程をさらに含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記移す工程が
前記基板上に、前記懸濁液をスタンピングする工程、
前記基板上に、前記懸濁液をスクリーン印刷する工程、
前記基板上に、前記懸濁液をインクジェット印刷する工程、及び
前記基板上に、前記懸濁液をスピンコーティングし、前記スピンコートされた懸濁液を、リソグラフィによりパターニングする工程の１種以上を含む、請求項１７に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記配置する工程が、
懸濁液を調製するために、分散媒に前記島状構造材の粒子を分散する工程、
前記懸濁液をシートに形成する工程、
固形シートを形成するために、前記シートを固化させる工程、
パターンが形成されたシートを形成するために、前記シートの１箇所以上の部分を取り除くことにより、前記固形シートをパターニングする工程、及び
前記基板に、前記パターンが形成されたシートを重ね合わせる工程を含み、
前記加熱する工程が、
前記島状構造材の粒子を前記溶融及び融合するよりも前に、前記分散媒を除去する工程をさらに含む、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記溶融小滴は、前記溶融小滴と接触する前記基板の表面の第一の部分との第一の濡れ角、及び前記基板の表面の第二の部分との第二の濡れ角を有し、
前記第二の部分が前記第一の部分と隣接し、
前記第二の濡れ角が前記第一の濡れ角より大きい、請求項１に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記溶融小滴と接触する前記基板の領域が、
前記溶融小滴が冷却される際に結晶化の開始を制御するための、
１つ以上の誘導凸部、
１つ以上の誘導凹部、及び
金属格子の１種以上を含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記島状構造材の融点の約２０℃の範囲内の温度での前記基板の熱膨張係数（ＣＴＥ）が、前記島状構造材の融点での前記島状構造材のＣＴＥと一致する、請求項１に記載の製造方法。
【請求項２３】
前記島状構造材がケイ素を含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項２４】
前記基板がアルミナを含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項２５】
前記固着する工程が、積層を形成するために、オーバーコーティング層で前記結晶性の島及び前記基板をオーバーコーティングする工程を含み、それにより、前記結晶性の島が前記基板と前記オーバーコーティング層との間に挟まれる、請求項１に記載の製造方法。
【請求項２６】
前記結晶性の島の断面を露出させるために、前記積層を平坦化する工程をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
島状構造材の結晶性の島の製造方法であって、
第一の基板に前記島状構造材の粒子を配置する工程、
前記第一の基板に隣接して第二の基板を載置することにより、前記島状構造材の粒子を前記第一の基板と前記第二の基板との間に挟む工程、
前記粒子を溶融及び融合して、溶融小滴を形成するために、前記第一の基板、前記第二の基板、及び前記島状構造材の粒子を加熱する工程、
前記溶融小滴を結晶化するために、前記第一の基板、前記第二の基板、及び前記溶融小滴を冷却する工程、これにより、前記島状構造材の前記結晶性の島を形成する工程を含む、製造方法。
【請求項２８】
前記冷却する工程が、
前記溶融小滴に圧力パルスを適用する工程、
前記溶融小滴に種晶を添加する工程、及び
前記溶融小滴を過冷却する工程の１種以上をさらに含む、請求項２７に記載の製造方法。
【請求項２９】
前記第一の基板が、前記溶融小滴と接触する第一の基板の表面の一部である第一の領域を有し、
前記第二の基板が、前記溶融小滴と接触する前記第二の基板の表面の一部である第二の領域を有し、
前記第一の領域及び前記第二の領域の１つ以上が、
前記溶融小滴が冷却される際に結晶化の開始を制御するための、
１つ以上の凸部、
１つ以上の凹部、及び
金属格子の１種以上を含む、請求項２７に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１４年６月４日に出願された米国仮特許出願第６２／００７６２４号に対して優先権が主張され、その内容を参照により本願明細書に援用したものとする。
【０００２】
本発明は、基板と接する島状構造材（ｉｓｌａｎｄ  ｍａｔｅｒｉａｌ）の１以上の結晶性の島（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｉｓｌａｎｄｓ）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＯＬＥＤディスプレイバックパネルのような、ある電子的な応用では、広い範囲にわたって分散された高品質の半導体材料の小さな島を必要とする。この範囲は、対角線上に５０インチ以上となり得、従来のブールベース（ｂｏｕｌｅ−ｂａｓｅｄ）の技術を用いて製造できる結晶性の半導体ウェーハの大きさを超過し得る。
【０００４】
参照により本願明細書に援用したものとする、国際公開番号第２０１３／０５３０５２（Ａ１）号では、非常に多くの小さい、分散した、結晶性の半導体の球体の製造方法を開示する。次いで、基板において球体の配列を形成するために、その球体は、パターン形成基板に分散され、所定の場所で基板に付着される。平坦化した球体は、それぞれの球体の断面を晒し、これにより、全体的に平坦化された表面に、装置製造のための、高品質の、結晶性の半導体の島の配列を規定する。
【０００５】
参照により本願明細書に援用したものとする、米国特許第４，６３７，８５５号では、均一な大きさの冶金級シリコンの領域を規定するために、冶金級シリコンのスラリーを基板に塗布する工程、次いでそのスラリー層をパターニングする工程により、基板上へのケイ素の球体の製造方法を開示する。次いで、その基板は、ケイ素を溶融するために加熱され、次いで、ケイ素の溶融球体を形成するため、その表面にビーズを形成し、次いで、結晶化するために冷却される。その球体は、基板に対する付着力が非常に弱く、単なる衝撃で緩むことにより、基板から容易に脱離される。その緩んだ球体は集まり、さらなる工程に供される。
【０００６】
参照により本願明細書に援用したものとする、米国特許公開第２０１２／００６７２７３（Ａ１）号では、基板を溶融ケイ素の貯留部（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）に接触させる工程、基板に固体のケイ素の層を形成する工程、その後、基板から固体の層を分離する工程により、シリコンウェーハの製造方法を開示する。その開示された方法は、広い領域のシリコンウェーハを製造するために使用される可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願明細書に提示されるのは、基板と接する島状構造材の１つ以上の結晶性の島の製造方法である。それぞれの結晶性の島については、島状構造材の粒子が基板と接して配置され、次いで、粒子を溶融及び融合して、それぞれ溶融小滴（ｍｏｌｔｅｎ  ｇｌｏｂｕｌｅ）を形成するために、基板及びその粒子が加熱される。次いで、基板及びそれぞれの溶融小滴は、溶融小滴を結晶化するために冷却され、これにより、基板に結晶性の島を固着する。
【０００８】
この方法により、微粒子の出発物質を用いて結晶性の島を製造することを可能にする。加えて、いくつかの実施形態において、基板に固着させた結晶性の島により、島のさらなる工程；例えば、それぞれの島の断面を露出するためにそれぞれの結晶性の島の少なくとも一部を平坦化する工程を可能にする。もし、その結晶性の島が十分に高品質な結晶性の半導体であれば、次いで、これらの断面を、電子デバイスを製造するために使用できる。また、この方法により、従来のブールベースの技術を用いて製造できる結晶性の半導体ウェーハの範囲を超えた範囲にわたって分散される可能性がある、結晶性の島の配列を製造することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、島状構造材の結晶性の島の製造方法であって、基板と接する島状構造材の粒子を配置する工程、粒子を溶融及び融合して、溶融小滴を形成するために、基板及び島状構造材の粒子を加熱する工程、及び溶融小滴を結晶化するために、基板及び溶融小滴を冷却する工程、これにより、基板に島状構造材の結晶性の島を固着する工程を含む、製造方法が提供される。
【００１０】
結晶性の島は、島状構造材の単結晶体又は島状構造材の多結晶体を含むことができる。
【００１１】
製造方法は、結晶性の島の断面を露出するために、少なくとも結晶性の島の一部を平坦化する工程をさらに含むことができる。
【００１２】
固着する工程は、溶融小滴が約９０度より小さい濡れ角で基板を濡らす工程、及び結晶性の島が基板に接着する工程を含むことができる。
【００１３】
配置する工程は、基板に凹部を画定する工程、及び凹部に島状構造材の粒子を移す工程を含むことができる。
【００１４】
配置する工程が、凹部を画定する工程、及び凹部に島状構造材の粒子を移す工程を含む場合、固着する工程は、凹部の表面の一部が結晶性の島の表面の一部を覆う工程を含むことができる。
【００１５】
配置する工程が、凹部を画定する工程、及び凹部に島状構造材の粒子を移す工程を含む場合、凹部は、少なくとも１つの頂点を有する形状とすることができる。
【００１６】
配置する工程が、凹部を画定する工程、及び凹部に島状構造材の粒子を移す工程を含む場合、凹部は、第一の凹部、及び第一の凹部内に存在し、第一の凹部より小さく、深い第二の凹部を含むことができる。
【００１７】
配置する工程が、凹部を画定する工程、及び凹部に島状構造材の粒子を移す工程を含む場合、移す工程は、凹部に島状構造材の粒子をドクターブレードする工程、及び帯電したピンを用いて、凹部に島状構造材の粒子を静電的に配置する工程の１種以上を含むことができる。
【００１８】
配置する工程が、凹部を画定する工程、及び凹部に島状構造材の粒子を移す工程を含む場合、移す工程は、基板上と凹部内とに、分散媒に島状構造材の粒子を分散した懸濁液を流し込む工程、及び凹部の外側の基板上に位置する懸濁液を拭き取る工程を含むことができ、加熱する工程は、島状構造材の粒子を溶融及び融合するよりも前に、分散媒を除去する工程をさらに含むことができる。
【００１９】
冷却する工程は、溶融小滴の外部表面を酸化する工程、溶融小滴を過冷却する工程、及び基板に物理的衝撃を適用する工程の１種以上を含むことができる。
【００２０】
配置する工程は、基板における貫通孔内に島状構造材の粒子を移す工程を含むことができる。
【００２１】
配置する工程が、基板における貫通孔内に島状構造材の粒子を移す工程を含む場合、貫通孔の第一の末端の外へ、部分的に溶融小滴を押し出し、凸型メニスカスを形成するために、圧力を貫通孔の第二の末端で適用できる。
【００２２】
配置する工程が、基板における貫通孔内に島状構造材の粒子を移す工程を含む場合、固着する工程は、貫通孔の表面の一部が、結晶性の島の表面の一部を覆う工程を含むことができる。
【００２３】
配置する工程が、基板における貫通孔内に島状構造材の粒子を移す工程を含む場合、製造方法は、溶融小滴を結晶化するための冷却する工程後、結晶性の島の断面を露出させるために、メニスカスの一部を平坦化する工程をさらに含むことができる。
【００２４】
配置する工程が、基板における貫通孔内に島状構造材の粒子を移す工程を含む場合、貫通孔の外側、及び貫通孔の第一の末端付近の、基板の表面の一部は、溶融小滴との濡れ角を約９０度未満とすることができる。
【００２５】
配置する工程は、懸濁液を調製するために、分散媒に島状構造材の粒子を分散する工程、及び基板上に懸濁液を移す工程を含むことができ、加熱する工程は、島状構造材の粒子を溶融及び融合するよりも前に、分散媒を除去する工程をさらに含むことができる。
【００２６】
配置する工程が、懸濁液を調製するために、分散媒に島状構造材の粒子を分散する工程、及び基板上に懸濁液を移す工程を含むことができ、加熱する工程が、島状構造材の粒子を溶融及び融合するよりも前に、分散媒を除去する工程をさらに含むことができる場合、移す工程は、基板上に懸濁液をスタンピングする工程、基板上に懸濁液をスクリーン印刷する工程、基板上に懸濁液をインクジェット印刷する工程、及び基板上に懸濁液をスピンコーティングし、スピンコートされた懸濁液をリソグラフィによりパターニングする工程の１種以上を含むことができる。
【００２７】
配置する工程は、懸濁液を調製するために、分散媒に島状構造材の粒子を分散する工程、懸濁液をシートに形成する工程、固形シートを形成するためにシートを固化させる工程、パターンが形成されたシートを形成するために、シートの１箇所以上の部分を取り除くことにより固形シートをパターニングする工程、及び基板にパターンが形成されたシートを重ね合わせる工程を含むことができ；及び加熱する工程は、島状構造材の粒子を溶融及び融合するよりも前に、分散媒を除去する工程をさらに含むことができる。
【００２８】
溶融小滴は、溶融小滴と接触する基板の表面の第一の部分との第一の濡れ角、及び基板の表面の第二の部分との第二の濡れ角を有することができ、第二の部分が第一の部分と隣接し、第二の濡れ角が第一の濡れ角より大きい。
【００２９】
溶融小滴と接触する基板の領域は、溶融小滴が冷却される際に結晶化の開始を制御するための、１つ以上の誘導凸部、１つ以上の誘導凹部、及び金属格子の１種以上を含むことができる。
【００３０】
島状構造材の融点の約２０℃の範囲内の温度での基板の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、島状構造材の融点での島状構造材のＣＴＥと一致してもよい。
【００３１】
島状構造材はケイ素を含むことができる。
【００３２】
基板はアルミナを含むことができる。
【００３３】
固着する工程は、積層を形成するために、オーバーコーティング層で結晶性の島及び基板をオーバーコーティングする工程を含むことができ、それにより、結晶性の島が基板とオーバーコーティング層との間に挟まれる。
【００３４】
固着する工程が、積層を形成するために、オーバーコーティング層で結晶性の島及び基板をオーバーコーティングする工程を含み、それにより、結晶性の島が基板とオーバーコーティング層との間に挟まれる場合、製造方法は、結晶性の島の断面を露出させるために、積層を平坦化する工程をさらに含むことができる。
【００３５】
本発明のさらなる態様によれば、島状構造材の結晶性の島の製造方法であって、第一の基板に島状構造材の粒子を配置する工程、第一の基板に隣接して第二の基板を載置することにより、第一の基板と第二の基板との間に島状構造材の粒子を挟む工程、粒子を溶融及び融合して、溶融小滴を形成するために、第一の基板、第二の基板、及び島状構造材の粒子を加熱する工程、溶融小滴を結晶化するために、第一の基板、第二の基板、及び溶融小滴を冷却する工程、これにより、島状構造材の結晶性の島を形成する工程を含む製造方法が提供される。
【００３６】
冷却する工程は、溶融小滴に圧力パルスを適用する工程、溶融小滴に種晶を添加する工程、及び溶融小滴を過冷却する工程の１種以上をさらに含むことができる。
【００３７】
第一の基板は、溶融小滴と接触する第一の基板の表面の一部である第一の領域を有することができ、第二の基板は、溶融小滴と接触する第二の基板の表面の一部である第二の領域を有することができ、第一の領域及び第二の領域の１つ以上は、溶融小滴が冷却される際に結晶化の開始を制御するための、１つ以上の凸部、１つ以上の凹部、及び金属格子の１種以上含むことができる。
【００３８】
本願明細書に記載される種々の具体例のより良い理解のため、及びそれがどのように実施されるかをより明瞭に示すため、ここで、以下において、例としてのみ示す添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】限定を意図しない具体例に係る、基板と接する結晶性の島の製造方法を示す。
【図２】限定を意図しない具体例に係る、基板上の結晶性の島の上面斜視図を示す。
【図３】限定を意図しない具体例に係る、凹部を有する基板の上面斜視図を示す。
【図４】限定を意図しない具体例に係る、凹部について可能性のある形状の一群を示す。
【図５】限定を意図しない具体例に係る、凹部内に凹部を有する基板の上面斜視図を示す。
【図６】図６ａ〜ｄは、限定を意図しない具体例に係る、凹部において結晶性の島を形成する工程の異なる段階での凹部内に凹部を有する基板の断面を示す。
【図７】限定を意図しない具体例に係る、凹部内に凹部を有する基板の断面を示す。
【図８】限定を意図しない具体例に係る、凹部内に凹部を有する基板の断面を示す。
【図９】図９ａ〜ｃは、限定を意図しない具体例に係る、貫通孔において結晶性の島を形成する工程の異なる段階での貫通孔を有する基板の断面を示す。
【図１０】限定を意図しない具体例に係る、基板上に島状構造材の粒子を配置する方法を示す。
【図１１】限定を意図しない具体例に係る、双方がオーバーコートされた（ｏｖｅｒ−ｃｏａｔｅｄ）、基板上の結晶性の島の断面を示す。
【図１２】限定を意図しない具体例に係る、双方がオーバーコートされた、基板上の結晶性の島の断面を示す。
【図１３】限定を意図しない具体例に係る、２つの基板の間に挟まれた結晶性の島の製造方法を示す。
【図１４】限定を意図しない具体例に係る、２つの基板の間に挟まれた溶融小滴の断面を示す。
【図１５】限定を意図しない具体例に係る、基板上の結晶粒と接する角錐の配列の平面図を示す。
【図１６】限定を意図しない具体例に係る、２つの基板の間に挟まれた溶融小滴の断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明の実施形態は、図１に示す方法１００に反映される。方法１００は、基板の上部又は内部に、基板と接して結晶性の島を製造するために使用できる。まず、ボックス１０５に示すように、島状構造材を、基板の上部又は内部に、基板と接して配置できる。島状構造材は微粒子状であってもよい。島状構造材の粒子は、基板に応じて所定の場所で配置されてもよく、これに限定されないが、これには基板の表面の全部又は一部への配置を含むことができる。島状構造材の粒子は、実質的に純粋な粉末として、いくつかの添加剤若しくは不純物を含む粉末、又は分散媒に分散された島状構造材の粒子として配置されてもよい。添加剤は、島状構造材にドーピング、合金化、その他の複合化のために使用されてもよい。
【００４１】
その後、ボックス１１０に示すように、基板及び島状構造材の粒子は加熱されてもよい。加熱工程は、伝導加熱、対流加熱、及び／又は放射加熱であってもよく、加熱炉、焼成炉（ｋｉｌｎ）、又は当業者に公知の他の好適な加熱装置で実施されてもよい。加熱工程では、島状構造材の溶融小滴を形成するために、島状構造材の粒子を溶融及び融合する。分散媒が島状構造材を配置するのに用いられる場合、加熱工程では、島状構造材の粒子が溶融及び融合する前に、分散媒を蒸発、焼失、又はその他の方法で除去してもよい。島及び基板の材料は、島状構造材の粒子を溶融及び融合するために必要とされる温度で、基板が溶融しないように選択されてもよい。
【００４２】
その後、ボックス１１５に記載されるように、基板及び溶融小滴は、溶融小滴を結晶化するために冷却され、これにより、得られた結晶性の島が基板に固着する。いくつかの実施形態において、島は、基板から島を取り除くことなく、島の断面を露出するために、島の機械研磨又は他の研磨加工を可能にするほど十分強固に固着される。
【００４３】
図２は、基板２０５上に形成された結晶性の島２１０の配列を示す。方法１００は、１つ又はいくつもの結晶性の島を製造するために使用することができる。複数の島が形成される場合、それらを規則的な配列で並べてもよく、又は周期的な配列を認識できることなく、基板に分散してもよい。いくつかの実施形態において、基板２０５に応じたそれぞれの島２１０の場所は、島の後の工程を許容することが知られている。
【００４４】
島２１０は単結晶性又は多結晶性であってもよい。また、非結晶性及び非晶質の島が形成されてもよい。いくつかの実施形態において、島２１０が形成された後、それぞれの島は、その断面を露出するために、いくらかの材料がその表面から取り除かれるように、平坦化され、摩耗され、又はその他の手段が施される。次いで、この露出した断面は、例えば、島がケイ素のような半導体から形成される場合、電子デバイスを製造するために用いることができる。
【００４５】
微粒子の島状構造材の出発物が不純物を有する場合、方法１００において実施される溶融及び結晶化のプロセスは、結晶格子が溶融小滴の内部で形成し始める、ゲッタリングとして知られるプロセスの際、それぞれの溶融小滴の表面に向けて不純物を押し出すことにより、結晶性の島の内部の不純物を減少させることができる。次いで、その格子は、原子の規則正しい配列に干渉し得るどんな不純物でも取り除くのに役立ち、これにより、結晶の内部から不純物の少なくとも一部を取り除く。結晶性の島が多結晶性である場合、不純物は結晶間の結晶粒界へ押し出される。
【００４６】
いくつかの実施形態において、島状構造材の粒子は、基板表面に画定された１以上の凹部内へ島状構造材を移すことにより、基板上に配置される。図３は、基板３０５における凹部３１０を示す。いくつかの実施形態において、複数の凹部を画定することができ、それらを規則正しい配列に並べることができる。凹部はリソグラフィにより、又はこれらに限定されないが、レーザーアブレーション、若しくはフォトリソグラフィにより画定されたマスクを用いる局所的なエッチングを含む、当業者に公知の他の手段を用いて画定されてもよい。
【００４７】
凹部３１０は、溶融小滴を含有し、より正確に言えば、基板３０５に応じて、溶融小滴及び得られた結晶性の島の場所を定めるのに役立ち得る。加えて、結晶化を開始するための核形成サイトを提供することにより、凹部の形状は結晶化のプロセスに導くことができる。いくつかの実施形態において、凹部は、凹部４０５、４１０、４１５、及び４２０に関して図４に示すように、１つ以上の頂点４２５を有することができる。頂点４２５は、凹部４２０の場合のような勾配の末端であってもよく、凹部４０５及び４１５に示すように逆勾配の部分であってもよい。凹部は、凹部４１０及び４１５に示すように複数の頂点を有してもよい。頂点４２５の形態で複数の核形成サイトを有することは、島が多結晶性である可能性を増加させ、単結晶性の島の形成の可能性を減少させる。また、核形成サイトは、凹部３１０の表面内の３次元的により小さい凹部、又は凹部３１０の表面からの３次元的により小さい凸部であってもよい。そのようなより小さい凹部は、１以上の頂点（図示せず）を有してもよい。これらの頂点は、同様に、溶融小滴の結晶化のための核形成サイトとして機能を果たすことができる。
【００４８】
図５に示すように、いくつかの実施形態において、基板５０５はより大きく、より浅い凹部５１０を有し、その中には、より小さく、より深い凹部５１５が存在してもよい。
【００４９】
図６ａ〜ｄは、より大きい凹部６１０と、凹部６１０内により小さく、より深い凹部６１５とを有する、基板６０５の断面を示す。図６ｂに示すように、島状構造材の粒子６２０は、より大きい凹部６１０と、より小さい凹部６１５との双方を満たすように配置されてもよい。図６ｃに示すように、粒子６２０が溶融している場合、それは溶融小滴６２５を形成するように融合する。溶融小滴の表面張力は、およそ球の形状となるように引っ張ることができ、次いで、冷却され、結晶性の島を形成するように結晶化する。図６ｄに示すように、基板６０５において結晶性の島６３０をもたらすために、結晶性の島及び／又は基板６０５が平坦化されてもよい。凹部６１０は、最終的には溶融小滴６２５を形成する、島状構造材の粒子のための貯留部として機能を果たす。今度は、凹部６１５は、溶融小滴６２５の場所を定めるのに役立ち、図５に関する、上述した頂点を用いて結晶化を開始させる。
【００５０】
凹部６１０及び６１５の相対容量は、溶融小滴の大きさを決めることができる。これは、凹部６１０及び６１５の深さと併せて、基板６０５の異なる深さで利用できる結晶性の島６３０の断面の大きさを決定することができる。島状構造材の粒子６２０を融合して、溶融小滴６２５が形成されると、凹部６１０の容量の少なくとも一部が空の状態になる場合、溶融小滴６２５が結晶化した後、この空の空間を埋め戻してもよい。この埋め戻す工程は、平坦な表面を形成するのに役立てることができる。
【００５１】
図７は、大きい凹部７１０を有し、大きい凹部７１０内に小さい凹部７１５が存在する基板７０５の断面の側面視を示す。断面において示すように、小さい凹部７１５の表面は溶融小滴７２５の半分より多くを覆い（点線で示す）、これにより、基板に、結晶化した溶融小滴７２５を物理的に固着する。小さい凹部７１５の表面が、溶融小滴７２５の半分未満を覆う場合の実施形態においても、覆うことは、それでもなお、基板に結晶性の島を物理的に固着するのに寄与することができる。凹部７１５の形状は、球形の一部に限定されない。何れの好適な形状も使用できる。基板に結晶性の島を物理的に固着するのが望ましい場合、溶融小滴はその形状に流れ込むことができるが、固体の結晶性の島を凹部７１５から物理的に取り除くことができない、凹部７１５の形状を用いることができる。凹部７１５のそのような形状の例は、凹部７１５の開口が、結晶性の島が凹部７１５から取り除かれるための開口を通過しなければならない結晶性の島の最大の大きさより小さければ、何れの形状であってもよい。
【００５２】
図８は、大きい凹部８１０を有し、大きい凹部８１０内に小さい凹部８１５が存在する基板８０５の断面の側面視を示す。小さい凹部８１５は、溶融小滴８４０により占められる空間に拡張する凸部８２０を有する。凸部８２０は少なくとも１つの頂点８２５を有してもよい。凸部８２０の代わりに、或いは凸部８２０に加えて、小さい凹部８１５は小さい凹部８１５の表面にさらなる凹部８３０を有してもよい。さらなる凹部８３０は、少なくとも１つの頂点８３５を有してもよい。また、さらなる凹部８３０は、小さい凹部８１５内に、溶融小滴８４０により占められる空間の凸部として説明されてもよい。凹部８１５は、凸部８２０及びさらなる凹部８３０の任意の数又はそれらの組合せを有してもよい。頂点８２５及び８３５は、溶融小滴８４０の結晶化を開始するための核形成サイトを形成できる。溶融小滴８４０が結晶化されると、凸部８２０及びさらなる凹部８３０は、凹部８１５内に結晶化した島を物理的に固着し、同様に、基板８０５に結晶性の島を固着するのに寄与できる。
【００５３】
また、図７及び８に関して述べた固着手段は、図３に示す凹部３１０のような単段式の凹部に用いることができる。基板に結晶性の島を物理的に固着するこれらの手段に加えて、また、表面接着（ｓｕｒｆａｃｅ  ａｄｈｅｓｉｏｎ）は基板に結晶性の島を固着するのに用いることができる。例えば、もし溶融小滴の基板との濡れ角が約９０度未満であるなら、溶融小滴は、基板表面を十分に濡らし、基板表面への結晶性の島の接着に寄与する。
【００５４】
微粒子の島状構造材は、ルースパウダー（ｌｏｏｓｅ  ｐｏｗｄｅｒ）の形態である場合、これらに限定されないが、１）凹部内へ粉末をドクターブレーディングする手段、及び２）持ち上げ、次いで凹部内へ粉末を配置するために、帯電したピンを用いて、凹部内へ粉末を静電的に配置する手段を含む手段を用いて、基板における凹部内に移すことができる。
【００５５】
微粒子の島状構造材が分散媒内の粒子の懸濁液の形態である場合、懸濁液を、凹部を満たすために、基板上へ流し込むことができ、次いで、基板の表面から凹部の外側に位置する過剰の懸濁液を拭き取る。そのような分散媒が用いられる場合、その分散媒は、加熱する工程の間、微粒子の島状構造材を溶融及び融合する工程の前に、蒸発、焼失、又はその他の方法で除去されてもよい。
【００５６】
冷却工程の段階において、冷却工程のみを、溶融小滴の結晶化を開始するのに十分にすることができる。他の技術は、結晶化の開始及び進行を容易に又はより細かく制御するために使用することができる。例えば、溶融小滴はその融点より低い温度に過冷却されてもよい。過冷却は、結晶化が始まる前に、その融点より低い３００℃付近未満に、溶融小滴を冷却する形をとることができる。また、溶融小滴を支える基板に物理的衝撃又は振動を適用することで、結晶化を引き起こすことができる。また、これは、溶融小滴が過冷却される場合に使用されてもよい。加えて、結晶化プロセスをさらに誘導するために、溶融小滴の表面を酸素のような異なる化学的反応物質に晒してもよい。酸素は、基板から溶融したケイ素を隔離するのに役立ち、その小滴の表面張力を増加させるのに役立てることができる、溶融小滴の表面上に薄層又は「皮膚」を形成できる。
【００５７】
図９ａは、基板９０５が微粒子の島状構造材９１５で満たされた貫通孔９１０を有する実施形態を示す。孔９１０は第一の末端９４０及び第二の末端９４５を有する。孔９１０は、ドクターブレーディングを用いて微粒子の島状構造材９１５で満たされてもよく、また、孔９１０は分散媒に分散された微粒子の島状構造材を含む液体懸濁液で満たされてもよい。懸濁液は、基板上及び孔９１０内に流し込むことができ、次いで、孔９１０の外側に位置する過剰の懸濁液を基板の表面から拭き取ることができる。孔９１０を満たした後、基板９０５及び島状構造材９１５は、島状構造材を溶融小滴９３５に溶融及び融合するために加熱されてもよい。そのような分散媒が用いられる場合、加熱する工程の間、微粒子の島状構造材が溶融及び融合する前に、分散媒は、蒸発、焼失、又はその他の方法で除去されてもよい。任意に、基板９０５は、加熱する工程前に上下反転されてもよい。例えば、孔９１０が閉じた末端を有する場合、地球の重力の方向に孔９１０の開口端を向けるために、上下反転が実施されてもよい。
【００５８】
図９ｂは、孔９１０の第一の末端９４０の外へ広がる凸型メニスカス９２０を形成する溶融小滴９３５を示す。メニスカス９２０は重力の下で形成してもよい。加えて、もし、孔９１０の第一の末端９４０と接する基板９０５の表面９２５の溶融小滴９３５との濡れ角が小さいなら、これにより、溶融小滴９３５が基板９０５の表面９２５を濡らし、メニスカス９２０が孔９１０の第一の末端９４０の外に形成し、広がるのを促すことができる。さらに、もし、孔９１０の第一の末端９４０の外に溶融小滴９２０を押し出すために、孔９１０の第二の末端９４５を通して溶融小滴９２０に対して圧力が適用されるなら、溶融小滴９３０が孔９１０の外に広がり、メニスカス９２０を形成するのを促すことができる。図９ｃに示すように、一度、溶融小滴９３５が結晶化すると、メニスカス９２０は、結晶性の島９５０の断面を露出するため、及び基板９０５に結晶性の島９５０を形成するために、研磨及び／又は平坦化されてもよい。
【００５９】
図９ａ〜ｃは、１つの孔９１０を示すが、複数の孔が用いられてもよい。孔は、規則的な配列で並べられてもよい。結晶性の島は、それぞれの島９５０を覆い、物理的に固着し、及び／又は孔９１０の表面に、結晶性の島９５０が表面接着する、孔９１０のような、それぞれの孔によって、基板９０５に固着させることができる。溶融小滴９３５と孔９１０の表面との間の濡れ角が約９０度より小さい場合、接着をより強固にできる。
【００６０】
別の具体例（図示せず）において、島状構造材の粒子は、懸濁液を調製するために分散媒に分散されてもよい。次いで、懸濁液は、基板上に移されてもよい。次いで、基板及び懸濁液は加熱され、分散媒を、蒸発、焼失、又はその他の方法で除去してもよい。加熱する工程では、溶融小滴を形成するために、島状構造材の粒子を溶融及び融合することができる。冷却する工程及び固着する工程は、これまでに記載されたとおりに実施してもよい。溶融小滴と基板との間の約９０度未満の濡れ角は、基板と結晶性の島との間の接着力を高めること、基板に結晶性の島を固着させることに寄与できる。
【００６１】
当該技術分野で公知の次の手順で、これらに限定されないが、基板上への懸濁液のスタンピング、スクリーン印刷、又はインクジェット印刷の１種以上を含む技術を用いて、懸濁液を基板に移すことができる。懸濁液は、基板に層を形成するためにスピンコートされてもよい。次いで、この層は、島状構造材の粒子が存在する基板上の１箇所以上の領域、及び島状構造材の粒子が存在しないその他の領域を画定するために、リソグラフィによりパターニングされてもよい。
【００６２】
この実施形態において、何れの凹部も存在しなくてもよい。しかしながら、基板表面は、溶融小滴との濡れ角がより大きい領域、及び濡れ角がより小さい他の領域を有するようにパターニングされてもよい。溶融小滴は濡れ角がより小さい領域に形成されやすい場合がある。小さい濡れ角を有する領域のパターニングは、溶融小滴、即ち、基板上の結晶性の島をさらに配置する手段として機能を果たすことができる。これは、１つの結晶性の島又は複数の結晶性の島に適用することができる。大きい及び小さい濡れ角の領域を有するように基板をパターニングする方法は、当該技術分野で周知であり、その表面にパターニングされたマスクを適用する工程の後、マスクされていない領域の化学変性、又はマスクされていない領域へＳｉＯ２のような他の材料の配置に供する工程を含むことができる。
【００６３】
図１０は、基板上に島状構造材の粒子を配置するための方法１０００に反映される、本発明のさらなる実施形態を示す。まず、ボックス１００５に示すように、その粒子は、懸濁液を調製するために、分散媒に分散されてもよい。次いで、ボックス１０１０に示すように、懸濁液は、懸濁液を拡散若しくはスピンコーティングすることにより、又は当該技術分野で公知の他の方法を用いてシートに形成されてもよい。次いで、ボックス１０１５に示すように、懸濁液のシートは、固形シートに形成してもよい。これは、懸濁液を乾燥、焼成、架橋することにより、又はその他の固化する方法により達成できる。次いで、ボックス１０２０に示すように、パターンが形成されたシートを形成するために、シートの１箇所以上の部分を切り取り、又は取り除くことによって、固形シートにパターンを形成することができる。パターンは穿孔機を用いて、リソグラフィにより、又は当該技術分野で公知の他の手段を用いて適用することができる。次いで、ボックス１０２５に示すように、パターンが形成されたシートは、基板に重ね合わすことができる。
【００６４】
この段階で、加熱する工程、並びに冷却及び固着する工程の残りは、これまでに記載されたとおりに適用することができる。加熱する工程の間、分散媒は、島状構造材の粒子を溶融及び融合する工程の前に、蒸発、焼失、又はその他の方法で除去されてもよい。溶融小滴と基板との間の９０度未満の濡れ角は、基板への結晶性の島の接着に寄与できる。この実施形態は、基板に１つの島又は複数の結晶性の島を形成するために使用することができ、それは、規則正しい配列に並べることができる。
【００６５】
凹部が存在しない実施形態において、溶融小滴の結晶化の開始は、なお誘導し制御することができる。溶融小滴と接触する基板表面内の１つ以上の誘導凹部及び／又は基板表面からの誘導凸部は、結晶化を開始することができる。これらの誘導凹部及び誘導凸部は、結晶化プロセスの開始点を規定するための、少なくとも１つの頂点を有してもよい。
【００６６】
或いは、結晶化の開始点を規定するために、基板と溶融小滴が接触する領域の形状を制御してもよい。基板上に比較的小さい及び大きい濡れ角の領域をパターニングすることによって、溶融小滴は、基板の大きい濡れ角の領域を避ける一方、パターンが形成された小さい濡れ角の形状に沿って基板を濡らし、又は接触することができる。小さい濡れ角の領域の形状は、図４に関して上述した形状の何れであってもよい。その形状は、結晶化の開始点を規定するために、少なくとも１つの頂点を有してもよい。
【００６７】
少なくとも、溶融小滴と接触することになる基板の領域にわたって、結晶化の開始を制御する別の手段は、基板上の金属格子を配置してもよい。配置された金属は、溶融小滴の結晶化の開始点として作用することができる。格子は、耐火材又はＮｉのような他の材料から構成される。配置された材料は、ドットのような他の形状、又は格子を形成し得ない配置された材料の他のパターンを有してもよい。
【００６８】
他の実施形態において、結晶性の島の形成後、島及び基板はオーバーコートされてもよい。図１１は、層１１１５でオーバーコートされた基板１１０５及び結晶性の島１１１０の断面を示す。この組合せは、結晶性の島１１１０が基板１１０５とオーバーコーティング層１１１５との間に挟まれる積層を形成する。次いで、その積層は、積層を含む材料のいくらかを取り除くために平坦化され、結晶性の島の断面を露出することができる。
【００６９】
オーバーコーティング層１１１５を、これらに限定されないが、スピンコーティング又は静電的に適用される粉末コーティングを含む、任意の好適な物理的又は化学的な配置方法を用いて配置することがきる。その層は、図１１における層１１１５のような薄層であってもよく、図１２において断面に示す層１２１５のような厚い層であってもよい。オーバーコーティング層を用いる場合、図１１及び１２に示すように、基板とオーバーコーティング層との間に結晶性の島を挟むことにより、基板に結晶性の島を物理的に固着することができる。オーバーコーティング層によるこの固着の働きは、大きい濡れ角を有し、それゆえ基板とは小さい接触領域である結晶性の島の基板への固着に寄与することができる。大きい濡れ角は、例えば、約９０度より大きい角度であってもよい。オーバーコーティングは基板上の複数の島に適用することができる。
【００７０】
本発明の別の具体例は、図１３に示す方法１３００に反映される。ボックス１３０５は、第一の基板上に島状構造材の粒子を配置する工程を示す。粒子は、上記のとおり、ルースパウダーとして、又は懸濁液において配置することができる。その配置は、パターンが形成されてもよく、及び／又は基板に応じて特定の場所であってもよい。次いで、ボックス１３１０に示すように、島状構造材の粒子は、第一の基板、及び第一の基板に隣接して載置された第二の基板との間に挟まれてもよい。次いで、ボックス１３１５に示すように、基板及び粒子は、第一の基板又第二の基板を溶融することなく、粒子を溶融小滴に溶融及び融合するために加熱してもよい。
【００７１】
分散媒における懸濁液として粒子が配置される場合、加熱する工程は、粒子を溶融及び融合する前に、分散媒を蒸発、焼失、又は多の方法で除去してもよい。次いで、ボックス１３２０に示すように、基板及び溶融小滴は、溶融小滴を結晶化するために冷却され、これにより結晶性の島を形成することができる。
【００７２】
ボックス１３１０に記載される挟む工程、及びボックス１３１５に記載される加熱する工程は、逆の順番で実施されてもよく、即ち、溶融小滴を、第一の基板と第二の基板との間に挟まれる前に形成してもよい。図１４は、第一の基板１４０５と第二の基板１４１０との間に挟まれた溶融小滴１４１５を示す。
【００７３】
溶融小滴１４１０と、第一の基板１４０５及び第二の基板１４１０双方との間の濡れ角が大きい場合、結晶化された島は基板により弱く接着することができる。弱い接着は、自立ウェーハを形成するために、基板から結晶化した島を取り除くのを容易にすることができる。
【００７４】
第１及び第２の基板の一方又は双方の表面における特徴は、溶融小滴の結晶化を開始するために使用することができる。図１５は、溶融小滴と接触することとなる基板の領域に形成され得る角錐１５０５の配列を示す。角錐１５０５は、基板表面から突き出てもよく、又は基板表面内に凹部を形成することもできる。角錐の代わりに、円錐のような他の形状を使用することもできる。これらの形状は、角錐１５０５の場合に、溶融小滴の結晶化の開始位置として働くための頂点を有してもよい。
【００７５】
それぞれの角錐１５０５は、結晶粒界１５１５で隣接する粒子と最終的に当接する、粒子１５１０を形成するために結晶化を開始する。この方法を用いると、溶融小滴を多結晶性の形状にパターン形成することができる。上で述べたように、結晶化の間、溶融小滴における不純物の少なくともいくらかを、結晶粒界の領域に向けて押し出すことができる。このプロセスでは、粒子１５１０上の装置製造のような後処理のために、粒子１５１０の中心領域を比較的少量の不純物を有するようにして、より高い質の結晶を生み出すようにすることができる。このプロセスは、後に続く工程において、装置が製造されない領域に、結晶粒界を隔離することができる。図１５は、４つの、均一な大きさの粒子１５１０を示すが、粒子１５１０は異なる大きさであってもよい。
【００７６】
図１６は、２つの基板１６０５及び１６１０の間に挟まれた溶融小滴１６１５の断面を示す。上で述べたように、一方又は双方の基板は、結晶化プロセスを誘導するために凹部又は凸部を含むことができる。基板１６０５は、溶融小滴１６１５と接触する凸部１６２０を有してもよい。同様に、基板１６１０は、溶融小滴１６１５と接触する凹部１６２５を有してもよい。凸部１６２０及び凹部１６２５は、異なる形状であってもよく、それらはいくらでも、一方又は双方の第一の基板１６０５及び第二の基板１６１０内／上に用いられてもよい。また、凸部及び凹部に加えて、又はそれらに代えて、溶融小滴と接触することになる一方又は双方の第一の及び第二の基板に配置される金属又は他の材料の格子又は配列は、結晶化プロセスを開始、及び誘導するために用いられてもよい。
【００７７】
また、図１３のボックス１３２０に示すように、冷却する工程は溶融小滴を過冷却する工程を含んでもよい。過冷却する工程は、結晶化を開始する前に、融点より下の約３００℃より下の温度に溶融小滴を冷却する工程を含んでもよい。また、圧力パルス又は機械的な衝撃は、過冷却された状態又はその他の状態において溶融小滴に適用されてもよい。また、種晶は、過冷却された状態又はその他の状態において、溶融小滴に加えられてもよい。
【００７８】
いくつかの実施形態において、島状構造材の融点の約２０℃の範囲内の温度での基板の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、島状構造材の融点での島状構造材のＣＴＥと一致してもよい。このＣＴＥの一致は、それぞれが冷却され、収縮する際の、島状構造材と基板との間の負荷を減少できる。負荷を減少することは、より欠陥の少ないより高品質の結晶の製造を容易にすることができ、基板への結晶性の島の接着を改善することができる。
【００７９】
島状構造材は、これに限定されないが、半導体を含んでもよい。そのような半導体は、これらに限定されないが、ケイ素を含んでもよい。基板材料は、これらに限定されないが、シリカ、アルミナ、サファイア、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、レニウム、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ハフニウム、ルテニウム、オスミウム、イリジウム、及びこれらの組合せ、並びにこれらの材料からなる合金を含んでもよい。
【００８０】
また、基板は、十分高い融合温度又は軟化温度を有するセラミック又はガラスであってもよい。また、基板は高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）であってもよい。ＨＴＣＣは、その未加工の相（ｇｒｅｅｎ  ｐｈａｓｅ）において、動作し、機械的にパターン形成されてもよい。島状構造材がケイ素である場合、アルミナは、比較的大きい濡れ角の材料であってもよく、シリカは、比較的小さい濡れ角の材料であってもよい。
【００８１】
前述した本発明の実施形態は、本発明の実施例であることを意図するものであり、添付の特許請求の範囲により、単に定義されている本発明の範囲から逸脱せずに、その当該技術分野の当業者により、変更及び調整がされてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【外国語明細書】
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