(57)【要約】      （修正有）【課題】基板に接するアイランド材料の１つまたはそれ以上の結晶アイランドを製造する方法の提供。【解決手段】基板に接するアイランド材料の粒子を堆積させるステップと、基板およびアイランド材料の粒子を加熱して、粒子を融解および融合させてモルテングロビュールを形成するステップと、基板およびモルテングロビュールを冷却してモルテングロビュールを結晶化させることによって、アイランド材料の結晶アイランドを基板に固定するステップとを含む、結晶アイランドの製造方法。ボウルに基づく技術を用いて製造できる結晶半導体ウェハの面積をおそらく超える大面積にわたって分散された、結晶アイランドのアレイを製造するために用いる、結晶アイランドを製造する方法。【選択図】図１９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アイランド材料の結晶アイランドを製造する方法であって、
基板上に前記アイランド材料を堆積させるステップと、
前記基板および前記アイランド材料を加熱するステップであって、前記加熱するステップは前記アイランド材料を融解して溶融体を形成し、加えて前記加熱するステップは酸素および前記アイランド材料を含む溶融ディスクを形成し、前記溶融ディスクは前記溶融体と前記基板との間に配される、ステップと、
前記基板、前記溶融体、および前記溶融ディスクを冷却して前記溶融体を結晶化して結晶体を形成するステップであって、前記結晶体の少なくとも一部は、前記アイランド材料の前記結晶アイランドを形成する、ステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記結晶アイランドの少なくとも一部を平坦化して、前記結晶アイランドの断面を露出するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記冷却するステップの後に、
オーバーコーティング層によって前記結晶アイランドおよび前記基板をオーバーコートして、スタックを形成するステップと、
前記スタックを平坦化して前記結晶アイランドの断面を露出するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記堆積させるステップの前に、
前記基板上に酸化物層を形成するステップをさらに含み、
前記堆積させるステップは、前記酸化物層の上に前記アイランド材料を堆積させるステップを含み、
前記溶融ディスクは溶融状態の前記酸化物層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記酸化物層を前記形成するステップは、前記基板上に前記アイランド材料の酸化物を含む前記酸化物層を堆積させるステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記堆積させるステップは、予め定められたパターンに従って前記酸化物層を堆積させるステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記酸化物層を前記形成するステップは、
予め定められたパターンに従って前記基板上に前記アイランド材料を堆積させるステップと、
前記アイランド材料を酸化するステップと
を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記加熱するステップは、非酸化的雰囲気中で前記基板、前記アイランド材料、および前記酸化物層を加熱するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記堆積させるステップの前に、
予め定められたパターンに従って前記基板を研磨するステップ、および
前記予め定められたパターンに従って前記基板を粗面化するステップ
のうちの１つまたはそれ以上をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板はアルミナを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記溶融ディスクは、前記基板から生じるアルミニウムをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記アイランド材料はシリコンを含み、前記加熱するステップは、前記基板および前記アイランド材料を少なくとも約１５００℃に加熱するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記溶融体を冷却するステップは、前記基板から遠位の第１の固体部分と、前記基板の近位の第２の固体部分とを形成し、前記冷却するステップの間に前記第１の固体部分は前記第２の固体部分から自発的に分離し、前記第２の固体部分は前記結晶アイランドを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記堆積させるステップは、
前記基板表面上にテンプレートを位置決めするステップであって、前記テンプレートは前記表面に接する第１の端部と、前記第１の端部に対向する第２の端部とを有するチャネルを含み、前記表面は前記第１の端部に蓋をする、ステップと、
前記チャネルの少なくとも一部に前記アイランド材料を充填するステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記冷却するステップの後に、前記基板から前記テンプレートを除去するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記除去するステップの後に、前記結晶体の第１の部分は前記基板上に残って前記結晶アイランドを形成し、前記結晶体の第２の部分は前記チャネル内に残る、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記チャネルは、
前記第１の端部に近接する第１の領域であって、前記第１の領域において前記チャネルは第１の断面積を有する、第１の領域と、
前記第１の端部から遠位の第２の領域であって、前記第２の領域において前記チャネルは第２の断面積を有し、前記第１の断面積は前記第２の断面積とは異なる、第２の領域とを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記チャネルの内表面は、前記第１の領域を前記第２の領域から分離する頂点を定める、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記テンプレートは、１つまたはそれ以上のさらなるチャネルをさらに含み、各々のさらなるチャネルは、前記表面に接する対応する第１の端部と、前記対応する第１の端部に対向する対応する第２の端部とを有し、前記表面は前記対応する第１の端部に蓋をし、
前記堆積させるステップは、前記１つまたはそれ以上のさらなるチャネルの少なくとも一部に前記アイランド材料を充填するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の端部は、前記チャネルに前記アイランド材料を少なくとも部分的に充填するための前記アイランド材料を貯蔵するように構成されたリザーバと連絡する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記リザーバは、前記テンプレートと一体的に形成される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記リザーバは結晶化イニシエータを含み、前記結晶化イニシエータは、リザーバ表面のくぼみおよび伸長部のうちの１つまたはそれ以上を含み、前記結晶化イニシエータは、前記冷却するステップの間に前記溶融体と接触して結晶化を開始するように構成される、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、本明細書においてその全体が引用により援用される、２０１６年６月１６日に提出されて米国特許出願公開第２０１６／０３００７１６号として公開された、米国特許出願第１５／１８４，４２９号の一部継続出願である。米国特許出願第１５／１８４，４２９号はさらに、同様に本明細書においてその全体が引用により援用される、２０１５年１月３０日に提出されて米国特許出願公開第２０１５／０３５７１９２号として公開された、米国特許出願第１４／６１０，５６７号の一部継続出願である。米国特許出願第１４／６１０，５６７号はさらに、同様に本明細書においてその全体が引用により援用される、２０１４年６月４日に提出された米国特許仮出願第６２／００７，６２４号による優先権を主張するものである。
【０００２】
本明細書は、基板に接するアイランド材料の１つまたはそれ以上の結晶アイランドを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
たとえばＯＬＥＤディスプレイバックパネルなどの特定の電子的適用は、大面積にわたって分散された高品質半導体材料の小型アイランドを必要とする。この面積は対角線が５０インチおよびそれ以上であってもよく、伝統的なボウルに基づく技術を用いて製造できる結晶半導体ウェハのサイズを超える。
【０００４】
本明細書において引用により援用される特許文献１は、多数の小さいばらばらの結晶半導体球を製造することを開示している。それらの球は次いでパターン形成された基板上に分散され、予め定められた場所で基板に付着されて、基板上に球のアレイを形成する。球の平坦化によって各球の断面を露出することによって、全体的に平坦化された表面上のデバイス製造のための高品質結晶半導体アイランドのアレイを提供する。
【０００５】
本明細書において引用により援用される特許文献２は、基板に冶金グレードのシリコンのスラリーを塗布し、次いでそのスラリー層をパターン形成して、均一なサイズの冶金シリコンの領域を提供することによって、基板上にシリコンの球を製造することを開示している。次いでその基板を加熱してシリコンを融解し、次いでシリコンは表面で玉状になってシリコンの溶融球を形成し、次いで冷却されて結晶化する。これらの球は基板に対して非常に弱い接着を有し、それらを単純にたたいて離すことによって基板から容易に外れる。このばらばらの球を集めてさらに処理する。
【０００６】
本明細書において引用により援用される特許文献３は、溶融シリコンのリザーバに基板を接触させ、基板上に固体シリコンの層を形成し、その後基板から固体層を外すことによってシリコンウェハを製造することを開示している。開示される方法は、大面積のシリコンウェハを製造するために用いられ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０５３０５２  Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許第４，６３７，８５５号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１２／００６７２７３  Ａ１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書においては、基板に接するアイランド材料の１つまたはそれ以上の結晶アイランドを製造する方法が提供される。各結晶アイランドに対して、アイランド材料の粒子が基板に接して堆積され、次いで基板と粒子とが加熱されて粒子が融解および融合して、それぞれのモルテングロビュールを形成する。次いで、基板およびそれぞれのモルテングロビュールを冷却してモルテングロビュールを結晶化することによって、結晶アイランドを基板に固定する。
【０００９】
この方法は、粒子状の出発材料を用いて結晶アイランドを製造することを可能にできる。加えていくつかの実施において、基板に固定された結晶アイランドは、アイランドのさらなる処理を可能にできる。たとえば、各結晶アイランドの少なくとも一部を平坦化して各アイランドの断面を露出することなどである。結晶アイランドが十分に高品質な結晶半導体であるとき、次いで電子デバイスを製造するためにこれらの断面を使用できる。加えてこの方法は、伝統的なボウルに基づく技術を用いて製造できる結晶半導体ウェハの面積をおそらく超える面積にわたって分散された、結晶アイランドのアレイを製造することを可能にできる。
【００１０】
本明細書の局面に従うと、アイランド材料の結晶アイランドを製造する方法が提供され、この方法は、基板に接するアイランド材料の粒子を堆積させるステップと、基板およびアイランド材料の粒子を加熱して、粒子を融解および融合させてモルテングロビュールを形成するステップと、基板およびモルテングロビュールを冷却してモルテングロビュールを結晶化させることによって、アイランド材料の結晶アイランドを基板に固定するステップとを含む。
【００１１】
結晶アイランドは、アイランド材料の単結晶またはアイランド材料の多結晶形を含んでもよい。
【００１２】
この方法はさらに、結晶アイランドの少なくとも一部を平坦化して結晶アイランドの断面を露出するステップを含んでもよい。
【００１３】
固定するステップは、モルテングロビュールが約９０度よりも小さい濡れ角で基板を濡らすステップと、結晶アイランドが基板に接着するステップとを含んでもよい。
【００１４】
堆積させるステップは、基板にくぼみを定めるステップと、アイランド材料の粒子をくぼみの中に移すステップとを含んでもよい。
【００１５】
堆積させるステップが、くぼみを定めるステップと、アイランド材料の粒子をくぼみの中に移すステップとを含むとき、固定するステップは、くぼみの表面の一部が結晶アイランドの表面の一部を覆うステップを含んでもよい。
【００１６】
堆積させるステップが、くぼみを定めるステップと、アイランド材料の粒子をくぼみの中に移すステップとを含むとき、くぼみは少なくとも１つの頂点を有するように成形されてもよい。
【００１７】
堆積させるステップが、くぼみを定めるステップと、アイランド材料の粒子をくぼみの中に移すステップとを含むとき、くぼみは第１のくぼみと、第１のくぼみの中の第２のくぼみとを含んでもよく、第２のくぼみは第１のくぼみよりも小さくて深い。
【００１８】
堆積させるステップが、くぼみを定めるステップと、アイランド材料の粒子をくぼみの中に移すステップとを含むとき、移すステップは、くぼみの中にアイランド材料の粒子をドクターブレードするステップ、および荷電ピンを用いてくぼみの中にアイランド材料の粒子を静電堆積させるステップのうちの１つまたはそれ以上を含んでもよい。
【００１９】
堆積させるステップが、くぼみを定めるステップと、アイランド材料の粒子をくぼみの中に移すステップとを含むとき、移すステップは、基板上およびくぼみの中に懸濁物を流すステップであって、その懸濁物は担体媒体中にアイランド材料の粒子の分散を含む、ステップと、くぼみの外側の基板上に位置する懸濁物をスキージするステップとを含んでもよく、加熱するステップはさらに、アイランド材料の粒子を融解および融合するステップの前に、担体媒体を取り除くステップを含んでもよい。
【００２０】
冷却するステップは、モルテングロビュールの外表面を酸化するステップ、モルテングロビュールを過冷却するステップ、および基板に物理的衝撃を加えるステップのうちの１つまたはそれ以上を含んでもよい。
【００２１】
堆積させるステップは、アイランド材料の粒子を基板の貫通孔内に移すステップを含んでもよい。
【００２２】
堆積させるステップが、アイランド材料の粒子を基板の貫通孔内に移すステップを含むとき、凸状のメニスカスを形成するために貫通孔の第１の端部からモルテングロビュールを部分的に押し出すために、貫通孔の第２の端部に圧力を加えてもよい。
【００２３】
堆積させるステップが、アイランド材料の粒子を基板の貫通孔内に移すステップを含むとき、固定するステップは、貫通孔の表面の一部が結晶アイランドの表面の一部を覆うステップを含んでもよい。
【００２４】
堆積させるステップが、アイランド材料の粒子を基板の貫通孔内に移すステップを含むとき、この方法はさらに、モルテングロビュールを結晶化するために冷却するステップの後に、メニスカスの一部を平坦化して結晶アイランドの断面を露出するステップを含んでもよい。
【００２５】
堆積させるステップが、アイランド材料の粒子を基板の貫通孔内に移すステップを含むとき、貫通孔の第１の端部に隣接する貫通孔の外側の基板表面の一部は、約９０度より小さいモルテングロビュールとの濡れ角を有してもよい。
【００２６】
堆積させるステップは、担体媒体にアイランド材料の粒子を分散させて懸濁物を作製するステップと、その懸濁物を基板上に移すステップとを含んでもよく、加熱するステップはさらに、アイランド材料の粒子を融解および融合するステップの前に、担体媒体を取り除くステップを含んでもよい。
【００２７】
堆積させるステップが、担体媒体にアイランド材料の粒子を分散させて懸濁物を作製するステップと、その懸濁物を基板上に移すステップとを含むことができ、かつ加熱するステップがさらに、アイランド材料の粒子を融解および融合するステップの前に、担体媒体を取り除くステップを含み得るとき、移すステップは、基板上に懸濁物をスタンプするステップ、基板上に懸濁物をスクリーン印刷するステップ、基板上に懸濁物をインクジェット印刷するステップ、および基板上に懸濁物をスピンコートして、スピンコートされた懸濁物をリソグラフィによってパターン形成するステップのうちの１つまたはそれ以上を含んでもよい。
【００２８】
堆積させるステップは、担体媒体にアイランド材料の粒子を分散させて懸濁物を作製するステップと、その懸濁物をシートに形成するステップと、シートを凝固させて固体シートを形成するステップと、シートの１つまたはそれ以上の部分を取り除くことによって固体シートをパターン形成してパターン形成シートを形成するステップと、パターン形成シートを基板上に置くステップとを含んでもよく、加熱するステップはさらに、アイランド材料の粒子を融解および融合するステップの前に、担体媒体を取り除くステップを含んでもよい。
【００２９】
モルテングロビュールは、モルテングロビュールと接触する基板表面の第１の部分との第１の濡れ角と、基板表面の第２の部分との第２の濡れ角とを有してもよく、第２の部分は第１の部分に接しており、第２の濡れ角は第１の濡れ角よりも大きい。
【００３０】
モルテングロビュールと接触する基板の範囲は、モルテングロビュールが冷却される際に結晶化の開始を制御するための１つまたはそれ以上の誘導突起、１つまたはそれ以上の誘導くぼみ、および金属グリッドのうちの１つまたはそれ以上を含んでもよい。
【００３１】
アイランド材料の融点の約２０℃以内の温度における基板の熱膨張係数（ＣＴＥ：ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）は、アイランド材料の融点におけるアイランド材料のＣＴＥと一致してもよい。
【００３２】
アイランド材料はシリコンを含んでもよい。
【００３３】
基板はアルミナを含んでもよい。
【００３４】
固定するステップは、オーバーコーティング層によって結晶アイランドおよび基板をオーバーコートしてスタックを形成するステップを含んでもよく、それによって結晶アイランドは基板とオーバーコーティング層との間に挟まれる。
【００３５】
固定するステップが、オーバーコーティング層によって結晶アイランドおよび基板をオーバーコートしてスタックを形成するステップを含み、それによって結晶アイランドが基板とオーバーコーティング層との間に挟まれるとき、この方法はさらに、スタックを平坦化して結晶アイランドの断面を露出するステップを含んでもよい。
【００３６】
本明細書のさらなる局面に従うと、アイランド材料の結晶アイランドを製造する方法が提供され、この方法は、第１の基板上にアイランド材料の粒子を堆積させるステップと、第１の基板に隣接して第２の基板を置くことによって第１の基板と第２の基板との間にアイランド材料の粒子を挟むステップと、第１の基板、第２の基板、およびアイランド材料の粒子を加熱して粒子を融解および融合してモルテングロビュールを形成するステップと、第１の基板、第２の基板、およびモルテングロビュールを冷却してモルテングロビュールを結晶化することによって、アイランド材料の結晶アイランドを形成するステップとを含む。
【００３７】
冷却するステップはさらに、モルテングロビュールに圧力パルスを加えるステップ、モルテングロビュールに種晶を加えるステップ、およびモルテングロビュールを過冷却するステップのうちの１つまたはそれ以上を含んでもよい。
【００３８】
第１の基板は、モルテングロビュールと接触する第１の基板表面の一部である第１の範囲を有してもよく、第２の基板は、モルテングロビュールと接触する第２の基板表面の一部である第２の範囲を有してもよく、第１の範囲および第２の範囲の１つまたはそれ以上は、モルテングロビュールが冷却される際に結晶化の開始を制御するための１つまたはそれ以上の突起、１つまたはそれ以上のくぼみ、金属グリッドのうちの１つまたはそれ以上を含んでもよい。
【００３９】
本明細書のさらなる局面に従うと、アイランド材料の結晶アイランドを製造する方法が提供され、この方法は、基板に接するアイランド材料の粒子を堆積させるステップと、基板およびアイランド材料の粒子を加熱して粒子を融解および融合して溶融ディスクを形成するステップと、基板および溶融ディスクを冷却して溶融ディスクを結晶化することによって、アイランド材料の結晶アイランドを基板に固定するステップと、結晶アイランドの少なくとも一部を平坦化して結晶アイランドの断面を露出するステップとを含む。
【００４０】
本明細書のさらなる局面に従うと、アイランド材料の結晶アイランドを製造する方法が提供され、この方法は、基板上にアイランド材料を堆積させるステップと、基板およびアイランド材料を加熱するステップとを含み、加熱するステップはアイランド材料を融解して第１の溶融ディスクを形成し、加えて加熱するステップは酸素とアイランド材料とを含む第２の溶融ディスクを形成し、第２の溶融ディスクは第１の溶融ディスクと基板との間に配され、この方法はさらに、基板、第１の溶融ディスク、および第２の溶融ディスクを冷却して第１の溶融ディスクを結晶化することによって、アイランド材料の結晶アイランドを形成するステップを含む。
【００４１】
この方法はさらに、結晶アイランドの少なくとも一部を平坦化して結晶アイランドの断面を露出するステップを含んでもよい。
【００４２】
この方法はさらに、冷却するステップの後に、オーバーコーティング層によって結晶アイランドおよび基板をオーバーコートしてスタックを形成するステップと、スタックを平坦化して結晶アイランドの断面を露出するステップとを含んでもよい。
【００４３】
請求項の方法はさらに、堆積させるステップの前に、基板上に酸化物層を形成するステップを含んでもよく、堆積させるステップは、酸化物層の上にアイランド材料を堆積させるステップを含んでもよく、第２の溶融ディスクは溶融状態の酸化物層を含んでもよい。
【００４４】
酸化物層を形成するステップは、基板上にアイランド材料の酸化物を含む酸化物層を堆積させるステップを含んでもよい。
【００４５】
堆積させるステップは、予め定められたパターンに従って酸化物層を堆積させるステップを含んでもよい。
【００４６】
酸化物層を形成するステップは、予め定められたパターンに従って基板上にアイランド材料を堆積させるステップと、アイランド材料を酸化するステップとを含んでもよい。
【００４７】
アイランド材料を堆積させるステップは、アイランド材料の粒子を堆積させるステップ、およびアイランド材料の層を堆積させるステップのうちの１つまたはそれ以上を含んでもよい。
【００４８】
加熱するステップは、非酸化的雰囲気中で基板、アイランド材料、および酸化物層を加熱するステップを含んでもよい。
【００４９】
この方法はさらに、堆積させるステップの前に、予め定められたパターンに従って基板を研磨するステップ、および予め定められたパターンに従って基板を粗面化するステップのうちの１つまたはそれ以上を含んでもよい。
【００５０】
堆積させるステップは、複数の相互接続されたノードの形状で基板上にアイランド材料を堆積させるステップを含んでもよく、各ノードは１つまたはそれ以上の他のノードに接続される。
【００５１】
第２の溶融ディスクはさらに、基板から生じるアルミニウムを含んでもよい。
【００５２】
加熱するステップは、基板およびアイランド材料を少なくとも約１５００℃に加熱するステップを含んでもよい。
【００５３】
第１の溶融ディスクの最大厚さは、その最大長および最大幅のうちの小さい方よりも少なくとも約１０倍小さくてもよい。
【００５４】
本明細書のさらなる局面に従うと、基板と、基板上に配された中間ディスクであって、この中間ディスクは酸素とアイランド材料とを含む、中間ディスクと、中間ディスク上に配されたアイランドディスクであって、このアイランドディスクはアイランド材料を含み、このアイランドディスクは結晶質である、アイランドディスクとを含む半導体デバイスが提供され、ここでアイランド材料は基板上に堆積され、中間ディスクは基板上のアイランド材料を融解してから凝固することによって形成される。
【００５５】
基板はアルミナを含んでもよく、アイランド材料はシリコンを含む。
【００５６】
中間ディスクはさらに、基板から生じるアルミニウムを含んでもよい。
【００５７】
本明細書のさらなる局面に従うと、アイランド材料の結晶アイランドを製造する方法が提供され、この方法は、基板上にアイランド材料を堆積させるステップと、基板およびアイランド材料を加熱するステップとを含み、加熱するステップはアイランド材料を融解して溶融体を形成し、加えて加熱するステップは酸素とアイランド材料とを含む溶融ディスクを形成し、溶融ディスクは溶融体と基板との間に配され、この方法はさらに、基板、溶融体、および溶融ディスクを冷却して溶融体を結晶化して結晶体を形成するステップを含み、結晶体の少なくとも一部はアイランド材料の結晶アイランドを形成する。
【００５８】
この方法はさらに、結晶アイランドの少なくとも一部を平坦化して結晶アイランドの断面を露出するステップを含んでもよい。
【００５９】
この方法はさらに、冷却するステップの後に、オーバーコーティング層によって結晶アイランドおよび基板をオーバーコートしてスタックを形成するステップと、スタックを平坦化して結晶アイランドの断面を露出するステップとを含んでもよい。
【００６０】
この方法はさらに、堆積させるステップの前に、基板上に酸化物層を形成するステップを含んでもよく、堆積させるステップは、酸化物層の上にアイランド材料を堆積させるステップを含み、溶融ディスクは溶融状態の酸化物層を含む。
【００６１】
酸化物層を形成するステップは、基板上にアイランド材料の酸化物を含む酸化物層を堆積させるステップを含んでもよい。
【００６２】
堆積させるステップは、予め定められたパターンに従って酸化物層を堆積させるステップを含んでもよい。
【００６３】
酸化物層を形成するステップは、予め定められたパターンに従って基板上にアイランド材料を堆積させるステップと、アイランド材料を酸化するステップとを含んでもよい。
【００６４】
加熱するステップは、非酸化的雰囲気中で基板、アイランド材料、および酸化物層を加熱するステップを含んでもよい。
【００６５】
この方法はさらに、堆積させるステップの前に、予め定められたパターンに従って基板を研磨するステップ、および予め定められたパターンに従って基板を粗面化するステップのうちの１つまたはそれ以上を含んでもよい。
【００６６】
基板はアルミナを含んでもよい。
【００６７】
溶融ディスクはさらに、基板から生じるアルミニウムを含んでもよい。
【００６８】
アイランド材料はシリコンを含んでもよく、加熱するステップは、基板およびアイランド材料を少なくとも約１５００℃に加熱するステップを含んでもよい。
【００６９】
溶融体を冷却するステップは、基板から遠位の第１の固体部分と、基板の近位の第２の固体部分とを形成してもよく、冷却するステップの間に第１の固体部分は第２の固体部分から自発的に分離し、第２の固体部分は結晶アイランドを形成する。
【００７０】
堆積させるステップは、基板表面上にテンプレートを位置決めするステップであって、テンプレートは表面に接する第１の端部と、第１の端部に対向する第２の端部とを有するチャネルを含み、表面は第１の端部に蓋をする、ステップと、チャネルの少なくとも一部にアイランド材料を充填するステップとを含んでもよい。
【００７１】
この方法はさらに、冷却するステップの後に、基板からテンプレートを除去するステップを含んでもよい。
【００７２】
除去するステップの後に、結晶体の第１の部分は基板上に残って結晶アイランドを形成してもよく、結晶体の第２の部分はチャネル内に残ってもよい。
【００７３】
チャネルは、第１の端部に近接する第１の領域であって、第１の領域においてチャネルは第１の断面積を有する、第１の領域と、第１の端部から遠位の第２の領域であって、第２の領域においてチャネルは第２の断面積を有する、第２の領域とを含んでもよく、第１の断面積は第２の断面積とは異なる。
【００７４】
チャネルの内表面は、第１の領域を第２の領域から分離する頂点を定めてもよい。
【００７５】
テンプレートはさらに、１つまたはそれ以上のさらなるチャネルを含んでもよく、各々のさらなるチャネルは、表面に接する対応する第１の端部と、対応する第１の端部に対向する対応する第２の端部とを有し、表面は対応する第１の端部に蓋をし、堆積させるステップはさらに、１つまたはそれ以上のさらなるチャネルの少なくとも一部にアイランド材料を充填するステップを含んでもよい。
【００７６】
第２の端部は、チャネルにアイランド材料を少なくとも部分的に充填するためのアイランド材料を貯蔵するように構成されたリザーバと連絡していてもよい。
【００７７】
リザーバは、テンプレートと一体的に形成されてもよい。
【００７８】
リザーバは結晶化イニシエータを含んでもよく、結晶化イニシエータは、リザーバ表面のくぼみおよび伸長部のうちの１つまたはそれ以上を含み、結晶化イニシエータは、冷却するステップの間に溶融体と接触して結晶化を開始するように構成される。
【００７９】
本明細書に記載されるさまざまな実施をよりよく理解するため、およびそれらがどのように実行され得るかをより明瞭に示すために、単なる例として添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】非限定的な実施に従う、基板に接する結晶アイランドを製造する方法を示す図である。
【図２】非限定的な実施に従う、基板上の結晶アイランドの上面斜視図である。
【図３】非限定的な実施に従う、くぼみを有する基板の上面斜視図である。
【図４】非限定的な実施に従う、くぼみとして可能な形状を集めたものを示す図である。
【図５】非限定的な実施に従う、くぼみの中のくぼみを有する基板の上面斜視図である。
【図６】図６ａ〜ｄは、非限定的な実施に従う、くぼみの中に結晶アイランドを形成する異なる段階における、くぼみの中のくぼみを有する基板の断面を示す図である。
【図７】非限定的な実施に従う、くぼみの中のくぼみを有する基板の断面を示す図である。
【図８】非限定的な実施に従う、くぼみの中のくぼみを有する基板の断面を示す図である。
【図９】図９ａ〜ｃは、非限定的な実施に従う、貫通孔内に結晶アイランドを形成する異なる段階における、貫通孔を有する基板の断面を示す図である。
【図１０】非限定的な実施に従う、基板上にアイランド材料の粒子を堆積させる方法を示す図である。
【図１１】非限定的な実施に従う、どちらもオーバーコートされた基板上の結晶アイランドの断面を示す図である。
【図１２】非限定的な実施に従う、どちらもオーバーコートされた基板上の結晶アイランドの断面を示す図である。
【図１３】非限定的な実施に従う、２つの基板の間に挟まれた結晶アイランドを製造する方法を示す図である。
【図１４】非限定的な実施に従う、２つの基板の間に挟まれたモルテングロビュールの断面を示す図である。
【図１５】非限定的な実施に従う、基板上の角錐および隣接する結晶粒のアレイを示す上面図である。
【図１６】非限定的な実施に従う、２つの基板の間に挟まれたモルテングロビュールの断面を示す図である。
【図１７】図１７ａ〜ｄは、非限定的な実施に従う、基板上に結晶アイランドを製造するさまざまな段階を示す断面図である。
【図１８】非限定的な実施に従う、基板上の結晶アイランドの顕微鏡写真を示す図である。
【図１９】図１９ａ〜ｃは、非限定的な実施に従う、基板上に結晶アイランドを製造するさまざまな段階を示す側面断面図である。
【図２０】図２０ａ〜ｃは、非限定的な実施に従う、基板上に結晶アイランドを製造するさまざまな段階を示す側面断面図である。
【図２１】図２１ａ〜ｂは、非限定的な実施に従う、基板上に結晶アイランドを製造するさまざまな段階を示す側面断面図である。
【図２２】図２２ａ〜ｂは、非限定的な実施に従う、基板上に結晶アイランドを製造するさまざまな段階を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００８１】
本発明の実施は、図１に示される方法１００に反映されている。方法１００は、基板の頂部または内側に、基板に接する結晶アイランドを製造するために用いられ得る。最初に、ボックス１０５に示されるとおり、基板の上または中に、基板に接するアイランド材料が堆積されてもよい。アイランド材料は粒子状の形であってもよい。アイランド材料の粒子は、基板に関する予め定められた場所に堆積されてもよく、それは基板表面の全部または一部への堆積を含んでもよいが、それに限定されない。アイランド材料の粒子は、実質的に純粋な粉末、いくらかの添加剤か不純物を有する粉末、または担体媒体に懸濁されたアイランド材料の粒子として堆積されてもよい。添加剤は、アイランド材料をドープ、合金化、または別様に調合するために用いられてもよい。
【００８２】
その後、ボックス１１０に示されるとおり、基板およびアイランド材料の粒子が加熱されてもよい。加熱は伝導、対流、および／または放射性の加熱によるものであってもよく、炉、キルン、または当業者に公知のその他の好適な加熱装置において行われてもよい。加熱によってアイランド材料の粒子が融解および融合して、アイランド材料のモルテングロビュールを形成する。アイランド材料を堆積させるために担体媒体が使用されるとき、加熱によって、アイランド材料粒子の融解および融合の前に、担体媒体を蒸発、燃焼、または別様に取り除いてもよい。アイランド材料の粒子を融解および融合するために必要な温度において基板が融解しないように、アイランドおよび基板材料が選択されてもよい。
【００８３】
その後、ボックス１１５に示されるとおり、基板およびモルテングロビュールを冷却してモルテングロビュールを結晶化させることによって、得られる結晶アイランドを基板に固定する。いくつかの実施において、基板からアイランドを外すことなくアイランドの断面を露出するためのアイランドの機械的研磨またはその他の研磨処理を可能にするために、アイランドは十分に強力に固定される。
【００８４】
図２は、基板２０５上に形成された結晶アイランド２１０のアレイを示す。１つまたは任意の数の結晶アイランドを製造するために、方法１００を使用できる。複数のアイランドが形成されるとき、それらのアイランドは秩序あるアレイに配置されてもよいし、知覚可能な周期的秩序なく基板上に分散されてもよい。いくつかの実施において、基板２０５に関する各アイランド２１０の位置によって、その後のアイランドの処理が可能になることが公知である。
【００８５】
アイランド２１０は単結晶または多結晶であってもよい。加えて、ナノ結晶およびアモルファスアイランドが形成されてもよい。いくつかの実施において、アイランド２１０が形成された後に、アイランド２１０の表面からいくらかの材料を除去して各アイランドの断面を露出するように、アイランド２１０は平坦化、研磨、または別様の動作を受ける。たとえばアイランドがシリコンなどの半導体から形成されるときには、次いでこの露出された断面を用いて電子デバイスを製造してもよい。
【００８６】
出発粒子状アイランド材料が不純物を有するとき、方法１００に示される融解および結晶化のプロセスは、モルテングロビュールの内側で結晶格子が形成し始める際に各モルテングロビュールの表面に向かって不純物を押すゲッタリングとして公知のプロセスによって、結晶アイランドの内側の不純物を低減させ得る。次いで、格子はその秩序ある原子配置に干渉するあらゆる不純物を排除する傾向があることによって、結晶の内側から不純物の少なくとも一部を排除する。結晶アイランドが多結晶であるとき、不純物は結晶の間の粒界に押し出される。
【００８７】
いくつかの実施において、基板表面に定められた１つまたはそれ以上のくぼみの中にアイランド材料を移すことによって、アイランド材料の粒子が基板上に堆積される。図３は、基板３０５中のくぼみ３１０を示す。いくつかの実施において、複数のくぼみが定められてもよく、それらのくぼみは秩序あるアレイに配置されてもよい。くぼみはリソグラフィによって定められてもよいし、レーザーアブレーション、またはフォトリソグラフィによって定められたマスクを用いた局所的エッチングを含むがそれに限定されない、当業者に公知のその他の手段を用いて定められてもよい。
【００８８】
くぼみ３１０はモルテングロビュールを含有し、基板３０５に対してモルテングロビュールおよび結果的に得られる結晶アイランドをより正確に位置付ける働きをしてもよい。加えて、くぼみの形状は、結晶化を開始するための核形成部位を提供することによって結晶化プロセスを誘導してもよい。いくつかの実施においては、図４においてくぼみ４０５、４１０、４１５、および４２０に関して示されるとおり、くぼみは１つまたはそれ以上の頂点４２５を有してもよい。頂点４２５は、くぼみ４２０の場合のようにテーパーの端部にあってもよいし、くぼみ４０５および４１５に示されるとおりに逆テーパーの一部であってもよい。くぼみ４１０および４１５に示されるとおり、くぼみは複数の頂点を有してもよい。頂点４２５の形の核形成部位を複数有することによって、アイランドが多結晶になる可能性が増加し、単結晶アイランドの形成の可能性が減少する。加えて、核形成部位はくぼみ３１０の表面の３次元的なより小さいくぼみまたは突起であってもよい。こうしたより小さいくぼみは１つまたはそれ以上の頂点を有してもよい（図示せず）。これらの頂点が、モルテングロビュールの結晶化のための核形成部位の働きをしてもよい。
【００８９】
図５に示されるとおり、いくつかの実施において、基板５０５はより大きく浅いくぼみ５１０を有してもよく、その中により小さく深いくぼみ５１５が存在してもよい。
【００９０】
図６ａ〜ｄは、大きいくぼみ６１０と、くぼみ６１０内のより小さく深いくぼみ６１５とを有する基板６０５の断面を示す。図６ｂに示されるとおり、大きいくぼみ６１０および小さいくぼみ６１５の両方を充填するように、アイランド材料６２０の粒子が堆積されてもよい。図６ｃに示されるとおり、粒子が融解されるとき、粒子は融合してモルテングロビュール６２５を形成する。モルテングロビュールの表面張力がモルテングロビュールを引っ張ってほぼ球形にしてもよく、それを次いで冷却し結晶化して結晶アイランドを形成する。図６ｄに示されるとおり、結晶アイランドおよび／または基板６０５は平坦化されて、基板６０５内の結晶アイランド６３０をもたらしてもよい。くぼみ６１０は、最終的にモルテングロビュール６２５を形成するアイランド材料の粒子に対するリザーバとして働く。さらにくぼみ６１５は、モルテングロビュール６２５を位置付けし、かつ図５に関して上に考察された頂点を用いてその結晶化を開始する働きをする。
【００９１】
くぼみ６１０および６１５の相対体積は、モルテングロビュールのサイズを定め得る。これと、くぼみ６１０および６１５の深さとの組み合わせによって、基板６０５の異なる深さにおいて利用可能な結晶アイランド６３０の断面サイズを定め得る。アイランド材料６２０の粒子が融合してモルテングロビュール６２５を形成し、くぼみ６１０の体積の少なくとも一部が空のままになるとき、モルテングロビュール６２５が結晶化した後に、この空の空間が埋め戻されてもよい。この埋め戻しは、平坦な表面の作製を助け得る。
【００９２】
図７は、大きいくぼみ７１０と、大きいくぼみ７１０内の小さいくぼみ７１５とを有する基板７０５の側面断面を示す。この断面に示されるとおり、小さいくぼみ７１５の表面はモルテングロビュール７２５（点線で示す）の半分より多くを覆うことによって、結晶化したモルテングロビュール７２５を基板に物理的に固定する。小さいくぼみ７１５の表面がモルテングロビュール７２５の半分未満しか覆わない実施においても、この覆うことがなおも結晶アイランドの基板への物理的固定に寄与し得る。くぼみ７１５の形状は、球の一部に限定されない。あらゆる好適な形状が使用され得る。結晶アイランドを基板に物理的に固定することが望ましいとき、くぼみ７１５の形状を用いることによって、モルテングロビュールはその形状に流れ込み得るが、固体の結晶アイランドはくぼみ７１５から物理的に除去することができないようにしてもよい。くぼみ７１５のこうした形状の例は、くぼみ７１５から結晶アイランドを除去するために開口部を通さなければならない結晶アイランドの最大寸法よりもくぼみ７１５の開口部が小さくなった、任意の形状であり得る。
【００９３】
図８は、大きいくぼみ８１０と、大きいくぼみ８１０内の小さいくぼみ８１５とを有する基板８０５の側面断面を示す。小さいくぼみ８１５は、モルテングロビュール８４０に占有されるべき空間内に延在する突起８２０を有する。突起８２０は、少なくとも１つの頂点８２５を有してもよい。突起８２０の代わりに、またはそれに加えて、小さいくぼみ８１５は小さいくぼみ８１５の表面にさらなるくぼみ８３０を有してもよい。さらなるくぼみ８３０は、少なくとも１つの頂点８３５を有してもよい。さらなるくぼみ８３０は、モルテングロビュール８４０に占有されるべき空間の、小さいくぼみ８１５への突出としても説明できる。くぼみ８１５は、任意の数または組み合わせの突起８２０およびさらなるくぼみ８３０を有してもよい。頂点８２５および８３５は、モルテングロビュール８４０の結晶化を開始するための核形成部位を形成できる。モルテングロビュール８４０が結晶化されると、突起８２０およびさらなるくぼみ８３０は、結晶化されたアイランドをくぼみ８１５内に物理的に固定し、さらに結晶アイランドを基板８０５に固定するために寄与し得る。
【００９４】
図７および図８に関して考察される固定手段は、たとえば図３に示されるくぼみ３１０などの単一段のくぼみにおいても使用され得る。結晶アイランドを基板に物理的に固定するこれらの手段に加えて、結晶アイランドを基板に固定するために表面接着が用いられてもよい。たとえば、モルテングロビュールが基板と約９０°未満の濡れ角を有するとき、モルテングロビュールは基板表面を十分に濡らして、結晶化されたアイランドの基板表面への接着に寄与する。
【００９５】
粒子状のアイランド材料がばらばらの粉末の形であるとき、それは以下を含むがそれらに限定されない手段を用いて、基板のくぼみの中に移されてもよい。１）くぼみの中に粉末をドクターブレードすること、および２）粉末を取ってからくぼみの中に堆積させるための荷電ピンを用いて、粉末をくぼみの中に静電的に堆積させること。
【００９６】
粒子状のアイランド材料が担体媒体中の粒子の懸濁物の形であるとき、くぼみを充填するために基板上に懸濁物を流してもよく、次いで基板表面からくぼみの外側に位置する過剰な懸濁物をスキージしてもよい。こうした担体媒体が使用されるとき、加熱するステップの際に、粒子状アイランド材料の融解および融合の前に、担体媒体が蒸発、燃焼、または別様に除去されてもよい。
【００９７】
冷却段階において、モルテングロビュールの結晶化を開始するために、冷却のみで十分であってもよい。結晶化の開始および進行を促進またはより微細に制御するために、他の技術が用いられてもよい。たとえば、モルテングロビュールが自身の融点未満に過冷却されてもよい。過冷却は、結晶化が始まる前にモルテングロビュールを自身の融点未満の約３００℃未満に冷却する形を取ってもよい。モルテングロビュールを有する基板に物理的衝撃またはショックを加えることでも、結晶化を引き起こすことができる。これはモルテングロビュールが過冷却されるときにも使用できる。加えて、結晶化プロセスをさらに誘導するために、モルテングロビュールの表面を、たとえば酸素などの異なる化学反応体に露出してもよい。酸素はモルテングロビュールの表面に薄層または「表皮」を形成でき、これは溶融シリコンを基板から分離する働きをし、かつグロビュールの表面張力を増加させる働きをし得る。
【００９８】
図９ａは、基板９０５が粒子状アイランド材料９１５を充填された貫通孔９１０を有する実施形態を示す。孔９１０は、第１の端部９４０および第２の端部９４５を有する。孔９１０には、ドクターブレードを用いて粒子状アイランド材料９１５が充填されてもよい。加えて孔９１０には、担体媒体中に分散された粒子状アイランド材料を含む液体懸濁物が充填されてもよい。懸濁物は基板上を流されて孔９１０に入ってもよく、次いで孔９１０の外側に位置する過剰な懸濁物が、基板表面からスキージされて除かれてもよい。孔９１０を充填した後に、基板９０５およびアイランド材料９１５を加熱して、アイランド材料を融解および融合してモルテングロビュール９３５にしてもよい。こうした担体媒体が使用されるとき、加熱するステップの際に、粒子状アイランド材料の融解および融合の前に、担体媒体が蒸発、燃焼、または別様に除去されてもよい。任意には、加熱の前に基板９０５を裏返してもよい。たとえば、孔９１０が閉じた端部を有するときに、孔９１０の開いた端部を地球の重力の方に向けるために裏返すことが用いられてもよい。
【００９９】
図９ｂは、モルテングロビュール９３５が孔９１０の第１の端部９４０の外に延在して凸状のメニスカス９２０を形成するところを示す。メニスカス９２０は、重力の下で形成され得る。加えて、孔９１０の第１の端部９４０に隣接する基板９０５の表面９２５がモルテングロビュール９３５との低い濡れ角を有するとき、それによってモルテングロビュール９３５が基板９０５の表面９２５を濡らすこと、およびメニスカス９２０が形成されて孔９１０の第１の端部９４０の外に延在することが促進され得る。さらに、モルテングロビュール９３５を孔９１０の第１の端部９４０から押し出すために、孔９１０の第２の端部９４５を通じてモルテングロビュール９３５に圧力が加えられるとき、モルテングロビュール９３５が孔９１０の外に延在してメニスカス９２０を形成することが促進され得る。図９ｃに示されるとおり、モルテングロビュール９３５が一度結晶化すると、メニスカス９２０は研磨および／または平坦化されて、結晶アイランド９５０の断面が露出し、かつ基板９０５内に結晶アイランド９５０が形成されてもよい。
【０１００】
図９ａ〜ｃは１つの孔９１０を示すが、複数の孔が使用されてもよい。それらの孔は秩序あるアレイに配置されてもよい。それぞれのアイランド９５０を覆って物理的に固定するたとえば孔９１０などのそれぞれの孔、および／または孔９１０の表面に対する結晶アイランド９５０の表面接着によって、結晶アイランドが基板９０５に固定されてもよい。モルテングロビュール９３５と孔９１０の表面との間の濡れ角が約９０°よりも小さいときに、接着が強くなり得る。
【０１０１】
別の実施（図示せず）において、アイランド材料の粒子は担体媒体中に分散されて懸濁物を形成してもよい。次いで、この懸濁物を基板上に移してもよい。次に、基板および懸濁物を加熱してもよく、それによって担体媒体が蒸発、燃焼、または別様に除去されてもよい。加えて、この加熱がアイランド材料の粒子を融解および融合して、モルテングロビュールを形成してもよい。前述のとおりに冷却および固定が行われてもよい。モルテングロビュールと基板との間の約９０°未満の濡れ角は、基板と結晶アイランドとのより強力な接着、および基板への結晶アイランドの固定に寄与し得る。
【０１０２】
当該技術分野において公知の手順に続く基板上への懸濁物のスタンプ、スクリーン印刷、またはインクジェット印刷の１つまたはそれ以上を含むがそれらに限定されない技術を用いて、懸濁物が基板に移されてもよい。加えて、懸濁物がスピンコートされて基板上に層を形成してもよい。次いでこの層がリソグラフィによってパターン形成されて、アイランド材料の粒子が存在する基板上の１つまたはそれ以上の領域と、アイランド材料粒子が存在しない他の領域とを定めてもよい。
【０１０３】
この実施においては任意のくぼみが存在しなくてもよい。しかし、基板表面は、モルテングロビュールとの濡れ角がより高い範囲と、濡れ角がより低い他の範囲とを有するようにパターン形成されてもよい。モルテングロビュールは、より低い濡れ角の範囲に形成しやすくなる。低い濡れ角を有する範囲のパターン形成は、基板上のモルテングロビュール、すなわち結晶アイランドの位置をさらに定める手段の働きをし得る。これは、１つの結晶アイランドにも複数の結晶アイランドにも適用され得る。高い濡れ角および低い濡れ角の範囲を有するように基板をパターン形成するための方法は、当該技術分野において周知であり、表面にパターン形成マスクを適用するステップと、その後に非マスク範囲に、非マスク範囲に対する化学的修飾またはたとえばＳｉＯ２などの他の材料の堆積を行うステップとを含んでもよい。
【０１０４】
図１０は、基板上にアイランド材料の粒子を堆積させるための方法１０００に反映された本発明のさらなる実施形態を示す。最初に、ボックス１００５に示されるとおり、担体媒体中に粒子が分散されて懸濁物を作製してもよい。次にボックス１０１０に示されるとおり、懸濁物を散布もしくはスピンコートするか、または当該技術分野において公知のその他の方法を用いることによって、懸濁物でシートを形成してもよい。次にボックス１０１５に示されるとおり、懸濁物のシートを固体シートに転換してもよい。これは懸濁物を乾燥、焼成、架橋、または別様に凝固させることによって達成され得る。次にボックス１０２０に示されるとおり、シートの１つまたはそれ以上の部分を切り取るかまたは除去することによって、固体シートをパターン形成してパターン形成シートを形成してもよい。パターンは、機械的穿孔、リソグラフィ、または当該技術分野において公知のその他の手段を用いて適用されてもよい。次にボックス１０２５に示されるとおり、パターン形成シートを基板の上に置いてもよい。
【０１０５】
この段階で、前述のとおりに加熱ならびに冷却および固定の残りのステップが適用されてもよい。加熱するステップの際に、アイランド材料の粒子の融解および融合の前に、担体媒体を蒸発、燃焼、または別様に取り除いてもよい。モルテングロビュールと基板との間の９０°未満の濡れ角は、結晶アイランドの基板への接着に寄与し得る。この実施は、基板上に単一のアイランドまたは複数の結晶アイランドを作製するために用いられてもよく、それらの結晶アイランドは秩序あるアレイに配置されてもよい。
【０１０６】
くぼみが存在しない実施において、モルテングロビュールの結晶化の開始がなおも誘導および制御されてもよい。モルテングロビュールと接触する基板表面の１つまたはそれ以上の誘導くぼみおよび／または誘導突起が、結晶化を開始してもよい。これらの誘導くぼみおよび突起は、結晶化プロセスに対する開始点を提供するための少なくとも１つの頂点を有してもよい。
【０１０７】
代替的には、結晶化に対する開始点を提供するために、モルテングロビュールと基板との接触範囲の形状が制御されてもよい。基板上に濡れ角が相対的に低い範囲および高い範囲をパターン形成することによって、モルテングロビュールが基板の高い濡れ角の範囲を避けながら、パターン形成された低い濡れ角の形状に沿って基板を濡らすかまたは接触するようにできる。低い濡れ角範囲の形状は、図４に関して上に考察された形状のいずれかであってもよい。その形状は、結晶化に対する開始点を提供するための少なくとも１つの頂点を有してもよい。
【０１０８】
結晶化の開始を制御する別の手段は、基板上の、少なくともモルテングロビュールと接触する基板の範囲の上に、金属グリッドを堆積させることであってもよい。堆積された金属は、モルテングロビュールの結晶化に対する開始点として作用し得る。グリッドは、たとえば耐火物質またはＮｉなどの他の材料でできていてもよい。堆積される材料は、たとえばドット、またはグリッドを構成しなくてもよい堆積材料の他のパターンなどの、他の形状を有してもよい。
【０１０９】
他の実施において、結晶アイランドの形成後、アイランドと基板とがオーバーコートされてもよい。図１１は、層１１１５によってオーバーコートされた基板１１０５および結晶アイランド１１１０の断面を示す。このアセンブリはスタックを形成し、ここで結晶アイランド１１１０は基板１１０５とオーバーコーティング（ｃｏｖｅｒ−ｃｏａｔｉｎｇ）層１１１５との間に挟まれる。次いでスタックを平坦化して、スタックを構成する材料のいくらかを除去して、結晶アイランドの断面を露出してもよい。
【０１１０】
オーバーコーティング層１１１５は、スピンコートまたは静電的に適用される粉末コートを含むがそれに限定されない、あらゆる好適な物理的または化学的堆積方法を用いて堆積されてもよい。この層は、たとえば図１１の層１１１５のような薄層であってもよいし、たとえば図１２の断面に示される層１２１５のようなもっと厚い層であってもよい。オーバーコーティング層が用いられるとき、図１１および図１２に示されるとおり、この層は、結晶アイランドを基板とオーバーコーティング層との間に挟むことによって結晶アイランドを基板に物理的に固定することができる。このオーバーコーティング層の固定作用は、基板との大きい濡れ角、すなわち小さい接触範囲を有する結晶アイランドを基板に固定するために寄与し得る。大きい濡れ角とは、たとえば約９０°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、基板上の複数のアイランドに適用されてもよい。
【０１１１】
本発明の別の実施は、図１３に示される方法１３００に反映される。ボックス１３０５は、第１の基板上にアイランド材料の粒子を堆積させるステップを示す。上述のとおり、粒子はばらばらの粉末または懸濁物として堆積されてもよい。堆積は、パターン形成されるか、および／または基板に対して指定された場所であってもよい。次にボックス１３１０に示されるとおり、アイランド材料の粒子は、第１の基板と、第１の基板に隣接して置かれる第２の基板との間に挟まれてもよい。次にボックス１３１５に示されるとおり、基板および粒子を加熱して、第１の基板または第２の基板を融解することなく、粒子を融解および融合してモルテングロビュールにしてもよい。
【０１１２】
粒子が担体媒体中の懸濁物として堆積されるとき、加熱するステップは、粒子を融解および融合する前に担体媒体を蒸発、燃焼、または別様に取り除いてもよい。次に、ボックス１３２０に示されるとおり、基板およびモルテングロビュールを冷却してモルテングロビュールを結晶化させることによって、結晶アイランドを形成してもよい。
【０１１３】
ボックス１３１０に記載される、間に挟むステップ、およびボックス１３１５に記載される、加熱するステップは反対の順序で行われてもよく、すなわち第１および第２の基板の間に挟まれる前にモルテングロビュールを形成してもよい。図１４は、第１の基板１４０５および第２の基板１４１０の間に挟まれたモルテングロビュール１４１５を示す。
【０１１４】
モルテングロビュール１４１５と、第１の基板１４０５および第２の基板１４１０の両方との間の濡れ角が大きいとき、結晶化されたアイランドは基板により弱く接着し得る。この弱い接着は、自立型ウェハを形成するために基板から結晶化されたアイランドを除去することを容易にし得る。
【０１１５】
モルテングロビュールの結晶化を開始するために、第１および第２の基板の一方または両方の表面上のフィーチャが用いられてもよい。図１５は、モルテングロビュールと接触する基板の領域に形成され得る角錐１５０５のアレイを示す。角錐１５０５は基板表面から突出していても、基板表面にくぼみを形成していてもよい。角錐の代わりに、たとえば円錐などの他の形状が用いられてもよい。これらの形状は角錐１５０５と同様に、モルテングロビュールの結晶化に対する開始部位として作用するための頂点を有してもよい。
【０１１６】
各角錐１５０５は結晶化を開始して粒１５１０を形成し、それは最終的に粒界１５１５において近隣の粒と接する。この方法を用いて、モルテングロビュールが多結晶の形にパターン形成されてもよい。上に考察されたとおり、結晶化の際に、モルテングロビュール中の不純物の少なくともいくらかが粒界領域に向かって押されてもよい。このプロセスによって、不純物が比較的少ない粒１５１０の中心領域が得られて、たとえば粒１５１０におけるデバイス製造などの後処理に対するより高品質の結晶がもたらされる。このプロセスは、以後の処理においてデバイスが製造されない領域に対して粒界を分離できる。図１５は均一なサイズの４つの粒１５１０を示すが、粒１５１０は異なるサイズであってもよい。
【０１１７】
図１６は、２つの基板１６０５および１６１０の間に挟まれたモルテングロビュール１６１５の断面を示す。上に考察されたとおり、基板の一方または両方が、結晶化プロセスを誘導するためのくぼみまたは突起を含んでもよい。基板１６０５は、モルテングロビュール１６１５と接触する突起１６２０を有してもよい。一方で基板１６１０は、モルテングロビュール１６１５と接触するくぼみ１６２５を有してもよい。突起１６２０およびくぼみ１６２５は異なる形状であってもよく、任意の数のそれらが第１の基板１６０５および第２の基板１６１０の一方または両方の中／上に用いられてもよい。突起およびくぼみに加えて、またはそれらの代わりに、結晶化プロセスを開始および誘導するために、モルテングロビュールと接触する基板である第１および第２の基板の一方または両方に堆積された、金属またはその他の材料のグリッドまたはアレイが用いられてもよい。
【０１１８】
図１３のボックス１３２０に示される冷却するステップは、モルテングロビュールを過冷却するステップも含み得る。過冷却するステップは、結晶化が始まる前にモルテングロビュールをその融点よりも低い約３００℃未満の温度に冷却するステップを含んでもよい。加えて、過冷却状態または別様のモルテングロビュールに、圧力パルスまたは機械的衝撃が加えられてもよい。加えて、過冷却状態または別様のモルテングロビュールに、種晶が加えられてもよい。
【０１１９】
いくつかの実施において、アイランド材料の融点の約２０℃以内の温度における基板の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、アイランド材料の融点におけるアイランド材料のＣＴＥと一致されてもよい。このＣＴＥの一致によって、各々が冷却および収縮する際のアイランド材料と基板との間の応力が低減し得る。応力が低くなると、欠陥の少ないより高品質の結晶の作製を促進でき、かつ結晶アイランドの基板への接着を改善できる。
【０１２０】
アイランド材料は半導体を含み得るが、それに限定されない。こうした半導体はシリコンを含み得るが、それに限定されない。基板材料はシリカ、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、ならびにこれらの材料の組み合わせおよび合金を含み得るが、それらに限定されない。
【０１２１】
加えて基板は、十分に高い融解または軟化温度を有するセラミックまたはガラスであってもよい。加えて基板は、高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ：Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃ）であってもよい。ＨＴＣＣは、未焼結段階で作業および機械的パターン形成をされ得る。アイランド材料がシリコンであるとき、相対的に高い濡れ角の材料はアルミナであってもよく、相対的に低い濡れ角の材料はシリカであってもよい。
【０１２２】
いくつかの実施において、アイランド材料のモルテングロビュールは、平らな形状またはディスク形状を有してもよい。たとえば図１を参照すると、ステップ１１０において基板およびアイランド材料の粒子を加熱するステップは、粒子を融解および融合して、溶融ディスクおよび／または溶融ディスク形状もしくは平らにされたグロビュールを形成してもよい。次いでステップ１１５において、冷却するステップは、溶融ディスクを凝固および結晶化することによって、アイランド材料のディスク形状の結晶アイランドを基板に固定してもよい。固定するステップは、結晶アイランドを基板に直接接着するステップを含んでもよい。付加的および／または代替的に、固定するステップは、基板に直接固定された任意の中間および／または界面層に接着することによって、結晶アイランドを基板に間接的に接着するステップを含んでもよい。いくつかの実施において、結晶アイランドのある部分は基板材料に直接接着してもよく、一方で他の部分は基板の少なくとも一部を覆う界面および／または中間層に接着してもよい。いくつかの実施において、冷却するステップの後に、結晶アイランドの少なくとも一部が平坦化されて、結晶アイランドの断面を露出してもよい。
【０１２３】
図１７ａ〜ｄは、ディスク形状および／または平らな形状を有する結晶アイランドを製造するための例示的な方法のさまざまなステップを示す。図１７ａは、アイランド材料１７１０が基板１７０５上に堆積されたところを示す。基板１７０５は本明細書に記載されるその他の基板と類似のものであってもよく、同様にアイランド材料１７１０も本明細書に記載されるその他のアイランド材料と類似のものであってもよい。
【０１２４】
図１７ａは、山（ｈｅａｐ）またはマウンドとして堆積されたアイランド材料１７１０を示すが、アイランド材料１７１０は任意のその他の好適な態様で堆積され得ることが予期される。たとえば、アイランド材料１７１０は粉末の形で堆積されてもよい。アイランド材料１７１０が粉末の形で堆積されるとき、粉末は、基板１７０５上の予め定められた位置に粉末の１つのマウンドまたは複数のマウンドのアレイを形成するためのスクリーンを通じて堆積されてもよい。スクリーンの開口部のサイズが、基板１７０５上の粉末のマウンドの形状およびサイズを定めてもよい。
【０１２５】
他の実施において、アイランド材料１７１０は、基板上に材料の層として堆積されてもよい。さらに他の実施において、アイランド材料１７１０は担体媒体に懸濁されてもよく、その懸濁物が基板１７０５上に堆積されてもよい。アイランド材料１７１０のこうした層および／または懸濁物は、基板１７０５上にパターン形成されても、および／または基板１７０５上の予め定められた位置に堆積されてもよい。いくつかの実施において、アイランド材料１７１０は基板１７０５上に印刷されてもよい。
【０１２６】
図１７ｂを参照すると、アイランド材料１７１０が基板１７０５上に堆積された後、アイランド材料１７１０および基板１７０５が加熱されて、アイランド材料１７１０が融解して第１の溶融ディスク１７１５を形成してもよい。加えて、この加熱によって、第１の溶融ディスク１７１５と基板１７０５との間に配される第２の溶融ディスク１７０７が形成されてもよい。第２の溶融ディスク１７０７は、酸素とアイランド材料とを含んでもよい。
【０１２７】
溶融ディスクは、ソーサー、パンケーキ、ウェハ、小板、円盤、シート、および／または扁平な形状を含むがそれらに限定されない、任意の一般的な平らな形状を有してもよい。溶融ディスクの最大厚さは、その最大長および最大幅のうちの小さい方よりも少なくとも約１０倍小さくてもよい。いくつかの実施において、溶融ディスクの最大厚さは、その最大長および最大幅のうちの小さい方よりも少なくとも約５倍小さくてもよい。他の実施において、溶融ディスクの最大厚さは、その最大長および最大幅のうちの小さい方よりも少なくとも約２倍小さくてもよい。第１および第２の溶融ディスクはほとんどまたは完全に非混合性であることによって、溶融状態においてほとんどまたは完全に相分離されたままであってもよい。加えて、第２の溶融ディスク１７０７は溶融状態においてより高い密度を有することによって、重力の下で基板１７０５と第１の溶融ディスク１７１５との間に存在し続けてもよい。
【０１２８】
加熱の後、基板１７０５、第１の溶融ディスク１７１５および第２の溶融ディスク１７０７を冷却して、第１の溶融ディスク１７１５が凝固および／または結晶化して、アイランド材料の結晶アイランドを形成してもよい。このプロセスにおいて、第２の溶融ディスク１７０７も凝固して酸化物ディスクを形成してもよい。結晶アイランドも、第１の溶融ディスク１７１５の形状と類似のディスク状の（または概ね平らな）形状を有してもよい。
【０１２９】
結晶アイランドは単結晶、多結晶、および／またはナノ結晶であってもよい。いくつかの実施において、結晶アイランドを形成した後に、結晶アイランドの少なくとも一部が平坦化されて、結晶アイランドの断面を露出してもよい。いくつかの実施において、アイランドは基板から外れることなく、機械的に（および／または化学機械的に）平坦化されてもよい。このことを可能にできるのは、結晶アイランドが酸化物ディスクに強力に接着でき、さらに酸化物ディスクが基板に強力に接着できるからである。
【０１３０】
基板に対する結晶アイランドの強力な接着には、いくつかの因子が寄与し得る。こうした因子の１つは、結晶アイランドと酸化物ディスクとの間、および酸化物ディスクと基板との間の、比較的小さい濡れ角による比較的大きい接触範囲であってもよい。もし結晶アイランドおよび酸化物ディスクのいずれか一方が大きい濡れ角を有するために、球に近い形状に丸くなる傾向があれば、結晶アイランドと、酸化物ディスクと、基板との接触範囲はかなり小さくなり、接着は弱くなる。こうした丸くなった球形に近い結晶アイランドは、基板に弱く（ｗｅｅｋｌｙ）しか接着できないため、それらはたとえば機械的および／または化学機械的平坦化などの平坦化の際に基板から外れるだろう。
【０１３１】
強力な接着に寄与する別の因子は、基板の多孔性であってもよく、この多孔性も基板ならびに基板と接触する酸化物ディスクおよび／または結晶アイランドの間の接触表面積を増加させ得る。酸化ケイ素を含む酸化物層に対するアルミナ基板の強力な接着に寄与するさらに別の因子は、しばしばアルミナ基板が酸化アルミニウムに混合されたいくらかのガラスを含むことである。ほとんどのガラスは酸化ケイ素を含むため、アルミナ基板のガラス成分は、同様に酸化ケイ素を含み得る酸化物ディスクに強力に接着できる。
【０１３２】
いくつかの実施においては、図１７ｃに示されるとおり、冷却の後に結晶アイランドと基板１７０５とがオーバーコーティング層１７２０によってオーバーコートされて、スタックを形成してもよい。このオーバーコーティング層１７２０は、本明細書に記載される他のオーバーコーティング層と類似のものであってもよい。図１７ｄに示されるとおり、オーバーコートの後に、スタックを平坦化してオーバーコーティング層および結晶アイランドの一部を除去してもよく、その結果として結晶アイランドの断面１７２５が露出してもよい。
【０１３３】
いくつかの実施において、第２の溶融ディスク１７０７は、アイランド材料１７１０が基板１７０５上で酸素の存在下で加熱されるときに形成されてもよい。たとえば、アイランド材料１７１０および基板１７０５が空気雰囲気中で加熱される（ｈｅａｄｅｄ）ときは、酸素は気体の形で存在してもよい。いくつかの実施において、第２の溶融ディスク１７０７は、溶融アイランド材料を含む第１の溶融ディスク１７１５から相分離されたアイランド材料の溶融酸化物を含んでもよい。
【０１３４】
第２の溶融ディスクの存在を、加熱するステップの際のアイランド材料の融点を超える温度と組み合わせることによって、アイランド材料のモルテングロビュールは、表面張力の下で丸くなって球体に近くなる代わりに広がってディスクになることができる。加えて、こうした温度は溶融アイランド材料の粘度を下げることによって、溶融アイランド材料が広がって溶融ディスクになる能力を促進できる。加えて、第２の溶融ディスクは、第１の溶融ディスクが冷却および凝固してディスクおよび／または平らな形状になることを可能にできる。第２の溶融ディスクがないとき、温度が下がってアイランド材料の融点に近づくと、温度の低下が溶融アイランド材料の表面張力を増加させることによって、溶融アイランド材料が丸くなって球体に近くなり得る。
【０１３５】
さらに、第２の溶融ディスクは、格子による冷却ステップの際の結晶形成の干渉および／またはアイランド材料と基板とのＣＴＥ不一致を最小化しながら、第１の溶融ディスクが結晶化して結晶アイランドになることを可能にできる。加えて、これらの干渉および／または不一致を低減させることによって、酸化物ディスクを介した基板への結晶アイランドの機械的接着を強力にできる。
【０１３６】
１つの特定の実施例において、アルミナ基板上にシリコンの結晶アイランドを製造してもよい。アルミナ基板は、ＭＴＩコーポレーション（Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）の販売するアルミナセラミック基板（Ａｌｕｍｉｎａ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）１０×１０×０．５ｍｍ、片側研磨（ＡＬＣｅｒａｍｉｃ１０１００５Ｓ１）を含んでもよい。シリコンの粒子を、アルミナ基板上に山状に堆積させてもよい。約１ｍｍの直径を有する孔を有するスクリーンを用いて、堆積を行ってもよい。次いで、下の表１にまとめた温度プロファイルに従って、空気雰囲気中でアルミナ基板とシリコンアイランド材料の山とを加熱してもよい。
【０１３７】
【表１】
2017224803.tif 000003
【０１３８】
表１にみられるとおり、最高温度は１６００℃であり、これはシリコンの融点である１４１４℃を超えている。他の実施において、最高温度は少なくとも約１５００℃であってもよい。アルミナ上に堆積したシリコンの場合、第１のモルテングロビュールを平らにして第１の溶融ディスクにすること、およびその後平らな／ディスク形状の結晶アイランドを形成することは、１５００℃未満の温度では観察されていない。温度プロファイルのステップ４の終わりに、ヒーターをオフにしてもよく、その後の取り扱いを容易にするためにサンプルをさらに冷却させてもよい。
【０１３９】
加えて、１６００℃における滞留時間は６０分間であるが、１６００℃における少なくとも５分間という短い滞留時間でも、溶融アイランド材料を平らにして第１の溶融ディスクにすること、およびその後平らな／ディスク形状の結晶アイランドを形成することをもたらし得る。一般的に、いくつかの実施において、最高温度はアイランド材料の融点より少なくとも約８６℃高くてもよい。他の実施において、最高温度はアイランド材料の融点より少なくとも約１８６℃高くてもよい。
【０１４０】
図１８は、表１にまとめた温度プロファイルを用いて製造した、アルミナ基板１８０５上に形成されたシリコンの平らな／ディスク形状のアイランド１８１０の上面図光学顕微鏡写真を示す。アイランド材料がシリコンを含み、かつ基板がアルミナを含むとき、いくつかの実施において、第２の溶融ディスクおよびそれが凝固してできる酸化物ディスクは、酸素およびシリコンに加えてアルミニウムを含んでもよい。いくつかの実施において、このアルミニウムはアルミナ基板から生じていてもよい。一般的に、いくつかの実施において、第２の溶融ディスクは基板から生じる１つまたはそれ以上の元素を含んでいてもよい。
【０１４１】
上述の実施において、第２の溶融ディスクおよびそれが凝固してできる酸化物ディスクは、基板上に堆積されたアイランド材料を酸素の存在下で加熱することによって形成される。加えていくつかの実施においては、基板上にアイランド材料が堆積される前に基板上に酸化物層が形成され得ることが予期される。この酸化物層は、アイランド材料および酸素を含んでもよい。他の実施において、酸化物層は、基板から生じる元素を含むがそれに限定されない付加的な材料も含み得る。
【０１４２】
最初に基板上に酸化物層が形成される実施において、堆積させるステップは、酸化物層の上にアイランド材料を堆積させるステップを含んでもよい。こうした実施において、第２の溶融ディスクは、溶融状態の酸化物層を含んでもよい。いくつかの実施において、酸化物層を形成するステップは、基板上に酸化物層を堆積させるステップを含んでもよく、この酸化物層はアイランド材料の酸化物を含んでもよい。いくつかの実施において、堆積させるステップは、たとえばマスク、印刷、およびリソグラフィなどを使用するなどして、予め定められたパターンに従うものであってもよい。
【０１４３】
他の実施において、酸化物層を形成するステップは、基板上に初期量のアイランド材料を堆積させるステップと、次いでこの初期量のアイランド材料を酸化して酸化物層を形成するステップとを含んでもよい。初期量のアイランド材料の堆積は、予め定められたパターンに従うものであってもよい。初期量のアイランド材料は、アイランド材料の粒子または層として堆積されてもよい。たとえば、シリコンアイランド材料の場合、初期量は、シリコン粒子／粉末（ｐｏｗｅｒ）として、ならびに／またはアモルファス、ナノ結晶および／もしくは多結晶シリコンの層として堆積されてもよい。
【０１４４】
酸化物層の上にアイランド材料を堆積させる前に基板上に酸化物層を形成する実施において、加熱するステップの際にさらなる酸化物を形成する必要はない。このため、加熱するステップは非酸化的雰囲気中で行われてもよい。たとえば、雰囲気は実質的に無酸素であってもよい。いくつかの実施において、加熱するステップの際に不活性雰囲気が用いられてもよい。たとえば、加熱するステップはアルゴン雰囲気中で行われてもよい。
【０１４５】
いくつかの実施において、アイランド材料は、予め定められたパターンで基板上に堆積されてもよい。このパターンは相互接続および／または連続するパターンを含んでもよく、そのパターンは、各ノードが１つまたはそれ以上の他のノードに接続された複数の相互接続ノードの形状を含むが、それに限定されない。これによって、溶融アイランド材料の結晶化がパターン中の１つまたはいくつかの核形成部位から開始し、次いでパターン全体に進行することを可能にできる。この結晶化のモードは、結晶アイランドの小集団が同様に配向された結晶格子を有することを可能にできる。いくつかの実施においては、単結晶がアイランド材料の相互接続パターンのすべてまたは実質的にすべてに伝播してもよい。結晶化を開始および／または制御するための本明細書に記載される手段および方法はすべて、予め定められたパターンに堆積された溶融アイランド材料の結晶化を開始および／または制御するために用いられ得る。
【０１４６】
前述では溶融材料のディスクを記載したが、アイランド材料および／または酸化物層が基板上に堆積および／または形成されるときに従うパターンに依存して、溶融材料は任意の概ね平らな形状であってもよいことが予期される。たとえば、相互接続されたノードのパターンに従って基板上にアイランド材料が堆積されるとき、加熱するステップは、同様に概ね相互接続されたノードの形状である溶融アイランド材料の概ね平らな層を生成し得る。溶融酸化物層も、概ね相互接続されたノードの形状であってもよい。さらに、溶融アイランド材料の層が結晶化するとき、結果として得られる結晶化されたアイランド材料も、相互接続されたノードの形状の概ね平らな層を含み得る。
【０１４７】
図１７ａ〜ｄおよび図１８に関する上の記載は、溶融アイランド材料が第１の溶融ディスクの形状であることを示すが、アイランド材料の溶融量は平らな形状またはディスク形状である必要はなく、溶融材料の任意の制限のある連続的な量の形状に形成されてもよく、それはたとえば粘度および表面張力などの自身の材料特性、ならびにたとえば重力および溶融材料を支持する容器／基板の形状などの外部因子に従う任意の形状を有してもよいことが予期される。こうした形状は一般的および／または口語的に体、本体、量、小滴、小塊、グロビュール、および少量などと記載されてもよい。これらの一般的および／または口語的な記載は、溶融アイランド材料の平らな形状および／またはディスク形状の量も含む。
【０１４８】
よって、アイランド材料のモルテングロビュールおよび／または溶融ディスクは、アイランド材料の溶融体と記載されてもよい。溶融体が冷却されるとき、それは凝固して結晶体を形成してもよい。次いで、この結晶体のすべてまたは一部が、アイランド材料の結晶アイランドを形成してもよい。
【０１４９】
いくつかの実施において、堆積されたアイランド材料の量および／または体積が、基板上に堆積された材料の占有面積に対して大きいとき、加熱の際の溶融アイランド材料の体積は、溶融アイランド材料が平らな形状またはディスク形状を形成するには大き過ぎるかもしれない。こうしたより大量の溶融アイランド材料は、より丸くなった溶融体、すなわちその最大長および最大幅に対する最大厚さが、同じ最大長および／または最大幅を有する平らな形状またはディスク形状の最大厚さよりも大きい溶融体を形成してもよい。
【０１５０】
さらに、いくつかの実施において、こうしたより丸くなった溶融体は、基板から遠位の点から冷却および結晶化を開始してもよい。結晶化の波がこの点から基板に向けて伝播するとき、この波は溶融体の内部に歪みおよび／またはその他の力を生じ得る。その他のこうした力の他の例は、結晶体（ならびに／または冷却および結晶化する溶融体）の熱膨張係数（ＣＴＥ）と、凝固酸化物ディスク（ならびに／または冷却および凝固する溶融酸化物ディスク）のＣＴＥとの差によってもたらされる歪みを含み得るが、それに限定されない。
【０１５１】
これらの力によって、基板から遠位の第１の固体部分が、基板に付着し続ける冷却および凝固した溶融体の残余部分から自発的に分離するかまたは外れてもよい。次いで、この残余部分が基板の近位の第２の固体部分を形成し、かつ結晶アイランドを形成してもよい。こうしたシナリオにおいて、結晶体は２つの部分、すなわち第１の固体部分および第２の固体部分に分けられる。いくつかの実施において、分離された第１の固体部分の一部またはすべてが回収されて、アイランド材料としてリサイクル／再使用されてもよい。
【０１５２】
上の結晶化の波の記載は、基板から遠位の点から始まる波を示すが、溶融体を囲むコンポーネントの温度プロファイルおよび／または冷却プロファイルに基づいて、いくつかの実施においては結晶化の波が反対方向に、すなわち基板の近位の点から基板の遠位の点に向かって伝播してもよいことが予期される。他の実施において、結晶化の波は、溶融体を囲むコンポーネントの温度および／または冷却プロファイルに従う方向とは異なる方向に伝播してもよい。
【０１５３】
結晶化および／または冷却の波および／またはパターンが、第１の固体部分と第２の固体部分との間の十分な内部歪み／力を生成する限り、これら２つの固体部分は自発的に互いから分離し得る。加えて、溶融体が凝固して冷却され続けるにつれてこれらの内部力は増大してもよく、結晶体が冷却段階にあるときに、内部力は自発的分離をもたらすために十分大きくなり得ることが予期される。
【０１５４】
いくつかの実施において、基板上のどこに溶融酸化物層および／または溶融アイランド材料層を形成するかを誘導するために、基板の表面粗さがパターン形成されてもよい。たとえば、予め定められたパターンに従って基板が研磨および／または粗面化されてもよい。異なる表面粗さを有する基板の領域は、溶融酸化物および／または溶融アイランド材料による異なる濡れ性を有し得る。加えて、異なる表面粗さを有する基板の領域は、異なる機械的強度によって酸化物層に接着し得る。
【０１５５】
図１７ａ〜ｄに示される方法、および／または本明細書に記載されるその他の類似の方法に従って、半導体デバイスを製造できる。こうしたデバイスは基板と、基板上に配された中間ディスクとを含む。中間ディスクは、酸素およびアイランド材料を含んでもよい。中間ディスクは酸化物ディスクを含んでもよい。加えて半導体デバイスは、中間ディスクの上に配されたアイランドディスクを含む。アイランドディスクはアイランド材料を含んでもよく、かつ結晶質であってもよい。アイランド材料は基板とは別に形成されてから、基板上に堆積されてもよい。中間ディスクは、基板上のアイランド材料を融解し、次いで凝固することによって形成されてもよい。上に考察されたとおり、酸化物中間ディスクが加熱ステップの間に形成される実施において、加熱および／または融解するステップは、酸素の存在下で、アイランド材料の融点を超える最高温度にて行われてもよい。
【０１５６】
加えて、上の記載は中間ディスクおよびアイランドディスクを示しているが、中間酸化物および／または結晶化されたアイランド材料は、任意の層状または別様に平らな形状もしくは構成であってもよいことが予期される。アイランドディスクの最大厚さは、その最大長および最大幅のうちの小さい方よりも少なくとも約１０倍小さくてもよい。いくつかの実施において、アイランドディスクの最大厚さは、その最大長および最大幅のうちの小さい方よりも少なくとも約５倍小さくてもよい。他の実施において、アイランドディスクの最大厚さは、その最大長および最大幅のうちの小さい方よりも少なくとも約２倍小さくてもよい。
【０１５７】
いくつかの実施において、基板はアルミナを含んでもよく、かつ／またはアイランド材料はシリコンを含んでもよい。さらに、いくつかの実施において、中間ディスクはアルミニウムも含んでもよい。このアルミニウムはアルミナ基板から生じていてもよい。
【０１５８】
たとえばトランジスタまたはその他の回路コンポーネントなどの電子デバイスを作製するために、結晶アイランドの平坦化した断面が用いられてもよい。よって本明細書に記載される方法およびデバイスは、たとえばＯＬＥＤディスプレイなどのアクティブマトリックスディスプレイに対するバックプレーン、およびたとえばＸ線検出器などの電気光学検出器アレイ、ならびにたとえば増幅器および演算増幅器に用いられるものなどの特定の集積回路の製造において用いられてもよい。
【０１５９】
基板上に複数の結晶アイランドが形成されるとき、および／または所与の平坦化断面上に複数の電子デバイスが製造されるとき、それぞれのアイランドおよび／またはデバイスは、個々の結晶アイランドおよび／または電子デバイスのそれぞれを提供するために適切に単一化されてもよい。分離したディスプレイおよび／または検出器を作製するために分離された結晶アイランド（または結晶アイランドのアレイ）が用いられるとき、それらのディスプレイおよび／または検出器がともにタイリングされて、より大きなタイルドディスプレイおよび／または検出器を形成してもよい。
【０１６０】
いくつかの実施において、基板上にアイランド材料を堆積させるステップは、基板表面上にテンプレートを位置決めするステップを含んでもよく、テンプレートは表面に接する第１の端部と、第１の端部に対向する第２の端部とを有するチャネルを含む。表面は第１の端部に蓋をするか、および／またはそれを覆ってもよい。基板上にテンプレートが位置決めされる前または後に、チャネルの少なくとも一部にアイランド材料が充填されてもよい。図１９ａは、基板１９０５の表面１９１０上に位置決めされたテンプレート１９１５の側面断面を示す。テンプレート１９１５は、基板１９０５の表面１９１０に接する第１の端部１９２５と、第１の端部１９２５に対向する第２の端部１９３０とを有するチャネル１９２０を含む。チャネル１９２０の一部にはアイランド材料１９３５が充填される。
【０１６１】
基板１９０５は、基板１７０５および／または本明細書に記載されるその他の基板と類似のものであってもよい。テンプレート１９１５は、高温同時焼成セラミックで形成されるか、ならびに／または本明細書に記載される動作温度の間に融解せず、かつ結晶アイランドを電子デバイス形成に適さないものとするような態様で結晶アイランドと反応したり、および／もしくは別様に結晶アイランドに混入したりすることのない、任意のその他の好適な材料で形成されてもよい。チャネル１９２０は、円筒形状および／または円形の断面を含むがそれらに限定されない、あらゆる好適な形状および／または断面を有してもよい。
【０１６２】
テンプレート１９１５およびその中のアイランド材料１９３５が基板１９０５上にあるとき、それらすべてが上述と類似の態様で加熱されてから冷却されてもよく、この加熱によって、図１９ｂに示されるとおり、アイランド材料１９３５が融解して溶融体を形成し、次いで凝固して結晶体１９４０を形成してもよい。基板１９０５と結晶体１９４０との間に酸化物層１９４５が形成されてもよい。結晶体１９４０および酸化物層１９４５の形成は、図１７ａ〜ｄおよび図１８に関して上述した結晶アイランドおよび酸化物ディスクの形成と類似のものであってもよい。
【０１６３】
この時点で、テンプレート１９１５および結晶体１９４０の一部が、たとえば化学および／または機械的平坦化などによって除去されて、アイランド材料の結晶アイランドを露出してもよい。この平坦化プロセスは図面に示されていないが、図６ｄおよび図１７ｄに類似の平坦化ステップが示されており、それに関する説明がなされている。いくつかの実施において、テンプレート１９１５は選択的にエッチングされるか、または別様に選択的に除去されてもよく、次いで結晶体１９４０が平坦化されてもよい。
【０１６４】
さらに図１９ｃを参照すると、いくつかの実施において、基板１９０５からテンプレート１９１５を持ち上げることによってテンプレート１９１５を除去して、基板１９０５に固定されたアイランド材料の結晶アイランドを作製してもよい。このプロセスにおいて、結晶体１９４０の第１の部分１９５０は基板１９０５上に残るか、および／または固定されて結晶アイランドを形成してもよく、結晶体１９４０の第２の部分１９５５はチャネル１９２０内に残ってもよい。テンプレート１９１５が持ち上げられて酸化物層１９４５および第１の部分１９５０が基板１９０５上に残るため、酸化物層１９４５および第１の部分１９５０は、チャネル１９２０内に対応する空間１９６０を残してもよい。空間１９６０は、チャネル１９２０の第１の端部１９２５（図１９ａに示す）に近接していてもよい。
【０１６５】
テンプレート１９１５が持ち上げられる実施において、酸化物層１９４５および第１の部分１９５０とチャネル１９２０の表面との間の静止摩擦を低減させるためのステップが行われてもよい。たとえば、限定なしに、溶融酸化物材料および／または溶融アイランド材料によるチャネル表面の濡れ性を低減させるように、テンプレート１９１５の材料が選択されてもよい。加えて、同様に溶融酸化物材料および／または溶融アイランド材料によるチャネル表面の濡れ性を低減させるように、チャネル１９２０の表面の形態（例、粗さ）および／または組成が選択されてもよい。テンプレート１９１５と基板１９０５との間の静止摩擦を低減させるために、類似のステップおよび／またはその他の好適なステップが行われてもよい。
【０１６６】
第２の部分１９５５からの第１の部分１９５０の分離を引き起こすか、および／または容易にするために、いくつかの異なる方法が用いられてもよい。いくつかの実施において、第２の部分１９５５は、上述の自発的分離と類似の態様で、第１の部分１９５０から自発的に分離するか、および／または外れてもよい。他の実施において、チャネル１９２０の表面は、第２の部分１９５５からの第１の部分１９５０の分離を容易にするための応力コンセントレータおよび／または分離イニシエータ（図１９ａ〜ｃには示さず）を含んでもよい。
【０１６７】
応力コンセントレータおよび／または分離イニシエータは、チャネル１９２０の表面のくぼみおよび／または突起を含んでもよい。こうした応力コンセントレータは、第１の部分１９５０と第２の部分１９５５との間の点において結晶体１９４０内部の応力／歪みを集中させてもよい。こうした集中は、上述の自発的分離を容易にすることができる。代替的および／または付加的に、分離イニシエータとして作用するときのこうしたくぼみおよび／または突起は、テンプレート１９１５に加えられた機械的および／または音波的衝撃によって、結晶体１９４０を割って第２の部分１９５５から第１の部分１９５０を分離することを可能にできる。いくつかの実施においては、機械的および音波的衝撃の代わりに、ならびに／またはそれに加えて、熱衝撃（すなわち急激な温度変化）が用いられてもよい。
【０１６８】
いくつかの実施において、応力コンセントレータおよび／または分離イニシエータは、チャネル１９２０の表面が粗くされるか、またはぎざぎざにされている領域または周囲バンドを含んでもよい。他の実施において、応力コンセントレータおよび／または分離イニシエータは、チャネル１９２０の表面から突出するピン形状の突起のパターンを含んでもよい。
【０１６９】
図１９ｂ〜ｃは酸化物層１９４５の形成を示しているが、たとえばもっと低い最高温度および／または酸素の不在などの異なる動作条件下では、酸化物層が存在しないことがあり、結晶体１９４０および第１の部分１９５０が基板１９０５と直接接触し得ることが予期される。
【０１７０】
さらに、図１９ｃは第１の部分１９５０と第２の部分１９５５との間の平滑な境界を示すが、この境界は不均一および／または粗くてもよいことが予期される。こうした場合、第１の部分１９５０は平坦化されて、電子デバイスの形成のために好適であり得る平らおよび／または平滑な断面を露出してもよい。
【０１７１】
加えて、持ち上げられたテンプレート１９１５のチャネル１９２０内に（第２の部分１９５５の形の）アイランド材料が残っているため、必ずしもチャネル１９２０に追加のアイランド材料を加える必要なしに、別の結晶アイランドを形成するための別の加熱／冷却サイクルにおいて、このテンプレートが再使用されてもよい。この態様で、テンプレート１９１５は、１つまたはそれ以上の基板上に複数の結晶アイランドを形成および／または「印刷」するための複数使用および／または再使用可能な「プリントヘッド」として機能できる。さらに、いくつかの実施において、テンプレート１９１５は、さまざまな形状および／または配置を有し得る複数のチャネルを含んでもよい。こうした複数チャネルテンプレートは、１つまたはそれ以上の基板上に、対応する異なる形状および／または配置の結晶アイランドを形成および／または「印刷」するために使用され得る。
【０１７２】
ここで図２０ａ、図２０ｂおよび図２０ｃをみると、これらの図面は概ね図１９ａ〜ｃと類似のものであり、その相違点は、チャネル２０２０の形状がチャネル１９２０と異なることである。図２０ａは側面断面において基板１９０５と、チャネル２０２０を有するテンプレート２０１５とを示しており、このチャネル２０２０は第１の端部２０２５と、第１の端部２０２５に対向する第２の端部２０３０とを有する。チャネル２０２０には、アイランド材料１９３５が少なくとも部分的に充填されている。チャネル２０２０は、第１の端部２０２５に近接する第１の領域２０６５と、第１の端部２０２５から遠位の第２の領域２０７０とを含む。第１の領域２０６５におけるチャネル２０２０の断面積は、第２の領域２０７０におけるチャネル２０２０の断面積よりも大きい。他の実施において、チャネル２０２０は、第１の領域２０６５と第２の領域２０７０とで、任意のその他の好適な態様で異なる断面積および／または形状を有してもよい。
【０１７３】
チャネル２０２０の内表面は、第２の領域２０７０から第１の領域２０６５を分離する頂点２０７５を定める。頂点２０７５は、図１９ｂ〜ｃに関して上述した応力コンセントレータおよび／または分離イニシエータとして作用してもよい。図２０ａにおいて、頂点２０７５は直角として示されているが、頂点はチャネル２０２０の表面の任意のその他の鋭利または角度のある突起および／またはくぼみであってもよいことが予期される。
【０１７４】
ここで図２０ｂ〜ｃを参照すると、第１の領域２０６５においてチャネル２０２０の断面積が大きくなっているため、テンプレート２０１５は、チャネル２０２０の全長に沿って大きい断面積を有する必要なしに、より大きい面積を有する酸化物層２０４５および（結晶アイランドを形成する（ｆｒｏｍ））第１の部分２０５０を形成できる。加熱および冷却の後、チャネル２０２０内のアイランド材料１９３５は融解してから凝固して、結晶体２０４０および酸化物層２０４５を形成する。
【０１７５】
その後、テンプレート２０１５が除去および／または持ち上げられることによって、結晶体２０４０の第１の部分２０５０は基板１９０５上に残るか、および／または固定されてもよく、結晶体２０４０の第２の部分２０５５はチャネル２０２０の内側に残ってもよい。テンプレート２０１５が持ち上げられて酸化物層２０４５および第１の部分２０５０が基板１９０５上に残るため、酸化物層２０４５および第１の部分２０５０は、チャネル２０２０内に対応する空間２０６０を残してもよい。
【０１７６】
ここで図２１ａおよび図２１ｂをみると、これらの図面は図１９ａ〜ｃおよび図２０ａ〜ｃに示されるステップと類似の、結晶アイランドを製造する方法における選択ステップを示しており、その主要な相違点は、テンプレート２１１５の形状がテンプレート１９１５および２０１５の形状と異なることである。さらに、図２１ａ〜ｂに示されるプロセスは、図１９ｂおよび図２０ｂに示されるものと類似のステップ／状態も有し得る。しかし、簡潔にするためにこのステップ／状態は図２１ａ〜ｂには示されない。
【０１７７】
テンプレート１９１５および２０１５とテンプレート２１１５との第１の相違点は、テンプレート２１１５が２つのチャネル２１２０ａおよび２１２０ｂを含むことである。このため、テンプレート２１１５は、一度に２つの結晶アイランドを形成および／または「印刷」するために使用され得る。図２１ａ〜ｂは、テンプレート２１１５が２つのチャネル２１２０ａ、ｂを含むものとして示しているが、他の実施においては、テンプレート２１１５が１つまたは任意の数のチャネルを含んでもよいことが予期され、それらのチャネルはあらゆる好適なやり方で配置されてもよい。
【０１７８】
テンプレート１９１５および２０１５とテンプレート２１１５との第２の相違点は、テンプレート２１１５が、チャネル２１２０ａ、ｂの長手方向から離れる方向にテンプレート２１１５の表面２１２５から延在する壁２１３０を含むことである。言い換えると、壁２１３０は、基板１９０５に接触および／または隣接するように構成されたテンプレート２１１５の側部および／または表面から離れる方向に、テンプレート２１１５の表面２１２５から延在してもよい。壁２１３０は、テンプレート２１１５と一体的に形成されてもよい。壁２１３０および表面２１２５は協働して、アイランド材料１９３５を貯蔵するように構成されたリザーバ２１３５を形成してもよい。リザーバ２１３５に貯蔵されるアイランド材料１９３５が、チャネル２１２０ａ、ｂの１つまたはそれ以上の中に移されてそれを少なくとも部分的に充填するために使用され得るように、リザーバ２１３５はチャネル２１２０ａ、ｂの端部と連絡していてもよい。リザーバ２１３５に貯蔵されるアイランド材料１９３５は、テンプレート２１１５の外部の供給源から追加のアイランド材料１９３５を供給する必要が生じる前に、テンプレート２１１５が比較的多数の結晶アイランドを形成／「印刷」するために使用され得るようにできる。
【０１７９】
ここで図２１ｂを参照すると、アイランド材料１９３５を融解して溶融体を形成するために加熱するステップと、次いで結晶体および酸化物層２１４５ａを形成するために溶融体を冷却するステップとのサイクルの後に、テンプレート２１１５が基板１９０５から持ち上げられてもよい。持ち上げる際に、結晶体の第１の部分２１５０ａは基板１９０５に固定されて残って結晶アイランドを形成してもよく、一方で結晶体の第２の部分２１５５はテンプレート２１１５内に残ってもよい。テンプレート２１１５が持ち上げられて酸化物層２１４５ａおよび第１の部分２１５０ａが基板１９０５上に残るため、酸化物層２１４５ａおよび第１の部分２１５０ａは、チャネル２１２０ａ内に対応する空間２１６０ａを残してもよい。（簡潔にするために）番号付けも記述もしていないが、図２１ｂに示されるとおり、チャネル２１２０ｂに対応する同様の酸化物層、第１の部分、および空間も形成される。
【０１８０】
図２１ａ〜ｂは、特定のジオメトリを有し、かつテンプレート２１１５と一体的に形成されたリザーバ２１３５を示すが、他の実施においてはリザーバが任意のその他の好適な寸法、形状、および／または容量を有してもよいことが予期される。加えて、他の実施においては、テンプレート２１１５と一体的に形成されずに、テンプレート２１１５および／またはチャネル２１２０ａ、ｂに固定および／または接続された壁および／またはその他のコンポーネントを用いて、リザーバ２１３５が形成されてもよいことが予期される。さらに他の実施において、リザーバは、アイランド材料がリザーバからチャネル２１２０ａ、ｂに移されることを可能にするための、チャネル２１２０ａ、ｂに連結する別個の容器を含んでもよい。
【０１８１】
ここで図２２ａおよび図２２ｂをみると、基板１９０５上に載ったテンプレート２２１５の上面図が示される。テンプレート２２１５の機能は概ねテンプレート２１１５と類似であってもよいが、１つの相違点はテンプレート２２１５が４つのチャネル２２２０ａ、２２２０ｂ、２２２０ｃ、および２２２０ｄを含むことである。周囲の壁２２２５は、テンプレート２２１５の表面からチャネル２２２０ａ〜ｄの長手方向と反対の方向に延在する。言い換えると、壁２２２５は基板１９０５に接するように構成された面とは反対の面であるテンプレート２２１５の頂面から延在し、かつ壁２２２５は基板１９０５に接するように構成された面から一般的に離れる方向に延在する。
【０１８２】
壁２２２５はテンプレート２２１５の頂面と協働して、アイランド材料１９３５を貯蔵するためのリザーバ２２３０を形成する。アイランド材料１９３５がリザーバ２２３０からチャネル２２２０ａ〜ｄ内に移されてこれらのチャネルを少なくとも部分的に充填できるように、リザーバ２２３０はチャネル２２２０ａ〜ｄと連結する。壁２２２５は、リザーバ２２３０内に貯蔵されるアイランド材料１９３５と接触し得る内表面２２３５を有する。表面２２３５は、鋭利な頂点を有するノッチ２２４０を含んでもよい。
【０１８３】
加熱の際に、ノッチ２２４０はリザーバ２２３０内の溶融体の一部と接触してもよく、その溶融体はリザーバ２２３０およびチャネル２２２０ａ〜ｄの間で連続的である。冷却の際に、ノッチ２２４０および／またはその頂点は結晶化イニシエータとして作用して、溶融体の結晶化が単一の点から開始すること、ならびに結晶体が単結晶になるか、および／または均一な結晶配向を有することを可能にしてもよい。こうした均一性によって、チャネル２２２０ａ〜ｄによって形成された結晶アイランドが互いに同じ結晶配向を有することが可能になる。電子デバイスの製造の際に用いられるいくつかのプロセス（例、酸化物の成長）は結晶配向に依存し得るため、さまざまな結晶アイランドの結晶配向の均一性によって、それらの結晶アイランドの上／中の電子デバイス製造の均一性を増すことができる。
【０１８４】
図２２ａ〜ｂは結晶化イニシエータとしてノッチ２２４０を示すが、溶融体の結晶化を開始および／または制御するために、リザーバ２２３０の任意の表面における任意のその他の好適なフィーチャが用いられてもよいことが予期される。たとえば、限定なしに、結晶化イニシエータはリザーバ２２３０の表面のくぼみおよび／または突起を含んでもよい。いくつかの実施において、こうしたくぼみおよび／または突起は、結晶化を促進および／または開始するための鋭利および／または角度のあるフィーチャを含んでもよい。いくつかの実施において、結晶化イニシエータは、付加的なコンポーネントおよび／または異なる材料が溶融体と接触するようにリザーバ２２３０の表面に固定された、付加的なコンポーネントおよび／または異なる材料を含んでもよい。
【０１８５】
結晶化イニシエータがリザーバ２２３０の表面のフィーチャである実施において、結晶化イニシエータが結晶体の結晶粒および結晶配向に影響を与えることを可能にするために、結晶化の波がリザーバから始まって、チャネルを通って基板に向かって伝播することを促進するために、溶融体と接触するコンポーネント（例、テンプレート、基板、および／または任意の周囲雰囲気／ガス）の冷却プロファイルおよび／または温度プロファイルが制御されてもよい。
【０１８６】
図１９〜２２はテンプレートの本体中に形成された１つまたはそれ以上のチャネルを含むテンプレートを示すが、テンプレートに対して異なる好適な形状、ジオメトリ、および／または構造が用いられてもよいことが予期される。たとえば、限定なしに、テンプレートは、別個に形成されてからともに固定された１つまたはそれ以上のチャネルを含んでもよい。他の実施において、テンプレートは、チャネルを形成するように協働する複数の小片を含んでもよい。こうした実施において、結晶体および／または結晶アイランドが形成されるとき、結晶体および／または結晶アイランドを解放するために、テンプレートのさまざまな小片が互いに分離および／または除去されてもよい。
【０１８７】
上述の本発明の実施は本発明の実施例であることが意図されており、本明細書に添付される請求項のみによって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によってその実施に変更および修正が加えられてもよい。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【外国語明細書】
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