制造基板上的晶體島的方法
【專利說明】制造基板上的晶體島的方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2014年6月4日遞交的美國臨時(shí)專利申請62/007624號的優(yōu)先權(quán)，通過引用將該臨時(shí)申請并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及鄰接基板的一個(gè)或多個(gè)島材料晶體島的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]某些電子應(yīng)用如0LED顯示器背板需要在大面積上分布的高品質(zhì)半導(dǎo)體材料的小島。該面積在對角線上可以為50英寸以上，超出了利用傳統(tǒng)的基于晶錠(boule)的技術(shù)所能夠制造的晶體半導(dǎo)體晶片的尺寸。
[0005]W0 2013/053052 A1 (通過引用將其并入本文)公開了以下內(nèi)容:制造大量的小型、松散的晶體半導(dǎo)體球體。隨后將這些球體分布在圖案化的基板上并以預(yù)定位置固定在所述基板上，從而在所述基板上形成球體的陣列。將球體平坦化，使各球體的截面暴露，由此提供高品質(zhì)的晶體半導(dǎo)體島陣列，以用于在整體平坦化的表面上進(jìn)行器件制造。
[0006]美國專利第4，637，855號(通過引用將其并入本文)公開了通過以下方式在基板上制造硅球體:將冶金級硅的漿料施加在所述基板上，隨后將漿料層圖案化以提供均一尺寸的冶金硅區(qū)域。然后加熱所述基板以熔化硅，其隨后在表面上成珠，從而形成熔融的硅球，所述硅球隨后冷卻而結(jié)晶化。所述球體對基板具有非常弱的粘附，通過簡單地將其敲松脫可容易地使其從基板上脫離。收集松脫的球體并進(jìn)行進(jìn)一步加工。
[0007]US 2012/0067273 A1 (通過引用將其并入本文)公開了通過以下方式制造硅晶片:使基板接觸熔融硅的儲庫，在基板上形成固體硅層，隨后使該固體層與基板脫離。所公開的方法可潛在地用于制造大面積的硅晶片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本文提供了鄰接基板的一個(gè)或多個(gè)島材料晶體島的制造方法。對于各晶體島，使島材料顆粒鄰接基板沉積，隨后加熱所述基板和顆粒以使所述顆粒熔化并熔合，從而形成各個(gè)熔球。隨后冷卻所述基板和各熔球以使熔球結(jié)晶，從而將晶體島固定到所述基板上。
[0009]該方法可允許利用粒狀原料制造晶體島。另外，在一些實(shí)施方式中，固定在基板上的晶體島可允許對島進(jìn)行進(jìn)一步加工；例如，使各晶體島的至少一部分平坦化從而暴露各島的截面。如果晶體島是品質(zhì)足夠高的晶體半導(dǎo)體，這些截面隨后可用于制造電子器件。該方法還可用于制造晶體島陣列，所述晶體島陣列分布在一定區(qū)域上，此區(qū)域可能超過利用傳統(tǒng)基于晶錠的技術(shù)能夠制造的晶體半導(dǎo)體晶片的面積。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了制造島材料的晶體島的方法，所述方法包括:鄰接基板沉積所述島材料的顆粒；加熱所述基板和所述島材料的顆粒以使所述顆粒熔化并熔合，從而形成熔球；并且冷卻所述基板和所述熔球以使所述熔球結(jié)晶，從而將所述島材料的晶體島固定在所述基板上。
[0011]所述晶體島可包含所述島材料的單晶或所述島材料的多晶形式。
[0012]所述方法還可包括使所述晶體島的至少一部分平坦化從而暴露出所述晶體島的截面。
[0013]所述固定步驟可包括以小于約90度的潤濕角使所述熔球潤濕所述基板并使所述晶體島附著于所述基板上。
[0014]所述沉積步驟可包括在所述基板中形成凹陷和將島材料的顆粒轉(zhuǎn)移到所述凹陷中。
[0015]當(dāng)所述沉積步驟包括形成凹陷和將島材料的顆粒轉(zhuǎn)移到所述凹陷中時(shí)，所述固定步驟可包括使所述凹陷的部分表面包封所述晶體島的部分表面。
[0016]當(dāng)所述沉積步驟包括形成凹陷和將島材料的顆粒轉(zhuǎn)移到所述凹陷中時(shí)，可將所述凹陷成形為具有至少一個(gè)頂點(diǎn)。
[0017]當(dāng)所述沉積步驟包括形成凹陷和將島材料的顆粒轉(zhuǎn)移到所述凹陷中時(shí)，所述凹陷可包括第一凹陷和第一凹陷中的第二凹陷，第二凹陷比第一凹陷小且更深。
[0018]當(dāng)所述沉積步驟包括形成凹陷和將島材料的顆粒轉(zhuǎn)移到所述凹陷中時(shí)，所述轉(zhuǎn)移步驟可包括以下步驟中的一個(gè)或多個(gè):將所述島材料的顆粒用刮片刮抹到所述凹陷中；和利用帶電針使所述島材料的顆粒靜電沉積到所述凹陷中。
[0019]當(dāng)所述沉積步驟包括形成凹陷和將島材料的顆粒轉(zhuǎn)移到所述凹陷中時(shí)，所述轉(zhuǎn)移步驟可包括:使懸浮液流到所述基板上并流入所述凹陷中，所述懸浮液包含所述島材料的顆粒在載體介質(zhì)中的分散體，和刮去位于所述基板上的在所述凹陷外的懸浮液；并且所述加熱步驟還可包括:在使所述島材料的顆粒熔化并熔合之前去除所述載體介質(zhì)。
[0020]所述冷卻步驟可包括以下步驟中的一個(gè)或多個(gè):氧化所述熔球的外表面；使所述熔球過冷卻；和對所述基板施加物理沖擊。
[0021]所述沉積步驟可包括將島材料的顆粒轉(zhuǎn)移到基板中的通孔(through hole)中。
[0022]當(dāng)沉積步驟包括將島材料的顆粒轉(zhuǎn)移到基板中的通孔中時(shí)，可在所述通孔的第二末端施加壓力，以將所述熔球部分地推出所述通孔的第一末端外，從而形成凸起的彎月面。
[0023]當(dāng)沉積步驟包括將島材料的顆粒轉(zhuǎn)移到基板中的通孔中時(shí)，所述固定步驟可包括使所述通孔的部分表面包封所述晶體島的部分表面。
[0024]當(dāng)沉積步驟包括將島材料的顆粒轉(zhuǎn)移到基板中的通孔中時(shí)，所述方法還可包括:在冷卻以使所述熔球結(jié)晶之后，使所述彎月面的一部分平坦化從而暴露出所述晶體島的截面。
[0025]當(dāng)沉積步驟包括將島材料的顆粒轉(zhuǎn)移到基板中的通孔中時(shí)，在所述通孔外側(cè)并且與所述通孔的第一末端相鄰的基板表面部分與所述熔球的潤濕角可小于約90度。
[0026]所述沉積步驟可包括將島材料的顆粒分散在載體介質(zhì)中以產(chǎn)生懸浮液并將所述懸浮液轉(zhuǎn)移到基板上，并且所述加熱步驟還可包括在使所述島材料的顆粒熔化并熔合之前去除所述載體介質(zhì)。
[0027]當(dāng)所述沉積步驟可包括將島材料的顆粒分散在載體介質(zhì)中以產(chǎn)生懸浮液并將所述懸浮液轉(zhuǎn)移到基板上、并且所述加熱步驟還可包括在使所述島材料的顆粒熔化并熔合之前去除所述載體介質(zhì)時(shí)，所述轉(zhuǎn)移步驟可包括以下步驟中的一個(gè)或多個(gè):將所述懸浮液壓印(stamping)在基板上；將所述懸浮液絲網(wǎng)印刷在基板上；將所述懸浮液噴墨印刷在基板上；和將所述懸浮液旋涂在基板上并以刻蝕(lithography)方式將所旋涂的懸浮液圖案化。
[0028]所述沉積步驟可包括:將島材料的顆粒分散在載體介質(zhì)中以產(chǎn)生懸浮液；將所述懸浮液形成為片；使所述片固化形成固體片；去除所述片的一個(gè)或多個(gè)部分以將所述固體片圖案化，從而形成圖案化的片；和將所述圖案化的片覆蓋在基板上；并且所述加熱步驟還可包括:在使所述島材料的顆粒熔化并熔合之前去除所述載體介質(zhì)。
[0029]所述熔球可與基板表面的與所述熔球接觸的第一部分具有第一潤濕角，并可與所述基板表面的第二部分具有第二潤濕角，第二部分鄰接第一部分，并且第二潤濕角大于第一潤濕角。
[0030]基板的與所述熔球接觸的區(qū)域可包括一個(gè)或多個(gè)引導(dǎo)凸起、一個(gè)或多個(gè)引導(dǎo)凹陷和金屬網(wǎng)格中的一種或多種，以在所述熔球冷卻時(shí)控制結(jié)晶化的起始。
[0031]所述基板的在所述島材料熔點(diǎn)約20°C以內(nèi)的溫度下的熱膨脹系數(shù)(CTE)可與所述島材料在所述島材料的熔點(diǎn)下的CTE匹配。
[0032]所述島材料可包含硅。
[0033]所述基板可包含氧化鋁。
[0034]所述固定步驟可包括以包覆層包覆所述晶體島和所述基板，從而形成疊層體，由此使所述晶體島層夾在所述基板和所述包覆層之間。
[0035]當(dāng)所述固定步驟包括以包覆層包覆所述晶體島和所述基板從而形成疊層體由此使所述晶體島層夾在所述基板和所述包覆層之間時(shí)，所述方法還可包括使所述疊層體平坦化從而暴露出所述晶體島的截面。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造島材料的晶體島的方法，所述方法包括:在第一基板上沉積所述島材料的顆粒；通過放置與第一基板相鄰的第二基板，將所述島材料的顆粒層夾在第一基板和第二基板之間；加熱第一基板、第二基板和所述島材料的顆粒以使所述顆粒熔化并熔合以形成熔球；冷卻第一基板、第二基板和所述熔球以使所述熔球結(jié)晶，從而形成所述島材料的晶體島。
[0037]所述冷卻步驟還可包括以下步驟中的一個(gè)或多個(gè):對所述熔球施加壓力脈沖；對所述熔球添加晶種；和使所述熔球過冷卻。
[0038]第一基板可具有第一區(qū)域，其是第一基板的與所述熔球接觸的部分表面；并且第二基板可具有第二區(qū)域，其是第二基板的與所述熔球接觸的部分表面；并且第一區(qū)域和第二區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)可包括一個(gè)或多個(gè)凸起、一個(gè)或多個(gè)凹陷和金屬網(wǎng)格中的一種或多種，以在所述熔球冷卻時(shí)控制結(jié)晶化的起始。
【附圖說明】
[0039]為了更好地理解本文描述的各種實(shí)施形式，并更清楚地展示出它們?nèi)绾螌?shí)施，現(xiàn)將僅以實(shí)例方式描述附圖，附圖中: