Modelado y simulación del proceso de multiplicación de obleas 'silicon millefeuille'

Abstract

[ANGLÈS] There is a rising interest, from both photovoltaics and microelectronics industry, in reducing the thickness of the silicon wafers. During the last decade, it has been steadily reduced from 350 ?m down to 180 ?m, but benefits are foreseen for thicknesses well below these values. The current sawing technology, however, suffers from large kerf losses and further reductions are increasingly difficult. Several technologies have emerged aiming to produce thin Si foils from a wafer, such as layer transfer, induced cleaving, or pore reorganization. These methods produce a single layer by step. Very recently we have presented a process called "silicon millefeuille" which can produce many crystalline foils from a single wafer. Such wafer multiplication is based on the reorganization of pores (due to surface diffusion) at high temperatures. A precise in-depth modulation of the pores allows to control the number and thickness of the produced layers. The characteristics of the produced silicon films and the time needed to from them strongly depend on the particular initial pore profile. Furthermore, under certain circumstances bubbles can get trapped inside the layers. The spatial and time evolution of the pores? surface during the annealing can be described using the macroscopic linear theory of surface diffusion. In this model, atoms diffuse from high curvature regions toward lower curvature ones. This project deals with the modelling and simulation of the pores evolution in order to better understand the layer formation and the implications of the pore's profile on the final layer thickness, the annealing time, and the trapping of bubbles inside the layer.

[CASTELLÀ] En los últimos años se ha ido generando un creciente interés por reducir el grosor de las obleas de silicio tanto en el campo de la fotovoltaica como en el de la microelectrónica. En la última década se ha conseguido rebajarlo de 350 μm a 180 μm sin comprometer la calidad. Y, aunque dicha calidad no se ve comprometida hasta espesores mucho menores, la tecnología actual de corte de obleas presenta unas grandes pérdidas de silicio, haciendo caro y dificultoso el proceso de obtención para obleas menor grosor. Diversas tecnologías -como las basadas en layer transfer, pore reorganization o induced cleaving- han surgido como alternativa a la producción convencional de obleas. Estos métodos producen una sola capa delgada de silicio por proceso. Recientemente, desde el departamento de Micro y Nanotecnologías de la UPC, se ha presentado una técnica llamada "silicon millefeuille" que puede producir varias capas de silicio monocristalino a la vez en cada proceso realizado. Está basado en la reorganización de poros (debido a la difusión superficial) a altas temperaturas y altas presiones -típicamente 1200ºC y 10 Torr-. Una modulación precisa de los poros a lo largo del grosor del sustrato, permite controlar el número de capas que se obtendrán y sus respectivos grosores. Sus características, así como el tiempo que han tardado en crearse, dependen fuertemente del perfil inicial. De hecho, en función de la configuración inicial que se elija, pueden quedar burbujas de aire atrapadas dentro de las capas de silicio. La evolución de los poros se puede describir macroscópicamente utilizando la teoría lineal de difusión superficial. En este modelo, los átomos se propagan desde las zonas cuyo perfil presenta una mayor curvatura hasta aquellas con menor. En el proyecto aquí presentado, se modelará y se simulará el proceso de evolución de poros con el objetivo de entender mejor la formación de capas y las implicaciones que tienen los perfiles iniciales de los poros en la configuración final de las capas monocristalinas, el tiempo que han tardado en generarse y en el atrape de pequeñas burbujas de aire en la capa de silicio.