CN100461466C - 避免沉积厚膜发生脱层的方法及其制造的太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种避免沉积厚膜发生脱层的方法及其制造的太阳能电池，在该方法中，在形成一厚膜后、在后续的热处理程序之前，将其分割成多个分离的区块。通过上述分割的步骤，可减少膜应力对上述厚膜与其下层材料之间的界面的作用，而避免在上述厚膜形成之后的后续热处理过程中发生脱层。已分割的厚膜的图形密度至少为80%，且上述分离的区块不会各别地作为元件结构。本发明所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法及其制造的太阳能电池，避免了沉积厚膜发生脱层，提升了整个半导体装置的品质。
Description
技术领域
本发明是有关于半导体技术，特别是关于一种半导体及太阳能电池制程中，避免沉积厚膜发生脱层的技术。
背景技术
沉积膜在后续的热处理发生脱层的问题，困扰着半导体业界及其他使用沉积膜的相关应用。上述问题的原因通常是沉积膜与其下层材料之间的接合力不足，而上述的问题会发生在沉积层的材质与其下层材料相同或不同时。在后续的热处理中例如升温至近300℃或更高温，沉积膜与其下层材料之间的接合力不足所导致的脱层型态例如为膜的剥离(peeling)、龟裂(cracking)及/或起泡(blistering)。例如，形成非晶硅的多层堆叠结构时，会发生上述现象。可对非晶硅膜施以氢化，以使其悬键(dangling bonds)钝化，而氢化的非晶硅通常以a-Si:H来表示。在二层之间的a-Si:H/a-Si:H界面，前述的接合力则特别弱。上层的非晶硅层会因为形成于界面的残留应力(压应力)，而在后续的热循环中发生脱层，而上述热应力是起因于上a-Si:H层的沉积特性及参数、以及上述界面处的氢扩散。而当膜的厚度相对较厚时，例如1微米或更厚，上述问题会更加严重。由于半导体装置的制造通常会历经一定数量的热循环制程，因此该发生问题的后续热处理制程不能够避免。例如形成一保护层例如为氮化硅时，通常会升温至一较高的温度并持续一段时间，而足以发生前述的脱层。
除了前述的非晶硅层之外，上述脱层的问题亦会发生于多种用于制造半导体装置与太阳能电池的薄膜。
目前已发展出许多种用于解决上述脱层问题的方案，包含精确地调整膜的沉积参数以减少沉积膜的压应力、在膜的沉积制程之前进行各种的清洁程序、在膜的沉积制程之前进行除气(degas)的程序、在膜的沉积制程之前形成一粘着层、以及对上述膜的沉积面进行粗化。然而上述已知的程序所带来的效果相当有限，且前述用于解决上述脱层问题的方案中，有许多会因制造环境的不同，而呈现不稳定的状态。
即使只发生局部的脱层，来自龟裂、剥离、起泡等发生脱层的膜的污染，仍会使整个半导体装置的品质下降，膜中未发生脱层的部分也是一样。因此，需要一有效的方法与结构，来避免沉积膜发生脱层。
发明内容
有鉴于此，本发明是提供一种避免沉积厚膜发生脱层(delamination)的方法，包含：提供一基底，具有一第一材料于其上；沉积厚度至少为1微米的厚膜于上述第一材料上；以及在后续的热处理之前，将上述厚膜分割成多个孤立的区块，而使上述厚膜在该后续的热处理的过程中，不会发生脱层。其中，所述孤立的区块被分离区所分离，所述孤立的区块的面积至少是该分离区的面积的三倍。
本发明还提供一种避免沉积厚膜发生脱层(delamination)的方法，包含：提供一基底，具有一第一材料于其上；沉积厚度至少为1微米的厚膜于上述第一材料上；以及在后续的热处理之前，将上述厚膜分割成多个孤立的区块，而使上述厚膜在该后续的热处理的过程中，不会发生脱层。其中，上述厚膜可均匀地分割成多个孤立的区块，而规则地排列并相互间隔，其图形密度至少为80％，且不会单独地作为一半导体装置的元件。
本发明所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，该厚膜的厚度大于4微米。
本发明所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，该厚膜包含非晶硅。
本发明所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，该第一材料包含非晶硅。
本发明所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，分割该厚膜包含图形化与蚀刻该厚膜。
本发明所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，蚀刻该厚膜更包含将该厚膜完全蚀穿，而暴露出该第一材料。
本发明所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，该些孤立的区块为矩形，边长各为10微米～100微米。
本发明1所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，其特征在于，该些孤立的区块为相同的尺寸与相同的形状，其形状包含钻石形、正方形、三角形、梯形、平行四边形或椭圆形。
本发明所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，沉积该厚膜的方法包含化学气相沉积法(chemical vapor deposition；CVD)。本发明所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，其中该化学气相沉积法为低压化学气相沉积法(low pressure chemical vapordeposition；LPCVD)或等离子增益化学气相沉积法(plasmaenhanced chemical vapor deposition；PECVD)。
本发明又提供一种太阳能电池，形成于一基底上，并包含一膜堆叠结构于其上，上述膜堆叠结构包含一下层非晶硅材料与一上层非晶硅膜直接置于上述下层非晶硅材料上，上述上层非晶硅膜的厚度至少为1.5微米，且已被图形化为多个规则排列且相互间隔的孤立的区块，其图形密度至少为80％，且上述孤立的区块并非上述太阳能电池的分离运作的元件。
本发明所述的太阳能电池，该些孤立的区块具有相同的形状，其形状包含钻石形、正方形、三角形、梯形、平行四边形或椭圆形。
本发明所述的太阳能电池，该些孤立的区块被该下层非晶硅材料的曝露的部分所分离。
本发明所述的太阳能电池，该些孤立的区块每个具有相同的面积，为100平方微米～10000平方微米
本发明所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法及太阳能电池，避免了沉积厚膜发生脱层，提升了整个半导体装置的品质。
附图说明
图1A为剖面图，是显示本发明一实施例中，避免沉积厚膜发生脱层的方法的流程；
图1B为俯视图，对应于图1A；
图2A为剖面图，是显示本发明一实施例中，避免沉积厚膜发生脱层的方法的流程；
图2B为俯视图，对应于图2A；
图3为剖面图，是显示本发明一实施例中，避免沉积厚膜发生脱层的方法的流程；
图4A剖面图，是显示本发明一实施例中，避免沉积厚膜发生脱层的方法的流程；
图4B为俯视图，对应于图4A；
图5为一平面视图，是同时显示已知技术中所形成的毯覆性膜与本发明所形成的图形化的膜。
具体实施方式
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
本发明是提供一种避免沉积厚膜发生脱层(delamination)的方法与结构，可应用于各种具有发生脱层倾向的膜，例如为厚度大于1微米的厚膜。在一实施例中，上述厚膜可用于一半导体装置例如微机电(micro electromechanical structure；MEMS)装置的牺牲层；在其他实施例中，上述厚膜可用于其他半导体装置的其他应用中；在一特定的实施例中，上述厚膜可用于形成于半导体基板上的太阳能电池装置。
图1A与图1B是分别显示本发明的抗脱层的沉积厚膜的剖面图与俯视图，其中厚膜7是形成于一下层材料(第一材料)1上。下层材料1可为一薄膜，其厚度3可为约1.5微米。在一例示的实施例中，下层材料1为一薄膜，包含一下表面2，而通过下表面2而可形成于各种基底上，例如为用于制造太阳能电池或其他半导体装置的基底；在另一例示的实施例中，下层材料1可作为一基底，包含一上表面5。厚膜7则形成于下层材料1上，其厚度9为约1.0微米或更厚，厚度9愈厚，厚膜7发生脱层的倾向就愈大。在一例示的实施例中，厚度9可为4微米或更厚；而在其他例示的实施例中，厚度9亦可以是其他的厚度值。厚膜7可为一永久性、结构性的膜，而亦可以是一牺牲层，例如用于微机电装置的牺牲层。厚膜7包含一上表面11。在一例示的实施例中，厚膜7可为非晶硅；在另一例示的实施例中，厚膜7可为a-Si:H，而亦可以以各种不同的材料来形成厚膜7；在又另一例示的实施例中，例如在一太阳能电池中，厚膜7与下层材料1的每一个都可以是a-Si:H；在各种的例示的实施例中，厚膜7的材质可与下层材料1相同或不同。厚膜7的形成方法可以是各种传统制程，例如为化学气相沉积法(chemical vapor deposition；CVD)，其包含等离子增益化学气相沉积法(plasma enhancedchemical vapor deposition；PECVD)与低压化学气相沉积法(lowpressure chemical vapor deposition；LPCVD)。通过上述传统的方法，厚膜7可形成为具有压应力，而造成厚膜7与下层材料1之间界面的残留应力。除了前述的沉积技术之外，亦可以使用其他的沉积技术来形成厚膜7，且本发明的实施例中，是将厚膜7形成为具有压应力，并发现在此状态下的特殊应用。
如图2A与图2B所示，在形成厚膜7之后，将其分割成多个孤立的区块15，其中每个孤立的区块15是为分离区13所分离。孤立的区块15的形成可使用传统的光刻蚀刻的技术。在图2A与图2B所绘示的实施例中，是将厚膜7完全蚀穿，而暴露出下层材料1的上表面5；而在另一例示的实施例中，不需要将厚膜7完全蚀穿，而分离区13可具有一些厚膜7的厚度，于下层材料1的上表面5上。
图2B所显示多个孤立的区块15的形状为正方形，但是除此之外，在其他的实施例中，孤立的区块15的形状亦可以是钻石形、其他的矩形、三角形、平行四边形、梯形、圆形、卵形或椭圆形。在另外的实施例中，孤立的区块15可具有不规则的形状。所有的孤立的区块15可具有相同的尺寸与形状如图2B所示；但亦可具有不同的形状、不同的大小或不同的形状与大小。孤立的区块15可通过均匀的间隔而均匀地分离如图2B所示，而亦可通过不均匀的分离区13而分离。在一例示的实施例中，孤立的区块15是规则地排列并相互间隔。个别的孤立的区块15不会个别地作为一半导体装置的元件；而是具有高图形密度，实质上为将一厚膜分割为多个拥挤的区块。在一例示的实施例中，孤立的区块15的图形密度可为80％～90％或更高。上述的图形密度是指分离区13以外的孤立的区块15所占的面积，占厚膜7的原始(未分割前)面积的百分比。
如图2B所示，孤立的区块15为矩形，每个矩形的直角的二边19、20的边长均为10微米～100微米，每个孤立的区块15的面积为100平方微米～10000平方微米，但在其他的实施例中亦可以是其他的面积。图2B中是显示每个孤立的区块15是相当靠近相邻的其他孤立的区块15。在图2B所绘示的实施例中，分离区13中，孤立的区块15的间隔为每个孤立的区块15的宽度的三分之一。在一例示的实施例中，上述间隔，亦即分离区13的宽度1为微米；而在其他的实施例中，上述间隔可为对应的孤立的区块15的宽度的1％～10％。本发明是提供多个排列紧密的孤立的区块15的形成，而上述孤立的区块15的总面积可为分离区13的总面积的至少四倍以上，其中分离区13是暴露图2B所示实施例的上表面5的一部分。在其他的实施例中，孤立的区块15与分离区13的面积比亦可以是其他的值。例如，上述间隔为1微米而每个孤立的区块15的面积为10000平方微米时，在各种可用的孤立的区块15的配置中，孤立的区块15的面积是远大于分离区13的面积。本发明的一特征与优点在于在分割厚膜7之后，大多数的厚膜7仍留在下层材料1上。换句话说，厚膜7在分割之后，仍可维持其总体上的结构完整性。
在分割厚膜7之后如图2B所示，在后续热处理(热循环)时，其结构具有抗脱膜性。在形成图2B所示的结构之后，会经过各种的例如在400℃或更高的温度下，进行3分钟或更久的热制程。上述热循环可以是例如退火或其他扩散制程的热处理，用于整体或局部处理。在其他例示的实施例中，亦可使用历时更久且更高温的加热处理。在另外的实施例中，其后续的热处理是用以在厚膜7与下层材料1上沉积另一薄膜。
图3是显示另一薄膜18形成于厚膜7上，并具有多个插塞(plug)12，填满图2A与图2B所示的分离区13。在一例示的实施例中，另一薄膜18可以是一氮化硅膜。另一薄膜18的材质可与厚膜7的材质相同或不同。另一薄膜18的形成可使用各种的膜沉积技术，其条件为在至少400℃、沉积至少3分钟；在其他例示的实施例中，亦可使用更高的沉积温度与制程时间。在另一薄膜18为氮化硅膜的例示实施例中，其膜厚可为4500
，其沉积温度约为400℃；在其他例示的实施例中，其膜厚亦可为其他值。本发明的一特征在于在后续的热处理例如沉积另一薄膜18时，申请人发现由于已将厚膜7分割成多个孤立的区块15，而可避免其发生脱层。在另一薄膜18为氮化硅膜的例示实施例中，该氮化硅膜可为一保护层；在其他例示的实施例中，例如将厚膜7与下层材料1用以形成一太阳能电池时，可形成各种其他的薄膜于该结构上，例如接触层与电极。
在一例示的实施例如图4A与图4B所示的实施例中，可在形成另一薄膜18后，施以一平坦化的制程，以形成由孤立的区块15的上表面11与插塞12的上表面所构成的表面23。图4A与图4B是显示经平坦化制程之后的结构。在一例示的实施例中，可以相同的材料形成厚膜7与另一薄膜18，而形成如图4A与图4B所示，具抗脱膜性的连续式且由相同材料所形成的上层膜结构。
图5为一平面视图，是显示形成于一基底上的已知技术中所形成的毯覆性膜、与本发明所形成的图形化的膜。在上述基底的区域30与40形成相同的膜，然后仅对区域30的膜以本发明的方法施以图形化，而形成为分离区34所分离的多个孤立的区块32；在区域40则为已知技术的毯覆性膜43。将区域30中的膜图形化之后，对整个基底施以一热处理制程，如图5所示，在区域40的位置45是发生脱膜。上述脱膜是包含膜的剥离(peeling)、龟裂(cracking)及/或起泡(blistering)；而区域30中的本发明的图形化的膜，则未发生任何的脱膜现象。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下：
1：下层材料
2：下表面
3：厚度
5：上表面
7：厚膜
9：厚度
11：上表面
13：分离区
15：孤立的区块
18：薄膜
19：边
20：边
12：插塞
23：表面
30：区域
32：孤立的区块
34：分离区
40：区域
43：毯覆性膜
45：位置
Claims (16)
1.一种避免沉积厚膜发生脱层的方法，其特征在于，该避免沉积厚膜发生脱层的方法包含：
提供一基底，具有一第一材料于其上；
沉积厚度至少为1微米的厚膜于该第一材料上；以及
在后续的热处理之前，将该厚膜分割成多个孤立的区块，而使该厚膜在该后续的热处理的过程中，不会发生脱层，其中所述孤立的区块被分离区所分离，所述孤立的区块的面积至少是该分离区的面积的三倍。
2.一种避免沉积厚膜发生脱层的方法，其特征在于，该避免沉积厚膜发生脱层的方法包含：
提供一基底，具有一第一材料于其上；
沉积厚度至少为1微米的厚膜于该第一材料上；以及
在后续的热处理之前，将该厚膜分割成多个孤立的区块，而使该厚膜在该后续的热处理的过程中，不会发生脱层，其中将该厚膜分割成多个孤立的区块包含均匀地分割，而使所述孤立的区块有规则地排列且相互间隔，所述孤立的区块的图形密度至少为80％，且不会单独地作为一半导体装置的元件。
3.根据权利要求1或2所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，其特征在于，该厚膜的厚度大于4微米。
4.根据权利要求1或2所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，其特征在于，该厚膜包含非晶硅。
5.根据权利要求1或2所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，其特征在于，该第一材料包含非晶硅。
6.根据权利要求1或2所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，其特征在于，分割该厚膜包含图形化与蚀刻该厚膜。
7.根据权利要求6所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，其特征在于，蚀刻该厚膜更包含将该厚膜完全蚀穿，而暴露出该第一材料。
8.根据权利要求1或2所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，其特征在于，所述孤立的区块为矩形，边长各为10微米～100微米。
9.根据权利要求1或2所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，其特征在于，所述孤立的区块为相同的尺寸与相同的形状，其形状包含钻石形、正方形、三角形、梯形、平行四边形或椭圆形。
10.根据权利要求1或2所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，其特征在于，沉积该厚膜的方法包含化学气相沉积法。
11.根据权利要求10所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，其特征在于，其中该化学气相沉积法为低压化学气相沉积法。
12.根据权利要求10所述的避免沉积厚膜发生脱层的方法，其特征在于，其中该化学气相沉积法为等离子增益化学气相沉积法。
13.一种太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池形成于一基底上，并包含一膜堆叠结构于其上，该膜堆叠结构包含一下层非晶硅材料与一上层非晶硅膜直接置于该下层非晶硅材料上，该上层非晶硅膜的厚度至少为1.5微米，且已被图形化为多个规则排列且相互间隔的孤立的区块，其图形密度至少为80％，且所述孤立的区块并非该太阳能电池的分离运作的元件。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池，其特征在于，所述孤立的区块具有相同的形状，其形状包含钻石形、正方形、三角形、梯形、平行四边形或椭圆形。
15.根据权利要求13所述的太阳能电池，其特征在于，所述孤立的区块被该下层非晶硅材料的曝露的部分所分离。
16.根据权利要求13所述的太阳能电池，其特征在于，所述孤立的区块每个具有相同的面积，为100平方微米～10000平方微米。
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