CN1112721C - 薄膜形成工艺 - Google Patents

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Abstract

薄膜形成工艺，包括：从由无孔层、无孔层上的多孔层和多孔层上的无孔外延硅层构成的衬底上分离外延硅层，其中，在从衬底侧面到衬底中心的方向上用激光束照射衬底侧面，使多孔层吸收激光束而导致破裂。由分离的衬底制备SOI衬底，无孔Si层再回收。节约了材料消耗并降低了制造成本。衬底能够确定地分离。本发明也提供一种能节约材料并降低成本的制造如太阳能电池等的光电转换装置的工艺，其中能够确定地分离多孔层，而不必增强衬底和夹具之间的粘接。

Description

薄膜形成工艺
技术领域
本发明涉及一种用于SOI衬底或光电转换器的薄膜形成工艺。
背景技术
形成在SOI结构(绝缘体上的半导体)的衬底上的集成电路比在通常的硅晶片上形成的集成电路具有各种优点，例如(1)易于介质材料隔离，能够提高集成度，(2)优良的抗辐射性，(3)减少浮动电容，提高器件的工作速度，(4)省却了阱形成步骤，(5)防止了闩锁效应，以及(6)由于形成薄全耗尽型场效应晶体管从而提高了速度并降低了能量损耗。
形成SOI结构的衬底的方法公开在U.S.专利5,371,037中和T.Yonehara等人发表在Appl.Phys.Lett.，vol.64 2108(1994)的文章中。图16A到16E以及图17A到17D示出了工艺过程。在图中，数字1和5代表Si晶片，2为无孔Si层，3为多孔Si层，4为外延Si层，6为单晶Si层，7为Si氧化层。阳极氧化图16A中作为器件衬底的Si晶片1，以制备由无孔Si层2和形成于其上的多孔Si层3构成的衬底，如图16B所示。如图16C所示，外延层4形成在多孔Si层3的表面。单独地，如图16D所示，提供作为支撑衬底的Si晶片5，氧化表面形成由单晶Si层6和表面上的Si氧化层7构成的衬底，如图16E所示。将图16C中的衬底(2，3，4)翻转，并放置在图16E的衬底(6，7)上，使外延层4和Si氧化层7相对，如图17A所示。通过外延层4与Si氧化层7的粘接将两个衬底粘接起来，如图17B所示。然后从未粘接的层侧研磨机械地除去无孔Si层2，露出多孔Si层3，如图17C所示。使用选择性腐蚀多孔Si层3的腐蚀溶液，通过湿法腐蚀除去多孔Si层3，如图17D所示，从而得到外延层4厚度非常均匀的半导体的SOI衬底。
在以上制造SOI结构衬底的工艺中，通过研磨从图17B的衬底上除去无孔Si层2，得到图17C的衬底。因此，制造每一个SOI衬底都需要将衬底1处理成由无孔Si层2和多孔Si层3这两层中构成。日本特许公开No.7-302889公开了一种在SOI衬底制造工艺中重复使用无孔Si层2的方法。在该公开的工艺中，通过拉、挤、或剪切力、或将夹具插入到多孔Si层3中，在多孔Si层3处将SOI衬底的4，7，6部分与部分2分离，已分离的无孔Si层2可重复地用做图16A的Si晶片1。
现在，大多数的太阳能电池结构使用适用于大面积的非晶Si。然而，就太阳能电池的转换效率和寿命而言，单晶Si和多晶Si也很引人注目。日本特许公开No.8-213645公开了一种以低成本形成薄膜太阳能电池的工艺。在该工艺中，在Si晶片1上形成多孔Si层3；然后在其上外延生长用于太阳能电池层的p+型Si层21、p型Si层22以及n+型Si层23；在n+层23上形成保护层30；将夹具31粘接到Si晶片1的背面，并通过粘合剂34将夹具32粘接到保护层30的表面上；分别从相反的方向拉夹具31，32使多孔Si层3破裂，机械地分离出太阳能层21，22，23。太阳能电池层21，22，23插在两个塑料基片之间，形成弹性的薄膜太阳能电池。在该公开中提到了重复使用Si晶片1，并通过机械的方法或激光束照射在多孔Si层3的侧面边缘表面形成局部切口33。
在SOI衬底的制造中，以上提到的日本特许公开No.7-302889能够通过重复使用Si晶片来降低制造成本。然而，该方法在再现性方面并不令人满意。
在太阳能电池的制造中，以上日本特许公开No.8-213645公开的工艺不总是允许在多孔Si层处分离，因为这样有时在外延层中产生龟裂，从而降低了生产率。此外，该工艺通过机械的拽拉进行分离，这要求夹具和单晶Si层之间具有很强的粘力，而这不适于大量制造。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低成本形成薄膜的工艺，该工艺能够进行确定的晶片分离，能有效地利用晶片从而有效地使用资源，高生产率地制造如太阳能电池等的光电转换器件。
为解决以上问题进行综合性的研究后，本发明人发现了以下工艺。本发明形成薄膜的工艺包括从由无孔层、无孔层上的多孔层和多孔层上的无孔外延硅层构成的衬底上分离外延硅层，其特征在于：在从衬底侧面到衬底中心的方向上用激光束照射衬底侧面，使多孔层吸收激光束而导致破裂。
激光束最好聚焦到多孔层的侧面边缘表面上，使多孔层膨胀。最好通过阳极氧化Si晶片，在无孔层上形成多孔层。使真空夹具紧密接触与多孔层侧相反一侧的表面，对衬底施加轻微的力拉无孔层。
本发明中的激光束最好为准分子激光束。激光束可射到多孔层的多个位置。激光束可以通过柱面透镜线性地聚焦，并沿多孔层注入。
以上提到的低多孔层最好通过外延生长形成在多孔层上。外延层粘接到表面上至少有一个绝缘层的支撑衬底后，在多孔层处进行分离。除去留在外延层上的多孔层，利用外延层和绝缘层分别作为SOI衬底的半导体层和下绝缘层。最好通过氧化Si晶片的表面制备表面上至少有一个绝缘层的支撑衬底。反之，在外延层表面上形成绝缘层；将其粘接到支撑衬底上；在多孔层处进行分离；从外延层上除去余下的多孔层；以及将外延层和绝缘层分别用做SOI衬底的半导体层和下绝缘层。支撑衬底可以为表面已氧化的Si晶片或是石英衬底。
阳极氧化晶片形成多孔层后，随后用低电流密度阳极氧化形成低多孔层。将低多孔层粘接到支撑衬底后，进行分离，并将低多孔层用做光电转换器的光电转换层。光电转换层可由外延层制成。衬底和层最好由硅形成。
根据本发明，通过从衬底的侧面将激光束注入到多孔层的中心部分，使多孔层吸收激光束，可以很容易地制造许多单晶薄Si膜。由于激光束不会产生杂质玷污，因此所得的薄Si膜具有高质量，并且所得的SOI衬底也具有高质量。在SOI衬底的制造中，材料的浪费很少，因此降低了制造成本并节约了能源。制成的光电转换装置也具有高质量。在光电转换装置的制造中，同样材料的浪费很少，因此降低了制造成本并节约了能源。
附图说明
图1示出了实施例1中的分离步骤，其中激光束投射到多孔Si层。
图2示出了分离后的衬底。
图3示出了使用Si晶片作为实施例1中的基底材料制造SOI衬底的步骤。
图4示出了使用Si晶片作为实施例1中的基底材料制造SOI衬底的步骤制造出的SOI衬底。
图5A、5B、5C和5D示出了使用石英板作为实施例1中的基底材料制造SOI衬底的步骤。
图6A、6B、6C和6D示出了使用Si晶片作为实施例1中的基底材料制造SOI衬底的步骤。
图7A、7B、7C和7D示出了制造SOI衬底的步骤。
图8A、8B、8C和8D示出了制造SOI衬底的步骤。
图9示出了实施例2中的分离步骤，其中激光束投射到多孔Si层。
图10示出了实施例3中的分离步骤，其中激光束投射到多孔Si层。
图11示出了实施例4中的分离步骤，其中激光束投射到多孔Si层。
图12A、12B和12C示出了制造单晶Si太阳能电池的工艺。
图13示出了实施例5中的分离步骤，其中激光束投射到多孔Si层。
图14示出了分离后的衬底。
图15A为单晶Si太阳能电池的透视图，图15B为图15A的剖面图。
图16A、16B、16C、16D和16E示出了制造SOI衬底的步骤。
图17A、17B、17C和17D示出了制造SOI衬底的步骤。
图18示出了制造太阳能电池的常规工艺。
具体实施方式
下面参考实施例1-8说明本发明。实施例1-4介绍了SOI衬底的制造。实施例5-7介绍了如太阳能电池和面积传感器等的光电转换器的制造。实施例8介绍了离子注入形成用于分离的层的方法。本发明不仅覆盖介绍的实施例，而且包括这些实施例的组合。
在制造SOI衬底的实施例1中，使用激光束将要回收使用的晶片和SOI衬底在多孔层处分离。激光束与板形衬底平行地投射到侧表面(边缘表面)，调节激光强度使激光束到达衬底中心。激光束投射到相对较脆的层，例如孔隙率更大的层或具有微腔群的缺陷层，并在此被吸收。已吸收激光束的多孔脆性层变得更易碎，借此在脆性层处，多孔脆性层上的低多孔层与无孔层分离。在以下的实施例中详细地介绍激光束投射的方法。
实施例1
图1示出了该实施例的分离工艺。在图1中，使用了与图16A-16E和图17A-17D相同的参考数字。数字10表示透镜，11为光学显微镜，12为真空夹具，13为激光束。LS代表激光源，ATL代表分离前由层2，3，4，6和7构成的制品。激光束由激光源LS投射到多孔层3的侧壁。激光源LS为使用XeCl、KrF、ArF或类似物的高输出准分子激光器。输出容量优选300mJ/cm2到1mJ/cm2，最好约500mJ/cm2。准分子激光器发射UV光，所以透镜10由石英或能够透过UV光的萤石制成。使用该光学系统，激光束可以聚合到0.1μm的投射区域宽度。有必要使用光学显微镜11以确保激光束13精确地投射到0.1到0.3μm厚的多孔层3。由于多孔层3很脆，并且与无孔层2和作为低无孔层的外延层4相比，剥离时易于破裂，因此激光束13不必严格地仅投射到多孔层3。发射激光束13的激光源LS最好为高功率的准分子激光装置，但也可以为Ar激光器或YAG激光器。为了有助于层分离，如水、甲醇、乙醇以及异丙醇等的液体可以通过投射或吸附引入到多孔层3中。比例如Si等的固体有更大的热膨胀系数的液体通过膨胀有助于层分离。
作为衬底支架的真空夹具12具有一个存储气体的凹腔，在分离之前，通过对气体抽真空使无孔层2或单晶层6的外表面接触来支撑衬底ATL。在该实施例中，一对真空夹具12可以绕衬底的中心处的轴旋转，可使激光束13投射到多孔层3的整个侧壁。使用真空夹具12仅用于固定并旋转衬底，但也可以对衬底施加轻微的拉力，以有助于层分离。
激光束穿过多孔层3的侧壁接近衬底ATL的中心。通过吸收激光束多孔层3变得更易碎，这样不必使无孔部分破裂也可使衬底ATL分离。
通过分离，用于SOI衬底的衬底4，7，6和要回收的衬底2在多孔层3处相互分离。在图2中，多孔层的3’部分仍留在各个衬底的表面上(分离平面)。通过充分地减小阳极氧化形成的多孔层3的厚度，可使一个或两个衬底上几乎没有残留的部分。
下面介绍图1中所示的晶片分离的薄膜形成工艺。
首先制备用于粘结的衬底。图3为阳极氧化Si晶片的装置剖面图。数字1表示Si晶片，27为容器RV中盛装的氢氟酸型腐蚀溶液，28为金属正电极，29为金属负电极。要阳极氧化的Si晶片1优选p型，但也可以是低阻的n型。具有由光束投射形成的孔的n型晶片也很容易地制成多孔。在图3中，将电压施加到左侧的正电极28和右侧的负电极29之间，Si晶片1平行于两个电极放置，施加的电场垂直于腐蚀液中的Si晶片的表面。由此负电极29侧的晶片1制成多孔。使用浓氢氟酸(49％HF)作为氢氟酸型腐蚀溶液27。由于在Si晶片1表面产生气泡，最好将醇作为表面活性剂填加到腐蚀溶液27中除去气泡。醇包括甲醇、乙醇、丙醇和异丙醇。代替填加表面活性剂，也可以在阳极氧化期间用搅拌器搅拌溶液。
多孔层的厚度最好在0.1μm到30μm的范围内。
负电极29最好由抗氢氟酸腐蚀的材料制成，例如金(Au)和铂(Pt)。正电极28也最好由抗氢氟酸腐蚀的材料制成，但也可由通常使用的金属材料制成。进行阳极氧化的最大电流密度为几百mA/cm2或更小，但应该大于0mA/cm2。选择电流密度以便在所得的多孔Si层上形成高质量的外延层，并且在多孔层处易于进行分离。具体地，在阳极氧化中电流密度较大时，多孔Si层中的Si密度变低，并且孔的体积变大，它的孔隙率(孔的体积与多孔层的整个体积的比值)变大。尽管在Si层的内部形成有许多孔，但所得的多孔Si仍保持了它的单晶性。由于多孔Si层的单晶性，在其上可外延地生长另一个单晶Si层。
为形成没有叠层缺陷的外延Si层，在与外延Si层接触的部分处，多孔Si层的孔隙率最好较小。另一方面，为在多孔Si层处易于分离器件衬底和SOI衬底，多孔Si层的孔隙率最好较大。因此，理想地，多孔Si层的孔隙率在最外表面处较小，在靠近无孔Si层侧较大。图4为多孔Si层的理想状态的剖面图。多孔Si层3a即多孔Si层3的表面侧部分形成的孔隙率较小，多孔Si层3b即多孔Si层3的无孔Si层侧部分形成的孔隙率较大。要得到该结构，在较低的电流密度下进行阳极氧化的初始阶段，以制备3a部分，在较高的电流密度下进行阳极氧化的后面的阶段，以制备3b部分。对于该结构，衬底的分离仅在层3b处发生，在多孔Si层3a上形成没有叠层缺陷的外延Si层。外延Si层最好通过例如分子束外延生长、等离子CVD、低压CVD、光助(photo-assisted)CVD、偏置溅射、以及液相生长等的生长工艺形成。特别是，最好进行低温生长。
如上所述，显示在图5A中的Si晶片1在图5B所示的表面处制成多孔。由此Si晶片1成为由无孔Si层2和层叠于其上的多孔Si层3构成的结构。
随后，如图5C所示，在多孔Si层3上形成无孔外延Si层4。如果有必要，热氧化外延Si层4的表面形成厚度在0.05μm到2μm之间的Si氧化层8，如图5D所示。
如上所述，在粘接之前，处理称做初始晶片、粘接晶片、或器件衬底的衬底PW。
另一方面，按下面的介绍处理称做支撑晶片、基底晶片、或支撑衬底的衬底HW。
提供Si晶片，如果有必要，热氧化它的表面形成厚度为0.05到3μm的Si氧化膜。
下面参照图6A到6D介绍衬底的粘接和分离工艺。
使衬底PW的外延Si层4上的Si氧化层8的表面与衬底HW的Si氧化层7的表面相对，在室温下粘接两个面，如图6A所示。然后通过阳极粘接、按压、或热处理、或它们的组合增强Si氧化层8和Si氧化层7之间的粘接，形成包括粘接衬底的制品ATL，如图6B所示。
具有图6B所示结构的粘接的制品ATL放置在器件的一对真空夹具12之间，如图1所示。旋转制品ATL，将准分子激光束照射并聚焦在制品ATL的侧面的多孔Si层的部分上。投射的准分子激光束被整个多孔Si层吸收。以这种方式，从衬底HW处将衬底PW侧的无孔Si层2分离，如图6C所示。通过分离，外延Si层4转移到衬底HW的表面上。通过吸收激光束，破裂的多孔Si层3仍留在无孔Si层2和外延Si层4中的一个或两个上。图6C显示出仅留在外延Si层4上的多孔Si层3。
当多孔Si层3留在衬底HW的一侧上时，通过选择性腐蚀选择性的除去多孔Si层3。在选择性腐蚀中，使用如氢氟酸、氢氟酸与醇的混合物、以及氢氟酸与过氧化氢的水溶液的混合物等的腐蚀溶液非电解湿化学腐蚀多孔Si层多于腐蚀无孔Si层。特别是，使用氢氟酸与过氧化氢的混合物，多孔Si层与无孔Si层的选择性腐蚀比值高达约105。这样，在衬底HW的表面上留下均匀厚度的外延Si层4。由此在绝缘层上形成具有非常均匀的半导体层4的SOI衬底，如图6D所示。
已分离的无孔层2可再用做初始晶片制造另一个SOI衬底。
在该实施例制造SOI衬底的工艺中，支撑衬底可以为完全的绝缘衬底，例如玻璃衬底和石英衬底。图7A到7D示出了使用石英衬底作为支撑衬底制造SOI衬底的步骤。以参考图5A到5D介绍的相同方式制备图7A中上侧的器件衬底PW。石英衬底9作为支撑衬底HW与Si氧化层8相对，并通过阳极粘接、按压、或热处理、或它们的组合紧紧地粘接，如图7B所示。然后，用以前介绍的相同方式投射激光束分离两个衬底。外延Si层4和多孔Si层3转移到石英衬底9上，如图7C所示。用以上提到的方式选择性的除去留下的多孔Si层3。因此得到由石英基板9和其上形成有无孔单晶薄Si膜4构成的SOI衬底，如图7D所示。
在该实施例的制备SOI衬底的另一个工艺中，Si晶片用做支撑衬底，通过在器件衬底侧上的外延Si层上形成Si氧化层，不必在Si晶片侧形成Si氧化层，就可以形成SOI结构的绝缘层。图8A到8D示出了该工艺。以参考图5介绍的相同方式制备图8A中上边的器件衬底。Si晶片的单晶Si层5的表面与Si氧化层8的表面相对，并粘接其上。通过阳极粘接、按压、或热处理、或它们的组合可以增强粘接。因此得到图8B所示的制品ATL。通过图1所示的装置，制品ATL在多孔Si层处分离，将无孔单晶薄Si的外延Si层4转移到作为支撑衬底的无孔Si层5上。如果如图8C所示多孔Si层3留在支撑衬底HW的外延Si层4上，可以通过以上提到的方法选择性的除去。因此得到图8D所示的SOI衬底。
实施例2
该实施例中利用准分子激光束在多孔Si层处分离将回收的Si晶片和将被处理成SOI衬底的衬底来制作SOI衬底。准分子激光束聚焦在一个点，并能扫描固定的衬底板。
图9示出了分离步骤。激光束用透镜10聚焦在制品ATL的侧面，并借助导板14沿周边扫描。和图1中相同的部分使用了相同的参考数字。在该实施例中，作为无孔层和无孔Si层2构成制品ATL的单晶Si层6由夹具12从外部固定。来自准分子激光束装置的激光束13通过透镜10聚焦并投射到多孔Si层3的侧壁的一个点上。透镜10可和激光束13一起移动进行扫描，在多孔Si层3处将包括层4，7，6的SOI衬底与衬底2分离，在制造步骤中回收使用衬底2。在层6，7上得到低多孔层4。其它的步骤和材料与实施例1中的相同。
实施例3
利用准分子激光束在多孔Si层处将要回收使用的Si晶片和SOI衬底分离，制成该实施例中的SOI衬底。准分子激光束通过柱面透镜线性地聚焦，并沿多孔Si层的侧面投射。
图10示出了分离步骤。数字15代表柱面透镜，和图1中相同的部分使用了相同的参考数字。在垂直方向内线性地聚焦激光束，有效地投射到具有0.1到30μm极小厚度的多孔Si层3的侧面。代替柱面透镜15，可以使用复曲面透镜将线性聚焦的激光束投射到多孔Si层3弯曲的侧壁上。其它的步骤与实施例1中的相同。
实施例4
利用准分子激光束在多孔Si层处将要回收使用的Si晶片和SOI衬底分离，制成该实施例中的SOI衬底。准分子激光束通过柱面透镜线性地聚焦，并沿多孔Si层的端面投射。如图11所示，在激光束的射程中，激光分成四束，激光束13分别通过四个柱面透镜15从四个方向沿多孔Si层3的端面投射。在该实施例中，单晶Si层6和无孔Si层2由夹具12从外面固定。其它的步骤与实施例1中的相同。
实施例5
在该实施例中制造太阳能电池。图12A到12C示出了形成用于将光能转换成电能的光电转换层的步骤。如图12A所示提供p型Si晶片1。通过以前参考图3介绍的阳极氧化，将Si晶片1的表面制成多孔，以制备由晶片1的无孔Si层2和形成于其上的多孔Si层3构成的衬底，如图12B所示。通过分子束外延生长、等离子CVD、低压CVD、光助CVD、偏置溅射、以及液晶生长法、或类似的方法，在多孔Si层3上形成用做光电转换器18的外延Si层，以制备衬底PW。
添加掺杂剂生长外延Si层，用做光电转换层。由此，以n+层、p-层以及p+层的顺序在多孔Si层3上形成叠层，使外延层具有PN结。外延生长的光电转换层18的p+层表面，粘接并连接到初步形成在塑料基片17的表面上的金属电极16的背侧。然后真空夹具12与无孔Si层2的外部紧密接触。来自准分子激光束装置的激光束13通过透镜10聚焦并投射到多孔Si层3上。虽然在图13中激光聚焦到一个点，但激光束可以实施例1到4中介绍的任何方式投射。以这种方式，用做太阳能电池的衬底HW与衬底PW在多孔Si层3处分离，并再回收到制造工艺中，如图14所示。
在光电转换层18的表面上形成网状的表面金属电极19，如图15A所示。导线24连接到表面金属电极19和背侧金属电极16。在表面金属电极19上形成保护层20。图15B为沿图15A的15B-15B取出的剖面图。光电转换层18由与表面金属电极19接触的n+层23、p层22以及与背侧金属电极16接触的p+层21组成，并以此顺序从上边开始排列。在图15A和15B中，表面金属电极19显示为网形，以透光。然而，也可以用如材料ITO制成的透明电极代替。背侧金属电极16也可用做背侧反射镜，将未吸收的透过光反射回光电转换层18，因此背侧金属电极16最好由高反射率的金属材料制成。
根据该实施例，从一个Si晶片可以制造许多单晶薄膜的太阳能电池。因此，在转换效率、电池寿命以及制造成本方面，该实施例很有利。此外，将激光束投射到多孔Si层使晶体热膨胀和变形将衬底分离，而不必使用很大的拉力，不需要衬底和夹具或类似物之间很强的粘接。同样从这一点来看，该实施例的工艺在制造成本方面很有利。
实施例6
在该实施例中同样制造太阳能电池。在以上的实施例5中，光电转换层18由形成在多孔Si层3上的外延Si层组成，而在该实施例中，利用本身为小孔隙率的多孔Si层作为光电转换层18。在实施例1中，介绍改变阳极氧化中的电流密度可改变多孔Si层的孔隙率。具体地，在参考图3介绍的阳极氧化中，由电极28流向电极29的较高的电流密度使形成在Si晶片1上的多孔Si层的孔隙率变大，而较低的电流密度使多孔率变小。借助该现象，控制电流密度变低形成较小孔隙率的多孔Si层，p+型Si晶片1的表面可制成多孔，在其下的无孔层2上形成较大孔隙率的多孔Si层3b。将如P和As的施主离子注入到多孔Si层3a的最外层，使最外层变为n型，由此形成具有PN结小孔隙率的多孔Si层的光电转换层。
此后，将较小孔隙率的多孔Si层作为光电转换层粘接到背金属电极16，如图13所示。与实施例5相同的方式进行其它步骤。
根据该实施例，从一个Si晶片可以制造许多单晶薄膜的太阳能电池。因此，在转换效率、电池寿命以及制造成本方面，该实施例很有利。此外，在该实施例的工艺中不进行外延生长，因此制造成本低于实施例5。光电转换层18由保持单晶性具有较小孔隙率的多孔Si层组成，通过孔光被适当地散射，产生高转换效率。
实施例7
制造面积传感器。在该实施例中，以实施例5或6相同的方式由Si晶片形成单晶薄膜的光电转换层。在该光电转换层上，两维地设置光学传感器，并形成矩阵布线。例如通过代替图15A和15B中的表面金属电极19设置行布线，代替图15A和15B中的背金属电极16设置线布线，形成矩阵布线。由于一个Si晶片可以制造许多单晶薄膜的面积传感器，所以在转换效率、电池寿命、制造成本、增大面积等等方面，该实施例很有利。
实施例8
制备Si晶片作为一个衬底。在Si晶片的整个表面上，通过离子注入机将氢离子或稀有气体的离子注入预定的深度，在Si晶片的内部形成微腔群构成的缺陷层。
单独地，制备另一个Si晶片作为支撑衬底。氧化该支撑衬底的表面，并粘接到具有微腔缺陷层的上述Si晶片的表面上。
以图1，9，11或13中的方式在制品侧面的微腔缺陷层附近准分子激光束投射到粘接的晶片制品。由此，通过吸收准分子激光束，缺陷层变得更易脆。然后，两个晶片分离。
以这种方式，一个衬底Si层的缺陷层上的单晶Si层转移到另一个衬底的硅氧化膜上。通过离子注入形成微腔群的内容在U.S.5,374,564中有详细的介绍。
以上说明是以Si晶片作为例子，但除了Si本发明同样适用其它半导体，例如SiGe、Ge、SiC、GaAs以及InP。

Claims (30)

1.一种薄膜形成工艺，包括以下步骤：
从由无孔层(2)、无孔层上的多孔层(3)和多孔层上的无孔外延硅层(4)构成的衬底上分离外延硅层，其特征在于：在从衬底侧面到衬底中心的方向上用激光束照射衬底侧面，使多孔层吸收激光束而导致破裂。
2.根据权利要求1的薄膜形成工艺，其中将激光束聚焦到多孔层的侧面上，使多孔层膨胀进行分离。
3.根据权利要求1的薄膜形成工艺，其中通过阳极氧化Si晶片，在无孔层上形成多孔层。
4.根据权利要求1的薄膜形成工艺，其中激光束投射到多孔层的多个位置。
5.根据权利要求1的薄膜形成工艺，其中使真空夹具紧密接触无孔层的与多孔层相反的表面，通过真空夹具对衬底施加轻微的拉力。
6.根据权利要求1的薄膜形成工艺，其中激光束为准分子激光束。
7.根据权利要求1的薄膜形成工艺，其中激光束通过柱面透镜线性地聚焦，并沿多孔层注入已线性聚焦的激光束。
8.根据权利要求3的薄膜形成工艺，其中多孔层具有第1多孔层(3a)和第2多孔层(3b)，第1多孔层位于面对外延硅层一侧，第2多孔层位于面对无孔层一侧，用于形成第1多孔层的电流密度比用于形成第2多孔层的电流密度低，且第1多孔层的孔隙率小于第2多孔层的孔隙率。
9.根据权利要求8的薄膜形成工艺，其中无孔外延层粘接到支撑衬底，二者间夹有一绝缘层，在多孔层处进行分离，除去留在无孔外延层上的多孔层，利用无孔外延层和绝缘层分别作为SOI衬底的半导体层和下绝缘层。
10.根据权利要求9的薄膜形成工艺，其中支撑衬底为表面已氧化的Si晶片，绝缘层为氧化的表面。
11.根据权利要求8的薄膜形成工艺，其中在无孔外延层上形成绝缘层，将无孔外延层粘接到支撑衬底上，在多孔层处进行分离，从无孔外延层上除去余下的多孔层，并将无孔外延层和绝缘层分别用做SOI衬底的半导体层和下绝缘层。
12.根据权利要求11的薄膜形成工艺，其中支撑衬底为石英衬底。
13.根据权利要求11的薄膜形成工艺，其中支撑衬底为氧化Si晶片的表面制成的衬底。
14.根据权利要求3的薄膜形成工艺，其中通过阳极氧化，用比形成多孔层低的电流密度阳极氧化Si晶片形成低多孔层。
15.根据权利要求8或14的薄膜形成工艺，其中将低多孔层粘接到支撑衬底后，在多孔层处进行分离，并将低多孔层用做光电转换器的光电转换层。
16.根据权利要求1的薄膜形成工艺，其中无孔层、多孔层以及低多孔层分别由硅组成。
17.根据权利要求16的薄膜形成工艺，其中将激光束聚焦到多孔层的侧面上，使多孔层膨胀进行分离。
18.根据权利要求16的薄膜形成工艺，其中通过阳极氧化Si晶片，在无孔层上形成多孔层。
19.根据权利要求16的薄膜形成工艺，其中激光束投射到多孔层的多个位置。
20.根据权利要求16的薄膜形成工艺，其中使真空夹具紧密接触无孔层的与多孔层相反的一面，通过真空夹具对衬底施加轻微的拉力。
21.根据权利要求16的薄膜形成工艺，其中激光束为准分子激光束。
22.根据权利要求16的薄膜形成工艺，其中激光束通过柱面透镜线性地聚焦，并沿多孔层注入线性聚焦后的激光束。
23.根据权利要求18的薄膜形成工艺，其中低多孔层为通过外延生长形成在多孔层上的无孔外延层。
24.根据权利要求23的薄膜形成工艺，其中外延层粘接到表面上至少有一个绝缘层的支撑衬底后，在多孔层处进行分离，除去留在外延层上的多孔层，利用外延层和绝缘层分别作为SOI衬底的半导体层和下绝缘层。
25.根据权利要求24的薄膜形成工艺，其中表面上至少有一个绝缘层的支撑衬底为表面已氧化的Si晶片。
26.根据权利要求23的薄膜形成工艺，其中在外延层上形成绝缘层，将外延层粘接到支撑衬底上，在多孔层处进行分离，从外延层上除去余下的多孔层，并将外延层和绝缘层分别用做SOI衬底的半导体层和下绝缘层。
27.根据权利要求26的薄膜形成工艺，其中支撑衬底为石英衬底。
28.根据权利要求26的薄膜形成工艺，其中支撑衬底为氧化Si晶片的表面制成的衬底。
29.根据权利要求18的薄膜形成工艺，其中通过阳极氧化，用比形成多孔层低的电流密度阳极氧化Si晶片形成低多孔层。
30.根据权利要求18或29的薄膜形成工艺，其中将低多孔层粘接到支撑衬底后，在多孔层处进行分离，并将低多孔层用做光电转换器的光电转换层。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7148119B1 (en) * 1994-03-10 2006-12-12 Canon Kabushiki Kaisha Process for production of semiconductor substrate
US6418999B1 (en) 1997-12-26 2002-07-16 Cannon Kabushiki Kaisha Sample separating apparatus and method, and substrate manufacturing method
JP3500063B2 (ja) * 1998-04-23 2004-02-23 信越半導体株式会社 剥離ウエーハを再利用する方法および再利用に供されるシリコンウエーハ
TW484184B (en) * 1998-11-06 2002-04-21 Canon Kk Sample separating apparatus and method, and substrate manufacturing method
JP4313874B2 (ja) * 1999-02-02 2009-08-12 キヤノン株式会社 基板の製造方法
US6602767B2 (en) 2000-01-27 2003-08-05 Canon Kabushiki Kaisha Method for transferring porous layer, method for making semiconductor devices, and method for making solar battery
JP3982218B2 (ja) * 2001-02-07 2007-09-26 ソニー株式会社 半導体装置およびその製造方法
DE102004060363B4 (de) * 2004-12-15 2010-12-16 Austriamicrosystems Ag Halbleitersubstrat mit pn-Übergang und Verfahren zur Herstellung
US7429521B2 (en) * 2006-03-30 2008-09-30 Intel Corporation Capillary underfill of stacked wafers
DE102007021991B4 (de) * 2007-05-10 2015-03-26 Infineon Technologies Austria Ag Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements durch Ausbilden einer porösen Zwischenschicht
US9409383B2 (en) * 2008-12-22 2016-08-09 Apple Inc. Layer-specific energy distribution delamination
US8242591B2 (en) 2009-08-13 2012-08-14 International Business Machines Corporation Electrostatic chucking of an insulator handle substrate
DE102009053262A1 (de) * 2009-11-13 2011-05-19 Institut Für Solarenergieforschung Gmbh Verfahren zum Bilden von dünnen Halbleiterschichtsubstraten sowie Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, insbesondere einer Solarzelle, mit einem solchen Halbleiterschichtsubstrat
US8945344B2 (en) * 2012-07-20 2015-02-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Systems and methods of separating bonded wafers
US9721896B2 (en) * 2015-09-11 2017-08-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Interconnection structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using the same
WO2017223296A1 (en) * 2016-06-24 2017-12-28 Crystal Solar Inc. Semiconductor layer separation from single crystal silicon substrate by infrared irradiation of porous silicon separation layer
DE102019114328B4 (de) * 2018-05-31 2022-03-03 Rohm Co. Ltd Halbleitersubstratstruktur und leistungshalbleitervorrichtung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08213645A (ja) * 1995-02-02 1996-08-20 Sony Corp 基体から素子形成層を分離する方法
US5559043A (en) * 1994-01-26 1996-09-24 Commissariat A L'energie Atomique Method for placing semiconductive plates on a support
EP0753886A1 (en) * 1995-07-13 1997-01-15 Canon Kabushiki Kaisha Process for producing semiconductor substrate

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE143981C (zh) *
US4237150A (en) * 1979-04-18 1980-12-02 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method of producing hydrogenated amorphous silicon film
US4392011A (en) * 1980-04-30 1983-07-05 Rca Corporation Solar cell structure incorporating a novel single crystal silicon material
DE69006353T2 (de) * 1990-05-25 1994-06-23 Ibm Verfahren und Vorrichtung zum Spalten von Halbleiterplatten und Bekleiden der gespalteten Facetten.
ATE217447T1 (de) * 1990-08-03 2002-05-15 Canon Kk Verfahren zur herstellung eines halbleiterkörpers
FR2681472B1 (fr) * 1991-09-18 1993-10-29 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication de films minces de materiau semiconducteur.
US5371564A (en) * 1992-03-09 1994-12-06 Nikon Corporation Shutter device in a camera
TW330313B (en) * 1993-12-28 1998-04-21 Canon Kk A semiconductor substrate and process for producing same
JP3257580B2 (ja) * 1994-03-10 2002-02-18 キヤノン株式会社 半導体基板の作製方法
FR2725074B1 (fr) 1994-09-22 1996-12-20 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'une structure comportant une couche mince semi-conductrice sur un substrat
JP2689935B2 (ja) * 1995-02-01 1997-12-10 日本電気株式会社 半導体薄膜形成方法
JPH0929472A (ja) * 1995-07-14 1997-02-04 Hitachi Ltd 割断方法、割断装置及びチップ材料
CN1132223C (zh) 1995-10-06 2003-12-24 佳能株式会社 半导体衬底及其制造方法
JPH09115833A (ja) * 1995-10-07 1997-05-02 Hyundai Electron Ind Co Ltd 半導体素子のポリシリコン膜製造方法
WO1997029509A1 (en) * 1996-02-09 1997-08-14 Philips Electronics N.V. Laser separation of semiconductor elements formed in a wafer of semiconductor material
FR2748851B1 (fr) * 1996-05-15 1998-08-07 Commissariat Energie Atomique Procede de realisation d'une couche mince de materiau semiconducteur
SG54593A1 (en) * 1996-11-15 1998-11-16 Canon Kk Method of manufacturing semiconductor article
US6054363A (en) 1996-11-15 2000-04-25 Canon Kabushiki Kaisha Method of manufacturing semiconductor article
SG55413A1 (en) 1996-11-15 1998-12-21 Method Of Manufacturing Semico Method of manufacturing semiconductor article
SG65697A1 (en) * 1996-11-15 1999-06-22 Canon Kk Process for producing semiconductor article
CA2225131C (en) 1996-12-18 2002-01-01 Canon Kabushiki Kaisha Process for producing semiconductor article
US6162705A (en) 1997-05-12 2000-12-19 Silicon Genesis Corporation Controlled cleavage process and resulting device using beta annealing
US6033974A (en) 1997-05-12 2000-03-07 Silicon Genesis Corporation Method for controlled cleaving process

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5559043A (en) * 1994-01-26 1996-09-24 Commissariat A L'energie Atomique Method for placing semiconductive plates on a support
JPH08213645A (ja) * 1995-02-02 1996-08-20 Sony Corp 基体から素子形成層を分離する方法
EP0753886A1 (en) * 1995-07-13 1997-01-15 Canon Kabushiki Kaisha Process for producing semiconductor substrate

Also Published As

Publication number Publication date
EP0867920A2 (en) 1998-09-30
CA2233028A1 (en) 1998-09-26
ATE275288T1 (de) 2004-09-15
KR19980080550A (ko) 1998-11-25
AU731697B2 (en) 2001-04-05
US6133112A (en) 2000-10-17
EP0867920A3 (en) 1999-06-16
US6534383B1 (en) 2003-03-18
DE69825928T2 (de) 2005-09-08
TW398038B (en) 2000-07-11
KR100345354B1 (ko) 2002-09-18
CA2233028C (en) 2002-08-20
CN1195880A (zh) 1998-10-14
DE69825928D1 (de) 2004-10-07
EP0867920B1 (en) 2004-09-01
SG71094A1 (en) 2000-03-21
AU5951998A (en) 1998-10-01

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