DE102012209887B4

DE102012209887B4 - Abplatzverfahren zur Bildung einer Mehrfach-Photovoltaikstruktur

Info

Publication number: DE102012209887B4
Application number: DE102012209887.9A
Authority: DE
Inventors: Stephen W. Bedell; Devendra K. Sadana; Davood Shahrjerdi
Original assignee: GlobalFoundries Inc
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2016-06-23
Anticipated expiration: 2032-06-14
Also published as: GB2492439B; DE102012209887A1; GB2492439A; US8927318B2; GB201206930D0; US20150068604A1; CN102832117B; CN102832117A; US20120318334A1

Abstract

Verfahren zum Spalten eines Halbleitermaterials, welches folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Germaniumsubstrats, wobei eine Germanium- und Zinnlegierungsschicht innerhalb des Germaniumsubstrats vorliegt; Abscheiden einer eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht auf dem Germaniumsubstrat; Anlegen einer mechanischen Spannung aus der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht an das Germaniumsubstrat, wobei die mechanische Spannung das Germaniumsubstrat spaltet, um eine Spaltoberfläche bereitzustellen, wobei die Germanium- und Zinnlegierungsschicht zwischen der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht und der Spaltoberfläche des Germaniumsubstrats liegt; und selektives Ätzen der Spaltoberfläche des Germaniumsubstrats bis zur Germanium- und Zinnlegierungsschicht des Germaniumsubstrats.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Photovoltaikeinheiten und insbesondere Verfahren zum Steuern des Ablösens einer Oberflächenschicht von einem Substrat mittels Abplatzen.
Eine Photovoltaikeinheit ist eine Einheit, welche die Energie auftreffender Photonen in elektromotorische Kraft (EMK) umwandelt. Übliche Photovoltaikeinheiten enthalten Solarzellen, welche so konfiguriert sind, dass sie die Energie in der elektromagnetischen Strahlung von der Sonne in elektrische Energie umwandeln. Verbindungshalbleiter enthaltende Mehrfach-Solarzellen können aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads und ihrer Strahlungsbeständigkeit zur Stromerzeugung im Weltraum verwendet werden. Mehrfach-Solarzellen werden aufgrund der inhärent starken (IR-)Absorptionseigenschaft von Germanium (Ge) hauptsächlich auf Germanium-(Ge-)Substraten gefertigt. Außerdem hat Germanium (Ge) eine Kristallstruktur, die hinsichtlich des Gitters zu III-V-Verbindungshalbleitern passen kann, was eine Eingliederung von III-V-Teilzellen auf einem Germanium-(Ge-)Substrat gestattet. Das Germanium-(Ge-)Substrat kann annähernd 50% bis 70% der Gesamtkosten der fertigen Solarzelle ausmachen.
In der Photovoltaik-Industrie gibt es eine Tendenz, bei gleichzeitiger Maximierung des Wirkungsgrads der Energieumwandlung die Menge an zur Herstellung von Solarzellen verwendetem Halbleiterwerkstoff immer weiter zu minimieren. Die mit der Produktion von Halbleiterwerkstoffen verbundenen hohen Kosten verschlechtern die Kosten pro Watt einer gegebenen Photovoltaik-Technologie. Außerdem kann teures Halbleitermaterial, das nicht zur Energieumwandlung beiträgt, als Verschwendung auf der Ebene der Einheiten angesehen werden.
Die US 2011/0 048 517 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrfachsolarzelle, welches folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Stapels von Übergängen auf einem Substrat, wobei jeder Übergang eine jeweilige Bandlücke aufweist und die Übergänge nach ihren jeweiligen Bandlücken in dem Stapel so angeordnet sind, dass sich der Übergang mit einer kleinsten (größten) Bandlücke an einer Oberseite (Unterseite) des Stapels befindet; Bereitstellen einer Metallschicht mit einer Zugspannung auf einer Oberseite des Übergangs mit der kleinsten Bandlücke; Anhaften eines flexiblen Substrats an der Metallschicht; und Abspalten einer Halbleiterschicht von dem Substrat an einem Riss in dem Substrat, wobei der Riss durch die Zugspannung erzeugt wird.
Die US 2010/0 180 945 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Solarzellen. Im Verfahren wird ein Trägersubstrat verwendet, auf dessen Oberfläche eine Abspaltungsschicht ausgebildet wird. Danach wird eine erste Dicke eines Halbleitermaterials an die Abspaltungsschicht von einem Donatorsubstrat übertragen. Ferner wird eine zweite Dicke des Halbleitermaterials auf der ersten Dicke des Halbleitermaterials ausgebildet. Eine gesamte Dicke des Halbleitermaterials wird von der Abspaltungsschicht abgespaltet.
ÜBERBLICK
In einer bestimmten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Spalten eines Halbleitermaterials wie eines Germaniumsubstrats bereit, um mindestens eine Komponente einer Photovoltaikzelle bereitzustellen. In einer bestimmten Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Spalten eines Halbleitermaterials das Bereitstellen eines Germaniumsubstrats, wobei eine Germanium- und Zinnlegierungsschicht innerhalb des Germaniumsubstrats vorliegt. Eine eine mechanische Spannung erzeugende Schicht kann auf einer Oberfläche, die auf dem Germaniumsubstrat vorliegt, abgeschieden werden. Eine mechanische Spannung aus der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht kann an das Germaniumsubstrat angelegt werden, wobei die mechanische Spannung das Germaniumsubstrat spaltet, um eine Spaltoberfläche zu schaffen. Die Germanium- und Zinnlegierungsschicht liegt zwischen der Oberfläche des Germaniumsubstrats, auf welcher die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht gebildet ist, und der Spaltoberfläche des Germaniumsubstrats. Die Spaltoberfläche des Germaniumsubstrats kann dann selektiv bis zur Germanium- und Zinnlegierungsschicht des Germaniumsubstrats geätzt werden. In einigen Ausführungsformen verwendet das oben beschriebene Verfahren die Germanium- und Zinnlegierungsschicht als einen Ätzstopp, um die Spaltoberfläche zu entfernen und um eine Dickenschwankung im Germaniumsubstrat, die aus der Spaltoberfläche resultiert, zu beseitigen.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Spalten eines Halbleitermaterials bereitgestellt, welches das Bereitstellen eines Germaniumsubstrats umfasst, wobei eine Germanium- und Zinnlegierungsschicht innerhalb des Germaniumsubstrats vorliegt. Die Germanium-/Zinnlegierungsschicht kann geschwächt werden, wobei das Schwächen der Germanium-/Zinnlegierungsschicht das Behandeln des Germaniumsubstrats mit einem Wasserstoff enthaltenden Gas, einer Wasserstoff enthaltenden Säure oder einer Kombination davon umfasst, wobei Wasserstoff aus dem Wasserstoff enthaltenden Gas, der Wasserstoff enthaltenden Säure oder der Kombination davon in die Germanium-/Zinnlegierungsschicht diffundiert, um die Bindungsstruktur innerhalb der Germanium-/Zinnlegierungsschicht zu schwächen. Eine eine mechanische Spannung erzeugende Schicht kann auf einer Oberfläche, welche auf dem Germaniumsubstrat vorliegt, abgeschieden werden. Eine mechanische Spannung aus der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht wird an das Germaniumsubstrat angelegt, wobei die mechanische Spannung das Germaniumsubstrat entlang der Germanium- und Zinnlegierungsschicht spaltet. In einigen Ausführungsformen verwendet das oben beschriebene Verfahren die Germanium- und Zinnlegierungsschicht als eine Spaltschicht, um die Tiefe vorzugeben, bei welcher das Germaniumsubstrat abplatzen kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die folgende ausführliche Beschreibung, die lediglich als Beispiel dient und die Erfindung nicht allein darauf begrenzen soll, lässt sich am besten in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente und Teile bezeichnen, verstehen:
1 ist eine seitliche Schnittansicht, welche ein Germaniumsubstrat, in welchem eine Germanium- und Zinnlegierungsschicht vorliegt, wie in einer bestimmten Ausführungsform eines Verfahrens zum Bilden einer Photovoltaikeinheit verwendet, gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
2A ist eine seitliche Schnittansicht, welche die Abscheidung einer eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht direkt auf einer Oberfläche des Germaniumsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2B ist eine seitliche Schnittansicht, welche die Abscheidung einer Passivierungsschicht, einer Rückseitenfeldschicht, einer Tunnelschicht oder einer III-V-Solarzelle oder einer Kombination beliebig vieler davon auf dem Germaniumsubstrat vor der Abscheidung der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die 3A und 3B sind seitliche Schnittansichten, welche das Anlegen einer mechanischen Spannung aus der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht an das Germaniumsubstrat, wobei die mechanische Spannung das Germaniumsubstrat spaltet, um eine Spaltoberfläche bereitzustellen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
Die 4A und 4B sind seitliche Schnittansichten, welche das selektive Ätzen der Spaltoberfläche des Germaniumsubstrats bis zur Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
Die 5A und 5B sind seitliche Schnittansichten, welche das Entfernen der Germanium- und Zinnlegierungsschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
Die 6A und 6B sind seitliche Schnittansichten, welche das Schwächen der Germanium- und Zinnlegierungsschicht vor dem Anlegen einer mechanischen Spannung aus der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht an das Germaniumsubstrat darstellen, wobei in dieser Ausführungsform die Germanium- und Zinnlegierungsschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Bruchebene bereitstellt.
Die 7A und 7B sind seitliche Schnittansichten, welche das Anlegen einer mechanischen Spannung aus der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht an das in den 6A und 6B gezeigte Germaniumsubstrat darstellen, wobei die mechanische Spannung das Germaniumsubstrat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Germanium- und Zinnlegierungsschicht spaltet.
Die 8A und 8B sind seitliche Schnittansichten, welche das Entfernen des Restteils der Germanium- und Zinnlegierungsschicht von der in den 7A und 7B dargestellten Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
Die 9A und 9B sind seitliche Schnittansichten, welche das Bilden einer Photovoltaikeinheit auf dem Restteil des Germaniumsubstrats, welcher aus den in den 1 bis 8B dargestellten Verfahrensfolgen resultiert, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hierin werden ausführliche Ausführungsformen der beanspruchten Strukturen und Verfahren offenbart; jedoch versteht es sich von selbst, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich zur Veranschaulichung der beanspruchten Strukturen und Verfahren dienen, welche in verschiedenen Formen verkörpert sein können. Außerdem ist jedes einzelne der in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen angegebenen Beispiele als erläuternd und nicht einschränkend zu verstehen. Überdies sind die Figuren nicht unbedingt maßstabsgerecht, und einige Merkmale können übertrieben dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Mithin sind hierin offenbarte spezielle strukturelle und funktionale Einzelheiten nicht als begrenzend, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage zum Unterweisen eines Fachmanns, die Verfahren und Strukturen der vorliegenden Erfindung verschiedenartig anzuwenden, aufzufassen.
In der Beschreibung stehende Bezugnahmen auf „eine bestimmte Ausführungsform”, „eine Ausführungsform”, „eine beispielhafte Ausführungsform” usw. bedeuten, dass die beschriebene Ausführungsform ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft aufweisen kann, aber nicht jede Ausführungsform unbedingt das bestimmte Merkmal, die bestimmte Struktur oder die bestimmte Eigenschaft aufweisen muss. Überdies beziehen sich solche Ausdrücke nicht unbedingt auf dieselbe Ausführungsform. Wenn ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben ist, wird ferner vorausgesetzt, dass ein Fachmann in der Lage ist, ein solches Merkmal, eine solche Struktur oder eine solche Eigenschaft in Verbindung mit anderen Ausführungsformen, ganz gleich ob diese ausdrücklich beschrieben sind oder nicht, anzuwenden.
Zu Zwecken der Beschreibung beziehen sich im Folgenden die Begriffe „oberer”, „unterer”, „linker”, „rechter”, „senkrechter”, „waagerechter”, „oberster”, „unterster” und davon abgeleitete Formen auf die Erfindung, so wie sie in den Zeichnungen orientiert ist. Die Begriffe „auf”, „darüberliegend”, „oben auf”, „auf ... positioniert” oder „oben auf ... positioniert” bedeuten, dass ein erstes Element wie eine erste Struktur auf einem zweiten Element wie einer zweiten Struktur vorliegt, wobei dazwischenliegende Elemente wie eine Grenzflächenstruktur, z. B. eine Grenzflächenschicht, zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element vorliegen können. Die Begriffe „direkt auf”, „direkter Kontakt” bedeuten, dass ein erstes Element wie eine erste Struktur und ein zweites Element wie eine zweite Struktur ohne jede leitende, isolierende oder halbleitende Schicht an der Grenzfläche der zwei Elemente verbunden sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft den Einsatz von Abplatzverfahren bei der Herstellung von Photovoltaikeinheiten, wobei die offenbarten Abplatzverfahren eine Schicht aus einer Legierung aus Zinn und Germanium in ein Germaniumsubstrat einbringen, um Rissbeginn und Rissausbreitung weiter zu steuern und die Selektivität der Abplatztiefen in Halbleiterschichten wie Germanium-(Ge-)Substraten zu erhöhen. Wie hierin verwendet, ist eine „Photovoltaikeinheit” eine Einheit wie eine Solarzelle, die freie Elektronen und/oder Leerstellen, d. h. Löcher, erzeugt, wenn sie einer Strahlung wie Licht ausgesetzt ist, was die Erzeugung eines elektrischen Stroms zur Folge hat. Die Photovoltaikeinheit enthält üblicherweise p-leitende und n-leitende Schichten, die eine gemeinsame Grenzfläche haben, um einen Heteroübergang bereitzustellen.
Zu den leistungsfähigeren Werkstoffen für Photovoltaik-Anwendungen zählen III-V-Verbindungshalbleiterwerkstoffe wie Galliumarsenid (GaAs). Das Stapeln von Schichten dünner Verbindungshalbleiter zur Bereitstellung von p-n-Übergängen verschiedener Zusammensetzungen (und Bandlücken) kann ermöglichen, dass ein breiterer Teil des Sonnenlichtspektrums durch eine Photovoltaikeinheit aufgefangen werden kann, was einen höheren Wirkungsgrad zur Folge hat. Germanium kann als das Substrat verwendet werden, auf welchem die Verbindungshalbleiterschichten wie III-V-Verbindungshalbleiter aufwachsen. Germanium dient üblicherweise als der unterste Übergang der Photovoltaikeinheit und fängt aufgrund seiner kleinen Bandlücke den längerwelligen Teil des Sonnenlichtspektrums auf.
Germanium-Einkristallsubstrate sind energieaufwendig herzustellen und teuer. Nachdem ein Teil der Photovoltaikzelle auf einem Germaniumsubstrat gebildet wurde, kann der Teil des Germaniumsubstrats, der verarbeitet wurde, um eine Photovoltaikzelle bereitzustellen, auf ein preiswertes Substrat versetzt werden, wobei der Teil des Germaniumsubstrats, der nicht verarbeitet wurde, dann bei der Bildung einer weiteren Photovoltaikzelle verwendet werden kann. Abplatzenlassen ist ein Verfahren zum Spalten des Germaniumsubstrats. Das Abplatzenlassen umfasst die Abscheidung einer eine mechanische Spannung bewirkenden Schicht, die auf der Oberfläche des Germaniumsubstrats abgeschieden wird und die das Germaniumsubstrat durch einen Bruch spalten kann. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Versetzung von Germaniumschichten von Germaniumsubstraten bei der Bildung von Mehrfach-Photovoltaikzellen durch Abplatzen ungünstigerweise zu Dickenschwankungen in der versetzten Germaniumschicht führt. Zum Beispiel kann die Dickenschwankung im versetzten Teil des Germanium enthaltenden Substrats in der Größenordnung von mehreren Mikrometern liegen. Die Dickenschwankung des versetzten Teils des Germaniumsubstrats beeinträchtigt ungünstigerweise die Stromabstimmung des gesamten Mehrfachstapels, welcher die Photovoltaikeinheit bereitstellt, während die von den einzelnen Zellen erzeugten Ströme zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrads gleich sein sollten. Der Strom schwankt mit der Dicke der übriggebliebenen Germaniumschicht, und ebenso schwankt der Gesamtwirkungsgrad der Zellen. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen der Strukturen von Mehrfach-Photovoltaikeinheiten bereit, welche eine Germaniumschicht, d. h. einen versetzten Teil eines Germaniumsubstrats, mit einer steuerbaren und gleichbleibenden Dicke enthalten. Spezieller, und in einer bestimmten Ausführungsform, verwendet das hierin offenbarte Verfahren eine Germanium- und Zinnlegierungsschicht, d. h. binäre GeSn-Legierungsschicht, oder eine Silicium-, Germanium- und Zinnlegierungsschicht, d. h. ternäre SiGeSn-Legierungsschicht, um die Enddicke der übriggebliebenen Germaniumschicht (des versetzten Teils des Germaniumsubstrats) festzulegen.
Die 1 bis 5B zeigen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher eine Schicht aus einer Germanium-/Zinnlegierung und/oder Silicium, Germanium und Zinn als Ätzstopp verwendet wird, um die Restdicke des Germaniums nach dem Abplatzen festzulegen. 1 zeigt ein Germaniumsubstrat 1, das eine Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 umfasst. In einer bestimmten Ausführungsform kann das Germaniumsubstrat 1 einen Materialstapel enthalten, der, von unten nach oben, eine erste Schicht aus Germanium 5, die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10, welche auf der ersten Schicht aus Germanium 5 vorliegt, und eine zweite Schicht aus Germanium 15, welche auf der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 vorliegt, enthält.
In einer bestimmten Ausführungsform kann die erste Schicht aus Germanium 5 einen Germaniumgehalt haben, der größer als 95 Atom-% ist. In einer weiteren Ausführungsform kann die erste Schicht aus Germanium 5 einen Germaniumgehalt haben, der größer als 99 Atom-% ist. In einem Beispiel kann die erste Schicht aus Germanium 5 einen Germaniumgehalt von 100 Atom-% aufweisen. Die erste Schicht aus Germanium 5 kann unter Verwendung eines Einkristall-(monokristallinen)Verfahrens gebildet werden. Ein Beispiel eines Einkristall-Verfahrens zum Bilden der ersten Schicht aus Germanium 5, welches das Germaniumsubstrat bereitstellt, ist das Czochralski-(CZ-)Verfahren. Das Czochralski-(CZ-)Verfahren umfasst das Heranziehen eines Impfkristalls aus einkristallinem Germanium und das In-Kontakt-Bringen desselben mit der oberseitigen Oberfläche von flüssigem Germanium. Während des langsamen Anhebens (oder Hochziehens) des Impfkristalls erstarren Atome des flüssigen Germaniums im Muster des Impfkristalls und verlängern die Einkristall-Struktur. Die Einkristall-Struktur wird dann in Wafer, d. h. Substrate, zersägt, welche die erste Schicht aus Germanium 5 bereitstellen können.
Die erste Schicht aus Germanium 5 kann für eine n- oder p-Leitfähigkeit dotiert sein oder kann eine eigenleitende Halbleiterschicht sein. Eine „eigenleitende Halbleiterschicht” ist eine Schicht aus Halbleiterwerkstoff, die im Wesentlichen rein ist, d. h. eine eigenleitende Halbleiterschicht ist nicht mit n-leitenden oder p-leitenden Dotierungsstoffen dotiert. Wie hierin verwendet, bezieht sich „p-leitend” auf die Hinzufügung von Fremdatomen zu einem eigenleitenden Halbleiter, welche Stellen mit fehlenden Valenzelektronen (d. h. Löcher) erzeugen. Wie hierin verwendet, bezieht sich „n-leitend” auf die Hinzufügung von Fremdatomen, welche einem eigenleitenden Halbleiter freie Elektronen hinzufügen. Die Dicke der ersten Schicht aus Germanium 5 kann zwischen 50 μm und 10 cm betragen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Dicke der ersten Schicht aus Germanium 5 zwischen 80 μm und 1 mm betragen.
Es ist zu beachten, dass die obigen Dicken für die erste Schicht aus Germanium 5 nur zur Veranschaulichung angegeben sind und die vorliegende Erfindung nicht begrenzen sollen. Zum Beispiel können andere Dicken der ersten Schicht aus Germanium 5 verwendet werden, solange die Dicke der ersten Schicht aus Germanium 5 dafür sorgt, dass nach dem Abplatzen mindestens ein Restteil der ersten Schicht aus Germanium 5 übrigbleibt, so dass die anschließend gebildete Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 zwischen der Spaltoberfläche der ersten Schicht aus Germanium 15 und der anschließend gebildeten zweiten Schicht aus Germanium 15 liegt.
Die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10, welche die Ätzstoppschicht bereitstellt und einen Teil der unteren Zelle der Photovoltaikeinheit umfassen kann, kann eine epitaktisch gebildete Schicht sein, welche direkt auf einer Oberfläche der ersten Schicht aus Germanium 5 abgeschieden ist. Die Begriffe „epitaktisch gebildet”, „epitaktisches Wachstum” und/oder „epitaktische Abscheidung” bedeuten das Wachstum eines Halbleitermaterials auf einer Abscheidungsoberfläche eines Halbleitermaterials, wobei das aufwachsende Halbleitermaterial die gleichen Kristalleigenschaften wie das Halbleitermaterial der Abscheidungsoberfläche hat. Demgemäß hat in den Ausführungsformen, in welchen die erste Schicht aus Germanium 5 eine Einkristallstruktur hat, auch die epitaktisch gewachsene Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 eine Einkristallstruktur. Ferner hat in den Ausführungsformen, in welchen die erste Schicht aus Germanium 5 eine polykristalline Struktur hat, auch die epitaktisch gewachsene Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 eine polykristalline Struktur.
Die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 kann aus 0,5 Atom-% bis 20 Atom-% Zinn und einem Restanteil Germanium bestehen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 sich aus 5 Atom-% bis 20 Atom-% Zinn und 80 Atom-% bis 95 Atom-% Germanium zusammensetzen. In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 sich aus 10 Atom-% bis 15 Atom-% Zinn und 85 Atom-% bis 90 Atom-% Germanium zusammensetzen. Es ist zu beachten, dass die obigen Konzentrationen nur zur Veranschaulichung angegeben sind und die vorliegende Erfindung nicht begrenzen sollen. Zum Beispiel können andere Zinnkonzentrationen verwendet werden, solange die Zinnkonzentration groß genug ist, damit die erste Schicht aus Germanium 5 selektiv bis zur Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 geätzt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 außerdem Silicium enthalten, wobei das Silicium eingebracht wird, um die durch das Zinn eingeführte mechanische Spannung auszugleichen. Spezieller erhöht Zinn die Elementarkörperdimension der epitaktisch gewachsenen Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10, so dass diese größer als die Elementarkörperdimension der ersten Schicht aus Germanium 5 ist. Mit zunehmender Zinnkonzentration in der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 nimmt deshalb die mechanische Druckspannung, die in der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 vorliegt, zu. Die Einführung einer mechanischen Spannung in die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 kann eine Fehlstellenbildung zur Folge haben. Um die Druckspannung zu senken, kann Silicium in die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 eingebracht werden, um die Elementarkörperdimension der epitaktisch gewachsenen Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 zu verringern. Spezieller kann die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 in einer bestimmten Ausführungsform aus 0,5 Atom-% bis 20 Atom-% Zinn, unter 50 Atom-% Silicium und einem Restanteil Germanium bestehen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 aus 0 Atom-% bis 10 Atom-% Zinn, 0 Atom-% bis 38 Atom-% Silicium beziehungsweise 100 Atom-% bis 52 Atom-% Germanium bestehen. Wenn das molare Verhältnis von Si:Sn in der Ge(SiSn)-Legierung etwa 3,8 beträgt, ist die Gitterkonstante die gleiche wie beim Grundmaterial Ge. Deshalb ist es möglich diese Legierungen auf Ge-Substraten spannungsfrei wachsen zu lassen.
Es ist zu beachten, dass die obigen Zusammensetzungen für die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 nur zur Veranschaulichung angegeben sind und die vorliegende Erfindung nicht begrenzen sollen. Zum Beispiel können andere Zinnkonzentrationen verwendet werden, solange die Zinnkonzentration groß genug ist, damit das Material der ersten Schicht aus Germanium 5 selektiv bis zur Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 geätzt werden kann.
In einer bestimmten Ausführungsform kann die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 mittels Abscheidung durch Molekularstrahlepitaxie (MBE (Molecular Beam Epitaxy)) abgeschieden werden. Zum Beispiel können die Zinn- und Germaniumquellen für die MBE-Abscheidung der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 Festkörperquellen-Materialien aus Zinn und Germanium enthalten. In den Ausführungsformen, in welchen die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 außerdem Silicium enthält, können die Quellen für die MBE-Abscheidung der Germanium- und Zinnlegierungsschicht Festkörperquellen-Materialien aus Zinn, Germanium und Silicium enthalten.
Molekularstrahlepitaxie (MBE) findet in einem Vakuum in der Größenordnung von 10^–8 Pa statt. Bei Festkörperquellen-MBE werden die Festkörperquellen-Materialien wie Zinn, Germanium und Silicium (wahlweise) in separaten Quasi-Effusionszellen erwärmt, bis sie beginnen, langsam zu sublimieren. Die gasförmigen Elemente kondensieren dann auf der Abscheidungsoberfläche, d. h. der ersten Schicht aus Germanium 5, wo sie miteinander reagieren können. Der Begriff „Strahl” deutet an, dass verdampfte Atome wegen der langen mittleren freien Weglängen der Atome nicht miteinander oder mit Gasen in der Vakuumkammer in Wechselwirkung treten, bis sie die Abscheidungsoberfläche erreichen.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 durch chemische Abscheidung aus der Gasphase abgeschieden werden. Chemische Abscheidung aus der Gasphase (CVD (Chemical Vapor Deposition)) ist ein Abscheidungsprozess, bei welchem eine abgeschiedene Species als ein Ergebnis einer chemischen Reaktion zwischen gasförmigen Reaktionspartnern und einer Oberfläche eines Substrats bei Raumtemperatur oder darüber gebildet wird, was eine Abscheidung einer dünnen Schicht auf der Substratoberfläche zur Folge hat. Zu Variationen von CVD-Prozessen zählen, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Atmosphärendruck-CVD (APCVD (Atmospheric Pressure CVD)), Niederdruck-CVD (LPCVD (Low Pressure CVD)), plasmaunterstützte CVD (PECVD (Plasma Enhanced CVD)), metallorganische CVD (MOCVD (Metal-Organic CVD)), Ultrahochvakuum-CVD (UHV-CVD (Ultra-High Vacuum CVD)) und Kombinationen davon. Zu weiteren Beispielen von Prozessen zur Abscheidung der Germanium enthaltenden Siliciumschicht 3 zählen Atomlagen-Abscheidung (ALD (Atomic Layer Deposition)), Bedampfen, chemische Abscheidung aus der Lösung und weitere ähnliche Abscheidungsprozesse.
Eine Anzahl verschiedener Quellen kann zur Abscheidung der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 mittels CVD verwendet werden. In einigen Ausführungsformen umfassen die Quellengase zum epitaktischen Aufwachsen der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 mittels CVD ein Germanium-Quellengas wie Monogerman-Gas (GeH₄) und ein Zinn-Quellengas wie Stannan (SnH₄), Stannan-d4 (SnD₄) oder eine Kombination davon. In der Ausführungsform, in welcher die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 auch aus Silicium zusätzlich zu Germanium und Zinn besteht, zählen ein Germanium-Quellengas wie Monogerman-Gas (GeH₄), ein Zinn-Quellengas wie Stannan (SnH₄), Stannan-d4 (SnD₄) oder eine Kombination davon und ein Silicium-Quellengas wie Siliciumtetrachlorid, Dichlorsilan (SiH₂Cl₂), Silan (SiH₄) und Silane höherer Ordnung wie Disilan (Si₂H₆) und Trisilan (Si₃H₈) zu den Quellengasen zur Abscheidung der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10. Die Temperatur für epitaktische Abscheidung liegt üblicherweise zwischen 300°C und 800°C. Trotzdem wird gewöhnlich wegen der geringen Löslichkeit von Sn im Ge- oder GeSi-Gitter ein Wachstum bei niedrigerer Temperatur bevorzugt.
Die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 kann für eine n-oder p-Leitfähigkeit dotiert sein oder kann eine eigenleitende Halbleiterschicht sein. Der Dotierungsstoff, welcher den Leitungstyp der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 bereitstellt, kann an Ort und Stelle abgeschieden werden. Der Begriff „Leitungstyp” bezeichnet die p-Leitfähigkeit oder n-Leitfähigkeit eines Dotierungsstoffs. Mit „an Ort und Stelle” ist gemeint, dass der Dotierungsstoff, welcher den Leitungstyp. der Materialschicht bereitstellt, eingebracht wird, während die Materialschicht gebildet oder abgeschieden wird. In einer bestimmten Ausführungsform können die während des CVD-Prozesses verwendeten Quellengase, wenn die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 für eine p-Leitfähigkeit dotiert wird, außerdem eine p-Dotierungsstoff-Quelle umfassen. Zum Beispiel kann Diboran-(B₂H₆-)Gas neben den Quellengasen für das Zinn, das Germanium und das wahlweise Silicium in die Verarbeitungskammer eingebracht werden. In einer bestimmten Ausführungsform können die während des CVD-Prozesses verwendeten Quellengase, wenn die Germanium- und Zinnlegierungsschicht für eine n-Leitfähigkeit dotiert wird, außerdem eine n-Dotierungsstoff-Quelle umfassen. Zum Beispiel kann Phosphin-(PH₃-)Gas oder Arsin-(AsH₃-)Gas neben den Quellengasen für das Zinn, das Germanium und das wahlweise Silicium in die Verarbeitungskammer eingebracht werden.
Der p-leitende und/oder n-leitende Dotierungsstoff für die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 kann auch nach der Abscheidung der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 mittels Plasmadotierung, Ionenimplantation und/oder Ausdiffundieren aus einer Wegwerf-Diffusionsquelle (z. B. Borsilikatglas) oder einer Kombination beliebig vieler dieser Verfahren eingebracht werden.
Die Dicke der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 kann zwischen 1 nm und 500 nm liegen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Dicke der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 zwischen 5 nm und 50 nm liegen. Es ist zu beachten, dass die obigen Dicken für die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 nur zur Veranschaulichung angegeben sind und die vorliegende Erfindung nicht begrenzen sollen. Zum Beispiel können andere Dicken für die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 verwendet werden, so lange die Dicke der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 groß genug ist, dass die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 während Ätzvorgängen zum Entfernen des Restteils der ersten Schicht aus Germanium 5 nach dem Ätzen der Spaltoberfläche 4 als ein Ätzstopp wirken kann.
Bei Verwendung in der unteren Zelle einer Photovoltaikeinheit und Dotierung für eine p-Leitfähigkeit beträgt die Konzentration des p-Dotierungsstoffs in der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 zwischen 5 × 10¹⁷ Atomen/cm³ und 5 × 10²⁰ Atomen/cm³. Bei Verwendung in der unteren Zelle einer Photovoltaikeinheit und Dotierung für eine n-Leitfähigkeit beträgt die Konzentration des n-Dotierungsstoffs in der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 zwischen 5 × 10¹⁷ Atomen/cm³ und 1 × 10²⁰ Atomen/cm³.
Wie in 1 weiter gezeigt, und in einer bestimmten Ausführungsform, liegt auf der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 des Germaniumsubstrats 1 eine zweite Schicht aus Germanium 15 vor. In einer bestimmten Ausführungsform kann die zweite Schicht aus Germanium 15 einen Germaniumgehalt aufweisen, der größer als 95 Atom-% ist. In einer weiteren Ausführungsform kann die zweite Schicht aus Germanium 15 einen Germaniumgehalt aufweisen, der größer als 99 Atom-% ist. In einem Beispiel kann die zweite Schicht aus Germanium 15 einen Germaniumgehalt von 100% aufweisen. Die zweite Schicht aus Germanium 15 kann mittels eines Abscheidungsprozesses wie CVD auf der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 abgeschieden werden. In einer bestimmten Ausführungsform wird der CVD-Prozess zum Bilden der zweiten Schicht aus Germanium 15 aus der Atmosphärendruck-CVD (APCVD (Atmospheric Pressure CVD)), Niederdruck-CVD (LPCVD (Low Pressure CVD)), plasmaunterstützte CVD (PECVD (Plasma Enhanced CVD)), metallorganische CVD (MOCVD (Metal-Organic CVD)), Ultrahochvakuum-CVD (UHV-CVD (Ultra-High Vacuum CVD)) und Kombinationen davon umfassenden Gruppe ausgewählt. In einer bestimmten Ausführungsform kann die zweite Schicht aus Germanium 15 eine epitaktisch abgeschiedene Schicht sein, wobei die Germaniumquelle des epitaktischen Abscheidungsprozesses Monogerman-(GeH₄-)Gas umfasst. Erwogen wird auch, dass die zweite Schicht aus Germanium 15 auch Sn und Si enthalten kann, um die Leistungsfähigkeit der Photovoltaikeinheit zu verbessern (z. B. erhöhen diese Elemente die Absorption bei größeren Wellenlängen gegenüber reinem Ge).
Ähnlich der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 kann die zweite Schicht aus Germanium 15 für eine p-Leitfähigkeit oder eine n-Leitfähigkeit dotiert sein. Der Dotierungsstoff, welcher den Leitungstyp der zweiten Schicht aus Germanium 15 bereitstellt, kann während des Bildungsprozesses, welcher die zweite Schicht aus Germanium 15 bereitstellt, an Ort und Stelle eingebracht werden, oder der Dotierungsstoff, welcher den Leitungstyp der zweiten Schicht aus Germanium 15 bereitstellt, kann mittels Ionenimplantation oder Plasmadotierung eingebracht werden, nachdem die Schicht aus Germanium 15 abgeschieden wurde. Die Dicke der zweiten Schicht aus Germanium 15 kann zwischen 100 nm und 15 μm liegen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Dicke der zweiten Schicht aus Germanium 15 zwischen 500 nm und 10 μm liegen. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Schicht aus Germanium 15 als eine Komponente der unteren Zelle der Photovoltaikeinheit fungieren.
2A veranschaulicht eine Ausführungsform der Abscheidung einer eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 direkt auf einer Oberfläche des Germaniumsubstrats 1, z. B. direkt auf der Oberfläche der zweiten Schicht aus Germanium 15. 2B veranschaulicht eine Ausführungsform der Abscheidung einer eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 auf einer Rückseitenmaterialschicht 14, welche auf dem Germaniumsubstrat 1 vorliegt, z. B. auf der zweiten Schicht aus Germanium 15. Die Rückseitenmaterialschicht 14 kann eine einzelne Materialschicht oder eine mehrschichtige Materialschicht sein. In einer bestimmten Ausführungsform kann die Rückseitenmaterialschicht 14, welche die Oberfläche des Germaniumsubstrats 1 bereitstellt, eine Rückseitenfeldschicht, eine Passivierungsschicht, eine Tunnelschicht, ein rückseitiger Solarzellen-Übergang oder eine Kombination beliebig vieler davon sein. Die Rückseitenmaterialschicht 14 kann durch eine beliebige Kombination von Rückseitenfeldschichten, Passivierungsschichten, Tunnelschichten und rückseitigen Solarzellen-Übergängen bereitgestellt werden.
Wie in 2B gezeigt, kann die Rückseitenmaterialschicht 14 durch einen Rückseitenfeldbereich, welcher auf einer Oberfläche der zweiten Schicht aus Germanium 15 gebildet ist, bereitgestellt sein. Ein „Rückseitenfeld-(BSF-(Back Surface Field-))Bereich” ist ein dotierter Bereich mit einer höheren Dotierungsstoffkonzentration als derjenigen der zweiten Schicht aus Germanium 15. Der Rückseitenfeldbereich und die zweite Schicht aus Germanium 15 haben üblicherweise den gleichen Leitungstyp, z. B. p- oder n-Leitfähigkeit. Die Grenzfläche zwischen dem hoch dotierten Rückseitenfeld-(BSF-)Bereich und der zweiten Schicht aus Germanium 15 mit einer niedrigeren Dotierungsstoffkonzentration als derjenigen des Rückseitenfeld-(BSF-)Bereichs verhält sich wie ein p-n-Übergang, und an der Grenzfläche bildet sich ein elektrisches Feld, welches eine Sperre für den Minoritätsträgerfluss zur Rückseite errichtet. So wird die Minoritätsträgerkonzentration in der zweiten Schicht aus Germanium 15 auf höheren Niveaus gehalten, und der Rückseitenfeld-(BSF-)Bereich hat einen Nettoeffekt, die Rückseite der Solarzelle zu passivieren.
Wie in 2B weiter gezeigt, kann die Rückseitenmaterialschicht 14 auch eine Passivierungsschicht umfassen, welche auf dem Rückseitenfeldbereich der zweiten Schicht aus Germanium 15 vorliegen kann. In einer weiteren Ausführungsform kann die Rückseitenmaterialschicht weggelassen werden, wobei die Rückseitenmaterialschicht 14 eine durch eine Passivierungsschicht bereitgestellte einzelne Materialschicht ist. Die Passivierungsschicht ist eine Materialschicht, die auf der Rückseite der zweiten Schicht aus Germanium 15 gebildet ist, welche die untere Zelle der anschließend gebildeten Photovoltaikzelle bereitstellt, wobei die Passivierungsschicht die Konzentration freier Bindungen an der Rückseite der unteren Zelle der Photovoltaikeinheit verringert. In einer bestimmten Ausführungsform besteht die Passivierungsschicht aus hydriertem amorphem Silicium (a-Si:H). Üblicherweise ist das hydrierte amorphe Silicium eine eigenleitende Halbleiterschicht. Die Abscheidung des hydriertes amorphes Silicium enthaltenden Materials durch PECVD umfasst mindestens ein Halbleitermaterial enthaltendes Reaktionsgas und mindestens ein Wasserstoff enthaltendes Reaktionsgas. In einer bestimmten Ausführungsform enthält das Halbleitermaterial enthaltende Reaktionsgas zum Herstellen des hydriertes amorphes Silicium enthaltenden Materials mindestens ein Siliciumatom. Zum Beispiel kann das Halbleitermaterial enthaltende Reaktionsgas, um die Siliciumkomponente des hydrierten amorphen Siliciums bereitzustellen, mindestens eine der Verbindungen SiH₄, Si₂H₆, SiH₂Cl₂, SiHCl₃ und SiCl₄ enthalten. Das Wasserstoff enthaltende Reaktionsgas zur Abscheidung des hydriertes amorphes Silicium enthaltenden Materials durch PECVD kann Wasserstoffgas (H₂) sein.
Wie in 2B weiter gezeigt, kann die Rückseitenmaterialschicht 14 auch einen rückseitigen Solarzellen-Übergang umfassen, welcher auf der Passivierungsschicht gebildet sein kann. In einer weiteren Ausführungsform können die Rückseitenfeldschicht und die Passivierungsschicht weggelassen werden, wobei die Rückseitenmaterialschicht 14 durch mindestens einen rückseitigen Solarzellen-Übergang bereitgestellt werden kann, welcher auf der freiliegenden Oberfläche der zweiten Schicht aus Germanium 15 gebildet wird. Der rückseitige Solarzellen-Übergang kann aus einer beliebigen Anzahl von p-n-Übergängen bestehen und kann aus einer beliebigen Anzahl von Materialien bestehen. In einer bestimmten Ausführungsform können die Materialschichten, welche den rückseitigen Solarzellen-Übergang bereitstellen, Verbindungshalbleiterwerkstoffe sein. Zu Beispielen von Verbindungshalbleiterwerkstoffen, die sich für den rückseitigen Solarzellen-Übergang eignen, zählen, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Aluminiumantimonid (AlSb), Aluminiumarsenid (AlAs), Aluminiumnitrid (AlN), Aluminiumphosphid (AlP), Bornitrid (BN), Borphosphid (BP), Borarsenid (BAs), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumantimonid (InSb), Indiumarsenid (InAs), Indiumnitrid (InN), Indiumphosphid (InP), Aluminium-Gallium-Arsenid (AlGaAs), Indium-Gallium-Phosphid (InGaP), Aluminium-Indium-Arsenid (AlInAs), Aluminium-Indium-Antimonid (AlInSb), Gallium-Arsenid-Nitrid (GaAsN), Gallium-Arsenid-Antimonid (GaAsSb), Aluminium-Gallium-Nitrid (AlGaN), Aluminium-Gallium-Phosphid (AlGaP), Indium-Gallium-Nitrid (InGaN), Indium-Arsenid-Antimonid (InAsSb), Indium-Gallium-Antimonid (InGaSb), Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid (AlGaInP), Aluminium-Gallium-Arsenid-Phosphid (AlGaAsP), Indium-Gallium-Arsenid-Phosphid (InGaAsP), Indium-Arsenid-Antimonid-Phosphid (InArSbP), Aluminium-Indium-Arsenid-Phosphid (AlInAsP), Aluminium-Gallium-Arsenid-Nitrid (AlGaAsN), Indium-Gallium-Arsenid-Nitrid (InGaAsN), Indium-Aluminium-Arsenid-Nitrid (InAlAsN), Gallium-Arsenid-Antimonid-Nitrid (GaAsSbN), Gallium-Indium-Nitrid-Arsenid-Aluminium-Antimonid (GaInNAsSb), Gallium-Indium-Arsenid-Antimonid-Phosphid (GaInAsSbP) und Kombinationen davon.
Wie oben erwähnt und wie in den 2A und 2B gezeigt, kann eine eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 direkt auf einer Oberfläche des Germaniumsubstrats 1, wie in 2A dargestellt, oder auf einer Rückseitenmaterialschicht 14, welche auf dem Germaniumsubstrat 1 vorliegt, wie in 2B dargestellt, abgeschieden werden. In einer bestimmten Ausführungsform besteht die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 aus einer Metall enthaltenden Schicht, einer Polymerschicht, einem Klebeband oder einer Kombination davon. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Oberfläche, auf welcher die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 abgeschieden wird, vor der weiteren Verarbeitung gereinigt werden, um Oberflächenoxide und/oder andere Verschmutzungen davon zu entfernen. In einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Oberfläche, auf welcher die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 abgeschieden wird, durch Anwenden eines Lösemittels wie zum Beispiel Aceton und Isopropanol gereinigt werden.
In einigen Ausführungsformen wird vor dem Bilden der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 eine wahlweise, Metall enthaltende Adhäsionsschicht 16 auf einer Oberfläche des Germaniumsubstrats 1, wie in 2A gezeigt, oder auf einer Oberfläche der Rückseitenmaterialschicht 14, wie in 2B gezeigt, gebildet. Die wahlweise, Metall enthaltende Adhäsionsschicht 16 wird in Ausführungsformen verwendet, bei welchen die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 nur schlecht an der Oberfläche haftet, auf welcher die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 gebildet werden soll. Üblicherweise wird die Metall enthaltende Adhäsionsschicht 16 verwendet, wenn eine aus einem Metall bestehende, eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 verwendet wird.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendete wahlweise, Metall enthaltende Adhäsionsschicht 16 enthält ein beliebiges Metalladhäsionsmaterial wie Ti/W, Ti, Cr, Ni oder eine beliebige Kombination davon, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Die wahlweise, Metall enthaltende Adhäsionsschicht 16 kann eine einzige Schicht umfassen, oder sie kann eine mindestens zwei Schichten aus verschiedenen Metalladhäsionsmaterialien umfassende mehrschichtige Struktur enthalten.
Die Metall enthaltende Adhäsionsschicht 16 kann bei Raumtemperatur (15°C bis 40°C) oder darüber gebildet werden. In einer bestimmten Ausführungsform wird die wahlweise, Metall enthaltende Adhäsionsschicht 16 bei einer Temperatur zwischen 20°C und 180°C gebildet. In einer weiteren Ausführungsform wird die wahlweise, Metall enthaltende Adhäsionsschicht 16 bei einer Temperatur zwischen 20°C und 60°C gebildet.
Die Metall enthaltende Adhäsionsschicht 16, welche wahlweise verwendet werden kann, kann unter Verwendung von Abscheidungsverfahren gebildet werden. Zum Beispiel kann die wahlweise, Metall enthaltende Adhäsionsschicht 16 durch Sputtern, chemische Abscheidung aus der Gasphase, plasmaunterstützte chemische Abscheidung aus der Gasphase, chemische Abscheidung aus der Lösung, Aufdampfen und Galvanisieren gebildet werden. Bei Verwendung von Sputtern kann der Sputter-Prozess außerdem einen an Ort und Stelle erfolgenden Sputter-Reinigungsprozess vor der Abscheidung umfassen.
Wenn sie verwendet wird, hat die wahlweise, Metall enthaltende Adhäsionsschicht 16 üblicherweise eine Dicke von 5 nm bis 200 nm, wobei eine Dicke von 100 nm bis 150 nm üblicher ist. Andere Dicken für die wahlweise, Metall enthaltende Adhäsionsschicht 16, die unter und/oder über den oben erwähnten Dickenbereichen liegen, können in der vorliegenden Erfindung ebenfalls verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen wird die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 auf einer freiliegenden Oberfläche der wahlweisen, Metall enthaltenden Adhäsionsschicht 16 gebildet. In einigen Ausführungsformen, in welchen die wahlweise, Metall enthaltende Adhäsionsschicht 16 nicht vorliegt, wird die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 direkt auf dem Germaniumsubstrat 1 oder direkt auf der Rückseitenmaterialschicht 14, die auf dem Germaniumsubstrat 1 vorliegt, gebildet. Diese besonderen Ausführungsformen sind in den Zeichnungen nicht gezeigt, können aber ohne weiteres aus den in der vorliegenden Anmeldung enthaltenen Zeichnungen hergeleitet werden.
In einer bestimmten Ausführungsform kann die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, jedes Material enthalten, das bei der Abplatztemperatur auf dem Germaniumsubstrat 10 unter Zugspannung steht. Zu anschaulichen Beispielen solcher Materialien, die unter Zugspannung stehen, wenn sie auf das Germaniumsubstrat 1 aufgebracht sind, zählen, ohne aber darauf beschränkt zu sein, ein Metall, ein Polymer wie eine ein Abplatzen bewirkende Bandschicht und jede beliebige Kombination davon. Die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20, welche eine einzelne, eine mechanische Spannung erzeugende Schicht oder eine mehrschichtige spannungserzeugende Struktur, die aus mindestens zwei Schichten aus verschiedenen spannungserzeugenden Materialen besteht, umfassen kann, kann verwendet werden.
In einer bestimmten Ausführungsform ist die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 ein Metall und wird das Metall auf einer oberen Oberfläche der wahlweisen, Metall enthaltenden Adhäsionsschicht 16 gebildet. In einer weiteren Ausführungsform ist die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 ein ein Abplatzen bewirkendes Band und wird das ein Abplatzen bewirkende Band direkt auf die Oberfläche des Germaniumsubstrats 1 aufgebracht, wie in 2A dargestellt, oder wird es direkt auf die Rückseitenmaterialschicht 14 aufgebracht, wie in 2B dargestellt. In einer weiteren Ausführungsform kann die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 zum Beispiel eine zweiteilige, eine mechanische Spannung erzeugende Schicht, welche einen unteren Teil und einen oberen Teil enthält, umfassen. Der obere Teil der zweiteiligen, eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht kann aus einer ein Abplatzen bewirkenden Bandschicht bestehen.
Wenn ein Metall als die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 verwendet wird, kann das Metall zum Beispiel Ni, Ti, Cr, Fe oder W enthalten. Auch Legierungen dieser und anderer Metalle können verwendet werden. In einer bestimmten Ausführungsform umfasst die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 mindestens eine aus Ni bestehende Schicht. Wenn ein Polymer als die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 verwendet wird, ist das Polymer ein großes, aus sich wiederholenden Grundeinheiten bestehendes Makromolekül. Diese Teileinheiten sind üblicherweise durch kovalente chemische Bindungen verbunden. Anschauliche Beispiele von Polymeren, welche als die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 verwendet werden können, sind unter anderem, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Polyimide, Polyester, Polyolefine, Polyacrylate, Polyurethan, Polyvinylacetat und Polyvinylchlorid.
Wenn eine ein Abplatzen bewirkende Bandschicht als die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 verwendet wird, umfasst die ein Abplatzen bewirkende Bandschicht ein beliebiges druckempfindliches Band, welches bei der zum Bilden des Bands verwendeten ersten Temperatur flexibel, weich und spannungsfrei, bei der während des Entfernens des oberen Teils des Grundsubstrats verwendeten zweiten Temperatur aber fest, verformbar und dehnbar ist. Mit „druckempfindlichem Band” ist ein Klebeband gemeint, das nach Anwendung von Druck klebt, ohne dass ein Lösemittel, Wärme oder Wasser zur Aktivierung erforderlich wäre. Die Zugspannung im Band ist hauptsächlich auf eine Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen der ersten Schicht aus Germanium 15 (mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten) des Germaniumsubstrats 1 und dem Band (mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten) zurückzuführen.
Üblicherweise enthält das druckempfindliche Band, das in der vorliegenden Erfindung als die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 verwendet wird, mindestens eine Klebeschicht und eine Grundschicht. Zu den Materialien für die Klebeschicht und die Grundschicht des druckempfindlichen Bands zählen polymere Materialien wie zum Beispiel Acryle, Polyester, Olefine und Vinyle mit oder ohne geeignete Weichmacher. Weichmacher sind Zusätze, welche die Verformbarkeit des polymeren Materials, welchem sie beigegeben werden, erhöhen können.
In einer bestimmten Ausführungsform wird die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bei Raumtemperatur (15°C bis 40°C) gebildet. In einer weiteren Ausführungsform kann bei Verwendung einer Bandschicht die Bandschicht bei einer Temperatur zwischen 15°C und 60°C gebildet werden.
Wenn die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 ein Metall oder ein Polymer ist, kann die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 unter Verwendung von Abscheidungsverfahren gebildet werden, welche dem Fachmann wohlbekannt sind, darunter zum Beispiel Tauchbeschichtung, Drehbeschichtung, Bürstenbeschichtung, Sputtern, chemische Abscheidung aus der Gasphase, plasmaunterstützte chemische Abscheidung aus der Gasphase, chemische Abscheidung aus der Lösung, Aufdampfen und Galvanisieren.
Wenn die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 eine ein Abplatzen bewirkende Bandschicht ist, kann die Bandschicht von Hand oder mit mechanischen Mitteln auf die Struktur aufgebracht werden. Das ein Abplatzen bewirkende Band kann unter Anwendung bekannter Verfahren gebildet oder von irgendeinem bekannten Klebebandhersteller im Handel erworben werden. Einige Beispiele von ein Abplatzen bewirkenden Bändern, die in der vorliegenden Erfindung als eine eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 verwendet werden können, umfassen zum Beispiel Nitto Denko 3193MS „Thermal Release Tape”, Kapton^® KPT-1 und CLEAR-170 von Diversified Biotech (Acrylklebstoff, Vinylbasis).
In einer bestimmten Ausführungsform kann eine zweiteilige, eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 direkt auf einer Oberfläche des Germaniumsubstrats 1 gebildet werden, wie in 2A dargestellt, oder kann sie direkt auf einer Oberfläche einer Rückseitenmaterialschicht 14 gebildet werden, wie in 2B dargestellt, wobei ein unterer Teil der zweiteiligen, eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 bei einer ersten Temperatur, welche bei Raumtemperatur oder leicht darüber liegt (z. B. zwischen 15°C und 60°C), gebildet wird, wobei ein oberer Teil der zweiteiligen, eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 eine ein Abplatzen bewirkende Bandschicht bei einer Hilfstemperatur, welche bei Raumtemperatur liegt, umfasst.
Wenn die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 von metallischer Art ist, hat sie üblicherweise eine Dicke zwischen 3 μm und 50 μm, wobei eine Dicke zwischen 4 μm und 8 μm üblicher ist. Auch andere Dicken für die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20, die unter und/oder über den oben genannten Dickenbereichen liegen, können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Wenn die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 von polymerer Art ist, hat sie üblicherweise eine Dicke zwischen 10 μm und 200 μm, wobei eine Dicke zwischen 50 μm und 100 μm üblicher ist. Auch andere Dicken für die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20, die unter und/oder über den oben genannten Dickenbereichen liegen, können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Wie in den 2A und 2B weiter gezeigt, kann ein wahlweises Handhabungssubstrat 25 auf der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 gebildet werden. Das in der vorliegenden Erfindung verwendete wahlweise Handhabungssubstrat 25 umfasst ein beliebiges flexibles Material, das einen Mindest-Krümmungsradius von unter 30 cm aufweist. Anschauliche Beispiele von flexiblen Materialien, welche als das wahlweise Handhabungssubstrat 25 verwendet werden können, sind unter anderem eine Metallfolie oder eine Polyimidfolie.
Das wahlweise Handhabungssubstrat 25 kann verwendet werden, um eine bessere Bruchsteuerung und eine vielseitigere Handhabung des abgeplatzten Teils des Germaniumsubstrats 1 bereitzustellen. Außerdem kann das wahlweise Handhabungssubstrat 25 verwendet werden, die Rissausbreitung während des Abplatzprozesses der vorliegenden Erfindung zu leiten. Das wahlweise Handhabungssubstrat 25 der vorliegenden Erfindung wird üblicherweise, aber nicht notwendigerweise bei Raumtemperatur (15°C bis 40°C) gebildet. Das wahlweise Handhabungssubstrat 25 kann unter Verwendung von Abscheidungsverfahren gebildet werden, welche dem Fachmann wohlbekannt sind, darunter zum Beispiel Tauchbeschichtung, Drehbeschichtung, Bürstenbeschichtung, Sputtern, chemische Abscheidung aus der Gasphase, plasmaunterstützte chemische Abscheidung aus der Gasphase, chemische Abscheidung aus der Lösung, Aufdampfen, Galvanisieren, mechanische Adhäsion, Thermokompressionskontaktierung oder Löten. Das wahlweise Handhabungssubstrat 25 hat üblicherweise eine Dicke zwischen 1 μm und einigen mm, wobei eine Dicke zwischen 70 μm und 120 μm üblicher ist. Andere Dicken für das wahlweise Handhabungssubstrat 18, die unter und/oder über den oben erwähnten Dickenbereichen liegen, können in der vorliegenden Erfindung ebenfalls verwendet werden.
Die 3A und 3B veranschaulichen das Anlegen einer mechanischen Spannung aus der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 an das Germaniumsubstrat 1, wobei die mechanische Spannung das Germaniumsubstrat 1 spaltet, um eine Spaltoberfläche 4 auf dem Restteil der ersten Schicht aus Germanium 5a bereitzustellen. 3A veranschaulicht das Anlegen einer mechanischen Spannung aus einer eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20, welche direkt auf dem Germaniumsubstrat 1 abgeschieden ist, an das Germaniumsubstrat 1. 3B veranschaulicht das Anlegen einer mechanischen Spannung aus einer eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20, welche auf einer Rückseitenmaterialschicht 14 abgeschieden ist, welche auf dem Germaniumsubstrat 1 vorliegt, an das Germaniumsubstrat 1. Die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 liegt zwischen der Oberfläche, auf welcher die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 gebildet ist, und der Spaltoberfläche 4 des Germaniumsubstrats 1. In den 3A und 3B bezeichnet das Bezugszeichen 5a den Restteil der ersten Schicht aus Germanium 5, welcher an der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 hängt, während das Bezugszeichen 5b den abgeplatzten Teil der ersten Schicht aus Germanium 5, der entfernt wird, bezeichnet.
Die Bedingung, welche im Abplatzen des Germaniumsubstrats 1 resultiert, hängt mit der Kombination des Dickenwerts der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 und des Spannungswerts für die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 sowie mit den mechanischen Eigenschaften des Germaniumsubstrats 1 zusammen. Bei einem gegebenen Dickenwert der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 gibt es einen Spannungswert, oberhalb dessen es zu spontanem Abplatzen kommt. Ebenso gibt es bei einem gegebenen Spannungswert der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 einen Dickenwert, oberhalb dessen es zu spontanem Abplatzen kommt.
Ein ungefährer Richtwert für den Dickenwert der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20, bei welchem Abplatzen möglich wird, ist für den Fall, wo die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 im Wesentlichen aus unter Zugspannung stehendem Ni besteht, durch die Beziehung t* = [(2,5 × 10⁶)(K_IC ^3/2)]/σ² gegeben, wobei t* der Dickenwert (in Mikrometer) der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 ist, bei welchem gesteuertes Abplatzen möglich wird, K_IC der Bruchzähigkeitswert des Germaniumsubstrats 1 (in MPa·m^1/2) ist, z. B. der Bruchzähigkeitswert der ersten Schicht aus Germanium 5, und σ die Größe des Werts der mechanischen Spannung in der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 (in MPa oder Megapascal) ist. Wenn die Dicke der unter Zugspannung stehenden Schicht 20 um etwa 50% größer als der durch t* gegebene Wert ist, kann spontanes Abplatzen auftreten. In einem anderen Aspekt kann die Dicke der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 irgendwo zwischen etwa 1 μm und etwa 50 μm oder zwischen etwa 3 μm und etwa 30 μm oder zwischen etwa 4 μm und etwa 20 μm Dicke liegen.
Die Auswahl der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 muss sich nicht auf die Differenz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Germaniumsubstrats 1 stützen, welche das spontane Abplatzen fördert wie nach dem bekannten Stand der Technik, wo das Abplatzen durch Abkühlen der Struktur von einer hohen Temperatur (ungefähr 900°C) auf eine niedrigere Temperatur bewirkt wird. Die vorliegende Erfindung stützt sich nicht auf spontanes Abplatzen, sondern vielmehr auf die Nutzung mechanischer Kraft und gesteuerten Brechens im Wesentlichen bei Raumtemperatur (ungefähr 20°C), um Schichten oder Schichten vom Germaniumsubstrat 1 zu trennen, z. B. einen ersten Teil 5a der ersten Schicht aus Germanium 5 vom Germaniumsubstrat 1 zu trennen. Die Dicke des Restteils 5a der ersten Schicht aus Germanium 5 aus dem Germaniumsubstrat 1, welcher an der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 hängt, beträgt ungefähr das Zwei- bis Dreifache des Dickenwerts der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20. Durch Steuern des Betrags der mechanischen Spannung in der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 kann der durchführbare Dickenwert der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 (t*) so gewählt werden, dass eine gesteuerte Dicke der ersten Schicht aus Germanium 5 entfernt wird.
Zum Beispiel wenn die Dicke des Restteils des Germaniumsubstrats 1 nach dem Abplatzen, welcher die zweite Schicht aus Germanium 15, die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 und den Restteil 5a der ersten Schicht aus Germanium umfasst, etwa 10 μm betragen soll, müsste eine eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 aus Nickel etwa 4 μm dick sein. Durch Verwenden des K_IC-Werts für Ge<111> (0,59 MPa·m^1/2) kann der obige Ausdruck für t* verwendet werden, um zu berechnen, dass ein Spannungswert von etwa 600 MPa erforderlich ist.
Obwohl der Ursprung der mechanischen Spannung in der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 strukturell (vom Gefüge ausgehend) ist und nicht auf eine durch den Wärmeausdehnungskoeffizienten bedingte Spannung zurückgeführt werden kann, hat eine Erwärmung der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 häufig zur Folge, dass die mechanische Spannung zunimmt. Dies liegt an Gefügeänderungen innerhalb der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20, welche beim Ausglühen auftreten, und ist unumkehrbar. Daher wird lokales Erwärmen erwogen, um einen Bruch am Rand des als Schicht zu versetzenden Gebiets einzuleiten. In anderen Worten, spontanes Abplatzen kann in kleinen, ausgewählten Bereichen hervorgerufen werden, um das Einleiten von Brüchen zu unterstützen, z. B. durch Erhöhen der Dicke der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht in diesen kleinen, ausgewählten Bereichen. Lokales Erwärmen kann mittels eines Lasers, durch induktive Erwärmung aus einer gewissen Entfernung oder durch Erwärmen in direktem Kontakt erfolgen.
Der erste Teil 5a der ersten Schicht aus Germanium 5 mit der Spaltoberfläche 4, welche durch den oben erwähnten gesteuerten Abplatzprozess gebildet wird, hat üblicherweise eine Dicke zwischen 1000 nm und einigen zehn μm, wobei eine Dicke zwischen 5 μm und 50 μm üblicher ist. Der zweite Teil 5b der ersten Schicht aus Germanium 5, welcher durch den oben erwähnten Abplatzprozess vom Germaniumsubstrat entfernt wird, hat üblicherweise eine Dicke zwischen 1000 nm und einigen zehn μm, wobei eine Dicke zwischen 5 μm und 50 μm üblicher ist.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können das wahlweise Handhabungssubstrat 25, die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 und die wahlweise, Metall enthaltende Adhäsionsschicht 16 vom Germaniumsubstrat 1 entfernt werden. Zum Beispiel, und in einer bestimmten Ausführungsform, kann Königswasser (HNO₃/HCl) zum Entfernen des wahlweisen Handhabungssubstrats 25, der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 und der wahlweisen, Metall enthaltenden Adhäsionsschicht 16 verwendet werden. In einem anderen Beispiel wird eine UV- oder Wärmebehandlung verwendet, um das wahlweise Handhabungssubstrat 25 zu entfernen, auf welche chemisches Ätzen folgt, um die unter Zugspannung stehende Schicht 20 zu entfernen, worauf ein andersartiges chemisches Ätzen folgt, um die wahlweise, Metall enthaltende Adhäsionsschicht 16 zu entfernen.
Die 4A und 4B zeigen einige Ausführungsformen des selektiven Ätzens der Spaltoberfläche 4 des Germaniumsubstrats 1 bis zur Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10. 4A veranschaulicht das Ätzen der Spaltoberfläche 4 der in 3A dargestellten Struktur, und 4B veranschaulicht das Ätzen der Spaltoberfläche 4 der in 3B dargestellten Struktur. In einigen Ausführungsformen fungiert die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 als ein Ätzstopp, um die Spaltoberfläche 4 zu entfernen und um eine Dickenschwankung im Germaniumsubstrat 1, die aus der Spaltoberfläche 4 resultiert, zu beseitigen. Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „selektiv” im Zusammenhang mit einem Materialentfernungsprozess, dass die Materialentfernungsgeschwindigkeit für ein erstes Material größer ist als die Materialentfernungsgeschwindigkeit für mindestens ein anderes Material der Struktur, auf welche der Materialentfernungsprozess angewendet wird. In einigen Beispielen kann die Selektivität größer als 100:1, z. B. 1000:1 sein.
In einer bestimmten Ausführungsform besteht der Ätzprozess, welcher die Spaltoberfläche 4 des Restteils 5a der ersten Schicht aus Germanium 5 entfernt, aus Nassätzen mit einer Ätzchemie, die selektiv bis zur Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 wirkt. In einer bestimmten Ausführungsform enthält die Ätzchemie Wasserstoffperoxid (H₂O₂). In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ätzchemie zum selektiven Entfernen des Restteils 5a der ersten Schicht aus Germanium 5 bis zur Germanium- und Zinn-Schicht 10 Lösungen von Wasserstoffperoxid (H₂O₂), Flusssäure (HF) und Wasser (H₂O) oder Trockenätzverfahren wie Xenondifluorid-(XeF₂-)Ätzen. Es ist zu beachten, dass die obigen Ätzchemien nur zur Veranschaulichung angegeben sind und die vorliegende Erfindung nicht begrenzen sollen. Zum Beispiel können andere Ätzchemien verwendet werden, solange die Ätzchemie den Restteil 5a der ersten Schicht aus Germanium 5 entfernt, ohne die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 zu entfernen. Weitere Ätzprozesse, welche an dieser Stelle der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen reaktives Ionenätzen, Ionenstrahlätzen, Plasmaätzen oder Laserabschmelzung.
Nach dem Ätzen der Spaltoberfläche 4 und dem Entfernen des Restteils 5a der ersten Schicht aus Germanium 5 kann die Dicke des Germaniumsubstrats 1, d. h. der zweiten Schicht aus Germanium 15 und der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10, zwischen 0,1 Mikrometer und 20 Mikrometer liegen. In einem anderen Beispiel kann die Dicke des Germaniumsubstrats, d. h. der zweiten Schicht aus Germanium 15 und der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10, zwischen 0,5 Mikrometer und 5 Mikrometer liegen. Die Dickenschwankung über die gesamte Breite des Germaniumsubstrats 1 an dieser Stelle der vorliegenden Erfindung beträgt unter 100 nm. Die 5A und 5B veranschaulichen einige Ausführungsformen des Entfernens der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10. 5A veranschaulicht das Entfernen der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 von der in 4A dargestellten Struktur, und 5B veranschaulicht das Entfernen der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 von der in 4B dargestellten Struktur. In einer bestimmten Ausführungsform wird die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 selektiv bis zur zweiten Schicht aus Germanium 15 entfernt. In einer bestimmten Ausführungsform besteht der Ätzprozess, welcher die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 entfernt, aus Nassätzen mit einer Ätzchemie, die selektiv bis zur zweiten Schicht aus Germanium 15 wirkt. In einer bestimmten Ausführungsform enthält die Ätzchemie zum selektiven Entfernen der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 bis zur zweiten Schicht aus Germanium 15 Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Kaliumhydroxid (KOH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) und Gemische oder verdünnte Lösungen davon. Es ist zu beachten, dass die obigen Ätzchemien nur zur Veranschaulichung angegeben sind und die vorliegende Erfindung nicht begrenzen sollen. Zum Beispiel können andere Ätzchemien verwendet werden, solange die Ätzchemie die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 entfernt, ohne die zweite Schicht aus Germanium 15 zu entfernen. Weitere Ätzprozesse, welche an dieser Stelle der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen reaktives Ionenätzen, Ionenstrahlätzen, Plasmaätzen oder Laserabschmelzung.
Nach dem Entfernen der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 kann die Dicke des Germaniumsubstrats 1, d. h. der zweiten Schicht aus Germanium 15, zwischen 0,1 Mikrometer und 20 Mikrometer liegen. In einem anderen Beispiel kann die Dicke der zweiten Schicht aus Germanium 15 zwischen 0,5 Mikrometer und 5 Mikrometer liegen. Die Dickenschwankung über die gesamte Breite der zweiten Schicht aus Germanium 15 an dieser Stelle der vorliegenden Erfindung beträgt unter 100 nm.
Die 1 bis 5B veranschaulichen eine Ausführungsform eines Abplatzverfahrens, wobei die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 als eine Ätzstoppschicht fungiert, um eine Germaniumschicht mit einer gleichbleibenden Dicke über ihre gesamte Breite bereitzustellen. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 als Bruchleitschicht, wenn sie in Verbindung mit einem gesteuerten Abplatzverfahren verwendet wird. In einigen Ausführungsformen kann die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10, wenn sie als Bruchleitschicht verwendet wird, Wasserstoff ausgesetzt werden, um die Bindungsstruktur der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 zu verändern, um einen Bruch innerhalb der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 zu erleichtern. Die 6A und 6B zeigen einige Ausführungsformen, welche das Schwächen der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 vor dem Anlegen einer mechanischen Spannung aus der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 10 an das Germaniumsubstrat 1 darstellen, wobei in dieser Ausführungsform die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 eine Bruchebene bereitstellt. Das Germaniumsubstrat 1, welches in den 6A und 6B dargestellt ist, gleicht dem Germaniumsubstrat 1, welches in 1 dargestellt ist. Deshalb eignet sich die obige Beschreibung des Germaniumsubstrats 1, welches die erste Schicht aus Germanium 5, die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 und die zweite Schicht aus Germanium 15 enthält, die in 1 dargestellt sind, dazu, das Germaniumsubstrat 1 zu beschreiben, welches die erste Schicht aus Germanium 5, die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 und die zweite Schicht aus Germanium 15 enthält, die in den 6A und 6B dargestellt sind. Ferner eignet sich die Beschreibung der Rückseitenmaterialschicht 14, der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20, des Handhabungssubstrats 25 und der wahlweisen, Metall enthaltenden Adhäsionsschicht 16, die in den 2A und 3B dargestellt sind, für die Rückseitenmaterialschicht 14, die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20, das Handhabungssubstrat 25 und die wahlweise, Metall enthaltende Adhäsionsschicht 16, die in den 6A und 6B dargestellt sind.
In der Ausführungsform, in welcher die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 eine Bruchebene bereitstellt, ist die Zusammensetzung der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 so gewählt, dass die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 unter einer strukturellen mechanischen Spannung steht. Spezieller ist die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 üblicherweise ein unter Druckspannung stehendes Material, wenn sie auf einem Germaniummaterial wie der ersten Schicht aus Germanium 5 gebildet ist. Wenn die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 Silicium enthält und das Silicium in der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 in einer höheren Konzentration vorliegt als das Zinn, das in der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 vorliegt, ist die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 ein unter Zugspannung stehendes Material. Da ternäre Ge(SiSn)-Legierungen bei einem molaren Verhältnis von Si:Sn von etwa 4:1 eine Gitterkonstante ähnlich derjenigen von Ge ergeben, ist der allgemeinste Legierungsbereich, der eine mechanische Druckspannung ergibt, gegeben durch: Ge_x(Si_1-ySn_y)_1-x wobei (0 ≤ x ≤ 1) und (0,2 < y ≤ 1). Ebenso ergibt sich eine mechanische Zugspannung, wenn (0 ≤ y < 0,2). Zum Beispiel kann eine unter Zugspannung stehende Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 50 Atom-% Germanium, 5 Atom-% Zinn und 45 Atom-% Silicium enthalten. Im Vergleich dazu kann eine unter Druckspannung stehende Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 50 Atom-% Germanium, 15 Atom-% Zinn und 35 Atom-% Silicium enthalten.
In einer bestimmten Ausführungsform wird die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 durch Behandeln mindestens einer Oberfläche des Germaniumsubstrats 1 mit einem Wasserstoff enthaltenden Gas und/oder Plasma oder einer Wasserstoff enthaltenden Säure geschwächt. Die Behandlung des Germaniumsubstrats 1 mit dem Wasserstoff enthaltenden Gas und/oder Plasma oder einer Wasserstoff enthaltenden Säure kann vor der Abscheidung der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 auf dem Germaniumsubstrat 1 durchgeführt werden, oder die Behandlung des Germaniumsubstrats 1 mit dem Wasserstoff enthaltenden Gas und/oder Plasma oder einer Wasserstoff enthaltenden Säure kann nach der Abscheidung der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 auf dem Germaniumsubstrat 1 durchgeführt werden. Entsprechend den oben mit Bezugnahme auf die 1 bis 5B beschriebenen Ausführungsformen kann die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 direkt auf der zweiten Schicht aus Germanium 15 des Germaniumsubstrats 1 abgeschieden werden oder kann die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 auf einer Rückseitenmaterialschicht 14, welche auf dem Germaniumsubstrat 1 vorliegt, abgeschieden werden.
In einer bestimmten Ausführungsform ist das Wasserstoff enthaltende Gas Wasserstoffgas (H₂). Der Wasserstoff kann von einem Trägergas wie Argon oder Helium begleitet sein. In einer bestimmten Ausführungsform kann das Germaniumsubstrat 1 mit einem Wasserstoff enthaltenden Plasma behandelt werden. Ein Plasma ist ein Gas, in welchem eine Mehrheit der Atome oder Moleküle ionisiert sind. Das Plasma kann durch eine HF-Frequenz (Wechselspannung) oder durch eine Gleichspannungsentladung zwischen zwei Elektroden erzeugt werden, wobei sich in dem Raum zwischen den zwei Elektroden Wasserstoff enthaltende Gase befinden. Die elektrische Energie verwandelt das Wasserstoff enthaltende Gasgemisch in reaktionsfähige Radikale, Ionen, neutrale Atome und Moleküle und andere hochangeregte Species. An dem Prozess sind chemische Reaktionen beteiligt, welche nach Erzeugung eines Plasmas aus den Reaktionsgasen erfolgen. Zum Beispiel wirken die atomaren und molekularen Fragmente und das Germaniumsubstrat 1 aufeinander ein, um Wasserstoff in das Germaniumsubstrat 1 einzubringen. In einer bestimmten Ausführungsform schwankt die partielle Ionisierung in zum Abscheiden und zum Verarbeiten entsprechender Materialien verwendeten Plasmen zwischen 10^–4 bei üblichen kapazitiven Entladungen und sogar 5 bis 10% in hochdichten induktiven Plasmen. Plasmen werden üblicherweise bei Drücken zwischen wenigen Millitorr (133 mPa), z. B. 1 Millitorr bis 10 Millitorr, und wenigen Torr (1,33 hPa), z. B. 1 Torr bis 10 Torr, betrieben, obwohl Lichtbogenentladungen und induktive Plasmen bei Atmosphärendruck gezündet werden können. Das Plasma kann durch kapazitive Hochfrequenz-Entladung, induktiv gekoppeltes Plasma (ICP (Inductively Coupled Plasma)), Elektronenzyklotronresonanz (ECR (Electron Cylclotron Resonance)) und Helikon-Wellen bereitgestellt werden. In den Ausführungsformen, in welchen das Germaniumsubstrat mit einer Wasserstoff enthaltenden Säure behandelt wird, kann die Wasserstoff enthaltende Säure durch Flusssäure (HF), Salzsäure (HCl) oder Schwefelsäure bereitgestellt werden. Erwogen wird auch, bei hohen Drücken (z. B. vielen Atmosphären) eine Hydrierung oder Deuterierung durchzuführen, um den Transport von Wasserstoff in das Substrat zu erhöhen.
Nach der Behandlung mit dem Wasserstoff enthaltenden Gas und/oder Plasma oder mit der Wasserstoff enthaltenden Säure diffundiert der Wasserstoff zu den Bindungen in der strukturell gespannten Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10, wobei die Wechselwirkung zwischen dem Wasserstoff und den Bindungen der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 die Bindungsstruktur innerhalb der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 schwächt.
Die 7A und 7B veranschaulichen einige Ausführungsformen des Anlegens einer mechanischen Spannung aus der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20 an das in den 6A und 6B dargestellte Germaniumsubstrat 1, wobei die mechanische Spannung das Germaniumsubstrat 1 entlang der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 spaltet. Das Anlegen der mechanischen Spannung durch die unter Zugspannung stehende Schicht 20 an das Germaniumsubstrat 1, welches in den 7A und 7B dargestellt ist, gleicht dem Verfahren des Anlegens der mechanischen Spannung an das Germaniumsubstrat 1 mittels der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht 20, welches oben mit Bezugnahme auf die 2A und 2B beschrieben ist, abgesehen davon, dass im in den 7A und 7B dargestellten Verfahren das Germaniumsubstrat 1 entlang der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 gespalten wird.
Die 8A und 8B veranschaulichen einige Ausführungsformen des Entfernens des Restteils 10a der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 von der in 7 dargestellten Struktur. In einer bestimmten Ausführungsform wird der Restteil 10a der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 selektiv bis zur zweiten Schicht aus Germanium 15 entfernt. In einer bestimmten Ausführungsform besteht der Ätzprozess, welcher den Restteil 10a der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 entfernt, aus Nassätzen mit einer Ätzchemie, die selektiv bis zur zweiten Schicht aus Germanium 15 wirkt. In einer bestimmten Ausführungsform enthält die Ätzchemie zum selektiven Entfernen des Restteils 10a der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 bis zur zweiten Schicht aus Germanium 15 Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Kaliumhydroxid (KOH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) und Gemische oder verdünnte Lösungen davon. Es ist zu beachten, dass die obigen Ätzchemien nur zur Veranschaulichung angegeben sind und die vorliegende Erfindung nicht begrenzen sollen. Zum Beispiel können andere Ätzchemien verwendet werden, solange die Ätzchemie die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 entfernt, ohne die zweite Schicht aus Germanium 15 zu entfernen. Weitere Ätzprozesse, welche an dieser Stelle der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen reaktives Ionenätzen, Ionenstrahlätzen, Plasmaätzen oder Laserabschmelzung.
Nach dem Entfernen der Germanium- und Zinnlegierungsschicht 10 kann die Dicke des Germaniumsubstrats 1, d. h. der zweiten Schicht aus Germanium 15, zwischen 0,1 Mikrometer und 20 Mikrometer betragen. In einem anderen Beispiel kann die Dicke der zweiten Schicht aus Germanium 15 zwischen 0,5 Mikrometer und 10 Mikrometer betragen. Die Dickenschwankung über die gesamte Breite der zweiten Schicht aus Germanium 15 an dieser Stelle der vorliegenden Erfindung beträgt unter 100 nm.
Die oben beschriebenen Verfahren können zum Herstellen verschiedener Arten von Dünnschichteinheiten, darunter, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Halbleitereinheiten und Photovoltaikeinheiten, verwendet werden. 9A veranschaulicht eine Ausführungsform des Bildens einer Photovoltaikeinheit 100a auf dem Restteil des Germaniumsubstrats 1, welcher aus der in den 1 bis 8A dargestellten Verfahrensfolge resultiert.
9A veranschaulicht eine Ausführungsform einer Photovoltaikeinheit 100a wie einer III-V-Mehrfach-Photovoltaikzelle, welche eine zweite Schicht aus Germanium 15 (im Folgenden als Schicht aus Germanium 15 bezeichnet) mit einer Dicke zwischen 1 Mikrometer und 10 Mikrometer umfasst, wobei die Schicht aus Germanium 15 eine Dickenschwankung über die gesamte Breite der ersten Schicht aus Germanium aufweist, welche unter 100 nm beträgt. Die Schicht aus Germanium 15 kann durch mindestens eines der Abplatzverfahren, die oben mit Bezugnahme auf die 1 bis 8A beschrieben sind, bereitgestellt sein und mindestens eine Komponente der unteren Zelle 150 der Photovoltaikeinheit 100a bereitstellen. Die Schicht aus Germanium 15 hat üblicherweise einen ersten Leitungstyp, und üblicherweise ist auf der Schicht aus Germanium 15 eine Halbleiterschicht 6 gebildet, welche einen zweiten Leitungstyp aufweist, der dem ersten Leitungstyp entgegengerichtet ist. Zum Beispiel wenn die Schicht aus Germanium 15 für eine p-Leitfähigkeit dotiert ist, ist die Halbleiterschicht 6 für eine n-Leitfähigkeit dotiert und umgekehrt. Die Halbleiterschicht 6 kann aus einem Silicium enthaltenden Material oder aus einem Germanium enthaltenden Material bestehen. Die Halbleiterschicht 6 kann eine epitaktisch abgeschiedene Schicht sein. Zu Beispielen von zum Bilden der Halbleiterschicht 6 geeigneten CVD-Prozessen zählen Atmosphärendruck-CVD (APCVD (Atmospheric Pressure CVD)), Niederdruck-CVD (LPCVD (Low Pressure CVD)), plasmaunterstützte CVD (PECVD (Plasma Enhanced CVD)), metallorganische CVD (MOCVD (Metal-Organic CVD)), Ultrahochvakuum-CVD (UHV-CVD (Ultra-High Vacuum CVD)) und Kombinationen davon. Die Kombination der Schicht aus Germanium 15 und der Halbleiterschicht 6 kann die untere Zelle 150 der Photovoltaikeinheit 100a bereitstellen. Die untere Zelle 150 der Photovoltaikeinheit kann eine Dicke von 10 Mikrometer oder weniger aufweisen.
In einer bestimmten Ausführungsform umfasst die Photovoltaikeinheit 100a mindestens eine obere Zelle 200, welche aus mindestens einem III-V-Halbleiterwerkstoff besteht, welche in direktem Kontakt mit einer unteren Zelle 150 steht, welche aus einem Germanium enthaltenden Material besteht. Die mindestens eine obere Zelle 200 besteht aus einer beliebigen Anzahl von Schichten aus einer beliebigen Anzahl von III-V-Halbleiterwerkstoffen. Ein „III-V-Halbleiterwerkstoff” ist eine Legierung, welche aus Elementen aus den Gruppen III und V des Periodensystems der Elemente besteht. In einer bestimmten Ausführungsform besteht die mindestens eine obere Zelle 200 aus mindestens einem III-V-Halbleiterwerkstoff, welcher aus der aus Aluminiumantimonid (AlSb), Aluminiumarsenid (AlAs), Aluminiumnitrid (AlN), Aluminiumphosphid (AlP), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumantimonid (InSb), Indiumarsenid (InAs), Indiumnitrid (InN), Indiumphosphid (InP), Aluminium-Gallium-Arsenid (AlGaAs), Indium-Gallium-Phosphid (InGaP), Aluminium-Indium-Arsenid (AlInAs), Aluminium-Indium-Antimonid (AlInSb), Gallium-Arsenid-Nitrid (GaAsN), Gallium-Arsenid-Antimonid (GaAsSb), Aluminium-Gallium-Nitrid (AlGaN), Aluminium-Gallium-Phosphid (AlGaP), Indium-Gallium-Nitrid (InGaN), Indium-Arsenid-Antimonid (InAsSb), Indium-Gallium-Antimonid (InGaSb), Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid (AlGaInP), Aluminium-Gallium-Arsenid-Phosphid (AlGaAsP), Indium-Gallium-Arsenid-Phosphid (InGaAsP), Indium-Arsenid-Antimonid-Phosphid (InArSbP), Aluminium-Indium-Arsenid-Phosphid (AlInAsP), Aluminium-Gallium-Arsenid-Nitrid (AlGaAsN), Indium-Gallium-Arsenid-Nitrid (InGaAsN), Indium-Aluminium-Arsenid-Nitrid (InAlAsN), Gallium-Arsenid-Antimonid-Nitrid (GaAsSbN), Gallium-Indium-Nitrid-Arsenid-Aluminium-Antimonid (GaInNAsSb), Gallium-Indium-Arsenid-Antimonid-Phosphid (GaInAsSbP) und Kombinationen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Jeder der III-V-Halbleiterwerkstoffe, welche die mindestens eine obere Zelle 200 bereitstellen, kann eine monokristalline, multikristalline oder polykristalline Kristallstruktur haben. Jeder der III-V-Halbleiterwerkstoffe kann epitaktisch sein. Um einen Übergang mit jeder einzelnen Zelle in der mindestens einen oberen Zelle 200 bereitzustellen und um einen Übergang mit der unteren Zelle 150 bereitzustellen, können die III-V-Halbleiterwerkstoffe für eine p- oder n-Leitfähigkeit dotiert werden. Die Wirkung des Dotieratoms, d. h. ob es ein p-leitender oder ein n-leitender Dotierungsstoff ist, hängt von dem durch das Dotieratom im Gitter des Grundmaterials besetzten Platz ab. In einem III-V-Halbleiter wirken Atome aus Gruppe II als Akzeptoren, d. h. p-leitend, wenn sie den Platz eines Gruppe-III-Atoms besetzen, während Atome aus Gruppe VI als Donatoren, d. h. n-leitend, wirken, wenn sie Atome aus der Gruppe V ersetzen. Dotieratome aus Gruppe IV, wie Silicium (Si), haben die Eigenschaft, dass sie als Akzeptoren oder Donatoren wirken können, je nachdem, ob sie den Platz von Gruppe-III- oder von Gruppe-V-Atomen besetzen. Solche Fremdatome sind als amphotere Fremdatome bekannt. Jede der Schichten in der mindestens einen oberen Zelle 200, welche p-n-Übergänge bereitstellen, kann eine Dicke zwischen 100 nm und 6.000 nm haben. In einer weiteren Ausführungsform kann jede der Schichten in der mindestens einen oberen Zelle 20 eine Dicke zwischen 500 nm und 4.000 nm haben.
Wie in 9A weiter gezeigt, können dann Vorderseitenkontakte 500 so gebildet werden, dass sie mit mindestens der mindestens einen oberen Zelle 200 aus mindestens einem III-V-Halbleiterwerkstoff elektrisch verbunden sind. Die Vorderseitenkontakte 500 können mittels eines Siebdruckverfahrens abgeschieden werden. In einer weiteren Ausführungsform werden die Vorderseitenkontakte 500 durch Aufbringen eines geätzten oder durch Galvanoplastik hergestellten Metallmusters bereitgestellt. Das beim Bilden des Metallmusters für die Vorderseitenkontakte 500 verwendete Metallmaterial kann das Aufbringen einer Metallpaste umfassen. Die Metallpaste kann jede beliebige leitfähige Paste wie Al-Paste, Ag-Paste oder AlAg-Paste sein. Das beim Bilden des Metallmusters für den Vorderseitenkontakt 500 verwendete Metallmaterial kann auch durch Sputtern oder Galvanisieren abgeschieden werden. In einigen Ausführungsformen kann der Rückseitenkontakt durch die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 bereitgestellt werden, wenn die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht 20 aus einem leitfähigen Material wie einem Metall besteht. In weiteren Ausführungsformen kann der Rückseitenkontakt unter Verwendung ähnlicher Verfahren und Materialien wie diejenigen der Vorderseitenkontakte 500 gebildet werden.
9B veranschaulicht eine Ausführungsform einer Photovoltaikeinheit 100b, welche aus den in den 1 bis 8B dargestellten Verfahrensfolgen resultiert.
Die in den 9A und 9B dargestellte Photovoltaikstruktur 100a, 100b ist nur zur Veranschaulichung angegeben und soll die vorliegende Erfindung nicht begrenzen, während weitere Photovoltaikstrukturen im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten sind. Zum Beispiel kann die Photovoltaikstruktur, welche in den 9A und 9B dargestellt ist, weitere Tunnelschichten, Reflexschichten, Antireflexschichten und transparente, leitfähige Oxidschichten umfassen. In einem anderen Beispiel liegt eine eigenleitende Halbleiterschicht zwischen der Schicht aus Germanium 15 und der Halbleiterschicht 6 vor und ist die Photovoltaikeinheit eine p-i-n-Solarzelle.

Claims

Verfahren zum Spalten eines Halbleitermaterials, welches folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Germaniumsubstrats, wobei eine Germanium- und Zinnlegierungsschicht innerhalb des Germaniumsubstrats vorliegt; Abscheiden einer eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht auf dem Germaniumsubstrat; Anlegen einer mechanischen Spannung aus der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht an das Germaniumsubstrat, wobei die mechanische Spannung das Germaniumsubstrat spaltet, um eine Spaltoberfläche bereitzustellen, wobei die Germanium- und Zinnlegierungsschicht zwischen der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht und der Spaltoberfläche des Germaniumsubstrats liegt; und selektives Ätzen der Spaltoberfläche des Germaniumsubstrats bis zur Germanium- und Zinnlegierungsschicht des Germaniumsubstrats.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 0,5 Atom-% bis 20 Atom-% Zinn, unter 50 Atom-% Silicium und einen Restanteil Germanium enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Siliciumgehalt der Germanium- und Zinnlegierungsschicht so gewählt wird, dass die durch den Zinngehalt der Germanium- und Zinnlegierungsschicht bewirkte mechanische Spannung ausgeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bereitstellen des Germaniumsubstrats folgende Schritte umfasst: Bilden einer ersten Schicht aus Germanium; Bilden der Germanium- und Zinnlegierungsschicht auf der ersten Schicht aus Germanium; und Bilden einer zweiten Schicht aus Germanium auf der Germanium- und Zinnlegierungsschicht, wobei die Spaltoberfläche in der ersten Schicht des Germaniumsubstrats gebildet wird, wenn die mechanische Spannung aus der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht an das Germaniumsubstrat angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die erste Schicht aus Germanium ein Grundmaterial aus 100% Germanium umfasst und die zweite Schicht aus Germanium ein Grundmaterial aus 100% Germanium umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden der Germanium- und Zinnlegierungsschicht Molekularstrahlepitaxie aus Germanium- und Zinn-Festkörperquellen-Materialien, chemische Abscheidung aus der Gasphase aus mindestens einem Germanium enthaltenden Quellengas und einem Zinn enthaltenden Quellengas oder eine Kombination davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Zinn enthaltende Quellengas Stannan (SnH4), Stannan-d4 (SnD4) oder eine Kombination davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht aus einer Metall enthaltenden Schicht, einer Polymerschicht, einem Klebeband oder einer Kombination davon besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abscheiden der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht auf dem Germaniumsubstrat eine Adhäsivverbindung einer Metall enthaltenden Schicht mit der Oberseite des Germaniumsubstrats umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine Rückseitenfeldschicht, eine Rückseiten-Passivierungsschicht, eine Tunnelschicht oder ein rückseitiger Solarzellen-Übergang oder eine Kombination beliebig vieler davon auf einer Rückseite der ersten Schicht aus Germanium gebildet wird, welche der Oberfläche der ersten Schicht aus Germanium, auf welcher die Germanium- und Zinnlegierungsschicht gebildet ist, entgegengesetzt ist, wobei die Rückseitenfeldschicht, die Rückseiten-Passivierungsschicht, die Tunnelschicht oder der Solarzellen-Übergang oder eine Kombination beliebig vieler davon eine Oberfläche des Germaniumsubstrats bereitstellt, auf welcher die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, welches außerdem ein Handhabungssubstrat umfasst, das auf eine Oberfläche der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht kontaktiert wird, die einer Oberfläche der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht entgegengesetzt ist, welche auf dem Germaniumsubstrat abgeschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anlegen der mechanischen Spannung aus der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht an das Germaniumsubstrat eine auf die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht angewendete mechanische Kraft, welche eine mechanische Spannung im Germaniumsubstrat erzeugt, oder eine auf die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht angewendete Temperaturänderung, welche eine Wärmeausdehnungsdifferenz zum Germaniumsubstrat erzeugt, um eine mechanische Spannung im Germaniumsubstrat bereitzustellen, umfasst, wobei die mechanische Spannung im Germaniumsubstrat, welche aus der mechanischen Kraft oder der Temperaturänderung, welche auf die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht angewendet wird, resultiert, eine Rissausbreitung innerhalb des Germaniumsubstrats bewirkt und die Spaltoberfläche bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ätzen der Spaltoberfläche des Germaniumsubstrats, das selektiv bis zur Germanium- und Zinnlegierungsschicht des Germaniumsubstrats wirkt, Nassätzen mit Wasserstoffperoxid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, welches außerdem das selektive Entfernen der Germanium- und Zinnlegierungsschicht bis zur zweiten Schicht aus Germanium umfasst.
Verfahren zum Spalten eines Halbleitermaterials, welches folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Germaniumsubstrats, wobei eine Germanium- und Zinnlegierungsschicht innerhalb des Germaniumsubstrats vorliegt; Schwächen der Germanium/Zinnlegierungsschicht, wobei das Schwächen der Germanium/Zinnlegierungsschicht das Behandeln des Germaniumsubstrats mit einem Wasserstoff enthaltenden Gas, einer Wasserstoff enthaltenden Säure oder einer Kombination davon umfasst, wobei Wasserstoff aus dem Wasserstoff enthaltenden Gas, der Wasserstoff enthaltenden Säure oder der Kombination davon in die Germanium/Zinnlegierungsschicht diffundiert, um die Bindungsstruktur innerhalb der Germanium/Zinnlegierungsschicht zu schwächen; Abscheiden einer eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht auf dem Germaniumsubstrat; und Anlegen einer mechanischen Spannung aus der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht an das Germaniumsubstrat, wobei die mechanische Spannung das Germaniumsubstrat entlang der Germanium/Zinnlegierungsschicht spaltet.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Germanium- und Zinnlegierungsschicht 0,5 Atom-% bis 20 Atom-% Zinn, unter 50 Atom-% Silicium und einen Restanteil Germanium enthält.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Bereitstellen des Germaniumsubstrats folgende Schritte umfasst: Bilden einer ersten Schicht aus Germanium; Bilden der Germanium- und Zinnlegierungsschicht auf der ersten Schicht aus Germanium; und Bilden einer zweiten Schicht aus Germanium auf der Germanium- und Zinnlegierungsschicht, und/oder wobei der Siliciumgehalt der Germanium- und Zinnlegierungsschicht so gewählt wird, dass er eine mechanische Zugspannung in der Germanium- und Zinnlegierungsschicht bereitstellt, oder der Zinngehalt der Germanium- und Zinnlegierungsschicht so gewählt wird, dass er eine mechanische Druckspannung bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Anlegen der mechanischen Spannung aus der eine mechanische Spannung erzeugenden Schicht an das Germaniumsubstrat eine auf die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht angewendete mechanische Kraft, welche eine mechanische Spannung im Germaniumsubstrat erzeugt, oder eine auf die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht angewendete Temperaturänderung, welche eine Wärmeausdehnungsdifferenz zum Germaniumsubstrat erzeugt, um eine mechanische Spannung im Germaniumsubstrat bereitzustellen, umfasst, wobei die mechanische Spannung im Germaniumsubstrat, welche aus der mechanischen Kraft oder der Temperaturänderung, welche auf die eine mechanische Spannung erzeugende Schicht angewendet wird, resultiert, eine Rissausbreitung entlang der Germanium/Zinnlegierungsschicht bewirkt und das Germaniumsubstrat spaltet, welches außerdem vorzugsweise das selektive Ätzen eines Restteils der Germanium/Zinnlegierungsschicht bis zur zweiten Schicht aus Germanium umfasst.