KR102103040B1 - 에피택셜 리프트 오프의 가속을 위한 변형 제어 - Google Patents
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Abstract
핸들 및 상기 핸들 상에 배치되는 하나 이상의 변형 층을 포함하는 에피택셜 리프트 오프(eptaxial lift off)를 위한 박막 디바이스가 개시되어 있고, 여기에서 상기 하나 이상의 변형 층은 상기 핸들의 만곡을 유도한다. 핸들 상에 하나 이상의 변형 층을 증착하는 단계를 포함하는 에피택셜 리프트 오프를 위한 박막 디바이스를 제조하는 방법이 또한 개시되어 있고, 여기에서 상기 하나 이상의 변형 층은 인장 변형, 압축 변형 및 중립에 가까운 변형으로부터 선택된 상기 핸들 상의 적어도 하나의 변형을 유도한다. 성장 기판 상에 배치되는 희생 층 위에 에피레이어를 증착시키는 단계; 성장 기판 및 핸들 중 적어도 하나 상에 하나 이상의 변형 층을 증착시키는 단계; 핸들을 성장 기판에 본딩하는 단계; 및 희생 층을 에칭하는 단계를 포함하는 에피택셜 리프트 오프를 위한 방법이 또한 개시되어 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2012년 6월 4일에 출원된 미국 가특허 출원 제61/655,084호에 대한 우선권의 이익을 청구하며, 그 전체 내용은 참고로 본 명세서에 병합되어 있다.
연방 정부가 후원하는 연구에 관한 기술
본 발명은 미국의 육군 연구 사무소에 의해 수여받은 W91lnF-08-2-0004 하에서 정부 지원으로 만들어졌다. 정부는 본 발명에서 일정 권리를 갖는다.
공동 연구 계약
본 출원의 주제는 대학 기업간 공동 연구 계약에 대한 아래의 당사자: 미시간 주립 대학 및 글로벌 포토닉 에너지 코포레이션(Global Photonic Energy Corporation) 중 하나 이상에 의해, 그를 대표하여, 및/또는 그와 관련하여 만들어졌다. 그 계약은 본 출원의 주제가 만들어진 날짜 이전에 유효했고, 그러한 것은 이 계약의 범위 내에서 수행된 활동의 결과로서 만들어졌다.
본 개시내용은 일반적으로 에피택셜 리프트 오프(ELO: epitaxial lift off)의 사용을 통해 광발전(PV: photovoltaic) 디바이스와 같은 전기적으로 활성이고, 광학적으로 활성인, 태양 반도체 및 박막 재료를 제조하는 방법에 관한 것이다.
감광성 광전 디바이스는 전자기 방사선을 전기로 변환시킨다. PV 디바이스라고도 칭해지는 태양 전지가 전력을 발생시키는 데 특별히 사용되는 감광성 광전 디바이스의 한 종류이다. 태양광선과 다른 광원으로부터 전기 에너지를 발생시킬 수 있는 PV 디바이스는 예를 들면, 조명, 난방을 제공하도록 전력 소모가 큰 부하를 구동시키는 데, 또는 계산기, 라디오, 컴퓨터 또는 원격 감시 또는 통신 장비와 같은 전자 회로 또는 디바이스에 전력 공급하는 데 사용될 수 있다.
내부적으로 발생된 전계를 생성하기 위해, 일반적인 방법은 특히 분자의 양자 에너지 상태의 그들의 분포에 대해 적절히 선택된 도전성 성질을 갖는 재료의 두 층을 병치하는 것이다. 이들 2개의 재료의 계면은 광 전지 접합이라고 칭해진다. 통상의 반도체 이론에서는, PV 접합을 형성하기 위한 재료는 통상적으로 n 또는 p형 중 어느 하나로 된 것으로서 나타내고 있다. 여기에서 n형은 대부분의 캐리어 종류가 전자인 것을 나타낸다. 이것은 비교적 자유로운 에너지 상태의 다수의 전자를 갖는 재료로 볼 수 있다. p형은 대부분의 캐리어 종류가 홀인 것을 나타낸다. 그러한 재료는 비교적 자유로운 에너지 상태의 다수의 홀을 갖는다. 백그라운드(background)의 종류 즉, 광 발전되지 않은 대부분의 캐리어 농도는 주로 결함이나 불순물에 의한 의도적이지 않은 도핑에 의존한다. 불순물의 종류 및 농도는 전도대(conduction band) 최소와 가전자대(valance band) 최대 에너지 사이의 갭 내에서 페르미 에너지, 또는 레벨의 값을 결정한다. 페르미 에너지는 점유 확률이 1/2과 같은 에너지의 값에 의해 나타나는 분자의 양자 에너지 상태의 통계적인 점유를 특징으로 한다. 전도대 최소 에너지에 가까운 페르미 에너지는 전자가 지배적인 캐리어인 것을 나타낸다. 가전자대 최대 에너지에 가까운 페르미 에너지는 홀이 지배적인 캐리어인 것을 나타낸다. 따라서, 페르미 에너지는 통상의 반도체의 주요한 특징으로 하는 성질이고, 원형의 PV 접합은 통상적으로 p-n 계면이었다.
종래의 무기 반도체 PV 전지는 내부 전계를 확립하도록 p-n 접합을 채용한다. 고효율성 PV 디바이스는 일반적으로 고가의 단결정 성장 기판 상에 생성된다. 이들 성장 기판은 "에피레이어(epilayers)"라고도 알려져 있는 활성 층의 에피택셜 성장을 위한 완전한 격자(lattice) 및 구조적인 지지부를 생성하는 데 사용될 수 있는 단결정 웨이퍼를 포함할 수도 있다. 이들 에피레이어는 자신의 원래의 성장 기판을 갖는 온전한 상태로 PV 디바이스로 집적될 수도 있다. 이와 달리, 그들 에피레이어는 제거되어 호스트 기판과 재결합될 수도 있다.
일부의 경우에는, 바람직한 광학, 기계적, 또는 열적인 성질을 나타내는 호스트 기판에 에피레이어를 전사시키는 것이 바람직할 수도 있다. 예를 들면, 갈륨 비화물(GaAs) 에피레이어가 실리콘(Si) 기판 상에서 성장될 수도 있다. 그러나, 결과적으로 생성된 재료의 전자 품질이 어떤 전자 애플리케이션에 불충분할 수도 있다. 따라서, 그들 에피레이어의 다른 기판으로의 집적을 가능하게 하면서 격자 정합 에피레이어의 높은 재료 품질을 유지하는 것이 바람직할 수도 있다. 이것은 에피택셜 리프트 오프로 알려져 있는 방법에 의해 달성될 수도 있다. 에피택셜 리프트 오프 프로세스에서는, 에피레이어가 "리프트 오프된" 성장 층일 수도 있고 새로운 호스트 기판에 재결합(예를 들면, 본딩되거나 부착)될 수도 있다.
그것들이 바람직한 에피택셜 성장 특성을 제공할 수도 있지만, 일반적인 성장 기판은 두껍고 과도한 중량을 생성할 수 있고, 결과적으로 생성된 디바이스는 손상되기 쉬우며 부피가 큰 지지 시스템을 필요로 한다. 에피택셜 리프트 오프는 에피레이어를 그들의 성장 기판으로부터 더욱 효율적인 경량의 가요성 호스트 기판으로 전사시키기 위한 바람직한 방법일 수도 있다. 일반적인 성장 기판의 상대적인 희소성 및 이들이 결과적으로 생성된 전지 구조에 주는 바람직한 특성을 고려해 볼 때, 후속하는 에피택셜 성장 시에 성장 기판을 재생 및/또는 재활용하는 것이 바람직할 수도 있다.
ELO 프로세스는 태양 전지 애플리케이션에 있어서 매력적이고 모체(parent) 웨이퍼를 재활용함으로써 Ⅲ-Ⅳ 베이스의 디바이스에 대한 잠재적인 생산 가격의 절감을 제공한다. 광발전 전지 및 광검출기와 같은 광전 디바이스에 있어서, 후면 반사기를 갖는 박막 디바이스를 제조함으로써 종래의 기판 웨이퍼 기반 디바이스에 비해 동등한 입사 방사선량을 흡수하도록 활성 영역 두께의 대략 절반을 필요로 한다. 더 얇은 활성 층은 또한, 에피택셜 층에 대한 재료 소비 및 성장 시간을 감소시킴으로써 생산 비용 절감을 가능하게 한다. 더욱이, 후면 반사기는 기판으로 발광을 통해 방출되는 광자(photon)의 기생 흡수를 방지하고 쇼클리-퀘이서 한계(Shockley-Queisser Limit)를 달성하기 위한 필수 요건인 증가된 "광자 재생"을 감안한다. 이 광자 재생은 기판 전지에 비해 리프트 오프된 전지에서의 증가된 개방 회로 전압을 감안한다.
희생 층(sacrificial layer)의 측면 에칭 프로세스를 가속화하기 위해, 리프트 오프된 박막 및 가요성 핸들 재료(예를 들면, 플라스틱, 왁스, 금속 박(foil), 포토레지스트 등)에 대한 만곡이 일반적으로 적용된다. 이것은 웨이트(weight)를 사용하여 웨이퍼로부터 떨어져서 구부리거나(bending) 웨이퍼와 에피레이어 사이의 갭을 개방하도록 핸들을 곡선화(curving)함으로써 달성된다. 그러나, 이 프로세스는 정확한 에피레이어 지지부 설정 또는 추가의 전사 단계를 필요로 한다. 또한, 에피레이어 지지부 설정이 에피레이어 상에 과도한 변형 또는 과도한 막 만곡(film curvature)을 유도하는 경우, 얇은 단결정 막에 균열이 결과적으로 발생할 수 있다.
핸들 상의 변형을 제어하고 리프트 오프 설정을 간략화함으로써 ELO 프로세스를 촉진할 필요성이 남아 있다.
본 개시내용의 일 실시예는 핸들 및 상기 핸들 상에 배치되는 하나 이상의 변형 층을 포함하는 에피택셜 리프트 오프(eptaxial lift off)를 위한 박막 디바이스에 관한 것으로, 여기에서 상기 하나 이상의 변형 층은 상기 핸들의 만곡을 유도한다.
다른 실시예에서는, 본 개시내용은 성장 기판, 핸들, 및 상기 성장 기판 및 상기 핸들 중 적어도 하나 상에 배치되는 하나 이상의 변형 층을 포함하는, 에피택셜 리프트 오프를 위한 박막 디바이스에 관한 것으로, 여기에서 상기 하나 이상의 변형 층이 위에 선택적으로 배치되어 있는 상기 핸들이 상기 성장 기판에 본딩되고, 여기에서 상기 하나 이상의 변형 층은 인장 변형, 압축 변형 및 중립에 가까운(near-neutral) 변형으로부터 선택된, 상기 핸들 상의 적어도 하나의 변형을 유도한다.
다른 실시예에서는, 본 개시내용은 성장 기판 상에 배치되는 에피레이어, 핸들, 및 상기 성장 기판 및 상기 핸들 중 적어도 하나 상에 배치되는 하나 이상의 변형 층을 포함하는, 에피택셜 리프트 오프를 위한 박막 디바이스에 관한 것으로, 여기에서 상기 하나 이상의 변형 층이 위에 선택적으로 배치되어 있는 상기 핸들이 상기 성장 기판에 본딩되고, 여기에서 상기 하나 이상의 변형 층은 인장 변형, 압축 변형 및 중립에 가까운 변형으로부터 선택된, 상기 핸들 및 에피레이어 중 적어도 하나 상의 적어도 하나의 변형을 유도한다. 일부 실시예에서는, 상기 하나 이상의 변형 층은 핸들 및 에피레이어 상의 적어도 하나의 변형을 유도한다.
다른 실시예에서는, 본 개시내용은 성장 기판 상에 배치되는 희생 층 및 에피레이어, 핸들, 및 상기 성장 기판 및 상기 핸들 중 적어도 하나 상에 배치되는 하나 이상의 변형 층을 포함하는, 에피택셜 리프트 오프를 위한 박막 디바이스에 관한 것으로, 여기에서 상기 하나 이상의 변형 층이 위에 선택적으로 배치되어 있는 상기 핸들이 상기 성장 기판에 본딩되고, 여기에서 상기 하나 이상의 변형 층은 인장 변형, 압축 변형 및 중립에 가까운 변형으로부터 선택된, 희생 층, 에피레이어 및 핸들 중 적어도 하나 상의 적어도 하나의 변형을 유도한다. 일부 실시예에서는, 상기 하나 이상의 변형 층은 희생 층, 에피레이어 및 핸들 상의 적어도 하나의 변형을 유도한다.
다른 실시예에서는, 본 개시내용은 적어도 하나의 희생 층; 및 핸들 상에 배치되는 적어도 하나의 변형 층을 포함하는, 에피택셜 리프트 오프를 위한 박막 디바이스를 제공하며, 여기에서 상기 적어도 하나의 변형 층은 금속, 반도체, 유전체 및 비금속으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 구성되고, 여기에서 상기 적어도 하나의 변형 층은 상기 핸들의 만곡을 유도한다.
또 다른 실시예에서는, 본 개시내용은 적어도 하나의 희생 층; 및 핸들 상에 배치되는 적어도 하나의 변형 층을 포함하는, 에피택셜 리프트 오프를 위한 박막 디바이스를 제공하며, 여기에서 상기 적어도 하나의 변형 층은 금속, 반도체, 유전체 및 비금속으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 구성되고, 여기에서 상기 핸들은 상기 변형 층으로부터의 인장 또는 압축 변형 하에서 만곡이 가능하게 된다.
다른 실시예에서는, 본 개시내용은 금속으로 구성된 변형 층을 제공한다. 이 금속의 적절한 예는 금, 니켈, 은, 구리, 텅스텐, 백금, 팔라듐, 탄탈, 몰리브덴, 또는 크롬과 같은 순수한 금속, 또는 이리듐, 금, 은, 구리, 텅스텐, 백금, 팔라듐, 탄탈, 몰리브덴, 및/또는 크롬을 함유하는 금속 합금을 포함한다.
본 개시내용의 일부 실시예에서는, 변형 층이 핸들의 만곡을 유도한다. 일부 실시예에서는, 하나 이상의 변형 층은 희생 층을 에칭할 때 핸들의 만곡을 유도한다. 일부 실시예에서는, 하나 이상의 변형 층은 성장 기판과 분리될 때 핸들의 만곡을 유도한다. 일부 실시예에서는, 핸들의 만곡은 성장 기판을 향하고 있다. 일부 실시예에서는, 변형 층은 핸들의 만곡을 성장 기판으로부터 멀어지는 방향으로 유도한다. 일부 실시예에서는, 변형 층은 핸들의 만곡을 최소화시킨다.
일 실시예에서는, 본 개시내용은 핸들 상에 하나 이상의 변형 층을 증착하는 단계를 포함하는, 에피택셜 리프트 오프를 위한 박막 디바이스를 제조하는 방법을 제공하며, 여기에서 상기 하나 이상의 변형 층은 인장 변형, 압축 변형 및 중립에 가까운 변형으로부터 선택된 상기 핸들 상의 적어도 하나의 변형을 유도한다. 일부 실시예에서는, 이 방법이 핸들의 만곡을 유도할 수 있다.
다른 실시예에서는, 본 개시내용은 핸들의 만곡을 성장 기판을 향해 유도하도록 인장 변형을 유도하는 변형 층을 제공한다.
일 실시예에서는, 본 개시내용은, 성장 기판 및 핸들을 제공하는 단계, 성장 기판 및 핸들 중 적어도 하나 상에 하나 이상의 변형 층을 증착시키는 단계, 및 하나 이상의 변형 층이 위에 선택적으로 배치되어 있는 핸들을 성장 기판에 본딩하는 단계를 포함하는, 박막 디바이스를 제조하는 방법을 제공한다.
또 다른 실시예에서는, 본 개시내용은, 성장 기판 상에 배치되는 희생 층 위에 에피레이어를 증착시키는 단계, 성장 기판 및 핸들 중 적어도 하나 상에 하나 이상의 변형 층을 증착시키는 단계, 핸들을 성장 기판에 본딩하는 단계, 및 희생 층을 에칭하는 단계를 포함하는, 에피택셜 리프트 오프를 위한 방법을 제공한다.
본 개시내용의 추가의 실시예는, 핸들에 본딩되어 있는 성장 기판 상에 배치된 적어도 하나의 층을 포함하는 박막 태양 전지 디바이스에 관한 것으로, 여기에서 핸들은 충분히 가요성이고 에피택셜 리프트 오프를 촉진시키는 만곡을 갖는다. 본 개시내용의 또 다른 실시예는 핸들에 본딩되어 있는 성장 기판 상에 배치된 적어도 하나의 층을 포함하는 박막 태양 전지 디바이스에 관한 것으로, 여기에서 웨이퍼와 핸들 사이의 열 팽창 계수의 차이가 에피택셜 리프트 오프를 촉진시키도록 핸들에 만곡을 생성하는 데 사용된다.
도 1은 성장 기판 및 핸들, 예를 들면, 캡톤(Kapton) 시트를 포함하는 에피택셜 리프트 오프용 박막 디바이스의 예시적인 실시예를 도시하며, 변형 층은 핸들의 만곡을 유도한다.
도 2는 핸들의 상부에(a), 핸들의 하부에(b) 단일 스트레서(stressor) 층, 또는 변형이 변하는 핸들의 상부에(c) 다층, 또는 핸들의 양측에(d) 가변 변형을 갖는 층들을 갖는 인장 및 압축 변형을 갖는 스퍼터링된 Ir의 여러 가지 조합을 도시한다.
도 3은 7 mTorr 스퍼터링 챔버 압력 하에서 3.5 ㎚, 10.5 ㎚, 21 ㎚ 및 42 ㎚ 두께로 스퍼터링된 Ir을 갖고 8.5 mTorr 스퍼터링 챔버 압력 하에서 7 ㎚ 및 28 ㎚ 두께로 스퍼터링된 Ir을 갖는 50 ㎛ 캡톤 시트 및 Ir이 없는 제어 시트를 도시한다.
도 4는 변형된 핸들 상에 냉간 용접 본딩되고 리프트 오프된 사진을 도시한다.
도 2는 핸들의 상부에(a), 핸들의 하부에(b) 단일 스트레서(stressor) 층, 또는 변형이 변하는 핸들의 상부에(c) 다층, 또는 핸들의 양측에(d) 가변 변형을 갖는 층들을 갖는 인장 및 압축 변형을 갖는 스퍼터링된 Ir의 여러 가지 조합을 도시한다.
도 3은 7 mTorr 스퍼터링 챔버 압력 하에서 3.5 ㎚, 10.5 ㎚, 21 ㎚ 및 42 ㎚ 두께로 스퍼터링된 Ir을 갖고 8.5 mTorr 스퍼터링 챔버 압력 하에서 7 ㎚ 및 28 ㎚ 두께로 스퍼터링된 Ir을 갖는 50 ㎛ 캡톤 시트 및 Ir이 없는 제어 시트를 도시한다.
도 4는 변형된 핸들 상에 냉간 용접 본딩되고 리프트 오프된 사진을 도시한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "층"은 그 일차 차원이 X-Y인, 즉, 그 길이 및 폭을 따라 있고, 조명의 입사면에 일반적으로 수직인, 감광성 디바이스의 부재 또는 구성요소를 칭한다. 용어 "층"은 재료의 단일 층 또는 시트에 반드시 제한되는 것은 아님을 이해해야 한다. 용어는 라미네이트(laminate) 또는 여러 개의 재료의 판의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 특정 층과 다른 재료(들) 또는 층(들)의 계면(들)을 포함하는 특정 층의 표면이 불완전할 수도 있으며, 여기에서 상기 표면은 다른 재료(들) 또는 층(들)과 서로 관통하는 얽혀 있거나(entangled) 회선상의(convoluted) 네트워크를 나타내는 것을 이해해야 한다. 유사하게, 층이 불연속적이므로 X-Y 차원을 따른 상기 층의 연속성이 방해를 받거나 다른 층(들) 또는 재료(들)에 의해 중단될 수도 있다는 것을 또한 이해해야 한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "Ⅲ-Ⅴ 재료"는 주기율표의 ⅢA 군 및 ⅤA 군으로부터의 원소를 함유하는 화합물 결정을 지칭하는 데 사용될 수도 있다. 더욱 구체적으로는, Ⅲ-Ⅴ 재료는 본 명세서에서는 갈륨(Ga), 인듈(In) 및 알루미늄(Al)의 그룹과 비소(As), 인(P), 질소(N) 및 안티몬(Sb)의 그룹의 조합인 화합물을 지칭하는 데 사용될 수도 있다. 대표적인 재료는 GaAs, InP, InGaAs, AlAs, AlGaAs, InGaAsP, InGaAsPN, GaN, InGaN, InGaP, GaSb, GaAlSb, InGaTeP, 및 InSb의 그룹의 조합인 화합물과 모든 관련 화합물을 지칭하는 데 사용될 수도 있다. 용어 "Ⅳ 군"은 주기율표의 칼럼 ⅣA의 Si 및 Ge와 같은 반도체를 포함한다. Ⅱ-Ⅵ 군은 예를 들면, 주기율표의 ⅡA 및 ⅥA 군에 있는 CdS 및 CdTe와 같은 반도체를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 표현 "상에 배치된"은 재료가 배치되고 그 위에 배치되어 있는 재료 사이에 다른 재료나 층이 존재하는 것이 가능하다. 유사하게, 표현 "에 본딩된"은 재료가 본딩되고 그에 본딩되어 있는 재료 사이에 다른 재료나 층이 존재하는 것이 가능하다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 성장 기판을 향해 핸들의 만곡을 유도하는 변형 층은 변형 층이 성장 기판의 기준 포인트로부터 오목한 형상을 취하도록 핸들을 유도하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 성장 기판으로부터 멀어지는 방향으로 핸들의 만곡을 유도하는 변형 층은 변형 층이 성장 기판의 기준 포인트로부터 볼록한 형상을 취하도록 핸들을 유도하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "변형"은 증착된 층 내의 잔류 변형에 관해서 정해질 수 있다. 변형은 인장, 압축 또는 중립에 가까운 것일 수 있다. 인장 변형은 변형 층을 향해 핸들을 곡선화시키고, 압축 변형은 변형 층으로부터 멀어지는 방향으로 핸들을 곡선화시키며, 중립에 가까운 변형은 핸들에 어떠한 상당한 만곡도 초래하지 않는다. 일 실시예에서는, 핸들 재료에 적용된 변형이 웨이퍼를 향해 핸들의 만곡을 가속화시키는 인장이다.
본 명세서에서 기술되는 박막 디바이스는 감광성 디바이스일 수도 있다. 일부 실시예에서는, 본 명세서에서 기술되는 박막 디바이스가 태양 전지 디바이스이다.
본 개시내용은 또한, 성장 기판과 적어도 하나의 에피택셜 층 사이에 배치되는 보호 층을 채용하는 것에 관한 것이다. 미국 특허 제8,378,385호 및 미국 특허 공개 제2013/0043214호 공보에는 성장 구조체와 재료의 개시내용에 대해 참조로 본 명세서에 병합되어 있으며, 예를 들면, 성장 구조체는 성장 기판, 보호 층, 회생 층 및 에피레이어를 포함한다.
본 개시내용은 더욱이, 보호 층 표면을 고속 열 어닐링(RTA: rapid thermal annealing)으로 적어도 부분적으로 분해하는 전세정(pre-cleaning) 프로세스에 의해 ELO 프로세스로부터의 보호 층 및 오염물의 제거에 관한 것이다. 다른 실시예에서는, 에피택셜 보호 층 및 고속 열 분해의 조합이 새로운 웨이퍼와 거의 동일한 표면 품질을 제공한다.
본 개시내용의 일부 실시예에서는, 에피택셜 리프트 오프를 위한 박막 디바이스가 핸들 및 핸들 상에 배치되는 하나 이상의 변형 층을 포함하고, 여기에서 하나 이상의 변형 층은 핸들의 만곡을 유도한다. 예를 들면, 도 2(a) 및 도 2(b)는 핸들 예를 들면, 캡톤 시트 상에 배치되는 변형 층 예를 들면, Ir 층을 도시하며, 여기에서 Ir 층은 인장 또는 압축 변형을 통해 핸들의 만곡을 유도한다.
본 개시내용의 일부 실시예에서는, 박막 디바이스가 성장 기판, 핸들 및 성장 기판과 핸들 중 적어도 하나 상에 배치되는 하나 이상의 변형 층을 포함하며, 여기에서 임의의 자체 상에 배치되는 하나 이상의 변형 층을 갖는 핸들이 성장 기판에 본딩되고, 여기에서 하나 이상의 변형 층은 인장 변형, 압축 변형 및 중립에 가까운 변형으로부터 선택된 핸들 상의 적어도 하나의 변형을 유도한다. 일부 실시예에서는, 핸들 상의 적어도 하나의 변형이 핸들의 만곡을 유도한다. 일부 실시예에서는, 하나 이상의 변형 층이 성장 기판과 핸들 상에 배치된다. 도 1은 성장 기판 및 핸들 예를 들면, 캡톤 시트를 포함하는 에피택셜 리프트 오프를 위한 박막 디바이스의 예시적인 실시예를 도시하고, 여기에서 변형 층이 핸들의 만곡을 유도한다.
일부 실시예에서는, 박막 디바이스는 성장 기판 상에 배치되는 에피레이어를 더 포함하며, 여기에서 하나 이상의 변형 층은 인장 변형, 압축 변형 및 중립에 가까운 변형으로부터 선택된 에피레이어 및 핸들 중 적어도 하나 상의 적어도 하나의 변형을 유도한다. 일부 실시예에서는, 하나 이상의 변형 층이 핸들 및 에피레이어 상에 적어도 하나의 변형을 유도한다.
일부 실시예에서는, 박막 디바이스는 성장 기판 상에 배치되는 에피레이어 및 희생 층을 더 포함하고, 여기에서 하나 이상의 변형 층은 인장 변형, 압축 변형 및 중립에 가까운 변형으로부터 선택된 희생 층, 에피레이어 및 핸들 중 적어도 하나 상의 적어도 하나의 변형을 유도한다. 일부 실시예에서는, 에피레이어가 희생 층 상에 배치된다. 일부 실시예에서는, 하나 이상의 변형 층이 희생 층, 에피레이어 및 핸들 상에 적어도 하나의 변형을 유도한다.
일부 실시예에서는, 에피레이어가 성장 기판 상에 배치된다. 일부 실시예에서는, 에피레이어는 갈륨 비화물(GaAs), 도펀트, 또는 합금 및 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서는, 희생 층이 성장 기판과 에피레이어 사이에 배치된다. 일 실시예에서는, 희생 층은 알루미늄 비화물, 합금 및 이들의 조합을 포함한다. 희생 층은 예를 들면, 약 2 ㎚에서 약 100 ㎚까지, 약 3 ㎚에서 약 50 ㎚까지, 약 5 ㎚에서 약 25 ㎚까지, 및 약 8 ㎚에서 약 15 ㎚까지와 같은 약 1 ㎚에서 약 200 ㎚까지의 범위에 있는 두께를 가질 수도 있다.
또 다른 실시예에서는, 희생 층은 에칭 프로세스 동안 습식 에칭 용액에 노출될 수도 있다. 습식 에칭 용액은 플루오르화 수소산을 함유할 수도 있다. 습식 에칭 용액은 또한, 적어도 하나의 계면 활성제, 적어도 하나의 완충제, 또는 이들의 조합을 함유할 수도 있다. 또 다른 실시예에서는, 희생 층은 InGaP, InAlP, 또는 InP와 같은 화합물을 함유하는 인화물이다. 일부 실시예에서는, 인화물 함유 재료가 HCL계 에칭에서의 에칭에 의해 제거된다.
일부 실시예에서는, 변형이 박막의 리프트 오프를 용이하게 하기 위해 핸들 재료에 적용된다. 또 다른 실시예에서는, 적용된 변형이 핸들을 성장 기판을 향해 또는 내부로 곡선화시킨다.
본 명세서에서 기술된 바와 같이, 하나 이상의 변형 층이 핸들 재료 상에 임의의 방향, 즉, 핸들의 뒷쪽, 앞쪽 및 옆쪽으로 배치될 수도 있다. 일부 실시예에서는, 핸들은 상부 표면 및 하부 표면을 갖고, 하나 이상의 변형 층이 핸들의 상부 표면, 핸들의 하부 표면, 또는 양쪽 표면 상에 배치된다.
일 실시예에서는, 변형 층이 금속, 반도체, 유전체 및 비금속으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 구성된다. 특정 실시예에서는, 적어도 하나의 재료가 예를 들면, 약 1 ㎚에서 약 500 ㎚까지, 약 2 ㎚에서 약 250 ㎚까지, 약 3 ㎚에서 약 100 ㎚까지, 약 4 ㎚에서 약 100 ㎚까지, 및 약 5 ㎚에서 약 40 ㎚까지와 같은 박막의 두께에 기초하여, 약 1 ㎚에서 약 10000 ㎚까지의 범위에 있는 두께로 존재할 수 있다.
변형 층을 포함할 수 있는 금속의 적절한 예는 이리듐, 금, 니켈, 은, 구리, 텅스텐, 백금, 팔라듐, 탄탈, 몰리브덴, 크롬 및 이들의 합금으로부터 선택된 금속을 포함한다. 특정 실시예에서는, 금속이 선택의 ELO 부식액(예를 들면, HF 산)에 대한 그들의 내성을 위해 선택된다. 또 다른 실시예에서는, HF에 대해 내성이 있는 금속이 변형 층을 형성하는 데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서는, 비 HF 내성 금속이 핸들의 만곡을 유도하기 위해 배리어 층과 조합하여 사용된다.
변형 층은 또한, 예를 들면, 다양한 질화물, 탄화물 등으로부터 선택되는 유전체, 예를 들면, Ⅱ-Ⅵ 군, Ⅲ-Ⅴ 군, 및 Ⅳ 군 반도체로부터 선택되는 반도체, 및/또는 예를 들면, 중합체, 탄성 중합체, 및 왁스로부터 선택되는 비금속으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서는, 적어도 하나의 변형 층이 적어도 하나의 변형된 반도체 에피레이어를 포함한다. 일부 실시예에서는, 적어도 하나의 변형 층이 InAs, GaAs, AlAs, InP, GaP, AlP, InSb, GaSb, AlSb, InN, GaN, 및 AlN으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함한다.
또 다른 실시예에서는, Ir 금속이 변형을 유도하기 위해 핸들 상에 스퍼터링된다. 인장과 압축 변형의 양자가 Ar 스퍼터링 가스 압력 및 금속 두께를 제어함으로써 핸들에 적용된다. 또 다른 실시예에서는, 및 도 3에 도시된 바와 같이, 금속 두께가 10 ㎚ 보다 클 때 인장 응력을 제공하기 위한 수단으로서, 7 mTorr의 스퍼터링 압력이 적용된다. 도 3에 또한 도시되어 있는 다른 실시예에서는, 8.5 mTorr의 스퍼터링 압력이 핸들에 압축 응력을 제공하기 위한 수단으로서 적용된다. 또한, 적용된 변형은 핸들 예를 들면, 가요성 캡톤(등록 상표) 핸들의 후면측 상에 변형 층을 스퍼터링 또는 증발 또는 전기 도금함으로써 제어될 수 있다.
가스 압력은 스퍼터링용으로 사용되는 챔버에 따라 변할 수 있다. 일 실시예에서는, Ar 스프터링 가스 압력은 예를 들면, 약 0.1 mTorr에서 약 500 mTorr까지, 약 1 mTorr에서 약 50 mTorr까지, 및 약 5 mTorr에서 약 10 mTorr까지와 같이, 약 10-5 Torr에서 약 1 Torr까지의 범위에 있다.
또 다른 실시예에서는, 변형 층의 두께는 약 0.1 ㎚에서 약 10000 ㎚까지의 범위에 있다.
또 다른 실시예에서는, 변형 층 증착이 실행되는 온도 및/또는 속도는 상이한 변형을 유도하기 위해 변화한다.
다른 실시예에서는, 다른 기술을 사용하여 미리 곡선화된 핸들이 변형을 유도한다. 이 실시예에서는, 핸들은, 핸들을 실린더 둘레로 곡선화하고 핸들을 재형상화하도록 가열함으로써, 핸들을 실린더 둘레로 곡선화하고 만곡을 촉진시키도록 탄성적으로 변형시킴으로써, 핸들을 곡선화하고 만곡을 유지하도록 재료를 표면 상에 증착시킴으로써, 곡선화되어 있는 동안 재료들이 함께 본딩되어 있는 다층 핸들의 사용, 온도 변화 시에 만곡이 생성되는 에칭이 실행되는 것과 상이한 온도에서 핸들이 생성되는 다층 핸들의 사용에 의해, 제조 또는 배송하는 동안 유도되는 만곡(예를 들면, 그 형상을 유지하는 플라스틱의 감겨진(rolled) 시트)에 제한되는 것은 아니지만 이와 같은 다양한 기술에 의해 곡선화될 수 있다.
다른 실시예에서는, 핸들과 성장 기판 사이의 열 팽창 계수(CTE)의 차이는 핸들과 웨이퍼가 함께 본딩되는 것과는 상이한 온도에서 리프트 오프 에칭을 실행함으로써 핸들 내에 변형을 생성하는 데 사용될 수 있다. 이 실시예에서는, 일례는 핸들의 본딩이 에피택셜 리프트 오프 에칭이 실행되는 것보다 더 낮은 온도에서 실행되는 경우이고; 이 경우에는 핸들의 CTE가 웨이퍼의 CTE 보다 더 작은 경우에는 핸들이 웨이퍼로부터 멀어지는 방향으로 곡선화하거나 핸들의 CTE가 웨이퍼의 CTE 보다 더 큰 경우에는 핸들이 웨이퍼를 향하여 곡선화한다. 이것의 제2 예는 웨이퍼의 본딩이 에피택셜 리프트 오프 에칭이 실행되는 것보다 더 높은 온도에서 행해지는 경우이며; 이 경우에는 핸들의 CTE가 웨이퍼의 CTE 보다 더 작은 경우에는 핸들이 웨이퍼를 향해 곡선화하거나 핸들의 CTE가 웨이퍼의 CTE 보다 더 큰 경우에는 핸들이 웨이퍼로부터 멀어지는 방향으로 곡선화한다.
압축 및 인장 변형의 조합이 도 2(c) 및 도 2(d)에 도시된 바와 같이, 다수의 변형 층을 증착시킴으로써 달성될 수 있다. 예를 들면, 변형의 조합은 제어된 두께 및 변화하는 변형 조건을 갖는 다층 금속 스택을 사용하여 달성될 수 있다. 예를 들면, 그 상부 상에 압축 변형 층을 갖는 인장 변형 층 또는 그 상부 상에 인장 변형 층을 갖는 압축 변형 층이 금속 증착 조건을 제어함으로써 채용될 수 있다. 다층 금속 스택을 사용함으로써, 체적 변형(bulk strain) 및 표면 근처의 변형이 별도로 제어될 수 있다. 또한, 변형 층은 인장 및 압축 변형의 다양한 조합 및 정도를 갖고 가요성 핸들의 양 측면 상에 스퍼터링될 수 있다.
일부 실시예에서는, 하나 이상의 변형 층이 ELO 동안 변형을 제어하도록 성장 기판 상에 배치된다. 하나 이상의 변형 층이 성장 기판 바로 위에, 성장 기판과 에피레이어 사이에, 및/또는 에피레이어 위에, 즉, 에피레이어보다 성장 기판으로부터 더욱 멀리 증착될 수 있다.
일부 실시예에서는, 하나 이상의 변형 층이 성장 기판 및 핸들 상에 증착된다.
핸들 층 두께를 변화시킴으로써 추가적인 변형의 제어가 달성될 수 있으며, 즉, 더 얇은 캡톤 핸들이 증착된 금속에 주어진 변형 조건에 대해 더욱 곡선화한다.
다른 실시예에서는, 핸들이 플라스틱 재료, 중합체 재료 또는 올리고머 재료(oligomeric material)로부터 제조된다. 핸들은 예를 들면, 약 15 ㎛에서 약 200 ㎛까지 및 약 25 ㎛에서 약 125 ㎛까지와 같은 약 10 ㎛에서 약 250 ㎛까지의 범위에 있는 두께를 가질 수도 있다.
핸들을 포함한 재료의 적절한 예는 폴리이미드 예를 들면, 캡톤(Kapton)(등록 상표), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PET-g), 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 예를 들면, 테프론(Teflon)(등록 상표), 폴리비닐리덴 디플루오라이드 및 다른 다양한 부분적으로 플루오르화된 중합체, 나일론, 폴리비닐 클로라이드, 클로로술폰네이티드 폴리에틸렌(CSPE: chlorosulfonated polyethylene) 예를 들면, 하이파론(Hypalon)(등록 상표), 및 폴리(p-페닐렌 설파이드)(Poly(p-phenylene sulfide))와 같은 재료를 포함한다.
핸들을 포함하는 재료의 적절한 예는 또한 스테인리스 강, 구리, 몰리브덴, 탄탈, 니켈 및 니켈 합금, 예를 들면, 하스텔로이(Hastelloy)(등록 상표), 동, 금, 귀금속 코팅 박(foil), 및 중합체 코팅 박과 같은 금속 박을 포함한다.
일부 실시예에서는, 핸들 재료는 한정되지는 않지만 가요성이고, ELO 프로세스 동안 변형 및 구부림에 자유롭다.
성장 기판은 단결정 웨이퍼 재료를 포함하는 임의의 수의 재료를 포함할 수도 있다. 일부 실시예에서는, 성장 기판은 Ge, Si, GaAs, InP, GaN, AlN, GaSb, InSb, InAs, SiC, CdTe, 사파이어, 및 이들의 조합에 한정되는 것은 아니지만 이들을 포함하는 재료로부터 선택될 수도 있다. 일부 실시예에서는, 성장 기판은 GaAs를 포함한다. 일부 실시예에서는, 성장 기판은 InP를 포함한다. 일부 실시예에서는, 성장 기판을 포함하는 재료가 도핑될 수도 있다. 적절한 도펀트는 아연(Zn), Mg( 및 다른 ⅡA 족 화합물), Zn, Cd, Hg, C, Si, Ge, Sn, O, S, Se, Te, Fe, 및 Cr에 한정되는 것은 아니지만 이들을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 성장 기판은 Zn 및/또는 S가 도핑된 InP를 포함할 수도 있다.
또 다른 실시예에서는, 하나 이상의 변형 층이 자체 상에 배치되어 있는 핸들이 성장 기판에 본딩될 수 있다. 특정 실시예에서는, 핸들은 냉간 용접 기술을 사용하여, 또는 종래의 ELO에 있어서는 왁스와 같은 접착 층에 의해 본딩된다. 변형된 핸들 및 활성 에피레이어를 함유하는 성장 기판의 일례는 그 후 예를 들면, 희석된 HF(DHF)에서 에칭될 수 있다.
다른 실시예에서는, ELO의 더욱 가속화를 위해, DHF가 핫 플레이트(hot plate) 상에서 가열될 수 있거나, HF의 농도가 증가할 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 본 개시내용은 핸들 상에 하나 이상의 변형 층을 증착하는 단계를 포함하는 에피택셜 리프트 오프를 위한 박막 디바이스를 제조하는 방법을 제공한다.
일부 실시예에서는, 핸들 상의 적어도 하나의 변형이 핸들의 만곡을 유도한다. 일부 실시예에서는, 핸들 상의 적어도 하나의 변형이 기판의 만곡을 성장 기판을 향해 유도한다. 일부 실시예에서는, 핸들 상의 적어도 하나의 변형이 핸들의 만곡이 성장 기판으로부터 멀어지는 방향으로 유도한다. 일부 실시예에서는, 증착 시의 인장 변형이 핸들의 만곡을 성장 기판을 향해 내부로 가속화시킨다.
일 실시예에서는, 핸들 상의 변형이 희생 층으로의 부식액의 흐름을 변화시킨다. 일 실시예에서는, 핸들 상의 변형이 예를 들면, 에칭 프론트(etch front)를 개방시킴으로써 에칭 프론트로의 부식액 용액의 흐름을 향상시킨다.
일부 실시예에서는, 하나 이상의 변형 층이 희생 층 내에 변형을 유도한다. 유도된 변형은 인장, 압축, 또는 중립에 가까운 변형일 수 있다. 일부 실시예에서는, 희생 층 내의 변형이 희생 층의 에칭 속도를 가속화시킨다. 일부 실시예에서는, 이 가속화는 에칭 프론트로의 부식액의 향상된 이송으로부터의 임의의 가속화와 독립된다.
일 실시예에서는, 본 개시내용은 성장 기판 및 핸들을 제공하는 단계, 성장 기판 및 핸들 중 적어도 하나 상에 하나 이상의 변형 층을 증착시키는 단계, 및 성장 기판에 하나 이상의 변형 층이 자체 상에 배치되어 있는 핸들을 본딩하는 단계를 포함하는 에피택셜 리프트 오프를 위한 박막 디바이스를 제조하는 방법을 제공한다. 일부 실시예에서는, 하나 이상의 변형 층이 성장 기판 및 핸들 상에 배치된다. 일부 실시예에서는, 성장 기판은 자체 상에 배치되는 에피레이어를 갖는다. 일부 실시예에서는, 성장 기판은 자체 상에 배치된 희생 층 및 에피레이어를 갖는다. 일부 실시예에서는, 에피레이어는 희생 층 상에 배치된다.
또 다른 실시예에서는, 본 개시내용은 성장 기판 상에 배치되는 희생 층 위에 에피택셜 층을 증착시키는 단계; 성장 기판 및 핸들 중 적어도 하나 상에 하나 이상의 변형 층을 증착시키는 단계; 핸들을 웨이퍼에 본딩하는 단계; 및 희생 층을 에칭하는 단계를 포함하는 에피택셜 리프트 오프를 위한 방법을 제공한다. 일부 실시예에서는, 하나 이상의 변형 층이 성장 기판 및 핸들 상에 증착된다. 특정 실시예에서는, 희생 층이 플루오르화 수소에 의해 에칭될 수 있다.
일부 실시예에서는, 핸들을 성장 기판에 본딩하는 단계는 냉간 용접 프로세스에 의해 실행된다.
재료 및 층들은 당업계에 공지된 기술에 따라서 증착될 수도 있다.
실험예
본 개시내용은 이제 아래의 비제한적인 실험예에 의해 더욱 상세히 기술한다. 당업자는 본 명세서에 제공된 개시내용과 일치하는 추가의 실시예를 생각해낼 것을 이해할 것이다.
실험예
1
이 실험예에서, 에피택셜 층 구조체를 가스원 분자 빔 에피택시(GSMBE)에 의해 Zn 도핑된 (100) p-GaAs 기판 상에 성장시켰다. 성장은 0.2 ㎛ 두께 GaAs 완충 층에서 시작하였다. 그 후, In0.49Ga0.51P 에칭 정지 층과 정합하는 0.1 ㎛ 격자를 성장시켰고, 이어서 0.1 ㎛ 두께 GaAs 보호 층을 성장시켰다. 후속해서, 0.01 ㎛ 두께 AlAs 희생 층을 성장시켰다. 그 후, 반전된 GaAs 태양 전지 활성 영역을 아래와 같이: 0.2 ㎛ 두께 5×1018 ㎝-3 Si 도핑된 GaAs 컨택트 층, 0.025 ㎛ 두께 2×1018 ㎝-3 Si 도핑된 In0.49Ga0.51P 윈도우 층, 0.15 ㎛ 두께 1×1018 ㎝-3 Si 도핑된 n-GaAs 이미터 층, 3.5 ㎛ 두께 2×1017 ㎝-3 Be 도핑된 p-GaAs 베이스 층, 0.075 ㎛ 두께 4×1017 ㎝-3 Be 도핑된 In0.49Ga0.51P 후면 전계(BSF) 층 및 0.2 ㎛ 두께 2×1018 ㎝-3 Be 도핑된 p-GaAs 컨택트 층과 같이 성장시켰다.
성장 후에, Ir(150Å)/Au(8000Å) 컨택트 층을 50 ㎛ 두께 캡톤(등록 상표) 시트 상에 증착시켰고 Au(600Å) 층을 전자 빔 증발에 의해 GaAs 에피택셜 층 상에 증착시켰다. 기판 및 플라스틱 시트를 냉간 용접을 통해 본딩시킨 후 HF:H2O (1:10)의 용액에 침지하여 ELO를 실행하였다. ELO 프로세스의 직후에, 박막을 BCl3 및 Ar 가스로의 플라즈마 에칭에 의해 세정하였다. 그 후, 박막을 태양 전지 제조를 위한 1/4 웨이퍼 조각으로 절단하였다.
태양 전지 제조는 전자 빔 증발에 의해 Ni(50 ㎚)/Ge(320 ㎚)/Au(650 ㎚)/Ti(200 ㎚)/Au(9000 ㎚)를 증착시킴으로써 그리드 패터닝을 위한 포토리소그래피를 시작하였다. 박막 전지는 240℃에서 1시간 동안 핫 플레이트 상에서 어닐링하여 오옴 컨택트(Ohmic contact)를 형성하였다. 후속해서, 메사(mesa)를 화학적 에칭에 의해 한정하였고 노출된 고농도 도핑된 GaAs 층을 제거하였다. 마지막으로, ZnS(43 ㎚)/MgF2(102 ㎚) 이중층 반사 방지 코팅(bi-layer antireflection coating)을 전자 빔 증발에 의해 증착하여 태양 전지를 제조하였다.
100 mW/㎠ 강도에서 시뮬레이트된 AM1.5G 조명 하에 측정된 ELO 처리된 GaAs 광발전 전지의 전류 밀도-전압(J-V) 특성을 측정하였다. 단락 회로 전류 밀도는 23.1 mA/㎠이었고, 개방 회로 전압은 0.92 V이었으며, 및 충전률은 75.6%이었고, 결과적으로 16.1%의 전력 변환 효율을 산출하였다. 외부 양자 효율은 85%에서 피크였다.
상술한 바와 같이, ELO 프로세스 동안 모체 GaAs 웨이퍼 표면을 보호하기 위해 에칭 정지 층(0.1 ㎛ 두께 InGaP) 및 보호 층(0.1 ㎛ 두께 GaAs)를 포함하는 이중층 보호 방식을 채용하였다. GaAs 보호 층 표면은 RTA 도구에 의한 열 처리에 의해 분해하였다. 표면의 열 처리 후에, 대부분의 대규모 오염물을 제거하였다. RTA 후에, 보호 층 및 에칭 정지 층을 각각 H3P04:H202:H20 (3:1:25) 및 H3P04:HCl (1:1)을 사용하는 습식 에칭에 의해 제거하였다. 보호 제거 후의 표면 거칠기(0.71 ㎚의 실효값(RMS: root mean square)를 새로운 웨이퍼의 표면 거칠기(0.62 ㎚의 RMS 거칠기)와 필적하였다.
최초의 에피택셜 층과 후속하는 에피택셜 층의 성장 품질을 비교하기 위해, 에피택셜 리프트 오프 프로세스를 48시간 동안 7.5% HF:H2O의 희석된 용액에 보호 층을 갖는 웨이퍼를 노출시킴으로써 시뮬레이트하였다. RTA 처리 및 에피택셜 보호 층 제거 후에, 기판을 GSMBE 챔버 내로 되돌려 적재하여 가스 제거하였다. 그 후, 기준 구조체의 구조와 동일한 구조를 갖는 원래의 모체 기판 상에 층 구조를 성장시켰다. 원래의 웨이퍼와 재활용 웨이퍼의 양자 상의 GaAs 에피택셜 층에 대한 GaAs 태양 전지, 홀 효과, 포토루미네선스(photoluminescence), 주사 투과 전자 현미경(STEM) 및 반사 고에너지 전자 회절(RHEED) 측정값들은 에피택셜 막의 거의 동일한 전기 및 광학 품질을 나타낸다.
새로운 성장 및 재성장시킨 계면 품질을 ELO 시뮬레이션 후에 또한 조사하였다. 단면 STEM 이미지는 새로운 에피택셜 막과 재성장시킨 에피택셜 막의 양자에 대해 거의 완벽한 결정 성장을 확인하였다. RHEED 패턴도 또한 이들 웨이퍼에 대해 동일한 표면 품질을 나타내었다. 더욱이, 에너지 분산형 분광분석법(EDS: energy dispersive spectrometry) 및 x선 광전자 분광분석법(XPS: x-ray photoelectron spectrometry)에 의해 연구된 계면 화학(surface chemistry)은 원래의 웨이퍼와 재활용 웨이퍼 사이에 중대한 차이를 나타내지 않았다.
실험예
2
에피택셜 층을 가스원 분자 빔 에피택시에 의해 GaAs 층 상에 성장시켰다. AlAs 층(10 ㎚)을 웨이퍼와 활성 에피택셜 층 사이에 희생 ELO 층으로서 성장시켰다. 성장에 바로 이어서, Ir을 50 ㎛ 두께 캡톤 시트 상에서 스퍼터링하였다. 이어서, 0.8 ㎛의 Au를 전자 빔 증발에 의해 증착시켰고 1500Å의 Au를 GaAs 에피택셜 층 상에 전자 빔 증발에 의해 증착시켰다. 핸들 변형의 효과를 테스트하기 위해, 다양한 두께의 Ir을 상이한 Ar 가스 압력 하에서 스퍼터링하였다. 금속 증착 후에, 웨이퍼의 Au 측을 플라스틱 시트 상에 내려놓고 압력을 가함으로써 냉간 용접 본딩함으로써 웨이퍼를 핸들에 냉간 용접하였다. 그후, 캡톤 시트에 본딩된 GaAs 웨이퍼를 AlAs 층을 선택적으로 에칭하도록 대략 50℃의 HF:H2O(1:10)의 에칭 용액에 침지시켰다.
압축 응력과 인장 응력이 모두 가해진 핸들의 양자는 편평한 핸들에 비해 ELO 프로세스를 촉진시켰다. 10 ㎚ 두께 AlAs 희생 층을 채용하고 가요성 핸들을 캡톤 테이프로 테플론 스테이지 상에 고정시켰을 때, 핸들의 구부러짐을 방지하는 데에는 대략 10일이 걸렸다. 그러나, ELO 프로세스에 의해 및 인장 변형된 핸들을 사용하면, 약 24시간이 걸렸다. 가장 빠른 에칭 속도는 압축 변형에 의해 달성되었으며 8시간 미만 걸렸다(도 4).
Claims (20)
- 에피택셜 리프트 오프(epitaxial lift off)를 위한 박막 디바이스에 있어서,
성장 기판,
희생 층(sacrificial layer),
핸들(handle), 및
상기 핸들 상에 배치되는 하나 이상의 변형(straining) 층을 포함하고,
상기 하나 이상의 변형 층은 상기 핸들 상의 적어도 하나의 변형(strain)을 유도하고,
상기 핸들 상의 적어도 하나의 변형은 상기 희생 층의 에칭 시에 상기 핸들의 만곡(curvature)을 초래하는 것인, 박막 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 변형 층은 금속, 반도체, 유전체 및 비금속으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 구성되는 것인, 박막 디바이스.
- 에피택셜 리프트 오프를 위한 박막 디바이스에 있어서,
성장 기판,
상기 성장 기판 상에 배치되는 에피레이어(epilayer) 및 희생 층,
상기 성장 기판에 본딩된 핸들, 및
상기 성장 기판 및 상기 핸들 중 적어도 하나 상에 배치되는 하나 이상의 변형 층을 포함하고,
상기 하나 이상의 변형 층은 상기 핸들 상의 적어도 하나의 변형을 유도하고,
상기 핸들 상의 적어도 하나의 변형은 상기 희생 층의 에칭 시에 상기 핸들의 만곡을 초래하는 것인, 박막 디바이스. - 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 핸들 상의 적어도 하나의 변형은 상기 희생 층의 에칭 시에 상기 성장 기판을 향한(toward) 상기 핸들의 만곡을 초래하는 것인, 박막 디바이스.
- 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 핸들 상의 적어도 하나의 변형은 상기 희생 층의 에칭 시에 상기 성장 기판으로부터 멀어지는 상기 핸들의 만곡을 초래하는 것인, 박막 디바이스.
- 제3항에 있어서, 상기 하나 이상의 변형 층은 상기 성장 기판 및 상기 핸들 상에 배치되는 것인, 박막 디바이스.
- 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 하나 이상의 변형 층은 이리듐, 금, 니켈, 은, 구리, 텅스텐, 백금, 팔라듐, 탄탈, 몰리브덴, 크롬 및 이들의 합금으로부터 선택된 적어도 하나의 금속으로 구성되는 것인, 박막 디바이스.
- 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 박막 디바이스는 태양 전지 디바이스를 포함하는 것인, 박막 디바이스.
- 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 희생 층은 알루미늄 비화물(arsenide), 이들의 합금, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 박막 디바이스.
- 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 희생 층은 1 ㎚ 내지 200 ㎚의 범위에 있는 두께를 갖는 것인, 박막 디바이스.
- 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 하나 이상의 변형 층은 0.1 ㎚ 내지 10000 ㎚의 범위에 있는 두께를 갖는 것인, 박막 디바이스.
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