KR20090028581A - Thin film photovoltaic structure and fabrication - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막 광기전 구조에 대한 제조 방법 및 제조물에 관한 것으로, 바람직하게는 개선된 공정을 사용한 실질적으로 단결정의 박막을 갖는다. 특히 절연 기판에 대한 광기전 구조 기초 또는 부분적으로 완성된 광기전 구조를 상기 절연 기판에 이송시키는 단계(transferring) 및 상기 절연기판에 대한 양극성 본딩단계(anodic bonding)을 포함한다. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to methods and articles of manufacture for thin film photovoltaic structures, preferably having substantially single crystal thin films using an improved process. In particular, the method includes transferring the basic or partially completed photovoltaic structure of the insulating substrate to the insulating substrate and anodically bonding the insulating substrate.
광기전 구조(Photovoltaic structures, PVS)는 광자(photons)를 전기로 변환시키는 반도체 구조의 특정 형태이다. 기본적으로, 상기 장치는 두 개의 기능만을 충족할 필요가 있다: 광-흡수 물질에서의 전하 캐리어(전자 및 홀)의 광발전 및 전기를 이동시키는 전도성 접촉물로 상기 전하 캐리어(charge carrier)를 분리시키는 것이다. 이러한 변환은 광기전(Photovoltaic, PV)효과라 불리우며, 광에너지를 전기에너지로 전환시키는 태양 전지에 사용된다. 또한 태양 전지와 관련된 연구 분야는 광기전학으로 알려져 있다. 일부 PVS는 반도체-on-절연체(SOI) 구조이다. Photovoltaic structures (PVS) are a specific form of semiconductor structure that converts photons into electricity. Basically, the device needs to fulfill only two functions: separating the charge carriers into conductive contacts that transport the photovoltaic and electricity of the charge carriers (electrons and holes) in the light-absorbing material. It is to let. This conversion, called the photovoltaic (PV) effect, is used in solar cells that convert light energy into electrical energy. The research field related to solar cells is also known as photovoltaics. Some PVSs are semiconductor-on-insulator (SOI) structures.
도 1 내지 3에서, 블록 다이어그램은 단일-접합(single-junction), 이중-접합(dual-junction), 및 삼중-접합(triple-junction) 광기전 구조를 각각 도시하고 있다. 상기 도면에서의 참조번호는 다음과 같은 의미를 갖는다: A101: Ge 기판; A103/105: 1.4eV GaAs 전지; A107: 그리드 접촉(grid contact); A201: Ge 기판; A203: 1.4eV GaAs 전지; A207: AlGaLnP 또는 AlGaAs 터널접합(tunnel junction); A209/211: 1.9eV InGaP 전지; A213: 그리드접촉; A301: 0.7eV Ge 전지 및 기판; A305: GaAs 터널 접합; A307/309: 1.4eV GaAs 전지; A311: 터널접합; A313/315: 1.9eV InGaP 전지; and A317: 터널접합. 도시된 게르마늄 기판은 단결정 Ge 웨이퍼이다. 지난 수년간 효율은 각각 1 내지 3.5% 씩 상승되었으나, 효율성의 현저한 상승은 약 4.5%를 추가하는 각각의 부가적 접합과 함께 이루어졌다. 이러한 부가적 접합(additional junction)의 이익은 상이한 밴드갭에 걸친 광을 흡수하는 PVS 장치의 능력에 기인하며, 이것이 전력을 변환시키고, 유용한 더 많은 광의 사용을 가능하게 하였다.1 to 3, block diagrams show single-junction, dual-junction, and triple-junction photovoltaic structures, respectively. Reference numerals in the drawings have the following meanings: A101: Ge substrate; A103 / 105: 1.4eV GaAs cell; A107: grid contact; A201: Ge substrate; A203: 1.4eV GaAs cell; A207: AlGaLnP or AlGaAs tunnel junction; A209 / 211: 1.9 eV InGaP cell; A213: grid contact; A301: 0.7 eV Ge cell and substrate; A305: GaAs tunnel junction; A307 / 309: 1.4 eV GaAs cell; A311: tunnel junction; A313 / 315: 1.9 eV InGaP cell; and A317: tunnel junction. The germanium substrate shown is a single crystal Ge wafer. Efficiency has increased by 1 to 3.5% each over the last few years, but a significant increase in efficiency has been achieved with each additional junction adding about 4.5%. The benefit of this additional junction is due to the ability of the PVS device to absorb light across different bandgaps, which translates power and allows the use of more useful light.
기계적으로 강하고, 대면적을 가지면서도 값이 싼 태양전지가 요구되었다. GaAs 기반의 태양전지는 개선된 변환 효율 및 개선된 외부 신뢰성에 대한 하나의 수단이다. GaAs는 태양 에너지 변환을 위한 가장 적절한 밴드 갭 에너지 값(1.5eV)에 근사한 1.42eV의 밴드갭을 갖는다. 실리콘 전지와는 다르게, GaAs 전지는 상대적으로 열에 민감하다. PV 전지로서의 비화 갈륨 및 이의 합금의 다른 현저한 이점은 폭넓은 범위의 설계에 의할 수 있다는 것이다. 고 효율성의 다중 접합(multijunction) 태양 전지는 벌크상의 Ge 단결정 기판 상에 GaAs, 또는 GaInP2 및 GaInAs와 같은 Ⅲ-Ⅴ족 기초 물질의 박막을 사용하는 것이 가장 주목할 만한 것 이다. Ga-As 기초 다중 접합 태양 전지는 37% 이상의 최고 실측 효율을 갖는다. 게르마늄 기판은 GaAs로서 이러한 전지에 사용되어 왔고, Ge는 격자 간격 및 열 팽창에 긴밀히 부합한다. Mechanically strong, large area and low cost solar cells were required. GaAs based solar cells are one means for improved conversion efficiency and improved external reliability. GaAs has a bandgap of 1.42 eV, close to the most suitable band gap energy value (1.5 eV) for solar energy conversion. Unlike silicon cells, GaAs cells are relatively heat sensitive. Another significant advantage of gallium arsenide and alloys thereof as PV cells is that they can be based on a wide range of designs. It is most notable for high efficiency multijunction solar cells to use thin films of GaAs or group III-V base materials such as GaInP 2 and GaInAs on bulk Ge single crystal substrates. Ga-As based multi-junction solar cells have a peak measurement efficiency of at least 37%. Germanium substrates have been used in these cells as GaAs, and Ge closely matches the lattice spacing and thermal expansion.
유리 및 세라믹 알루미나를 포함한 결정 실리콘보다 비용적으로 낮은 기판은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 태양 전지 제품에 대하여 조사되고 있다. 하나의 예에서, 후막 Ge으로 코팅된 융합 실리카 및 세라믹 알루미나는 고성능의 GaAs/InGaP 태양 전지의 에피텍셜 성장을 위한 Ge-코팅된 대용 기판(surrogate substrates)으로 사용된다. 게르마늄 필름(2-5㎛)은 열팽창이 부합하는 다결정성 알루미나(p-Al2O3) 상에 증착된다. 상기 게르마늄 필름은 이어서 다양한 금속 및 산화 필름으로 캡핑되고, 이 후에 속성의 열처리로 재결정화된다. 1mm보다 큰 평균 입자 크기가 얻어진다. GaAs의 에피텍셜 층은 이러한 큰 입자(>1mm) 박형(~2㎛) Ge 층상에 CSVT 기술을 이용하여 성장된다. 이러한 GaAs/Ge/세라믹 구조는 직렬접합(tandem junction)장치에 대한 시발점으로 제안되어 왔다. Substrates that are lower in cost than crystalline silicon, including glass and ceramic alumina, are being investigated for III-V compound semiconductor solar cell products. In one example, fused silica and ceramic alumina coated with thick film Ge are used as Ge-coated surrogate substrates for epitaxial growth of high performance GaAs / InGaP solar cells. Germanium films (2-5 μm) are deposited on polycrystalline alumina (p-Al 2 O 3 ) to which thermal expansion is matched. The germanium film is then capped with various metals and oxide films and then recrystallized by heat treatment of the property. An average particle size greater than 1 mm is obtained. An epitaxial layer of GaAs is grown using CSVT technology on this large grain (> 1 mm) thin (~ 2 μm) Ge layer. Such GaAs / Ge / ceramic structures have been proposed as starting points for tandem junction devices.
커버 유리 상에 직접적으로 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 박막 태양 전지를 갖는 것은 기판의 무게를 줄이고 전체 공정 비용을 감소시킬 수 있다는 점에서 매우 유용하다. 실질적으로 상기 태양전지는 상기 커버 유리 기판 쪽에서 입사 태양 복사를 취하는 구성을 가질 것이다. Having a III-V semiconductor thin film solar cell directly on the cover glass is very useful in that it can reduce the weight of the substrate and reduce the overall process cost. Substantially the solar cell will have a configuration that takes incident solar radiation on the cover glass substrate side.
연구자들은 우주 태양 전지 응용을 위한 유리 기판상의 증착된 다결정 박막을 연구하였다. 상기 결정 성질은 다결정 필름으로 상기 Ⅲ-Ⅴ족 태양 전지의 성능 을 제한한다. 즉, 저가의 유리 기판 상에 상술한 어떠한 구조로도 고효율(>30%)을 가진 GaAs에 달할 수 없다는 것이다. 따라서, 저가 및 투명 유리 기판에 기초한 공정 및 제품은 선행기술과 관련한 문제를 극복할 것이 요구된다. The researchers studied deposited polycrystalline thin films on glass substrates for space solar cell applications. The crystalline properties limit the performance of the III-V solar cells with polycrystalline films. In other words, any structure described above on inexpensive glass substrates cannot reach GaAs with high efficiency (> 30%). Therefore, processes and products based on low cost and transparent glass substrates are required to overcome the problems associated with the prior art.
마이크로 전자 공학의 반도체 세계로부터 유발되어, 제시의 편의상,후술되는 논의는 종종 반도체-on-절연체(SOI) 구조에 대한 것일 것이다. 이러한 특수한 타입의 SOI 구조에 대한 참조는 본 발명의 설명을 용이하도록 하는 것이지 발명의 범위를 어떤 식으로든 한정하려는 것으로 해석되어서는 안될 것이다. SOI 약자는 여기서 일반적으로 반도체-on-절연체 구조를 지칭하는 것으로 사용되며, 한정되는 것은 아니나, 실리콘-on-절연체 구조, 예를 들어 실리콘-on-유리(SiOG) 구조를 포함하는 것으로 사용된다. 마찬가지로, 상기 SiOG라는 약자는 일반적으로 반도체-on-유리 구조를 일반적으로 지칭하는 것이며, 또한 제한되지는 아니하나, 실리콘-on-유리 구조를 나타내는 데 사용된다. 상기 SiOG의 명명법은 또한 반도체-on-유리-세라믹 구조를 포함하려는 의도이고, 또한 제한되는 것은 아니나, 실리콘-on-유리-세라믹 구조를 포함하려는 의도로 사용된다. 상기 약자 SOI는 SiOG 구조를 포함한다. Derived from the semiconductor world of microelectronics, for ease of presentation, the discussion that follows will often be for semiconductor-on-insulator (SOI) structures. Reference to this particular type of SOI structure is intended to facilitate the description of the present invention and should not be construed to limit the scope of the invention in any way. The SOI abbreviation is generally used herein to refer to a semiconductor-on-insulator structure, and is not limited to, but includes a silicon-on-insulator structure, for example a silicon-on-glass (SiOG) structure. Likewise, the abbreviation SiOG generally refers to a semiconductor-on-glass structure, but is also used to refer to a silicon-on-glass structure, although not limited thereto. The nomenclature of SiOG is also intended to include semiconductor-on-glass-ceramic structures, but is also used with the intention to include, but not limited to, silicon-on-glass-ceramic structures. The abbreviation SOI includes a SiOG structure.
SOI 구조의 웨이퍼를 얻는 다양한 방법은 다음을 포함한다: (1) 격자 정합된(lattice-matched) 기판상의 실리콘(Si)의 에피텍셜 성장; (2) 단결정 실리콘 웨이퍼를, 그 위에 SiO2 산화물층이 성장해 있는 다른 실리콘 웨이퍼에 결합시키고 상기 탑 웨이퍼를 예를 들어, 0.05 내지 0.3 마이크론(50-300nm)의 단결정 실리콘층으로 연마 또는 에칭시키는 방법; 및 (3) 이온-주입법(ion-implantation methods), 여기서 이온(예를 들어 수소 또는 산소 이온)은 예를 들어, 산소 이온 주입의 경우, Si로 토핑된 실리콘 웨이퍼 내에 매몰 산화층(buried oxide layer)을 형성하도록 주입되거나, 수소 이온 주입의 경우와 같이, 산화층으로 다른 Si웨이퍼를 결합시키기 위하여 하나의 실리콘 웨이퍼로부터 박형의 Si층을 분리(박리)시키는 것이다. Various methods of obtaining a wafer of SOI structure include: (1) epitaxial growth of silicon (Si) on a lattice-matched substrate; (2) A method of bonding a single crystal silicon wafer to another silicon wafer having a SiO 2 oxide layer grown thereon and polishing or etching the top wafer with a single crystal silicon layer of, for example, 0.05 to 0.3 microns (50-300 nm). ; And (3) ion-implantation methods, wherein the ions (eg hydrogen or oxygen ions) are buried oxide layers in a silicon wafer topping with Si, for example in the case of oxygen ion implantation. It is implanted to form a thin film, or as in the case of hydrogen ion implantation, to separate (peel) the thin Si layer from one silicon wafer to bond another Si wafer to the oxide layer.
화학적 기계적 연마(CMP)는 상기 박형의 실리콘 필름이 상기 실리콘 물질 웨이퍼로부터 박리된 이후에 SOI 구조를 처리하는데 또한 사용될 수 있다. 그러나 불리하게도, 상기 CMP 공정은 연마 중에 박형의 실리콘 필름의 표면에 걸쳐 균일하게 물질을 제거하지 못한다. 일반적인 표면 불-균일성(표준편차/평균 제거 두께)은 반도체 필름에 대하여 3-5% 범위에 있다. 더 많은 실리콘 표면의 두께가 제거되면, 그 필름 두께에서의 변화는 그에 따라 악화된다. Chemical mechanical polishing (CMP) can also be used to process the SOI structure after the thin silicon film is stripped from the silicon material wafer. Disadvantageously, however, the CMP process does not remove material uniformly across the surface of the thin silicon film during polishing. Typical surface non-uniformity (standard deviation / mean removal thickness) is in the 3-5% range for semiconductor films. As the thickness of the more silicon surface is removed, the change in its film thickness deteriorates accordingly.
SOI구조의 마이크로 전자공학적 응용과는 대비되게, 광기전 구조는 그러한 결함이 광전지의 성능에 어떤식으로든 악영향을 미칠 수 있으나, 그러한 결함에 대하여 보다 내구성이 있다. CMP와 같은 마무리공정이 표면 특성을 개선시킬 수 있으나, 결함-내구성의 광기전 구조는 비용-과다를 유발시킨다. 따라서 SOI 구조 제조상의 진보의 이점을 광기전 구조 제조의 요구에 병합시키는 것이, 관련된 SOI구조 제조상의 진보에 있어서의 단점을 최소화 하면서도 바람직할 것이다. In contrast to the microelectronic applications of SOI structures, photovoltaic structures are more durable against such defects, although such defects may adversely affect the performance of the photovoltaic cell in some way. While finishing processes such as CMP can improve surface properties, defect-durable photovoltaic structures lead to cost overuse. Therefore, incorporating the benefits of advances in SOI structure fabrication into the needs of photovoltaic structure fabrication would be desirable while minimizing the drawbacks in related SOI structure fabrication advances.
<발명의 요약>Summary of the Invention
본 발명의 하나 이상의 구체예와 관련하여, 광기전 장치의 형성 시스템, 방법 및 장치는 박리층을 형성하는 단계 및 이를 절연체 구조에 이송시키는 단계를 포함한다. 상기 박리층은 도너 반도체 웨이퍼로부터 형성될 수 있다. 상기 도너 반도체 웨이퍼 및 박리층은 바람직하게 실질적으로 단결정의 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 박리층은 바람직하게 상기 절연 기판으로 이송 전에 형성되는 하나 이상의 광기전 장치 층, 예를 들어, 전도층을 포함할 수 있다. 상기 박리층의 이송(Transferring)은 상기 박리층 및 절연기판 사이의 양극성 본드를 전기분해로 형성시키는 단계, 및 그 다음 상기 도너 반도체 웨이퍼로부터 상기 박리층을 열-기계적 응력을 사용하여 분리시키는 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 광기전 장치층은 또한 상기 박리층이 상기 절연 기판으로 이송된 이후에 상기 박리층 내 또는 박리층 위에 형성될 수 있다. 하나 이상의 마무리 공정이 상기 박리층의 이송 전 또는 후에 수행될 수 있고, 마무리 공정의 작용은 광기전 장치층을 형성할 수 있다. In connection with one or more embodiments of the present invention, systems, methods, and apparatuses for forming a photovoltaic device include forming a release layer and transferring it to an insulator structure. The exfoliation layer may be formed from a donor semiconductor wafer. The donor semiconductor wafer and release layer may preferably comprise a substantially single crystal semiconductor material. The release layer may preferably comprise one or more photovoltaic device layers, eg, conductive layers, formed prior to transfer to the insulating substrate. Transferring of the exfoliation layer may comprise electrolytically forming a bipolar bond between the exfoliation layer and the insulating substrate, and then separating the exfoliation layer from the donor semiconductor wafer using thermo-mechanical stress. It may include. One or more photovoltaic device layers may also be formed in or on the release layer after the release layer is transferred to the insulating substrate. One or more finishing processes may be performed before or after the release of the release layer, and the action of the finishing process may form a photovoltaic device layer.
본 발명에 대한 하나 이상의 구체예에 따르면, 광기전 반도체-on-절연체 구조를 형성하는 시스템, 방법 및 장치는 도너 반도체 웨이퍼상의 광기전 구조 기초(foundation)를 형성하는 단계, 광기전 구조 기초를 절연기판으로 이송시키는 단계, 및 상기 PV기초 상에 복수의 광기전 구조층을 증착시키는 단계를 포함한다. 이송단계는 광기전 구조 기초에 절연체 구조를 양극성 본딩시키는 단계, 및 상기 광기전성 구조 기초를 상기 도너 반도체 웨이퍼로부터 분리시키는 단계를 포함할 수 있다. According to one or more embodiments of the present invention, systems, methods, and apparatus for forming a photovoltaic semiconductor-on-insulator structure include forming a photovoltaic structure foundation on a donor semiconductor wafer, insulating the photovoltaic structure foundation. Transferring to a substrate, and depositing a plurality of photovoltaic structure layers on the PV foundation. The transferring step may include bipolar bonding an insulator structure to the photovoltaic structure foundation, and separating the photovoltaic structure foundation from the donor semiconductor wafer.
본 발명에 대한 하나 이상의 구체예에 따르면, 광기전 반도체-on-절연체 구조를 형성하는 시스템, 방법 및 장치는 도너 반도체 웨이퍼 상에 부분적으로 완성 된(completed) 광전지를 형성하는 단계, 상기 부분적으로 완성된 광전지를 절연기판으로 이송시키는 단계를 포함한다. 이송단계는 부분적으로 완성된 광전지를 상기 절연체 구조에 양극성 본딩시키는 단계, 및 상기 부분적으로 완성된 광전지를 도너 반도체 웨이퍼로부터 분리시키는 단계를 포함할 수 있다. According to one or more embodiments of the present invention, a system, method and apparatus for forming a photovoltaic semiconductor-on-insulator structure comprises forming a partially completed photovoltaic cell on a donor semiconductor wafer, the partially completed Transferring the photovoltaic cell to the insulating substrate. The transferring step may include anodic bonding a partially completed photovoltaic cell to the insulator structure, and separating the partially completed photovoltaic cell from a donor semiconductor wafer.
본 발명에 대한 하나 이상의 구체예에 따르면, 광기전 장치를 형성하는 시스템, 방법 및 장치는 도너 반도체 웨이퍼를 이온 주입 공정에 도입하여 도너 반도체 웨이퍼내에 박리층을 형성시키는 단계; 상기 박리층을 절연 기판에 본딩시키는 단계; 상기 박리층을 상기 도너 반도체 웨이퍼로부터 분리시키는 단계; 상기 박리층은 광기전 구조 기초로서 작용하며, 및 상기 광기전 구조 기초 상에 복수의 광기전 구조 층을 형성시키는 단계를 포함한다. According to one or more embodiments of the present invention, a system, method, and apparatus for forming a photovoltaic device includes introducing a donor semiconductor wafer into an ion implantation process to form a release layer in the donor semiconductor wafer; Bonding the release layer to an insulating substrate; Separating the exfoliation layer from the donor semiconductor wafer; The release layer acts as a photovoltaic structure foundation and includes forming a plurality of photovoltaic structure layers on the photovoltaic structure foundation.
본 발명에 대한 하나 이상의 구체예에 따르면, 광기전 장치를 형성하는 시스템, 방법 및 장치는 도너 반도체 웨이퍼를 이온 주입 공정에 도입하여 도너 반도체 웨이퍼내에 박리층을 형성시키는 단계; 상기 박리층 상에 부분적으로 완성된 광전지를 형성시키는 단계; 상기 박리층을 절연기판에 본딩시키는 단계; 상기 부분적으로 완성된 광전지를 갖는 박리층을 도너 반도체 웨이퍼로부터 분리시켜, 하나 이상의 벽개면(cleaved surface)을 노출시키는 단계; 및 상기 하나 이상의 벽개면을 마무리공정에 도입시키는 단계를 포함한다. According to one or more embodiments of the present invention, a system, method, and apparatus for forming a photovoltaic device includes introducing a donor semiconductor wafer into an ion implantation process to form a release layer in the donor semiconductor wafer; Forming a partially completed photovoltaic cell on the release layer; Bonding the release layer to an insulating substrate; Separating the exfoliation layer with the partially completed photovoltaic cell from a donor semiconductor wafer to expose one or more cleaved surfaces; And introducing the at least one cleaved surface into a finishing process.
본 발명에 대한 하나 이상의 구체예에 따르면, 광기전 장치를 형성하는 시스템, 방법 및 장치는, 도너 반도체 웨이퍼 상에 부분적으로 완성된 광전지를 형성시키는 단계; 상기 부분적으로 완성된 광전지 및 상기 도너 반도체 웨이퍼의 제조 된(prepared) 도너 표면을 이온 주입공정에 도입하여 상기 도너 반도체 웨이퍼 내에 박리층을 형성시키는 단계; 상기 박리층을 절연기판에 본딩시키는 단계; 상기 부분적으로 완성된 광전지를 갖는 박리층을 상기 도너 반도체 웨이퍼로부터 분리시켜, 하나 이상의 벽개면을 노출시키는 단계; 및 상기 하나 이상의 벽개면을 마무리공정에 도입시키는 단계를 포함한다. According to one or more embodiments of the present invention, a system, method and apparatus for forming a photovoltaic device includes forming a partially completed photovoltaic cell on a donor semiconductor wafer; Introducing the partially completed photovoltaic cell and the prepared donor surface of the donor semiconductor wafer into an ion implantation process to form a release layer in the donor semiconductor wafer; Bonding the release layer to an insulating substrate; Separating the exfoliation layer with the partially completed photovoltaic cell from the donor semiconductor wafer to expose one or more cleaved surfaces; And introducing the at least one cleaved surface into a finishing process.
하나 이상의 구체예에서, 본딩 단계는, 상기 절연 기판 및 상기 도너 반도체 웨이퍼 중 하나 이상을 가열시키는 단계; 상기 절연 기판을 상기 도너 반도체 웨이퍼의 박리층과 직접적 또는 간접적으로 접촉시키는 단계; 및 상기 절연 기판 및 상기 도너 반도체 웨이퍼에 걸쳐 전압 전위(voltage potential)를 인가하여 결합을 유도하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 절연기판 및 상기 반도체 웨이퍼의 온도는 상기 절연 기판의 변형점인 약 150℃ 이내로 상승될 수 있다. 상기 절연기판 및 상기 반도체 웨이퍼의 온도는 상이한 수준으로 상승될 것이다. 상기 절연 기판 및 상기 도너 반도체 웨이퍼에 걸친 전압 전위는 약 100 내지 10000 볼트일 수 있다. 응력(stress)은 본딩된 절연기판, 박리층 및 도너 반도체 웨이퍼를 냉각시킴으로써 유도되어, 균열(fracture)이 상기 도너 반도체 웨이퍼 내에 박리층의 경계를 확정하는 이온-결함 상(ion-defect phase)에서 실질적으로 발생하게 된다. 이온-결함 상 대(Vs) 주변(surrounding) 웨이퍼의 열팽창 및 열팽창 미분계수는 상기 박리층이 상기 이온-결함 상에서 분열되게 한다. 이러한 결과는 상기 절연체에 결합된 반도체의 박막에 해당한다. In at least one embodiment, the bonding step comprises: heating at least one of the insulating substrate and the donor semiconductor wafer; Contacting the insulating substrate directly or indirectly with a release layer of the donor semiconductor wafer; And inducing coupling by applying a voltage potential across the insulating substrate and the donor semiconductor wafer. The temperature of the insulating substrate and the semiconductor wafer may be raised to within about 150 ° C., which is a strain point of the insulating substrate. The temperature of the insulating substrate and the semiconductor wafer will be raised to different levels. The voltage potential across the insulating substrate and the donor semiconductor wafer may be about 100 to 10000 volts. Stress is induced by cooling the bonded insulating substrate, the exfoliation layer and the donor semiconductor wafer, such that in an ion-defect phase where fracture establishes the boundaries of the exfoliation layer in the donor semiconductor wafer. Practically occurring. Thermal expansion and thermal expansion differential coefficients of the wafers around the ion-defective relative (Vs) cause the exfoliation layer to cleave on the ion-defective. This result corresponds to a thin film of semiconductor bonded to the insulator.
하나 이상의 벽개면은 도너 반도체 웨이퍼의 제1 벽개면 및 박리층의 제2 벽 개면을 포함할 수 있다. 도너 반도체 웨이퍼와 관련된 상기 제1 벽개면에 대하여, 상기 마무리 공정은 상기 도너 반도체 웨이퍼를 재사용하기 위하여 제조하는 단계(preparing)를 포함할 수 있다. 박리층에 관련된 제2 벽개면에 대하여는, 상기 마무리 공정은 부분적으로 완성된 광전지를 완성하는 단계를 포함할 수 있다. The one or more cleaved surfaces may comprise a first cleaved surface of the donor semiconductor wafer and a second cleaved surface of the exfoliation layer. For the first cleaved surface associated with a donor semiconductor wafer, the finishing process may include preparing the donor semiconductor wafer for reuse. For the second cleaved surface associated with the release layer, the finishing process may include completing the partially completed photovoltaic cell.
본 발명에 대한 하나 이상의 구체예에 따르면, 새로운 태양 전지는 투명 유리 또는 유리 세라믹 기판 상에 단결정의 Ge, Si, 또는 GaAs 필름에 기초할 수 있다. GaAs-기초 전지의 경우, 추가적인 이점으로서, 게르마늄 층이 상기 기판 및 상기 단결정성 GaAs 층 사이에 존재할 수 있다. 상기 게르마늄 층은 다중 접합 태양 전지의 바닥층(즉, 후면 접촉 층)으로서 기판을 사용하기 위하여 도핑될 수 있다. 상기 유리 또는 유리 세라믹 기판은 Ge, Si, GaAs, 또는 Ge/GaAs와 팽창 정합(expansion matched)될 수 있다. Ge, Si, GaAs, 또는 Ge/GaAs 필름의 강접착성(strongly adhere) 단결정층은 미국 출원 제2004/0229444호에 기술된 양극성 본딩 공정을 통하여 유리 또는 유리 세라믹 상에서 얻어질 수 있다. According to one or more embodiments of the invention, the new solar cell may be based on a single crystal Ge, Si, or GaAs film on a transparent glass or glass ceramic substrate. For GaAs-based cells, as an additional advantage, a germanium layer may be present between the substrate and the monocrystalline GaAs layer. The germanium layer may be doped to use the substrate as the bottom layer (ie, back contact layer) of the multi-junction solar cell. The glass or glass ceramic substrate may be expansion matched with Ge, Si, GaAs, or Ge / GaAs. Strongly adhered monocrystalline layers of Ge, Si, GaAs, or Ge / GaAs films can be obtained on glass or glass ceramics through the bipolar bonding process described in US Application 2004/0229444.
상기 공정은 첫째 Ge, Si,또는 GaAs 웨이퍼의 수소 또는 수소 및 헬륨 주입을 포함하며, GaAs의 경우, 가능한 상기 GaAs 웨이퍼의 표면상에 게르마늄 필름의 증착이 뒤따른다. 상기 Ge, Si 또는 Ge-코팅된 GaAs 웨이퍼는 그 후 상기 유리 기판과 본딩되며, Ge, Si, GaAs, 또는 Ge/GaAs의 박막 구조의 분리가 이어진다. 이에 따라 얻어진 상기 SOG 구조는 연마되어 손상된 영역이 제거되고 반도체의 고품질의 단결정층을 노출시킨다. 이러한 SOG 구조는 그 다음 Si, Ge, GaAs, GaInP2, GaInAs, 등 다중 층의 연속적인 에피텍셜 성장을 위한 템플릿(template)으로 사용되어, 원하는 태양전지를 형성할 것이다. 반도체 층에 팽창 정합되게 부가된 유리는 또한 연속적인 증착 조건을 견디기에 충분한 정도의 고변형점을 가질 수 있다. The process first involves hydrogen or hydrogen and helium implantation of a Ge, Si, or GaAs wafer, in the case of GaAs, followed by the deposition of a germanium film on the surface of the GaAs wafer, possibly. The Ge, Si or Ge-coated GaAs wafer is then bonded with the glass substrate followed by separation of the thin film structure of Ge, Si, GaAs, or Ge / GaAs. The SOG structure thus obtained is polished to remove damaged regions and to expose the high quality single crystal layer of the semiconductor. This SOG structure will then be used as a template for successive epitaxial growth of multiple layers of Si, Ge, GaAs, GaInP 2 , GaInAs, etc., to form the desired solar cell. The glass added in an expansion match to the semiconductor layer may also have a high strain point sufficient to withstand continuous deposition conditions.
일반적인 광전지 구조는 p-타입-순수(intrinsic)-n-타입(PIN), 금속-절연체-반도체(MIS), "직렬(tandem)”접합 전지로 불리우는 것, 다중-접합 전지, 및 복합 p-n 다중층 구조를 포함하나, 본 발명은 이와 같은 구조에 한정되지 않는다. 원하는 제품의 특성에 따라, 예를 들어 단일 접합 대 다중 접합과 같이, 상기 도너 반도체 웨이퍼 상에 부분적으로 완성된 광전지를 형성하는 것은 광기전 기술에서의 당업자의 능력 범위 내에 있으며, 마찬가지로, 부분적으로 완성된 광전지가 이온 주입 전 또는 후에 형성되는 지 여부는 반도체 물질에서의 적당한 이온 투과 깊이를 고려하여 당업자가 그 능력 내에서 결정되는 것이다. Common photovoltaic structures are called p-type-intrinsic-n-type (PIN), metal-insulator-semiconductor (MIS), what are called "tandem" junction cells, multi-junction cells, and composite pn multiplexing. A layer structure is included, but the invention is not limited to such a structure, depending on the characteristics of the desired product, forming a partially completed photovoltaic cell on the donor semiconductor wafer, such as, for example, a single junction versus multiple junctions. It is within the capabilities of those skilled in the photovoltaic art, and likewise, whether partially completed photovoltaic cells are formed before or after ion implantation is determined by those skilled in the art in view of the proper ion transmission depth in the semiconductor material. .
도너 반도체 웨이퍼는 실질적으로 단결정 도너 반도체 웨이퍼를 포함하고, 선택적으로 상기 도너 반도체 웨이퍼 상에 위치된 에피텍셜 반도체 층을 포함하는 구조의 일부일 수 있다. 상기 박리층(예를 들어, 상기 절연 기판에 본딩되고, 상기 도너 반도체 구조로부터 분리된 층)은 이후 실질적으로 단결정 도너 반도체 웨이퍼 물질로부터 형성된다. 또는 상기 박리층은 에피텍셜 반도체 층으로부터 실질적으로 형성될 수 있다(및 이는 단결정의 도너 반도체 웨이퍼 물질의 일부를 또한 포함할 수 있다). The donor semiconductor wafer may be part of a structure that includes a substantially single crystal donor semiconductor wafer and optionally includes an epitaxial semiconductor layer located on the donor semiconductor wafer. The exfoliation layer (eg, a layer bonded to the insulating substrate and separated from the donor semiconductor structure) is then formed from substantially a single crystal donor semiconductor wafer material. Or the exfoliation layer may be formed substantially from the epitaxial semiconductor layer (and it may also include a portion of the single crystal donor semiconductor wafer material).
본 발명의 하나 이상의 구체예의 이점은 존재하는 SOI 공정에 관하여 상세한 기술적 설명을 읽은 후에 가장 잘 이해될 것이다. 그러나, 일차적인 이점은 다음을 포함한다: 광기전 구조 변화; 보다 박형의 실리콘 필름; 더 높은 결정 성질을 가진 더욱 균일한 실리콘 필름; 더 빠른 제조 처리량; 개선된 제조 수율; 감소된 오염; 및 대형 기판에 대한 확장성. 이러한 이점은 자연적으로 비용을 저감시키는 것과 부합한다. The advantages of one or more embodiments of the invention will be best understood after reading the detailed technical description of the SOI process present. However, primary advantages include: photovoltaic structure changes; Thinner silicon film; More uniform silicone films with higher crystalline properties; Faster manufacturing throughput; Improved manufacturing yields; Reduced pollution; And scalability for large substrates. This advantage naturally corresponds to lower costs.
광기전 구조(PVS)는 도너 반도체 웨이퍼 상의 고온 공정을 통하여 제조될 수 있는 복합 광기전 구조에 따라 변화될 수 있다. 상기 결과적인 고성능의 PVS는 그 후 저가의 유리 기판으로 이송되고, 예를 들어, 잔존한 층 및 회로를 완성하기 위해 필요한 어떠한 패터닝에 대한 증착으로 완성될 수 있다. The photovoltaic structure (PVS) may vary depending on the composite photovoltaic structure that can be produced through a high temperature process on a donor semiconductor wafer. The resulting high performance PVS can then be transferred to a low cost glass substrate and completed, for example, with deposition for any patterning required to complete the remaining layers and circuits.
본 발명은 요구되는 두께의 반도체(Si에 대하여 약 10 내지 30마이크론, GaAs와 같은 직접 밴드갭 반도체에 대하여 1 내지 3 마이크론)만의 사용을 허용한다. 더 두꺼운 실리콘 필름이 이후 연마되어 손상된 표면을 제거시키는 상기 절연 기판으로 이송됨에 비하여, 매우 박형의 필름에 대하여 조절이 곤란하여 본 발명에서 기술되는 바와 같은 공정에서 제거되는 물질은 거의 없어서, 박형 실리콘 필름이 직접적으로, 증착된 부가적인 두께 또는 그 이후에 성장된 두께를 가지고 이송되게 한다. The present invention allows the use of only semiconductors of the required thickness (about 10 to 30 microns for Si, 1 to 3 microns for direct bandgap semiconductors such as GaAs). Whereas thicker silicon films are then polished and transferred to the insulator substrate which removes the damaged surface, very thin films are difficult to control and there is little material removed in the process as described herein. This directly allows to be transferred with the deposited additional thickness or later grown thickness.
균일한 필름은 매우 바람직하다. 즉, 공정에서 거의 제거되는 물질이 없기 때문에, 실리콘 필름 두께의 균일성은 이온 주입에 의하여 결정된다. 이는 특정 구체예에서 매우 균일함을 보여주며, 표준편차가 약 1nm이다. 반면에, 연마공정은 일반적으로 5%에 해당하는 양의 필름 두께가 제거되는 편차를 나타낸다. Uniform films are very desirable. That is, since there is almost no material removed in the process, the uniformity of the silicon film thickness is determined by ion implantation. This shows very uniform in certain embodiments with a standard deviation of about 1 nm. On the other hand, the polishing process generally exhibits a deviation of the film thickness of 5%.
지속적으로 요구되는 바와 같이, 더 빠른 처리량이 중요하다. 그러나, SiOG 를 제조하기 위하여 특정된 연마 기술은 수십분(tens of minutes) 정도의 처리시간을 가지며, 로(furnace)어닐은 수 시간이 소요될 수 있다. 더욱 균일한 필름에 대해서는, 연마 또는 로어닐을 위한 광전지에서 필요성이 감소되었다. As is constantly required, faster throughput is important. However, the polishing technique specified for producing SiOG has a treatment time of tens of minutes, and furnace annealing may take several hours. For more uniform films, the need in photovoltaic cells for polishing or roannel has been reduced.
개선된 제조 수율 또한 폐기물 및 비용 절감을 위하여 중요하다. 와이어-쏘우 커프 손실(wire-saw kerf loss)을 피함으로써, 폐기물은 현저히 줄어들게 될 것이다. 마찬가지로, 고가의 도너 반도체 웨이퍼는 연마되고 수회 재사용될 것이다. 박막 필름을 사용함으로써, 소비되는 물질은 마찬가지로 현저히 줄어들 것이다. SOI 구조의 연마가 회피된다면, 전체 제조 수율은 증가될 것으로 기대된다. 이는 특히 연마 공정이 낮은 공정 수율로 기대되는 경우에는 사실이다. 공정 창은 필름의 결정성 특성 때문에 클 것으로 예상되고, 이에 따라 수율은 높을 것으로 기대된다. Improved manufacturing yields are also important for waste and cost savings. By avoiding wire-saw kerf losses, waste will be significantly reduced. Likewise, expensive donor semiconductor wafers will be polished and reused several times. By using thin film, the material consumed will likewise be significantly reduced. If polishing of the SOI structure is avoided, the overall manufacturing yield is expected to be increased. This is especially true if the polishing process is expected with low process yields. The process window is expected to be large due to the crystalline nature of the film and therefore the yield is expected to be high.
SOI의 민감한 특성에 기하여, 오염은 성능에 악영향을 미칠 것이고, 이에 따라 오염을 줄이는 것이 매우 바람직하다. 이러한 점을 염두하고, 층의 두께를 감소시키는 마멸성(abrasive) 슬러리에 의한 연마의 필요성을 회피하는 것은 잠재적인 오염을 줄이는 것이다. 또한 로 어닐에 대한 필요성을 회피하는 것도 장시간의 열 어닐 공정 중에 발생할 수 있는 오염의 확산을 방지할 것이다. 이는 광기전 장치의 효율성을 고려하면 중요한 역할을 할 것이다. Based on the sensitive nature of the SOI, contamination will adversely affect performance and therefore it is highly desirable to reduce contamination. With this in mind, avoiding the need for polishing by abrasive slurries that reduce the thickness of the layer is to reduce potential contamination. Avoiding the need for furnace annealing will also prevent the spread of contamination that can occur during long thermal annealing processes. This will play an important role in view of the efficiency of photovoltaic devices.
이러한 공정은 큰 공정 규모로 확장할 수 있다. 이러한 확장성은 잠재적으로 제품 수명을 소비되는 기판 크기 수요가 증가하는 것만큼 늘어난다. 태양광 패널은 때로 가용 공간을 최대화 하도록 커서, 더 큰 광전지가 되고, 더 적은 광전지가 대 형의 태양광 패널을 형성하도록 접촉할 필요가 있게 된다. 반면에, 표면 연마 및 로 어닐은 더 큰 기판 크기에 대하여 상이함이 더 커진다. This process can be scaled up to large process scale. This scalability increases with increasing substrate size demand, which potentially consumes product life. Solar panels are often large to maximize the available space, resulting in larger photovoltaic cells, and fewer photovoltaic cells need to be contacted to form large solar panels. On the other hand, surface polishing and furnace annealing become more different for larger substrate sizes.
특히, 본 발명의 바람직한 구체예의 중요 이점은 1) 기타의 더 비싼 반도체 기판(예를 들어, 이전에 사용되었던 바와 같이, Ge층에 대하여 실리콘 및 연속적인 GaAs 성장)이나, 종래 기술에서 기술된 바와 같은 열적으로 부정합된 세라믹 물질에 비하여, 낮은 비용, 팽창-정합된 유리 또는 유리-세라믹 기판의 사용; 2) 유리 기판 상에 Si, Ge, 또는 GaAs/Ge의 다중층의 단결정 탬플릿 층의 존재, 이는 종래 기술에서 사용되는 다결정성 탬플릿과는 달리, 고효율을 갖는 태양 전지를 위한, 격자 정합(lattice matched)되고, 결함이 매우 적은 반도체 층을 형성하는 탬플릿으로 사용된다; 3) 기판의 투명성에 기하여 모듈 제조에 있어의 유연성을 갖게 된다는 점이 포함된다.In particular, important advantages of the preferred embodiments of the present invention are 1) other more expensive semiconductor substrates (eg, silicon and continuous GaAs growth for Ge layers, as previously used), but as described in the prior art. Use of low cost, expansion-matched glass or glass-ceramic substrates, as compared to such thermally mismatched ceramic materials; 2) The presence of multiple monocrystalline template layers of Si, Ge, or GaAs / Ge on glass substrates, which is lattice matched for solar cells with high efficiency, unlike polycrystalline templates used in the prior art ) And is used as a template to form a semiconductor layer with very few defects; 3) The flexibility of the module manufacturing is included based on the transparency of the substrate.
기타의 측면, 특징, 이점 등은 첨부되는 도면과 본 발명의 상세한 설명을 결합하여 당업자가 고려하기에 명백하게 될 것이다. Other aspects, features, advantages, and the like will become apparent to those skilled in the art in view of the accompanying drawings and the detailed description of the invention.
달리 지정된 바가 없는 경우, 본 명세서 및 청구범위에서 성분에 대한 중량퍼센트, 차원, 및 특정 물성 값을 표현하기 위한 모든 숫자는 ‘약’이라는 용어에 의하여 변형된 것이라는 점이 이해되어야 한다. 또한 본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 정확한 숫자 값은 본 발명의 부가적인 구체예를 이루는 것이라고 이해되어야 한다. 실시예에서 개시되는 숫자 값은 정확성을 기하려 노력하였다. 그러나 어떠한 측정된 숫자값이라도 본질적으로 각각의 측정 기술에서 발견되는 표준편자로 나타나는 어떠한 실수가 있을 수 있다. Unless otherwise specified, it is to be understood that all numbers used to express weight percents, dimensions, and specific property values for ingredients in this specification and claims are to be modified by the term “about”. It is also to be understood that the precise numerical values used in this specification and claims constitute an additional embodiment of the invention. The numerical values disclosed in the examples have been tried to ensure accuracy. However, any measured numerical value may be inherently mistaken as a standard deviation found in each measurement technique.
“결정성 반도체 물질”이라는 것은, 완전히 결정성 또는 실질적으로 결정성인 물질로서, 의도적이거나 우연히 그 속에 결함 및/또는 도판트가 도입되거나 그렇지 않은 물질일 것이라는 의미이다. 따라서 이는 (i) 반도체 성질을 갖는 물질을 형성하기 위한 전구체 물질, 반도체 또는 비-반도체 자체, 및 (ii) 예를 들어, 도핑 전구체 물질에 의하여 형성되는 반도체성인 물질을 포함한다. 결정성 반도체 물질은 단결정성 또는 다결정성일 수 있다. 실제로, 반도체성 물질은 일반적으로 적어도 일부로서 본질적으로 또는 의도적으로 추가된 내부(internal) 또는 표면 결함(defect), 예를 들어 격자 결함 또는 입계(grain boundaries)를 포함한다. “실질적으로 결정성”이라는 용어는 또한 특정한 도판트가 반도체 물질의 결정구조를 왜곡하거나 그렇지 않더라도 영향을 미칠 수 있다는 사실을 반영한 것이다. By "crystalline semiconductor material" is meant a material that is either completely crystalline or substantially crystalline and which is intentionally or accidentally introduced into or without defects and / or dopants therein. It thus comprises (i) a precursor material for forming a material having semiconducting properties, the semiconductor or non-semiconductor itself, and (ii) a semiconducting material formed by, for example, a doping precursor material. The crystalline semiconductor material can be monocrystalline or polycrystalline. In practice, semiconducting materials generally include internal or surface defects, such as lattice defects or grain boundaries, which are added essentially or intentionally as at least a part. The term “substantially crystalline” also reflects the fact that a particular dopant may affect or even distort the crystal structure of the semiconductor material.
도 4, 5 및 6(때때로 도 4-6이라 한꺼번에 지칭한다)을 참조하면, 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따라 광기전 SOI 구조(100)의 PVS 변화(100A), (100B), (100C)를 각각 보이고 있다. 광기전 SOI 구조(100)는 PV SOI 구조(100)으로, 또는 간단히 PVS (100)으로 나타낼 수 있다. 상기 도면에 있어서, SOI 구조(100)는 SIOG 구조의 예시이다. 상기 SiOG 구조(100)는 유리로 제조된 절연기판(101), 광기전 구조 기초(102)(도 4), 이온 이동 영역(103), 후면 접촉층(104), p-타입 반도체 층(106), n-타입 반도체층(108) 및 전도창 층(conducting window layer)(110)을 포함할 수 있다. 상기 SiOG구조(100)은 광기전 장치와 관련하여 적합한 용도를 갖는다. 4, 5 and 6 (sometimes referred to collectively as FIGS. 4-6), PVS changes 100A, 100B, 100C of
전도창층(110)은 저항 접촉(ohmic contact)으로서 작용하는 전기적으로 전도성의 물질층이다. 상기 전도창층은 반투명, 투명 또는 아투명(semi-transparent)일 수 있다. 예시적인 물질은 인듐 주석 산화물이며, 일반적으로 산화 분위기에서 In-Sn 타겟의 반응성 스퍼터링에 의하여 형성된 물질이다. 인듐 주석 산화물을 대신하여, 예를 들어 알루미늄-도핑된 아연 산화물, 붕소-도핑된 아연 산화물, 또는 심지어 카본 나노튜브도 포함될 수 있다. 인듐 주석 산화물(ITO, 또는 주석-도핑된 인듐 산화물)은 인듐(III)산화물(In2O3) 및 주석(IV) 산화물(SnO2)의 혼합물이며, 일반적으로 90중량%의 In2O3, 10중량%의 SnO2일 수 있다. 이는 박층에서 투명하고 무색이다. 벌크 형태에서는, 노란색에서 회색빛을 나타낸다. 인듐 주석 산화물의 주된 특징은 전기 전도성 및 광학적 투명성의 조합이다. 그러나, 높은 전하 캐리어 밀도가 물질의 전도성을 증가시키지만, 투명성은 감소되므로, 필름 증착 중에 절충점에 도달하여야 한다. 인듐 주석 산화물의 박막은 전자빔 증착(electron beam evaporation), 물리적 기상 증착(physical vapor deposition), 또는 스퍼터링 기술의 범주에 의하여 표면상에 가장 일반적으로 증착된다.
반도체 물질(semiconductor material)층(106) (108)은 실질적으로 단결정 물질의 형태일 수 있다. “실질적으로”라는 용어는 반도체 물질이 일반적으로 적어도 일부로서 본질적으로 또는 의도적으로 추가된 내부 또는 표면 결함, 예를 들어 격자 결함 또는 입계(grain boundaries)를 포함한다는 사실을 고려하여 상기 층(106) (108)을 설명하는데 사용된다. 상기 실질적으로라는 용어는 또한 특정한 도판트가 반도체 물질의 결정구조를 왜곡하거나 그렇지 않더라도 영향을 미칠 수 있다는 사실을 반영한 것이다. 특히, p형 반도체 층(106)은 p형 도핑제를 포함하는데 비하여, n형 반도체층(108)은 n형 도핑제를 포함한다. p형 층(106)은 대부분의 전자홀 쌍이 p형 층(106)내에 형성되는 것이 바람직한 모든 경우에 있어서, n형 층(108)보다 두껍다.The semiconductor material layers 106 and 108 may be substantially in the form of a single crystal material. The term “substantially” refers to the
논의의 목적을 위하여, 반도체 층(106)(108)은 다른 언급이 없는 한, 실리콘으로부터 형성되었다고 가정한다. 그러나 반도체 물질은 실리콘-기초 반도체 또는 예를 들어, III-V, III-IV 등의 반도체 분류의 모든 형태에 해당할 수도 있다는 것으로 이해된다. 이러한 물질의 예는, 실리콘, 게르마늄-도핑된 실리콘(SiGe), 실리콘 카바이드(SiC), 게르마늄, 비화갈륨(GaAs), 인화 갈륨(GaP), 및 인화 인듐(InP)를 포함한다. For the purposes of discussion, it is assumed that semiconductor layers 106 and 108 are formed from silicon, unless otherwise noted. However, it is understood that the semiconductor material may correspond to any form of silicon-based semiconductor or semiconductor classification such as, for example, III-V, III-IV, and the like. Examples of such materials include silicon, germanium-doped silicon (SiGe), silicon carbide (SiC), germanium, gallium arsenide (GaAs), gallium phosphide (GaP), and indium phosphide (InP).
후면 접촉층(back contact layer)(104)은 전도성 금속-기초(metal-based) 또는 금속 산화물-기초 층과 같은 전도성 층(conductive layer)일 수 있다. 상기 후면 접촉층은 저항 접촉, 즉 제조된 반도체 장치상의 영역이 상기 장치의 전류-전압(I-V) 커브가 선형 및 대칭이 되도록 한다. 후면 접촉 물질은 Si와 접촉한 열 견고성(thermal robustnes)으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 후면 접촉층(104)은 알루미늄 또는 실리사이드에 기초한 필름, 예를 들어, 티타늄 디실리사이드, 텅스텐 디실리사이드, 또는 니켈 실리사이드일 수 있으며, 그 예시는 아래에서 논의된다. 실리사이드-폴리실리콘 조합은 폴리실리콘 단독의 경우보다 우수한 전기적 특성을 가지면서 후속 공정에서 용융되지 않는다. The
후면 접촉층(104)은 예를 들어, 증착에 의하여 형성되는데, 상기 증착은 예를 들어, LPE, CVD, 또는 PECVD이다. 메조텍시(Mesotaxy) 또는 에피텍시(epitaxy)가 또한 사용될 수 있다. 에피텍시가 기판 표면 위에 대하여 부합하는 상(matching phase)의 성장임에 비하여, 메조텍시는 모결정(host crystal)의 표면 아래(underneath)의 결정학적으로(crystallographicall) 부합하는 상의 성장이다. 이러한 공정에서, 이온은 충분히 높은 에너지로 주입되고, 물질로 유입(dose)되어 제2 상(phase)의 층을 형성하며, 온도는 조절되어 상기 타겟의 결정 구조가 파괴되지 않도록 한다. 상기 층의 결정 배향(orientation)은 정확한 결정 구조 및 격자 상수가 매우 상이하더라도, 타겟의 배향에 부합하도록 처리될 수 있다. 예를 들어, 니켈 이온이 실리콘 웨이퍼에 주입된 이후, 니켈 실리사이드 층은 실리사이드의 결정 배향은 실리콘의 배향과 정합하는 부분에서 성장될 수 있다. The
후면 접촉층(104)의 형성을 위하여 에피탁시 또는 메조탁시를 사용하는 것은 도 7 내지 9 및 11에서 논의된 상기 박리층(exfoliation layer)(122)이 에피텍셜 또는 메조텍셜 층을 포함하여, 후면 접촉층(104) 및 반도체 층을 그 위에 형성하는 한, 도 4에서 개시된 구조(100A)와, 도 5 및 6에서 개시된 구조(100B) 및 (100C) 사이의 개념적인 경계면으로 생각되어 질 것이다. 상기 반도체 층 단독으로 도 4에서의 광기전 구조 기초(photovoltaic structure foundation, PVSF)(102)로 작용할 것이나, 상기 반도체 층 및 후면 접촉층(104)의 조합은 도 8 및 13에서 소개된 부분적으로 완성된 PVS(124)로 여겨질 수 있다. 따라서, 에피탁시 또는 메조탁시 또는 이온 주입법을 이용하여 후면 접촉층(104)을 양극성 본딩단계(단계 208) 이전에 형성하는 것은 공정(200B) (200C)에서와 같이 기판(101)로 이송되는 부분적으로 완성된 PVS(124)를 형성하며, 이송한 PVSF(102) 및 그 후 박리 분리(단계 210) 이후에 에피탁시 또는 메조텍시 또는 이온 주입법을 이용하여 후면 접촉층 (104)을 형성하는 것은 공정 (200A)를 따른다. 마찬가지로, 후면 접촉층(104)은 박리 분리(exfoliation separation) 이후에 PVSF(102)의 강한 도핑(heavy doping)에 의하여 형성될 수 있다. 그러한 강한 도핑은 일반적으로 이온 주입법에 의하여 수행될 수 있다. The use of epitaxy or mesotaxy for the formation of
나아가, 후면 접촉층(104)이 박리 분리(단계 210)이후에 PVSF (102)의 상측에 증착되는 경우, 변형(100A)인 PVS(100)가 나타날 것이다. 그 대신에, 만일 PVSF(102)가 p형 반도체로서 메조텍시 이전 또는 이후에 도핑되는 경우, 및 후면 접촉층(104)이 메조텍시에 의하여 형성되는 경우, 변화(variation)(100A)또는 (100B)와 유사한 PVS(100)가 나타날 것이다. 상기 후면 접촉층(104)의 메조텍셜 성장의 깊이가 PVSF(102)의 중간 이내에 있다면, PVSF(102)층은 변화 (100A)이내로서, 후면 접촉층(104)의 아래에 잔존할 것이다. 만일 상기 후면 접촉층(104)의 메조텍셜 성장의 깊이가 PVSF(102)의 본딩 표면(126)에 이른다면, PVSF(102)의 어떠한 층도 변화(100B)내로서, 상기 후면 접촉층(104)의 아래에 잔존하지 않을 것이다. Further, if the
상기 전도층이 상기 박리층(122)의 위 또는 내에 형성되는 한, 에피텍시, 메조텍시, 이온 주입, 도핑, 증기 이동, 기상 증착 등에 의하여 형성되건 간에, 상기 전도층은 상기 박리층(122)에 대하여 일체형(integral)일 것이다. 상기 전도층이 상기 박리층(122)이 절연 기판(101)에 본딩되기 이전에 상기 박리층(122)의 위 또는 내에 형성되는 경우, 상기 전도층은 상기 박리층(122)이 상기 기판(101)에 본딩되었을 때 상기 절연 기판(101)에 근접(proximate)할 것이다. 다시 말하여, 상기 전도층은 상기 절연 기판에 마주하는 박리층(122)의 가까운 쪽에 형성되어, 예를 들어, 최종 전도층이 상기 절연 기판 및 상기 박리층 사이에 있을 것이다. 만일 박리층(122)이 상기 절연기판(101)과 처음에 본딩되고, 그 다음 상기 전도층이 상기 박리층(122) 위 또는 내에 그 이후 형성되는 것이라면, 상기 전도층은 상기 절연기판(101)과 반대편의 박리층(122) 위 또는 가까운 쪽에 있을 것이고, 이에 따라 상기 절연기판(101)의 말단부(distal)에 위치할 것이다. 마찬가지로, 상기 박리층(122)이 상기 절연기판(101)에 본딩된 이후에 상기 박리층(122)에, 그 안에, 또는 그 위에 형성되는 모든 광기전 장치층은 상기 절연 기판(101)의 말단에 위치할 것이다. As long as the conductive layer is formed on or in the
도 15 내지 17에서 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 이온 이동 영역(103)은 절연 기판(101) 및 상기 절연 기판(101)에 본딩된 층, 즉 변화(variation) 100A 내에서, PVS 기반(foundation)(102); 변화 100B 내에서, 후면 접촉층(104); 또는 변화 100C에서 전도성 창층(110) 사이에서의 양극성 본드의 어느 한쪽에서 형성한다. 상기 이온 이동 영역(103)은 도 15에서 기술된 양극성 본딩 공정에 기인한다. 이러한 이온 이동 영역(103)은 종래의 광기전 구조 기술에서는 존재하지 않았다. As discussed in more detail in FIGS. 15-17, the
도 5 및 6에서의 변화 100B 및 100C와는 달리, 도 4에서의 변화 100A는 PV 구조 기반(102)를 포함한다. 광기전 구조 기반(102)는 상기 박리층(122)이 부분적으로 완성된 PVS(124)(PCPVS)에 이르는 어떠한 부가층(들)도 없이 절연 기판(101)으로 이송되는 경우 발생할 수 있다. 본질적으로, 상기 박리층(122)은 절연 기판(101)에 본딩시에 PVSF(102)가 되는 것으로 생각된다. 이를테면, PVSF(102)는 도 7 및 10에서 소개된 도너 웨이퍼(120)에서 도출되는 바와 같이, 바람직하게 실질적으로 단결정의 반도체 층을 포함할 것이다. Unlike
상기 절연 기판(101), 여기서는 유리 기판(101)은 산화 유리 또는 산화 유리-세라믹으로부터 형성될 수 있다. 요구되는 것은 아니라도, 여기에서 설명되는 구체예는 약 1000℃ 이하의 변형점을 보이는 산화유리 또는 유리-세라믹을 포함할 수 있다. 유리를 제조하는 기술분야에서 일반적인 바와 같이, 변형점은 유리 또는 유리-세라믹이 1014.6poise (1013.6 Pa.s)의 점도를 갖는 온도이다. 산화 유리 및 산화 유리-세라믹 사이에서, 상기 유리는 더 간단하게 제조될 수 있는 이점을 가질 수 있으며, 이에 따라 이들이 보다 광범위한 용도 및 낮은 비용이 되도록 한다. The insulating
한 예를 들자면, 유리 기판(101)은 알칼리 토 이온을 포함한 유리 기판으로부터 형성될 수 있으며, 예를 들어, 모두 코닝사(미국 뉴욕, 코닝)에서 공급하는 Glass No. 1737 및 Eagle 2000로부터 제조되는 기판이다. 이러한 유리 물질은 다른 용도, 특히 예를 들어, 액정 디스플레이의 제조상의 용도를 갖는다. As an example, the
유리기판은 예를 들어, 약 0.5mm 내지 3mm의 범위에서, 약 0.1mm 내지 약 10mm의 범위의 두께를 가질 수 있다. 일부 SOI 구조에서는, 약 1마이크론(즉, 0.001mm 또는 1000nm)과 동일 또는 그 이상의 두께를 갖는 절연 층은 예를 들어, 실리콘/실리콘 디옥사이드/실리콘 형상을 갖는 표준 SOI 구조가 고 주파수(frequencies)에서 작동되는 경우에 일어나는 기생 용량성 효과(parasitic capacitive effect)를 피하기 위하여 바람직하다. 과거에는 그러한 두께는 달성하기가 어려웠다. 본 발명에 따르면, 약 1 마이크론보다 두꺼운 절연층을 갖는 SOI 구조는 약 1 마이크론과 동일하거나 그 보다 큰 두께를 갖는 유리 기판(101)을 간단히 사용하여 용이하게 달성할 수 있다. 유리 기판(101)의 두께상의 더 낮은 한계는 약 1 마이크론, 즉 1000nm일 것이다. The glass substrate may have a thickness in a range of about 0.1 mm to about 10 mm, for example, in a range of about 0.5 mm to 3 mm. In some SOI structures, an insulating layer having a thickness equal to or greater than about 1 micron (ie, 0.001 mm or 1000 nm) may be used at high frequencies, for example, in a standard SOI structure having a silicon / silicon dioxide / silicon shape. It is desirable to avoid parasitic capacitive effects that occur when operated. In the past, such thicknesses were difficult to achieve. According to the present invention, an SOI structure having an insulation layer thicker than about 1 micron can be easily achieved by simply using a
일반적으로 유리기판(101)은 본딩 공정단계 뿐 아니라, 광기전성 SiOG 구조(100)에서 이루어지는 연속한 공정을 통하여 상기 반도체 층(106)(108)을 지지하기에 충분히 두꺼워야 한다. 유리기판(101)의 두께상의 이론적 상한은 없으나,지지 작용을 위하여 필요하거나 궁극적인(ultimate) 광기전성 SiOG 구조(100)에 대하여 요구되는 것을 벗어난 두께는 유리기판(101)의 두께가 커질수록, 광기전성 SiOG 구조(100)를 형성하는데 공정 단계의 적어도 일부를 달성하기가 더욱 어려워 지기 때문에 유리하지 않을 것이다. In general, the
산화 유리 또는 산화 유리-세라믹 기판(101)은 실리카-기초일 수 있다. 따라서, 상기 산화 유리 또는산화 유리-세라믹에서의 SiO2의 몰 퍼센트는 30몰퍼센트 이상일 수 있고, 40몰 퍼센트 이상일 수 있다. 유리-세라믹의 경우, 결정상은 멀라이트, 코디어라이트, 회장석, 스피넬 또는 유리-세라믹 기술분야에서 알려진 다른 결정상일 수 있다. 비-실리카 기초 유리 및 유리-세라믹은 본 발명에 따른 하나 이상의 구체예의 실행에서 사용될 수 있으나, 이들이 더 높은 비용을 갖거나, 열악한 성능 특성을 보이기 때문에 일반적으로 그리 이롭지 않다. The oxide glass or oxide glass-
마찬가지로, 일부 응용에 있어, 예를 들어, 실리콘-기초가 아닌 반도체 물질을 채용한 SOI 구조에 있어, 산화물 기초가 아닌 유리 기판, 예를 들어, 비-산화물 유리는 바람직하나, 일반적으로 이들의 더 높은 비용 때문에 유리하지 않다. 더욱 상세히 논의될 바와 같이, 하나 이상의 구체예에서, 유리 또는 유리-세라믹 기판(101)은 이와 직접적 또는 간접적으로 본딩된 하나 이상의 반도체 물질(예를 들어, 실리콘, 게르마늄 등)층(잠재적으로 102, 104, 106, 108 또는 110)의 열팽창계수(CTE)에 정합하도록 설계된다. CTE 정합은 증착 공정의 열 순환 동안에 바람직한 기계적 특성을 나타나도록 한다. Likewise, in some applications, for example in SOI structures employing non-silicon-based semiconductor materials, glass substrates that are not oxide based, such as non-oxide glass, are preferred, but generally more It is not advantageous because of the high cost. As will be discussed in more detail, in one or more embodiments, the glass or glass-
광기전성 응용에 있어서, 유리 또는 유리-세라믹(101)은 가시, 근자외, 및/또는 적외 파장 영역에서 투명할 수 있으며, 예를 들어 유리 또는 유리 세라믹(101)이 350nm 내지 2 마이크론 파장 범위에서 투명할 수 있다는 것이다. 투명성 또는 적어도 반투명성을 갖는 유리는 특히 변화 100C에서 특히 중요하며, 여기서는 빛이 PV 구조 100C의 나머지에 이르기 전에 절연 기판(101)에 입사된다. 그러나, 변화 100A 및 100B에서, 상기 광은 절연 기판(101)으로 입사하지 않으며, 따라서 상기 절연 기판(101)이 투명은 물론이고 반투명한지 여부도 크게 관계가 없으며, 이 경우에는 상기 절연 기판(101)이 기타의 기준, 비용이 문제가 아니라, 특히 CTE에 기초하여 선택된다. In photovoltaic applications, glass or glass-ceramic 101 may be transparent in the visible, near-ultraviolet, and / or infrared wavelength ranges, for example, glass or glass ceramic 101 in the 350 nm to 2 micron wavelength range. It can be transparent. Glass having transparency or at least translucency is particularly important at
유리기판(101)이 단일 유리 또는 유리-세라믹 층으로 이루어질 수 있으나, 라미네이트 구조도 바람직하게 사용될 수 있다. 라미네이트 구조가 사용되면, 여기에 본딩된 층에 가장 가까운 라미네이트 층(예를 들어, 102, 104 또는 110)은 단일 유리 또는 유리-세라믹으로 이루어진 유리기판(101)에 대하여 여기에서 논의되는 특성을 가질 수 있다. 상기 본딩된 층으로부터 더 떨어진 층 또한 그러한 성질을 가질 수 있으나 이들은 상기 본딩된 층과 직접적으로 상호작용 하지 않기 때문에, 완화된 특성을 가질 것이다. 후자의 경우, 상기 유리기판(101)은 유리기판(101)에 대하여 특성화된 특징이 더 이상 만족되지 않은 때 종결되는 것이라 여겨진다. Although the
도 7, 8 및 9(종종 한꺼번에 도 7 내지 9로 칭한다)를 참조하면, 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따라 PV 구조(100)를 제조하기 위하여 도시된 공정 단계가 수행될 수 있다. 공정 200A는 도 7에 도시되어 있고, 공정 200B는 도 8에 도시되어 있으며, 공정 200C는 도 9에 도시되어 있다. 이러한 블록도에서 상기 개별적 수행(단계)는 다음의 의미를 갖는다:7, 8 and 9 (often referred to as FIGS. 7-9 at one time), the process steps shown to produce the
202: 도너 반도체 웨이퍼의 표면을 제조함(preparation); 202: prepare a surface of a donor semiconductor wafer;
203: 상기 도너 반도체 웨이퍼를 이온 주입 공정에 도입함;203: Introducing the donor semiconductor wafer into an ion implantation process;
204: 상기 도너 반도체 웨이퍼를 완화 산화에 도입함; 204: introducing the donor semiconductor wafer to relaxed oxidation;
205: 부분적으로 완성된 PVS를 형성함;205: form a partially completed PVS;
206: 부분적으로 완성된 PVS 및 도너 반도체 웨이퍼를 이온 주입 공정에 도입함;206: introducing the partially completed PVS and donor semiconductor wafer into an ion implantation process;
207: 광기전 구조(또는 부분적으로 완성된 광기전)기초 및 유리 사이에 양극성 본드를 형성시킴;207: forming a bipolar bond between the photovoltaic structure (or partially completed photovoltaic) foundation and the glass;
210: 유리층/PVSF/박리층을 상기 도너 반도체 웨이퍼로부터 분리시킴;210: separate the glass layer / PVSF / peel layer from the donor semiconductor wafer;
212: 상기 도너 반도체 웨이퍼 및/또는 PVS 기반(foundation)를 마무리 공정에 도입함. 212: Introduce the donor semiconductor wafer and / or PVS foundation into a finishing process.
도 10 내지 18은 도 7, 8 및 9의 공정을 수행하여 형성될 수 있는 매개(intermediate) 및 최종 구조에 가까운 구조를 도시하고 있다. 도 10에서, 화살표는 표면 제조 작용을 가리킨다. 도 11에서, 화살표는 주입되는 이온(예를 들어 수소 이온)의 흐름 및 본 발명의 특정 구체예에 따른 이의 일반적인 방향을 나타낸다. 도 12에서, 화살표는 예를 들어, O2 플라즈마 또는 기타 물질 또는 작용 및 본 발명의 특정 구체예에 따른 박리층에 대한 표면 마무리 공정에서의 이의 일반적 방향을 가리킨다. 도 13에서, 화살표는 물질 및/또는 작용, 및 본 발명의 특정 구체예에서의 후면 접촉 층 및/또는 전도창(conductive window)을 형성하기 위한 일반적인 증착 방량을 가리킨다. 도 14에서, 화살표는 물질(예를 들어, 도핑제) 및/또는 작용(도핑 공정), 및 각 층의 도핑을 위한 일반적인 방향을 가리킨다. 10-18 illustrate structures close to the intermediate and final structures that may be formed by performing the processes of FIGS. 7, 8 and 9. In Fig. 10, the arrows indicate the surface manufacturing action. In FIG. 11, the arrows indicate the flow of ions (eg hydrogen ions) implanted and their general direction according to certain embodiments of the invention. In FIG. 12, the arrows indicate, for example, an O 2 plasma or other material or action and its general orientation in the surface finishing process for the exfoliation layer according to certain embodiments of the invention. In FIG. 13, the arrows indicate materials and / or actions, and general deposition techniques for forming back contact layers and / or conductive windows in certain embodiments of the present invention. In FIG. 14, the arrows indicate the material (eg dopant) and / or action (doping process) and the general direction for the doping of each layer.
도 7 내지 10의 작동(action) 202에서, 도너 반도체 웨이퍼(120)의 제조된 도너 표면(121)이 예를 들어 연마, 세척 등의 공정에 의하여 준비되어 PVS의 연속층에 본딩하기에 적합한 상대적으로 평탄하고 균일한 도너 표면(121)을 제조한다. 상기 제조된 도너 표면(121)는 PV 구조 기초(102) 또는 반도체 층(106) (108)의 밑면(underside)을 형성한다. 논의의 목적을 위하여, 상기 반도체 웨이퍼(120)는 상기에서 어떠한 기타의 적당한 반도체 물질을 사용할 수 있다고 논의 하였으나, 도핑된(n형 또는 p형) 실질적으로 단결정의 Si 웨이퍼일 수 있다. In
공정 200A 및 200B에 대한 작동 203 또는 공정 200C에 대한 작동 206 중 어느 하나에서, 도 11에서 보이는 바와 같이, 박리층(122)은 이온 주입 표면(121i), 즉, 제조된 도너 표면(121) 또는 제조된 도너 표면(121) 상에 형성된 어떠한 층이 하나 이상의 이온 주입 공정으로 도입되어 도너 반도체 웨이퍼(120)의 제조된 도너 표면(121) 이하에서 약해진 영역(weakened region)을 형성함으로써 형성된다. 본 발명의 구체예는 박리층(122)읠 형성방법에 특히 한정되지 않으나, 하나의 적합한 방법은 도너 반도체 웨이퍼(120)의 제조된 도너 표면(121)이 수소 이온 주입 공정에 도입되어 적어도 상기 도너 반도체 웨이퍼(120)에서의 박리층(122)의 형성을 시작하는 것을 가리킨다. In either
주입에너지(implantation energy)는 박리층(122)의 대략적 두께를 달성하기 위한 일반적인 기술을 사용하여 조절될 수 있다. 예를 들자면, 기타 이온 또는 이들의 복합이온(multiple), 예를 들어, 붕소+수소, 헬륨+수소, 또는 박리에 관한 문헌에서 알려진 기타의 이온이 사용될 수 있음에도 수소 이온 주입법이 사용될 수 있다. 즉, 박리층(122)을 형성하기에 적합한 기타 알려지거나 이후 개발된 기술이 본 발명의 기술적 사상이나 범위를 벗어나지 않고 채용될 수 있다. Implantation energy can be adjusted using conventional techniques to achieve the approximate thickness of
PV SOI 구조(100)의 파라미터, 제조된 도너 표면(121)의 상부의 층의 개수 및 두께, 및 CMP 또는 FA와 같은 어떠한 매개 제조 단계의 잠재적 이용에 따라, 박리층(122)은 가능한 및/또는 바람직하게 두껍거나 얇게 제조될 수 있다. 다양한 설계 제한이 박리층(122)이 원하는 것 보다 더 두껍게 되는데 필요하다면, 예를 들어 마이크로 전자공학 분야에서 사용을 위해, 알려진 메스제거(mass removal) 방법, 예를 들어 CMP 또는 연마법이 작동 210에서 박리된 이후에 층(122)의 두께를 줄이는데 사용될 수 있다. 그러나 메스제거 공정을 사용하는 것은 전체 제조 공정에 시간과 비용을 부가시키는 것이고, PVS(100)에서는 필요하지 않을 수 있다. 예를 들어, 변화 100A에서, 상기 PVSF(102)층은 얇아지거나 두꺼울 필요가 없을 것이고, 바람직하게 PVSF(102)는 나중의 마무리 공정을 위한 안정적인 기초로서 작용하기에 충분히 두꺼운 것이나, 그렇지 않고 얇으면 물질 및 그에 따른 비용을 절감하는 것이다. Depending on the parameters of the
반대되는 문제는 PV 구조(100)에서 더욱 발생할 수 있다. 즉 박리층이 너무 얇게 되는 것이다. 변화 100B 및 100C에서, 두꺼운 Si층은 PVS(100)에 대하여 바람직한데, 더 두꺼운 Si층은 더 많은 빛을 흡수할 것이고 그 효율을 높일 것이기 때문이다. 바람직하게 두꺼운 박리층을 형성하는데 필요한 에너지는 사용가능한 장치 파라미터를 초과할 것이고, 이에 따라 부가(additional) Si는 상기 박리층(122)이 형성된 이후에 에피텍셜 성장되거나 증착될 것이다. 상기 부가 Si는 유리 기판(101)로 이송되기 전 또는 후에 상기 박리층(122)에 부가될 수 있다. 부가되기 전이라면, 상기 Si 부가는 부분적으로 완성된 PVS(124)의 형성의 일부가 될 것이나, 부가된 이후라면, 상기 Si 부가는 마무리 공정의 부분이 된다. 마찬가지로, 반도체 층은 PVSF(102) 및 후면 접촉층(104)이 기판(101)상에 위치된 후에 PVS(100A)에 부가될 것이다. The opposite problem may further occur in the
공정 200A 및 200B에 대한 작동 204, 또는 공정 200C에 대한 작동(action) 207 중 어느 하나에서, 도 12에서 또한 보이는 바와 같이, 이온 주입 표면(121i), 즉 제조된 도너 표면(121) 및 제조된 도너 표면(121)상, 도너 반도체 웨이퍼(120)상에 형성된 어떠한 층은 예를 들어, 상기 이온 주입 표면(121i)에서의 수소 이온 농도를 줄이기 위해 처리될 수 있다. 예를 들어, 상기 도너 반도체 웨이퍼(120)는 씻겨지고(washed) 세척될 수 있으며, 상기 박리층(122)의 본딩 표면(126)은 완화된 산화에 도입될 수 있다. 상기 완화된 산화 처리는 산소 플라즈마, 오존 처리, 과산화 수소, 과산화수소 및 암모니아, 과산화 수소 및 산 또는 이들 공정의 조합으로 처리되는 것을 포함한다. 이러한 처리 동안에 수소-말단화된(hydrogen-terminated) 표면 그룹은 수산기 그룹(hydroxyl group)으로 산화되며, 이는 차례로 상기 본딩 표면(126)의 표면을 친수성으로 만드는 것으로 기대된다. 그러한 처리는 산소 플라즈마의 경우 실온에서, 암모니아 또는 산 처리의 경우에는 25 내지 150℃의 온도에서 수행될 것이다. In either
도 8 및 9, 또한 도 13 및 14에서 보이는 작동 205는 상기 도너 반도체 웨이퍼(120) 상에 부분적으로 완성된 PVS(124)을 형성시키는 단계를 포함한다. 상기 부분적으로 완성된 PVS(124)는 공정 200B에서와 같이 박리층(122)이 형성된 이후이거나, 또는 공정 200C에서와 같이 박리층(122)이 형성되기 전에 형성될 것이다. 박리층(122) 및 부분적으로 완성된 PVS(124)가 모두 형성된 이후에는 그러나 상기 박리층(122)은 상기 부분적으로 완성된 PVS(124)의 일부를 실질적으로 형성한다. 상기 부분적으로 완성된 PVS(124)의 노출된 표면은 작동 208에서, 유리 절연 기판(101)에 본딩하기 위한 본딩 표면(126)일 것이다.
도 13 및 14(때로 한꺼번에 도 13-14로 지칭함)를 참조하면, 상기 도너 반도체 웨이퍼(120)은 부분적으로 완성된 PVS(124)의 형성의 일부로서 처리될 수 있다. 도 13-14는 박리층(122)이 부분적으로 완성된 PVS(124)를 형서하는데 요구되는 추가적인 공정시에 도너 반도체 웨이퍼(120)의 제조된 도너 표면(121) 상에 이미 형성되어 있음을 도시하고 있다. 많은 상이한 작동이 상기 부분적으로 완성된 PVS(124)을 형성하는데 취하여 질 수 있다. 예를 들어 상기 부분적으로 완성된 PVS(124)는 도 13에서 보이는 바와 같이, 후면 접촉층(104)이 변화 100B에서와 같이 부가되거나, 변화 110B에서와 같이, 전도창층(110)의 부가, 또는 도 14에서 보이는 바와 같이, 중간(intermediary) 도핑 단계의 사용을 포함할 수 있다. Referring to Figures 13 and 14 (sometimes referred to at once as Figures 13-14), the
도 13은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따라, 변화 100B에서와 같이 후면 접촉층(104),또는 변화 100C에서와 같이 전도창층(110) 중 어느 하나의 부가를 도시하고 있다. 높은 수준에서, 이러한 두 가지의 공정은 하나의 블록 다이어 그램을 사용하여 도시될 수 있을 정도로 충분히 유사하다. 예를 들어 CVD 또는 PECVD와 같은 간단화한 증착 공정이 도시되나, 상기 다이어그램은 상술한 바와 같이 에피텍시 및 메조텍시와 같은 어떠한 가능한 공정이라도 나타낼 수 있음을 의미한다. 후면 접촉(104) 또는 전도창층(110) 각각은 작동 208의 상기 양극성 본딩 공정이 이러한 연속 공정에서 더욱 우수한 효과를 나타내는 한, 부분적으로 완성된 PVS(124) 및 상기 유리 기판(101)에 본딩하기 이전에, 유리 기판(101)에 직접 증착되기 보다는, 부분적으로 완성된 PVS(124) 상에 증착되는 것이 바람직하다. 부분적으로 완성된 PVS(124) 상에 이 중 하나를 증착시키는 또 다른 이점은 도너 반도체 웨이퍼(120)에 부착되어 있는 한, 유리 기판(101) 상에 직접적으로 이러한 층을 증착하는데 요구되는 공정제한의 완화일 수 있으며, 이는 극한 조건에 대하여 보다 민감할 수 있다. FIG. 13 illustrates the addition of either the
도14에는 박리층(122)의 이온 주입 표면(121i)이 도핑되어, 부표면(subsurface) n-p접합(128)을 형성하는 것이 도시되어 있다. 변화 100B 또는 100C가 요구되는 지에 따라, 예를 들어, 반도체 층(106)(108)은 그 표면에 대향 도핑(opposite doping)을 수용하는 도핑된 Si 볼(boule)로부터 제조될 수 있다. 변화 100B의 예시적 구체예에서, n형 도핑된 도너 반도체 웨이퍼(120)는 그 표면이 p형 도핑제로 도핑되어, 부표면 n-p접합을 형성할 수 있다. 반대로, 변화 100C의 예시적 구체예에서, p형 도핑된 도너 반도체 웨이퍼(120)는 그 표면이 n형 도핑제로 도핑되어, 부표면 n-p접합을 형성할 수 있다.14 shows the
도 7-9 및 15의 작동 208에서, 상기 유리 기판(101) 는 박리층(122)/PVSF(102)/ 부분적으로 완성된 PVS(124)의 본딩 표면(126)과 본딩될 수 있다. 적합한 본딩 공정은 미국 특허출원 제2004/0229444호에서 개시되어 있으며, 여기에 참조문헌으로서 전체적으로 병합된다. 이러한 공정부분은, 양극성 본딩, 전기 분해로 알려져 있으며, 전기 분해 방법으로서의 본딩, 및/또는 전기분해에 의한 양극성 본딩을 형성하는 것은 이하에서 논의된다. 양극성 본딩(anodic bonding)/전기분해 공정에서, 적합한 표면 세척이 유리 기판(101)(및 본딩 표면(26)/박리층(122))에 대하여 이루어질 수 있다. 그 이후에, 매개 구조(intermediate structure)는 도 15-16에서 개략적으로 도시된 배열을 달성하도록 직접 또는 간접적으로 접촉된다. In
상기 접촉 이전 또는 이후에, 도너 반도체 웨이퍼(120), 박리층(122)/PVSF(102)/ 부분적으로 완성된 PVS(124)를 포함하는 구조, 및 유리 기판(101)은 상이한 온도 구배(gradient) 하에서 가열된다. 상기 유리 기판(101) 은 도너 반도체 웨이퍼(120) 및 박리층(122)/PVSF(102)/ 부분적으로 완성된 PVS(124)보다 더 높은 온도로 가열될 것이다. 한 예로서, 유리 기판(101) 및 도너 반도체 웨이퍼(120)( 및 박리층(122)/PVSF(102)/ 부분적으로 완성된 PVS(124)) 사이의 온도 차이는, 상기 차이가 약 100 내지 150℃정도로 높을 수 있으나, 적어도 1℃이다. 이러한 온도 차이는 도너 반도체 웨이퍼(120)와 정합하는 열팽창 계수를 갖는 유리에 대하여 바람직하다(예를 들어 실리콘의 CTE에 대하여 정합됨). 왜냐하면, 열응력에 의하여 상기 도너 반도체 웨이퍼(120)로부터 박리층(122)이 나중에 분리되는 것을 촉진하기 때문이다. 상기 유리 기판(101) 및 도너 반도체 웨이퍼(120)는 상기 유리 기판(101)의 변형점인 약 150℃ 이내의 온도를 취할 수 있다. Before or after the contact, the structure comprising the
상기 유리 기판(101) 및 도너 반도체 웨이퍼(120) 사이의 온도 차이가 안정되면, 기계적 압력이 매개 어셈블리에 인가된다. 압력 범위는 약 1 내지 약 50psi 사이일 수 있다. 더 높은 압력의 적용, 예를 들어, 100psi 이상의 압력은 유리 기판(101)의 파단을 초래할 것이다. 적합한 압력은 제조 파라미터의 측면, 예를 들어, 사용되는 물질 및 이들의 두께의 측면에서 결정될 것이다. When the temperature difference between the
다음으로 전압은 예를 들어, 양극(positive electrode)에서 상기 도너 반도체 웨이퍼(120) 및 음극(negative electrode)에서 유리 기판(101)을 갖는 상기 매개 어셈블리에 걸쳐 인가된다. 전압 전위의 응용은 유리 기판(101) 내의 알칼리 또는 알칼리 토 이온이 상기 반도체/유리 계면으로부터 상기 유리 기판(101)으로 더욱 이동시키게 만든다. 이는 두 가지 기능을 달성한다: (i)알칼리 또는 알칼리 토 이온이 없는 계면이 형성된다; 또한 (ii) 상기 유리 기판(101) 은 매우 반응성이 되어 상기 도너 반도체 웨이퍼(120)의 박리층(122)과 강하게 본딩한다. A voltage is then applied across the intermediate assembly, for example with the
도 7-9 및 15의 작동 210에서, 상기 매개 어셈블리가 일정시간(예를 들어, 약 1시간 이하)동안 상기 조건하에 유지된 후에, 상기 전압은 제거되고, 상기 매개 어셈블리는 실온으로 냉각되도록 한다. 도너 반도체 웨이퍼(120) 및 유리 기판(101)은 그 후에 분리되는데, 이는 본딩되는 도너 반도체 웨이퍼(120)의 반도체 물질로 형성된 상대적으로 박형의 박리층(122)/PVSF(102)/ 부분적으로 완성된 PVS(124)를 갖는 유리 기판(101)을 수득하기 위하여 이미 완전히 없는 경우가 아니라면, 어떠한 필링(peeling)공정을 포함할 수 있다. 상기 분리는 열응력에 기한 이온 주입 영역의 균열(fracture)에 의하여 달성될 것이다. 이 대신에, 또는 부가적으로, 기계적 응력, 예를 들어 워터젯 또는 레이져 컷팅, 또는 화학적 에칭이 그러한 분리를 촉진하기 위하여 사용될 수 있다. In
도16을 참조하면, 도 4-6에서 언급된 상기 이온 이동 영역(103)이 보다 구체적으로 보여진다. 자세한 구조는 유리 기판(101) 및, 박리층(122)에 대한, 도 4에서의 PVSF(102), 도 5에서의 후면접촉(104), 도 6에서의 전도창층(110) 중 어느 하나인 그 위의 층 사이의 계면에서 특히 양극성 본드 구역(anodic bond region)과 관련된다. 상기 본딩 공정(작동 208)은 상기 박리층(122) 및 유리 기판(101) 사이의 계면을 계면 영역(300)으로 변이(transform)시킨다. 상기 계면 영역(interface region)(300)은 바람직하게는 혼성 영역(hybrid region)(160) 및 공핍영역(depletion region)(230)을 포함한다. 상기 계면 영역(300)은 또한 상기 공핍영역(230)의 말단 에지(distal edge)의 주위에서 하나 이상의 양이온 축적(pile-up) 영역을 포함할 수 있다. Referring to Fig. 16, the
상기 혼성 영역(160)은 두께 T(160)에 대한 증진된 산소 농도에 기한다. 예를 들어, 전도창층(110)을 본딩하는 때에, 이러한 혼성 영역(160)은 화학양론적으로 산소가 공핍된 조성물이 유리 기판(101)으로부터 산소이송을 증진하기 시작함으로써 증진될 수 있다. 이러한 두께는 박리층(122)/PVSF(102)/ 부분적으로 완성된 PVS(124) 내에서의 기준표면(reference surface)(170)에서 산소에 대한 기준 농도의 관점에서 특정될 것이다. 상기 기준 표면(170)은 실질적으로 유리 기판(101) 및 박리층(122)/PVSF(102)/ 부분적으로 완성된 PVS(124) 사이의 본딩 표면과 평행하고, 거리 DS1에 의하여 상기 표면으로부터 분리된다. 혼성 영역(160)의 기준표면(170), 두께T(160)를 사용하는 것은 일반적으로 다음의 관계를 만족할 것이다. The
T160≤200nm, T160≤200nm,
여기서 T160은 본딩 표면(126) 및 표면, (i) 본딩 표면(126)에 실질적으로 평행인 표면, 및 (ii) 다음의 관계를 만족하는 본딩 표면(126)으로부터 가장 먼 표면 사이의 거리이다:Where T160 is the distance between the
CO(x)-CO/Ref≥50percent, 0≤x≤T160, CO (x) -CO / Ref≥50percent, 0≤x≤T160,
여기서 CO(x)는 본딩 표면(126)으로부터의 거리x의 작용에 따른 산소의 농도이고, CO/Ref는 기준 표면(170) 위에서의 산소의 농도이며, CO(x) 및 CO/Ref는 원자 퍼센트로 나타낸다. Where CO (x) is the concentration of oxygen as a function of the distance x from the
일반적으로 T160은 실질적으로 200나노미터보다 작을 것이다. 예를 들어, 약 50나노미터 내지 약 100미터의 순서에 해당한다. CO/Ref는 일반적으로 영일 것이고 이에 따라 상기 관계는 대부분 다음으로 수정될 것임을 주목하여야 한다:In general, the T160 will be substantially smaller than 200 nanometers. For example, in the order of about 50 nanometers to about 100 meters. It should be noted that CO / Ref will generally be zero and thus the relationship will most likely be modified to:
CO(x)≥50percent, 0≤x≤T160. CO (x) ≧ 50 percent, 0 ≦ x ≦ T160.
공핍영역(230)과 관련하여, 상기 산화 유리 또는 산화 유리-세라믹 기판(101)은 인가된 전기장의 방향으로 움직이는, 즉, 상기 본딩 표면(126)으로부터 멀어지고, 유리 기판(101)으로 움직이는 적어도 일부의 양이온을 바람직하게 포함한다. 알칼리 이온, 예를 들어, Li+1, Na+1, 및/또는 K+1은 이들이 산화 유리 및 산화 유리-세라믹에서 일반적으로 병합되는 다른 종류의 양이온, 예를 들어 알칼리-토 이온에 비하여 더 높은 이동 속도(mobility rate)를 일반적으로 갖기 때문에, 이러한 목적에 적합한 양이온이다. With respect to the
그러나, 알칼리 이온 이외의 양이온을 갖는 산화 유리 및 산화 유리-세라믹, 예를 들어, 알칼리-토 이온만을 갖는 산화 유리 및 산화 유리-세라믹은 본 발명의 실현에 사용될 수 있다. 알칼리 및 알칼리-토 이온의 농도는 매우 폭넓은 범위에 걸쳐 변화되며, 대표적인 농도는 산화물 기초로 0.1 및 40중량% 사이에 있다. 바람직한 알칼리 및 알칼리-토 이온의 농도는 알칼리 이온의 경우에 산화물 기초로 0.1 내지 10중량%이고, 알칼리-토 이온의 경우 산화물 기초로 0-25중량%이다. However, oxide glass and oxide glass-ceramic having cations other than alkali ions, for example, oxide glass and oxide glass-ceramic having only alkaline-earth ions, can be used in the realization of the present invention. The concentrations of alkali and alkaline-earth ions vary over a very wide range and representative concentrations are between 0.1 and 40% by weight on an oxide basis. Preferred concentrations of alkali and alkaline-earth ions are from 0.1 to 10% by weight on an oxide basis for alkali ions and 0-25% by weight on an oxide basis for alkaline-earth ions.
상기 본딩 단계(작동 208)에서 인가된 전기장은 상기 양이온(cation)을 공핍영역(230)을 형성하는 유리 기판(101)으로 더 이동시킨다. 상기 공핍영역(230)의 형성은 특히 산화 유리 및 산화 유리-세라믹이 알칼리 이온을 함유하는 경우 바람직한데, 그러한 이온이 반도체 장치의 작동을 간섭(interfere)하는 것으로 알려져 있기 때문이다. 알칼리-토 이온, 예를 들어, Mg+2, Ca+2, Sr+2, 및/또는 Ba+2 또한 반도체 장치의 작동을 간섭할수 있고, 따라서 공핍영역은 그러한 이온의 농도를 감소시키는 것이 바람직하다. The electric field applied in the bonding step (operation 208) further moves the cations to the
일단 형성된 공핍영역(230)은 심지어 PV 구조(100)가 본딩 공정에 사용되는 것에 비하여 대등하거나, 심지어 일정 정도 더 높게 상승된 온도로 가열되는 경우의 시간 동안 안정하다는 것이 밝혀졌다. 상승된 온도에서 형성되어진 공핍영역(230)은 특히 일반적인 작동 및 PV 구조의 형성 온도에서 안정하다. 이러한 고려는 알칼리 및 알칼리-토 이온이 산화 유리 및 산화 유리-세라믹(101)로부터 반도체 물질(104)로 장치의 사용 또는 추가적인 공정 중에 역(back) 확산되지 않을 것임을 확증하는 것으로, 이는 본딩 공정의 일부로서 전기장을 사용하는 것으로부터 유래된 중요한 이점이다. It has been found that once formed the
강한 본딩을 달성하기 위한 작동 파라미터를 선택함에 있어서, 바람직한 폭과 고려되는 모든 양이온 에 대하여 바람직하게 감소된 양이온 농도의 공핍영역(230)을 달성하는 데 필요한 상기 작동 파라미터는 본 개시내용으로부터 당업자가 용이하게 결정할 수 있다. 제공된다면, 상기 공핍영역(230)은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 관련하여 제조된 PV 구조(100)의 기술적 특징에 해당한다. In selecting operating parameters to achieve strong bonding, the operating parameters required to achieve a
도17에서 도시된 바와 같이, 분리 이후에, 상기 결과적 구조는 유리 기판(101) 및 여기에 본딩된 반도체물질의 박리층(122)을 포함할 것이다. 박리의 바로 이후에 상기 SOI구조의 벽개면(123)은 과도한 표면 강성(123A)(도 17에서 개략적으로 도시됨), 및 실리콘 층의 주입 손상(예를 들어, 수소 이온 및 무정형(amorphized) 실리콘 층의 형성에 기함)을 보일 수 있다. As shown in FIG. 17, after separation, the resulting structure will comprise a
도 7-9 및 18에서의 작동 212에서, 도너 반도체 웨이퍼(120), PVSF(102) 및/또는 부분적으로 완성된 PVS(124)은 하나 이상의 마무리 공정(들)(130)로 도입될 수 있다. 상기 마무리 공정(130)은 예를 들어, 하나 이상의 부공정(subprocess)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 마무리 공정(130)은 PVS 변화 100B 및 100C의 토포그래피(topography)를 형성하는데 필요한 다양한 스크라이빙 단계를 포함할 수 있다. 그러한 스크라이빙 단계는 당업계에 잘 알려져 있는데, 다른 마무리 공정(130)과 함께, 또는 이전, 이후에 수행될 수 있다. In
다른 마무리 단계(130)는 박리층(122)의 반도체 두께를 증대시키는 단계를 포함할 수 있다. 변화 100A의 경우, 반도체 물질은 예를 들어, 후면 접촉층(104)의 메조텍시얼 성장 이전에 추가될 수 있다. 특정 구체예에서 반도체 층(106)(108)의 최종 결합된 두께는 예를 들어, 10마이크론(즉 10000nm)이상이고, 약 30마이크론 이하이어야 함이 바람직하다. 따라서, 적당히 두꺼운 박리층(122)은 바람직한 두께가 형성될 때까지 부가적인 반도체 층(122)(예를 들어, 실리콘 층)으로 형성되고 증대되어야 한다. Another finishing
부가적인 Si층(132)으로 증대되는 것은 또한 도핑 단계를 포함할 수 있다. 역사적으로, 무정형 실리콘 층은 두께에 있어 약 50 내지 150nm에 속하고, 주입 에너지 및 주입 시간에 따라, 상기 박리층(122)의 두께는 약500nm에 속한다. 그러나 마이크로 전자학적 SOI 구조에 관하여, 더 얇은 박리층(122)이 필요한 더 얇은 무정형의 실리콘 층을 갖고, 또한 사기 마무리 공정에서 추가된 더 많은 반도체 물질을 갖는 PVSF(102)에 대하여 형성될 수 있다. Augmentation with an
작동 212에 또한 따르면, 벽개면(123)은 상기 벽개면(123)을 연마 또는 어닐링 공정에 도입하여 강성(123A)을 감소시키는 단계를 포함할 수 있는 후-벽개 공정(post-cleaving processing)에 도입될 수 있다. 또한, 변화 100B의 예시적 구체예를 달성하기 위하여, 상기 마무리 공정은 예를 들어 인듐 주석 산화물의 증착과 같은 전도창층(110)에 대한 응용을 포함할 수 있다. 역으로, 변화 100C의 예시적 구체예를 달성하기 위하여, 상기 마무리 공정은 후면 접촉층(104), 전도성 금속-기초 또는 금속-산화물 기초층, 예를 들어, LPE, CVD, 또는 PECVD에 의하여 증착된 알루미늄-기초 필름의 적용을 포함할 수 있다. 상기에서 논의된 바와 같이, 후면 접촉층(104)은 니켈 실리사이드의 경우와 같이, 에피텍셜 또는 메조텍셜 성장에 의하여 형성될 수 있다. According to
부분적으로 완성된 PVS(124)가 의도된 완성 제품의 특징을 더 많이 갖도록 어느 정도까지는, 더 적은 마무리 공정이 요구된다. 대조적으로, 절연기판(101)상의 PVSF(102)의 형성이 단독으로 기판(101)-PVSF(102) 조합과 광기전 구조로서 미국 출원 제2004/0229444호의 다른 어떤 반도체-on-절연체 구조와 구별되지 않는다면, 몇 가지의 PVS-특정 마무리 공정이 필요하다. 그러나 실질적으로 단결정을 광기전 구조 기반(102)으로서 갖는 것은 마무리 처리에 대한 공정에서, 작동하는 이내의 파라미터를 완화시키고, 선택되는 것으로부터 유용하게 나타나며, 선택의 범주를 확장시키는 것이다. To some extent, less finished processing is required so that partially completed
특히, PVSF(102) 또는 부분적으로 완성된 PVS(124)의 형성은 다중 접합 PVS 장치의 형성에 앞서 더 큰 유연성을 확보하게 한다. 예를 들어, 결정-Si의 PVSF(102)를 형성하는 제조자는 결정 Si 대(Vs) GaAs, Ge 및 GaInP2가 GaAs, Ge 및 GaInP2의 다양한 다중 접합층을 형성하는 상이한 비열용량을 활용(exploit)할 것이다. 선택적으로, 도 21에서 기술되는 바람직한 구체예에서와 같이, PVSF(102)은 Ge, 또는 GaAs를 포함할 수 있고, 또는 PCPVS(124)는 도핑된 Ge/GaAs층을 포함할 수 있다. In particular, the formation of
본 발명의 대체적인 구체예는 상술한 SiOG 공정을 참조하여 기술될 것이고 보다 상세히 설명될 것이다. 예를 들어, 도너 반도체 웨이퍼(120)로부터 박리층(122)을 분리시킨 결과는 상기 도너 반도체 웨이퍼(120)의 제1 벽개면 및 박리층(122)의 제2 벽개면(123)을 형성한다. 상술한 바와 같이, 마무리 공정(130)은 박리층(122)의 제2 벽개면(123)로 적용시킨다. 부가적으로 또는 선택적으로, 상기 마무리 공정(130)은 상기 도너 반도체 웨이퍼(120)의 제1 벽개면에 예를 들어 연마공정이 적용될 수 있다(상술한 하나 이상의 기술을 사용함). Alternative embodiments of the present invention will be described with reference to the SiOG process described above and will be described in more detail. For example, the result of separating the
본 발명의 또 다른 구체예는 상기 도너 반도체 웨이퍼(120)가 도너 구조의 일부일 수 있고, 실질적으로 단결정의 도너 반도체 웨이퍼(120) 및 도너 반도체 웨이퍼(120)상에 배치된 에피텍셜 반도체 층을 포함한다. (SOI 구조(context)내의 에피텍셜 성장된 반도체층의 상세 내용은 동시 계류되고, 2005년 6월 23일 출원된 미국 특허출원 제11/159,889호에 개시되어 있으며, 전체 개시내용이 본 출원의 참조문헌으로 포함된다) 따라서, 박리층(122)은 에피텍셜 반도체 층으로부터 실질적으로 형성될 수 있다(또한 웨이퍼(120)로부터 단결정 도너 반도체 물질의 일부를 또한 포함할 수 있다). 따라서, 상술한 마무리 공정은 에피텍셜 반도체 물질 및/또는 에피텍셜 반도체 물질 및 단결정 반도체 물질의 조합으로부터 형성된 박리층(122)의 벽개면(123)에 적용될 수 있다. Yet another embodiment of the present invention may include a
본 발명에 따른 하나 이상의 광전지 형성 공정은 또한 광기전 구조(100)의 형성을 위한 시스템 내에서 자동화될 수 있다. 상기 시스템은 PVS 핸들링 어셈블리를 포함할 수 있으며, 이는 처리를 위한 PV 구조(100) 및 광기전 공정 어셈블리를 처리한다. 광기전 공정 어셈블리는 다양한 하부시스템을 포함할 수 있으며, 예를 들어 PV 반도체-on-절연체 핸들링 어셈블리에 의하여 처리되는 PV 구조(100)의 제조에 사용되는 제조 또는 마무리 시스템 및 이송 또는 본딩 시스템이다. One or more photovoltaic cell forming processes according to the present invention may also be automated within a system for the formation of a
예를 들어, 박리층(122)이 제조되면(prepared), PVSF(102) 또는 부분적으로 완성된 PVS(124) 중 어느 하나를 포함하며, 상기 핸들링 어셈블리는 양극성 본딩이 일어나도록 PVS 공정 어셈블리 내에서 완성의 필요에 따라 PV 구조(100)를 이송하고 위치시킬 수 있다. PVS 공정 어셈블리 내에서, PVSF(102)에 본딩되거나, 부분적으로 완성된 PVS(124), 기판(101)에 대한 추가적인 이송 및 위치선정(positioning)은 박리 및 마무리 단계의 추가적인 작동 210 및 212가 각각 일어나도록 한다. For example, once the
도 19를 참조하면, PVS(100)의 단순화된 다중접합 변화 100D는 하나 이상의 구체예에 따라 도시되었다. 다중 접합 PVS 100D는 도 3의 PVS와 일반적으로 유사할 수 있으나, 이는 결정-GE 웨이퍼 기판에 대한 유리 기판(101)의 대체물과 같은 중요한 예외를 가지며, 유리 기판의 상측에 박리된 결정 Ge 필름을 갖는다. p형 게르마늄 또는 GaAs 웨이퍼는 500마이크론의 두께 및 0.01-0.04 Ohm-Cm의 저항을 가지며, 100Kev 및 8 x 10 16의 양(dasage)으로 수소가 주입될 수 있다. 상기 웨이퍼는 그 다음 화학적 수단으로 세척될 수 있으며 그 표면 그룹을 산화시키기 위하여 산소 플라즈마 처리에 도입될 수 있다. 이어지는 세척단계에서, 상기 GaAs 웨이퍼는 증착 챔버에 삽입되어 도핑되거나 도핑되지 않은 Ge 필름층으로 코팅될 수 있으며, 그 두께는 장치 설계에 따른다. GaAs 웨이퍼상에 게르마늄을 증착하는 것은 플라즈마 증진 화학적 기상증착, 이온 빔 보조 스퍼터 증착, 증발 또는 화학적 기상 에피텍시를 포함한 다양한 기술에 의하여 달성될 수 있을 것이다. Ge층을 도핑(p형)하는 것은 As 또는 P으로 달성할 수 있다. 알칼리-알루미노보로실리케이트 유리 웨이퍼는 열팽창이 게르마늄과 정합하고 1mm의 두께를 갖는데 예를 들어, 세제 및 증류수로 세척한 후 묽은 산으로 수세하여 표면을 세척하는 표준 세척 기술로써 씻겨질 수 있다. 상기 두가지의 웨이퍼는 그 다음 접촉하고 본딩 시스템에 위치시킨다. 1000V의 전압이 상기 웨이퍼에 인가되며, 상기 유리 및 게르마늄 웨이퍼 또는 Ge-코팅된 GaAs 웨이퍼에 대하여 450C 및 400C의 온도에서 각각 20분간 냉각 및 인가된 전압의 제거 이전에 적용된다. 유리에 본딩된 게르마늄 박막 또는 GaAs/Ge 다중층은 상기 유리와 매우 강한 결합이 이루어져 있는 모(mother)웨이퍼로부터 분리될 수 있다. 따라서 도 19에서, 참조 번호는 다음의 의미를 갖는다:Referring to FIG. 19, a
101: 유리 기판;101: glass substrate;
104: 후면 접촉 층으로서 도핑된 Ge 필름;104: doped Ge film as back contact layer;
105: GaAs 터널 접합;105: GaAs tunnel junction;
106: p형 GaAs;106: p-type GaAs;
108: n형 GaAs 또는 GaInP;108: n-type GaAs or GaInP;
107: AlGaAs 터널 접합:107: AlGaAs tunnel junction:
110: 전도창 층. 110: conductive window layer.
게르마늄 또는 GaAs/Ge 필름을 갖는 유리 웨이퍼는 선택적으로 그 후 연마되고, 어닐 또는 가열되어 손상된 게르마늄 또는 GaAs 상층 및 양호한 표면 층을 제거할 수 있다. 이러한 웨이퍼는 에피텍셜 구조를 성장시키는 기판으로 사용되어 태양전지를 형성할 수 있다. 그러한 물질의 예는 GaAs, GaInP/GaAs, GaxInyP/Gac, IndAs/Ge 및 기타 당업계에서 알려진 물질을 포함할 수 있다. 다양한 공정이 상기 에피텍셜 필름을 증착을 위해 사용될 수 있으며, CVST(closed space vapor transport), MOCVD(metallo-organic chemical vapor deposition), MBE(molecular beam epitaxy) 및 기타 당업계에서 알려진 방법을 포함한다. 표면 부동태화 창층(surface passivating window layer), 예를 들어, AlGaAs, InGaP 또는 ZnSe의 와이드 밴드갭 에피층(wide bandgap epilayer)이 기타 캡슐화 또는 부동태화층과 함께 다수 채용되며, 및 표면 처리는 전지를 완성하기 위하여 사용될 수 있다. Glass wafers with germanium or GaAs / Ge films may optionally be polished and then annealed or heated to remove damaged germanium or GaAs top and good surface layers. Such a wafer may be used as a substrate for growing an epitaxial structure to form a solar cell. Examples of such materials may include GaAs, GaInP / GaAs, GaxInyP / Gac, IndAs / Ge and other materials known in the art. Various processes may be used for depositing the epitaxial film, including closed space vapor transport (CVST), metallo-organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE) and other methods known in the art. A surface passivating window layer, for example a wide bandgap epilayer of AlGaAs, InGaP or ZnSe, is employed in combination with other encapsulation or passivation layers, and surface treatment of the cell Can be used to complete.
저항접촉(ohmic contact)은 장치 설계에 따라 다양한 구조에서 적용될 것이나, 기본적으로는 하나의 접촉으로부터 다음 접촉에서 형성된 전류 흐름은 완성된 전자 회로에 인가되고, 일단 회로가 완성되면 상기 장치로부터 인도되는 두개의 전극은 하중으로(with a load) 결합된다. 그러한 방식으로, 후면 접촉층은 도 6에서 도시되는 바와 같이 반도체 층에 대하여 최외부 층이 아닐 필요가 있다. 예를 들어, 상기 후면 접촉(104)은 적당히 분리되어 적합한 회로 및 전기적 흐름 구조를 형성하는 경우, 하부보다는 상부, 반도체 층(106)에 위치할 수 있다. Ohmic contacts will be applied in a variety of structures depending on the device design, but basically the current flow formed from one contact to the next is applied to the completed electronic circuit, and the two guided from the device once the circuit is completed. The electrodes of are coupled with a load. In that way, the back contact layer need not be the outermost layer with respect to the semiconductor layer as shown in FIG. For example, the
본 발명에서 특정 구체에에 따라 기술되기는 하였으나, 이러한 구체예는 단순히 본 발명의 원리나 응용을 설명하기 위한 것으로 이해하여야 한다. 따라서 설명된 구체에에 대하여 수많은 변형이 있을 수 있고, 본 발명은 첨부된 청구범위에서 특정되는 발명의 사상과 범위에서 벗어남이 없이 다른 변동이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Although described in accordance with certain embodiments in the present invention, these embodiments are to be understood as merely illustrative of the principles or applications of the present invention. Accordingly, it should be understood that numerous modifications may be made to the described embodiments, and that the invention may be varied without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims.
본 발명의 다양한 측면을 설명하기 위한 목적으로, 유사한 번호가 유사한 요소를 지칭하고, 바람직하게 제공되는 단순화된 형태로 도시되고 있으나 본 발명이 도시되는 배열이나 구성요소로 정확히 한정되는 것이 아니라, 청구범위에 기술되는 것에 의한 것으로 오히려 이해되어야 한다. 도면은 축척이 된 것이 아니며, 도면의관점 또한 상기 상호간에 축척에 따른 것은 아니다. For the purpose of illustrating various aspects of the invention, like numerals refer to like elements and are shown in a simplified form, which is preferably provided, but the invention is not limited to the precise arrangements or components shown, but is claimed Rather, it should be understood as by what is described in. The drawings are not to scale, and the viewpoints of the drawings are not to scale with each other.
도 1, 2 및 3은 각각 단일-접합, 이중-접합 및 삼중-접합 광기전 구조를 도시한 블록 다이어그램이다. 1, 2 and 3 are block diagrams illustrating single-junction, double-junction and triple-junction photovoltaic structures, respectively.
도 4, 5 및 6은 각각 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 광기전 구조를 도시한 블록 다이어그램이다. 4, 5 and 6 are block diagrams illustrating photovoltaic structures according to one or more embodiments of the invention, respectively.
도 7, 8 및 9는 각각 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 광기전 SOI 구조 를 제조하기 위하여 실행될 수 있는 공정 단계를 도시한 플로우 다이어 그램이다. 7, 8 and 9 are flow diagrams illustrating process steps that may be performed to produce photovoltaic SOI structures, respectively, according to one or more embodiments of the present invention.
도 10 내지 18은 각각 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 공정을 사용하여 형성된 매개물 및 완성품에 가까운 구조를 도시한 블록 다이어 그램이다. 10-18 are block diagrams illustrating structures close to the medium and the finished product, respectively, formed using a process according to one or more embodiments of the present invention.
도 19는 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 다중접합 광기전 구조를 단순화하여 도시한 것이다. 19 is a simplified illustration of a multi-junction photovoltaic structure in accordance with one or more embodiments of the present invention.
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