TW398038B - Thin film formation process - Google Patents

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經濟部中央橾準局貝工消費合作社印裝 kl B7 五、發明説明（1 ) » 發明背景 發明領域 本發明係關於用於S 0 I基底或諸如太陽能電池及區 域感測器之光電轉換器之薄膜形成方法。 相關背景技藝 形成於SOI(絕緣器上半導體）結構的基底上之積 體電路相較於形成於一般矽晶圓上的積體電路，具有如下 之優點：（1)介電材料容易分離及高集成度的潛力，（ 2)高抗輻射性，（3)低漂移電容及高速處理，（4) 無須進行挖井製程，（5)防止佇鎖之能力，及（6)因 薄的完全空乏型場效電晶體之形成而造成高速及低耗能。 爲了形成S 0 I結構之基底，已有方法掲示於美國專 利號 5，3 7 1，0 3 7 及T.Yonehara等發表於Appl. Phys Lett.，vol.6 4，2108 (1994)中的文獻。圖 1 6A至1 6E，及圖1 7A至1 7D係顯示這些方法。 在圖式中，數字1及5係代表矽晶圓，2係非多孔矽層， 3係多孔矽層，4係磊晶矽層，6係單晶矽層，7係氧化 矽層。圖1 6A中所示之作爲裝置基底的矽晶圓1會被陽 極化以製備如圖1 6 B所示之非多孔矽層2及形成於其上 的多孔矽層3所構成之基底。如圖1 6 C所示，磊晶層4 係形成於多孔矽層3的表面之上。分別地，設有圖1 6D 所示的作爲支撐基底之矽晶圓5，及表面會被氧化以形成 如圖1 6 E所示位於表面上之單晶矽層6及氧化矽層7所 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）-4- -------^--' ^-- ^/1· (誚先閱讀背面之注意事項再填窍本頁)

、1T 經濟部中央標準局貝工消费合作社印掣 A7 · B7_五、發明説明（2 ) « 構成的基底。如圖17A所示’圖16C的基底（2，3 ，4 )會翻轉，以磊晶層4與氧化矽層7相面對立方式置 於圖16E的基底（6，7)之上。如圖17B所示，將 磊晶層4黏著至氧化矽層7而使二基底接合。然後，如圖 1 7 C所示，從非接合層側硏磨以機械方式移除非多孔矽 層2，而露出多孔矽層。如圖17D所示’以用於選擇性 地蝕刻多孔矽層3之蝕刻溶液進行濕蝕刻’移除多孔矽層 3，以取得具有厚度相當均勻的磊晶層4之S Ο I基底， 用於SOI基底之半導體》 在用於產生S 0 I基底之上述方法中，藉由硏磨將非 多孔矽層2從圖1 7 B的基底移除以取得圖1 7 C的基底 。因此，將需要一基底1以被加工成非多孔層2及多孔層 3等二層，以用於產每一 SO I基底。曰本專利申請公開 號7 — 3 0 2 8 8 9揭示SO I基底生產方法中重覆使用 非多孔矽層2之方法》在所揭示的方法中，藉由拉、擠壓 、或切力，或將鑽模插入多孔層，以使用於SO I基底的 部份4，7，6與多孔層3處的部份2分離，且重覆使用 分離的非多孔矽層2作爲圖16A之矽晶圓。 現今，大部份的太陽能電池使用非晶矽於適用大面積 之結構。但是，鑒於單晶矽與多晶矽之轉換效率及壽命， 也可將它們用於太陽能電池。日本專利申請公開號8 _ 2 1 3 6 4 5揭示一方法，以低成本提供薄膜太陽能電池 。在此古法中，多孔矽層3係形成於矽晶圓1之上；於其 上磊晶生長p+型矽層2 1、p型矽層2 2、及n+型矽層 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4坑格（210X297公釐）-5 - (誚先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. --° 朿 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印裝 A7 ___B7__五、發明説明（3 ) 23，用於太陽能電池層：於n+層2 3之上形成保護層 3 0 :以黏著劑3 4將鐄模3 1接合至矽晶圓1的反面及 將鑽模3 2接合至保護層3 0的表面；以相反方向分別拉 動鐄模31、 32,以機械方式使多孔矽層3裂開而分離 太陽能層21. 22、 23。太陽能電池層21、 22、 2 3會插入於二塑膠基底之間，以提供可撓性薄膜太陽能 電池。此文獻提及以機械方式或雷射光照射方式，重覆使 用矽晶圓1、多孔矽層3的邊緣側面的部份V型凹痕》 在再生S O I基底時，上述日本專利申請公開號7 - 3 0 2 8 8 9中所揭示的方法能藉由重覆使用矽晶圓而減 少生產成本。但是，此方法於再生力方面並非令人滿意。 在太陽能電池的生產方面，揭示於上述日本專利申請 公開號8 — 2 1 3 6 4 5中的方法，在多孔矽層處並非總 是有明確的分離，有時會於磊晶層中造成斷裂而降低產能 。此外，此方法以機械拉動方式執行分離，此方式需要鑽 模與單晶矽層之間具有強力的黏著，且不適用於大量生產 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝. ,-ιτ -泉 發明槪述 本發明的目的係提供低成本形成薄膜的方法，在諸如 太陽能電池之光電轉換裝置生產時，明確地分離晶圓，有 效率地利用晶圓，以高生產力有效地使用資源。 在深入的硏究解決上述問題之後，本發明之發明人已 發現下述方法。形成薄膜之本發明的方法包括分離基底之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_6_ 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A 7 B7五、發明説明（4 ) 步驟，將非多孔層、形成於其上的多孔層、及多孔度較低 之層所構成的基底，於該多孔層處分離成該非多孔層及該 多孔度較低之層，該多孔度較低之層所具有之多孔度小於 形成在該多孔層上的多孔層之多孔度，藉由投射雷射光經 過該基底的側面至基底的中心而造成該分離步驟。 雷射光較佳地聚焦於多孔層的側邊緣面上以使多孔層 膨脹。多孔層會形成於矽晶圓陽極化所需的非多孔層上。 以真空夾具施加輕微的力至基底以拉動非多孔層而與相反 於多孔層側的面緊密接觸。 在本發明中，雷射光較佳的爲準分子雷射光。雷射光 可投射至多孔層的多處上。以圓柱鏡將雷射光線性地聚焦 ，並將其延著多孔層投射。 上述多孔度較低的層係以磊晶生長較隹地形成於多孔 層上。在磊晶層與至少在表面上具有絕緣層的支撐基底相 接合之後，在多孔層處分離。將餘留在磊晶層上的多孔層 移除以分別利用磊晶層及絕緣層作爲S 0 I基底的半導體 層及下層絕緣層。藉由矽晶圓的表面上之氧化，較佳地製 備至少於表面上具有絕緣層之支撐基底。或者，在磊晶f 表面上形成絕緣層；其會接合至支撐基底；在多孔層處分 離：將餘留的多孔層從磊晶層移除；及分別使用磊晶層及 絕緣層作爲S 0 I基底的半導體層及下層絕緣餍》支撐基 底可爲具有氧化表面之矽晶圓或石英基底。 在以晶圓氧化形成多孔層之後，以較低電流的後纘陽 極化，形成多孔度較低之層。在將多孔度較低的層接合至 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐)~.7- (請先閱讀背面之注意事項再填巧本頁) 經濟部中央榡準局Μζ工消費合作社印¾ A7 __B7_五、發明説明（5 ) I 支撐基底之後’形成分離，並使用多孔度較低的層作爲光 電轉換器的光電轉換層。光電轉換層可由磊晶層製成。基 底及層較佳地係由矽形成。 圖式簡述 圖1係說明實施例1中的分離步驟，於其中雷射光會 投射至多孔矽層。 圖2係說明分離之後的基底。 圖3係說明實施例1中使用矽晶圓作爲基礎材料以產 生SOI基底之步驟。 圖4係說明實施例1中使用矽晶圓作爲基礎材料以產 生SO I基底之步驟所產生的SO I基底》 圖5A、 5B、 5C及5D係說明實施例1中使用石 英基板作爲基礎材料以產生S 0 I基底之步驟。 圖6A、 6B、 6C及6D係說明實施例1中便用矽 晶圓作爲基礎材料以產生SO I基底之步驟。. 圖7A、7B、7C及7D係說明產生SOI基底之 步驟。 圖8A、 8B、8C及8D係說明產生SOI基底之 步驟。 圖9係說明實施例2中的分離步驟’於其中雷射光係 投射至多孔矽層。 圖1 0係說明實施例3中的分離步驟，於其中雷射光 係投射至多孔矽層。 --------S 裝— (#先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-8 - A7 __^_B7_ 五、發明説明（6 ) 圖1 1係說明實施例4中的分離步驟，於其中雷射光 係投射至多孔矽層。 圖1 2 A、1 2 B及1 2 C係說明產生單晶矽太陽能 電池之方法。 圖1 3係說明實施例5中的分離步驟，於其中雷射光 係投射至多孔矽層。 圖14係說明分離之後的基底。 圖1 5 A係單晶矽太陽能電池之立體圖，圖1 5 B係 其剖面圖。 圖16A、 16B、 16C、 16D及16E係說明 產生S 0 I基底之步驟。 圖17A、 17B、 17C及17D係說明產生 S 0 I基底之步驟。 圖18係說明產生太陽能電池之傳統方法。 主要元件對照表 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製

n H» ^^1 I— I ^^1 T° (請先閱讀背面之注¾事項再峨寫本頁) 矽晶圓 非多孔矽層 多孔矽層 多孔矽層 部份 慕晶砂層 矽晶圓 單晶矽層 本紙張尺度適用中國國家標举(CNS—) A4規格（210X297公釐)~7〇1 A7 B7 經濟部中央標单局員工消費合作社印製 五、發明説明（7 ) 7 8 9 . 1 0 11 12 13 15 16 17 18 19 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 7 2 8 2 9 3 0 氧化矽層 氧化矽層 石英基底 透鏡 光學顯微鏡 真空夾 雷射光 圓柱鏡 背側金屬電極 塑膠基底 光電轉換器 網狀表面金屬電極 保護層 P +層 P層 η +層 接線 蝕刻溶液 正金靥電極 負金屬電極 保護層 鑽模 鑽模 V型凹陷 ---------^-裝------訂------泉 /1- (諳先閲請背面之注意事項再填Κ?本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）.·}〇 . 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印製 A7 ___B7五、發明説明（8 ) 3 4 R V P W H W L S 較佳實施例說明 將參考圖1至8，說明本發明》實施例1至4係說明 S Ο I基底的生產。實施例5至7係說明諸如太陽能電池 及區域感測器等光電轉換裝置之生產。實施例8係說明一 方法，於其中以離子佈植形成用於分離的層。本發明不僅 含蓋所述的實施例，亦包含實施例的組合。 在產生SO I基底之實施例1中，使用雷射光將要再 生循環使用的晶圓與多孔層處之S 0 I基底分離。雷射光 會以平行於板狀基底之方式，以調整爲可達基底中心之雷 射強度，投射至側面（邊緣面）。雷射光會投射至相當易 碎的層，例如多孔度較大之層或具有微氣泡之缺陷層，並 由其所吸收。已吸收雷射光之多孔易碎層會變得更加易碎 ，因此，多孔易碎層上的多孔度較低之層及非多孔層會於 易碎層處分離。將於下述實施例中，詳述雷射光投射之方 法。 實施例i 圖1係說明本實施例之分離方法。在圖1中，使用與 黏著劑 容器 基底 基底 雷射源 (請先閱讀背面之注意事項再4艿本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（（：阳）八4規格（2丨0乂297公釐> -11 - A7 B7_____ 五、發明説明（9 ) 圖1 6A至1 6 E及圖1 7A至1 7D中相同的參考數字· 。數字10代表透鏡，係光學顯微鏡，12係真空夾具， 1 3係雷射光》LS係標示雷射源，而ATL係標示分離 前由層2、 3、 4、 6及7所構成的物件。雷射光會從雷 射源IS投射至多孔曆3的側壁。雷射源LS係使用 XeCl、 KrF、 ArF等之高輸出準分子雷射。輸出 容量較佳地在300mJ/cm2至1J/cm2之範圍， 更佳的是約5 0 〇m j /cm2 »準分子電射會發射UV光 ，以致於由石英或螢石所製成的透鏡10能夠透射UV光 。以此光學系統，雷射光會收歛成具有寬度達到0 . 1 經濟部中央樣聿局貝工消費合作社印製 (誚先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之投射區。於需要時，使用光學顯微鏡，以使雷射光 1 3的精確投射符合0 . 1至30#m厚的多孔層3。由 於相較於非多孔層及作爲多孔度較低的層之磊晶層4，用 於分離時多孔層3係較易碎的及容易破裂，所以，雷射光 1 3無需精確地僅投射至多孔層3。用於發射雷射光1 3 之雷射源L S較佳的是具有高功率之準分子雷射裝置，但 也可爲Ar雷射、或YAG雷射。爲了促進層分離，可藉 由注射或吸附作用將諸如水、甲醇、乙醇、及異丙醇等液 體倂入多孔層3中比固態矽具有更大的熱膨脹係數之液體 會藉由膨脹以促進層的分離。 作爲基底固持器之真空夾具12具有用以固持氣體之 穴，並藉由將氣體抽離而與非多孔層2或單晶矽層6的外 表面接觸，而在分離之前固持基底AT L。在本實施例中 ，一對真空夾具12會於基底中心繞著軸旋轉以投射雷射 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）.-J2 - 經漪部中央懔準局負工消費合作社印54 A7 ___B7____五、發明説明（1〇 ) 光13至多孔層3的整個側壁上。真空夾具12僅用於固 定及旋轉基底，但是也可用於施加輕微的拉力至基底以促 進層的分離。 雷射光會穿透多孔層3的側壁至基底A T L的中心附 近》多孔層3在吸收雷射光之後會變得更加易碎，可使得 基底ATL分離而不會使非多孔部份斷裂· 經由分離，用於SOI基底之基底4、 7、 6及要再 生循環使用之基底2會於多孔層3處彼此分離》在圖2中 ，多孔層的部份3 ’會餘留在個別基底的表面上（分離平面 )。藉由充份減少陽極化所形成的多孔層3之厚度，可使 餘留部份實際地離開基底之一或二基底。 將於下說明，如圖1所示以晶圓分離形成薄膜之方法 0 首先，製備用於接合之基底。圖3係用於陽極化矽晶 圓之裝置的剖面視圖。數字1係標示矽晶圓，2 7係含於 容器RV中的氫氟酸型之蝕刻溶液，2 8係正金靥電極， 2 9係負金靥電極。要.被陽極化之矽晶圓1較佳地爲P型 ，但可爲低電阻之η型。具有光束投射形成的孔之η型晶 圓也可輕易地製成多孔。在圖3中，電壓會施加於左側的 正電極2 8與右側的負電極2 9之間，矽晶Hi 1會置成與 二電極均平行以施加垂直於蝕刻溶液中的矽晶圓面之電場 。因此，可從負電極2 9側將晶圓製成多孔。使用濃縮氫 氟酸（4 9%)作爲氫氟酸型的蝕刻溶液2 7 »由於汽泡 會從矽晶圓1產生，所以較佳地將酒精加入蝕刻溶液2 7 (#先閱讀背面之注意事項再填巧本頁) '裝. 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 13 · A7 ___B7_ 五、發明説明（11 ) (誚先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 中作爲表面活化劑，以移除汽泡。酒精包含甲醇、乙醇、 丙醇、及異丙醇。在陽極化期間，以攪拌器攪拌溶液，可 取代表面活化劑之添加。 多孔層的厚度較佳地在0 . 1至3 0 /zm的範圍。 負電極2 9較佳地由抗氫氟酸之材料製成，例如黃金 (Au)、及鉑（Pt)。正電極28也是較佳地由抗氫 氟酸之材料製成，但也可由任何一般使用的金饜材料所製 成。以數百mA/cm2或更低之最大電流密度，但應大於 0 Μ a / c m 2，執行陽極化。將電流密度選擇成可在所造 成的多矽層上形成高品質磊晶層及在多孔層處輕易地造成 分離。特別.的是，陽極化中較大的電流密度時，多孔矽層 中的矽密度會變得較低，且孔的體積會較大，且其多孔度 (孔的體積相對於多孔層的總體積之比例）會較大。儘管 有很多孔形成於矽層的內部中，但是，所造成的多孔矽仍 保持其單晶性。由於多孔矽層的單晶性，所以，能以磊晶 方式在其上生長另一單晶矽層。 經濟部中央標準局負工消费合作社印裝 爲了形成不具叠層缺陷之磊晶矽層，所以，多孔矽層 的多孔度在要與磊晶矽層接觸的部份會較小。 另一方面，爲了於多孔矽層處輕易地分離裝置基底及 SO I基底，所以，多孔矽層的多孔度較大，是較佳的。 因此，理想上，多孔矽層的多孔度在最外面的表面上是較 小的，且在接近非多孔矽層的側上是較大的。圖4係剖面 視圖，說明多孔矽層的理想狀態。*較多孔矽層3a ，多 孔矽層3的表面側部份，會形成爲具有較小的多孔度，且 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格< 210X297公釐）-14 - 經濟部中央樣準局員工消f合作社印策 A7 B7_ 五、發明説明（12 ) 多孔矽層3 b，多孔矽層3的非多孔矽層側部份’會形成 爲具有較大的多孔度。爲了取得此結構’以較低的電流密 度執行陽極化的初始階段，以製備部份3 a，而陽極化的 較後階段，以較高電流密度執行陽極化’以製備部份3 b 。以此結構，基底的分離僅發生在層3 b ’且能於多孔矽 層3 a上形成不具叠層缺陷之磊晶矽層。以諸如分子束磊 晶生長、電漿CVD、低壓CVD、光輔助CVD、偏壓 濺射、及液相生長等生長製程，較佳地形成磊晶矽層。特 別的是，低溫生長是較佳的。 如上所述，圖5 A中所示的矽晶圓會於圖5 B所示的 表面中製成多孔的。因此，矽晶圓1會具有非多孔矽層2 及疊層於其上之多孔矽層3所構成的結構。 接著，如圖5 C所示，會於多孔矽層3上形成非多孔 磊晶矽層4。假使需要時，將磊晶矽層4的表面熱氧化’ 以形成如圖5D所示之厚度在0.05#m至2#m之間 的氧化矽層8。 如上所述，在接合之前，處理稱爲主晶圖、接合晶圓 或裝置基底之基底PW。 另一方面，如上所述般處理稱爲處理晶圓、基座晶圚 、或支撐基底之基底HW。 提供矽晶圓，且假使需要時，將其表面熱氧化以形成 0.05至3#m厚的氧化矽膜》 將參考圖6 A至6 B，於下說明基底的接合及分離之 方法。 本紙張尺度適用中國國家標孪（CNS)A4規格（210X297公釐）.15- n j ^^^1 4 if (誚先閲讀背而之iit事項再填ttJ本頁} 經濟部中央標準局貝工消f合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（13) 基底PW的磊晶矽層4上的氧化矽層8的表面會與基 底HW的氧化矽層7的表面相面對，且此二表面會如圖 6 A所示般，於室溫下接合。然後，以陽極接合、壓製、 或熱處理、或它們之組合，加強氧化矽層8與氧化矽層7 之間的接合，以形成包括如圖6 B所示的接合基底之物件 A T L。 具有如圖6 B所示的結構之接合的物件AT L置於圖 1所示的裝置之真空夾具對1 2之間。物件ATL旋轉， 準分子雷射光會投射至及聚焦於物件A T L的側面之多孔 矽層3的部份上。所投射的準分子雷射光會由整個多孔矽 層吸收。以此方式，基底PW側的非多孔矽層2會與圖 6 C所示的基底.HW分離。藉由分離，磊晶矽層4會轉換 至基底HW的表面。因吸收雷射光而斷裂之多孔矽層3會 餘留在非多孔矽層2與嘉晶矽層4之一或二者上。圖6 C 係顯示僅餘留在磊晶矽層4上的多孔矽層3。 當多孔矽層3餘留在基底HW上時，以選擇性蝕刻， 將其選擇性地蝕刻。在選擇性蝕刻時，使用諸如氫氟酸、 氫氟酸混和酒精之混合液、及氫氟酸與與含水過氧化氫之 混合溶液作爲蝕刻溶液，以非電解濕化學蝕刻，將多孔矽 層蝕刻得比非多孔矽層還多。特別的是，藉由使用氫氟酸 與過氧化氫之混合溶液，則多孔矽層對非多孔矽層的選擇 蝕刻比率可高至約1 〇5。因此，磊晶矽層4會餘留在基底 HW的表面上之均勻厚度。因此，SOI基底於絕緣層上 具有如圖6 D所示之相當均勻的半導體層4。 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------^裝-- - (誚先閲讀背面之注意事項再填巧本頁)

、1T 京. A 7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（14 ) 再度使用分離的非多孔層2作爲主晶圓，以生產另一 S 0 I基底。 在本實施例中用於生產S 0 I基底之方法中，支撐基 底可爲諸如玻璃基底及石英基底之完全絕緣物質。圖7 A 至7 D係說明使用石英基底作爲支撐基底以生產S Ο I基 底之步驟。如同參考圖5 A至5 D所述之方式，·製備圖 7 A中上側處的裝置基底PW。作爲支撐基底HW之石英 基底9面對矽氧化層8，並如圖7 B所示，藉由陽極接合 、壓製、或熱處理、或其組合，緊密地接合在一起。然後 ，以同於上述之方式，藉由雷射光投射而分離二基底。如 圖7 C所示，磊晶矽層4及多孔矽層3會轉換至石英基底 9之上。以上述方式，將餘留的多孔矽層3選擇性地移除 。如此取得如圖7D所示之SO I基底，由石英基板9及 形成於其上之非多孔單晶薄矽膜4所構成。 在製備本實施例之S 0 I基底的另一方法中，使用矽 晶圓作爲支撐基底，及藉由在裝置基底上的磊晶矽層上形 成氧化矽層，以形成S 0 I結構之絕緣層，而不於矽晶圓 側上形成氧化矽層》圖8 A至8 D係顯示此方法。以同於 參考圖5所述之方式，製備圖8 A中的上裝置基底。矽晶 圓的單晶矽層5之表面會面對氧化矽層8的表面，並與其 接合。藉由陽極接合、壓製、或加熱、或它們的組合，可 強化接合。如此取得如圖8 B所示之物件A T L。藉由如 圖1所呆之裝置，物件ATL會於多孔矽層處分離以將非 多孔單晶矽之磊晶矽層4轉換至作爲支撐基底HW之非多 {兌1閱讀背面之注意事項再填it?本頁) (裝 Λ 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-17 - 經濟部中央標準局貝工消费合作社印$ A7 _ B7_五、發明説明（15 ) 孔矽層5之上。假使如圖8 C所示，多孔矽層3餘留於支 撐基底HW之磊晶矽層4之上，則以上述方法，將其選擇 性地移除。如此取得如圖8 D所示之S Ο I基底。 實施例2 在本實施例中，藉由使用準分子雷射光束以在多孔矽 層處分離要再生循環使用之矽晶圓及要被加工成SO I基 底之基底，而產生S 0 I基底。準分子雷射會聚焦於一點 上並能以基底板固定之方式掃瞄。 圖9係說明分離步驟。以透鏡1 0將雷射光聚焦於物 件ATL的側面上，且雷射光可以藉助於導件1 4而延著 週圍掃瞄。與圖1中相同的參考數字係用以標示相同物件 。在本實施例中，作爲非多孔層之單晶矽層6及構成物件 ATL之非多孔矽層2會自外部由夾具12固定。來自準 分子雷射裝置之雷射光13會經由透鏡10而聚焦於及投 射至多孔矽層3的側壁上之一點。透鏡1 0係可與雷射光 13—起移動，用於掃瞄以使層4、 7、 6所構成的 SO I基底與多孔矽層3處的基底2分離，而將基底2再 使用於生產步驟中。於層6、 7上取得多孔度較低之層4 。其它步驟及材料與實施例1相同。 實施例3 在本實施例中，使用準分子雷射以便在多孔矽層處分 離要循環使用之矽晶圓及SO I基底，以產生SO I基底 (誚先閱讀背面之注意事項再填艿本頁) 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-18- 經濟部中央樣箪局負工消費合作社印^ A7 B7 五、發明説明（16 ) 。以圓柱鏡將準分子雷射線性地聚焦，並使準分子雷射延 著多孔矽層的側面投射。 圖1 0係說明分離步驟。數字1 5係標示圓柱鏡。與 圖1中相同的參考數字係用以標示相同的物件。以垂直方 向將雷射光線性地聚焦，以便有效率投射至0.1至30 相當小的厚度之多孔矽層3的側面上。可使用圓環體 透鏡取代圓柱鏡，以將已聚焦的雷射光線性地投射至多孔 矽層3的曲線形側壁。其它步驟與實施例1相同。 實施例4 在本實施例中，使用準分子雷射以在多孔矽層處分離 要循環使用的矽晶圓及SO I基底，以產生SO I基底。 以圓柱鏡線性地聚焦準分子雷射光，並將其延著多孔矽層 的尾端面投射。在雷射光投射中，如圖1 1所示，從延著 多孔矽層3的尾端面之四個方向，以四圓柱鏡1 5，將雷 射光分別線性地聚焦及投射。在本實施例中，從外部以夾 具1 2固定單晶矽層6及非多孔矽層2 »其它步驟與實施 4 例1相同。 實施例5 在本實施例中，產生太陽能電池。圖1 2A至1 2 C 係說明形成用於轉換光能至電能之光電轉換層的步驟。如 圖1 2A所示般，設置p型矽晶圓1。藉由如同參考圖3 所述之陽極化，將矽晶園的表面製成多孔，以製備如圖 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )A4規格（210X 297公釐）-19 _ (对先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂 經濟部中央樣箪局員工消费合作社印繁 A7 _____Β7_ 五、發明説明（17 ) 1 2 B所示之晶圖1的非多孔矽層2及形成於其上的多孔 矽層3所構成的基底•在多孔矽層3上，以分子束磊晶生 長、電漿CVD、低壓CVD、光輔助CVD、偏壓濺射 、液晶生長法、或類似方法，以形成如圖12C所示之作 爲光電轉換器1 8之磊晶矽層，而製備基底PW。 可允許磊晶矽層與添加的摻雜劑一起生長，以作爲光 電轉換層。因此，磊晶層具有依n +層、p_層、及p +層 之次序形成於多孔矽層3上的叠層所造成之PN接面。磊 長生長的光電轉換層18之p+層的表面會接合至及連接至 預先形成於塑膠基底1 7的表面上之背側金屬電極1 6。 使真空夾具.1 2與非多孔矽層2的外部緊密接觸。來自準 分子雷射裝置之雷射光13會經由透鏡10聚焦及投射至 多孔矽層3。雖然雷射光會聚焦至圖1 3中的一點，但是 ，可以以如實施例1至4所述的任何方式投射雷射光。以 此方式’如圖1 4所示，將要作爲太陽能電池之基EHW 於多孔矽層3處與要循環使用於之生產製程之基底p W分 離。 如圖1 5A所示，網狀表面金屬電極1 9會形成於光 電轉換層1 8的表面上。接線2 4會連接至金饜電極1 9 的表面及背側金屬電極1 6。保護層2 0會形成於表面金 屬電極19之上》圖15B係圖15A之15B-15B 剖面視圖。光電轉換層1 8係由與表面金屬電極1 9接解 觸之π+層2 3、p層2 2、及與背側金屬電極16接觸的 P+層2 1依此由上而下之次序所構成。在圖} 5A及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）· 20 _ (对先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ”裝 泉 經濟部中央樣準局員工消費合作社印¾ A7 B7 五、發明説明（18 ) 1 5 B中，表面金屬電極1 9以網狀形式顯示以傳送光。 但是，其能由諸如I TO之材料製成的透明電極所取代。 背側金屬電極16也作爲背反射器以使未被吸收的透射光 回至光電轉換層1 8，所以，其較佳地係由具有髙反射率 之金屬材料所製成。 根據本實施例，可從一矽晶圓產生很多單晶薄膜之太 陽能電池。因此，本實施例在轉換效率上、電池壽命上、 及生產成本上是有利的。此外，將雷射光投射至多孔矽層 以造成晶體熱膨脹及變形以分離基底，而無需在基底與鑽 模或類似者之間具有強力接合，不需要施加強大的拉力。 由此觀點可知，本實施例的方法在生產成本上是有利的。 也在本實施例中產生太陽能電池。在上述實施例5中 ，光電轉換器18係由形成於多孔矽層3上的磊晶矽層所 構成，而在本實施例中，如原狀般使用本質上具有小多孔 度之多孔矽層作爲光電轉換層1 8。在實施例1中，說明 藉由改變陽極化中的電流可改變多孔矽層的多孔度。特別 的昃，在參考圖3所述的陽極化中，從電極2 8流至電極 2 9之較高密度的電流會使得形成於矽晶圓1上的多孔矽 層之多孔度較大，而較低的電流密度會使多孔度較小。藉 由此現像，控制電流密度成爲較低，可形成多孔度較小之 多孔矽層而使P+型矽晶圓的表面爲多孔的，並在其之上於 非多孔層2上形成具有較大的多孔度之多孔矽層3 b。將 諸如P及A s之施者離子植至多孔矽層3 a的最外層，以 使最外層成爲η型，藉以形成具有PN接面之小多孔度的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）-21 - (計先閱讀背面之注意事項再填it?本頁) ，.參 、1Τ 經濟部中央櫺準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（19 ) 多孔矽層之光電轉換層。 之後，如圖1 3所示*作爲光電轉換器之具有較小多 孔度的多孔矽層會接合至背側金層電極1 6。以同於實施 例5中之方式執行其它步驟。 根據本實施例，可從一矽晶圓中產生很多單晶薄膜之 太陽能電池。因此，本實施例於轉換效率、電池壽命、及 生產成本上是有利的。此外’在本實施例的方法中’不執 行磊晶生長，生長成本比實施例5還低。光電轉換層1 8 係由具有較小多孔度及維持單晶之多孔矽層所構成，且光 會由孔適當地散射而造成高轉換效率。 實施例7 產生區域感測器。在本實施例中，以同於實施例5或 6之方式，從矽晶圓形成單晶薄膜之光電轉換層。在此光 電轉換層上，以二維方式配置光電感測器，及設置陣列接 線。舉例而言，藉由提供列接線以取代圖15A及15B 中的表面金屬電極19及提供行接線以取代圖15A及 1 5 B中的背側金屬電極1 6，可形成矩陣接線。由於可 從一矽晶圓產生很多單晶薄膜之區域感測器，所以，本實 施例於轉換效率、電池壽命、生產成本、面積放大等方面 上是有利的。 實施例8 製備矽晶圓作爲一基底。在整個矽晶圓的面上，氫離 {請元閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·

*1T 本紙張尺度適用中國國家梯隼（CNS > Α4規格（210X297公釐） -22- 經濟部中央橾莩局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（20 ) 子或稀有氣體離子會藉由離子佈植機，以指定的深度植入 ，而在矽晶圓的內部中形成具有微泡之缺陷層。 分別的是，製備另一矽晶圓作爲支撐基底。此支撐基 底會於表面氧化，並接合至具有微泡缺陷層之上述矽晶圓 的表面。 以圖1、9、11或13中所示的方式，投射至接合 的晶圓物件之準分子雷射光係投射於延著物件的側面之微 泡缺陷層。因此，缺陷層會因吸收準分子雷射光而更加易 碎。然後，將二晶圓分離。 以此方式，將一基底矽層的缺陷層上的單晶矽層轉換 至另一基底上的氧化矽膜之上。以離子佈植形成微泡，係 詳述於美國專利號5，374，5 64中。 上述說明均與矽晶圓的情形有關，但是，本發明可應 用至其它非矽之半導體，例如SiGe、 Ge、 SiC、 G a A s、及 I η P。 根據本發明，將雷射光從基底的側面投射至多孔層的 中心部份，而使雷射光由多孔層吸收，可輕易地生產很多 單晶薄矽膜。由於雷射光不會造成雜質污染，所以，所造 成的薄膜具有高品質，且所造成的S 0 I基底也具有高品 質。在生產S 0 I基底時，較不浪費地使用材料，而造成 低生產成本及節約資源。所生產的光電轉換裝置也具有高 品質。在生產光電轉換裝置時，使用材料時也可較不浪費 ，造成痕生.產成本及節約資源。 (誚先閲讀背面之注意事項再填巧本頁) 裝 *1Τ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210X297公t ) -23-

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消费合作社印装 ☆、申請專利範圍 1 種薄膜形成方法，包括分離步驟，將非多孔層 、形成於該非多孔層上的多孔層、及多孔度較低之層所構 成的基底，於該多孔層處分離成該非多孔層及該多孔度較 低之層，該多孔度較低之層所具有之多孔度小於形成在該 多孔層上的多孔層之多孔度，其中藉由投射雷射光經過該 基底的側面至基底的中心而造成該分離》 2 .如申請專利範圍第1項之薄膜形成方法，其中藉 由將雷射光聚焦於該多孔層的側面以使多孔層膨脹而造成 該分離。 3 .如申請專利範圍第1項之薄膜形成方法，其中藉 由矽晶圓的陽極化而形成該非多孔層上的多孔層》 4 .如申請專利範圍第1項之薄膜形成方法，其中雷 射光會投射至該多孔層的多處。 5 .如申請專利範圍第1項之薄膜形成方法，其中使 與該多孔層背對的非多孔層之面與真空夾具接觸，及以真 空夾具施加輕微的拉力至基底。 6 .如申請專利範圍第1項之薄膜形成方法，其中該 雷射光係準分子雷射光。 7 .如申請專利範圍第1項之薄膜形成方法，其中以 圓柱鏡將該雷射光線性地收歛，且線性地收歛之雷射光延 著多孔層投射。 8 .如申請專利範圔第3項之薄膜形成方法，其中該 多孔度較低之層係磊晶生長於該多孔層上而形成的非多孔 晶晶層。 本紙張尺度適用中國國家棣率（CNS > Α4規格（210X297公釐）-24 - I - I —. I I I I ' n I (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 、?τ A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 9 .如申請專利範圍第8項之薄膜形成方法，其中該 非多孔磊晶層會接合至支撐基底而絕緣層插入於其間，於 該多孔層處造成分離、移除餘留在該非多孔磊晶層上的多 層’及分別使用該非該多孔磊晶層和該絕緣層作爲 S 0 I基底的半導體層及下層絕緣層。 1 0 .如申請專利範圍第9項之薄膜形成方法，其中 該支撐基底係矽晶圓，該矽晶圓的表面已氧化，及該絕緣 層係該已氧化的表面。 1 1 ·如申請專利範圍第8項之薄膜形成方法，其中 絕緣層係形成於該非多孔磊晶層上的絕緣層，非多孔的磊 晶層會接合至支撐基底，於該多孔層處造成分離，移除餘 留在該非多孔磊晶層上的多孔層，及分別使用該非多孔磊 晶層及絕緣層作爲S 0 I基底的半導體層和下層絕緣層。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項之薄膜形成方法，其 中該支#基底係石英基底。 1 3 .如申請專利範圍第1 1項之薄膜形成方法，其 中該支撐基底係藉由氧化矽晶圓的表面而製備的。 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 1 4 .如申請專利範圍第3項之薄膜形成方法，其中 以低於陽極化形成多孔層時的電流密度，將該矽晶圓陽極 化，而形成該多孔度較低的層。 1 5 .如申請專利範圍第8或1 4項之薄膜形成方法 ，其中該多孔度較低之層會接合至支撐基底，並於該多孔 層處分離，及使用該多孔度較低之層作爲光電轉換裝置之 轉換層。 本紙張尺度適用中國國家#準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-25 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 6 .如申請專利範圍第1項之薄膜形成方法，其中 該非多孔層、該多孔層、及該多孔度較低的層分別由矽構 成。 1 7 .如申請專利範圍第1 6項之薄膜形成方法，其 中藉由將該雷射光聚焦於該多孔層的該側面以使該多孔層 膨脹，造成該分離。 1 8 .如申請專利範圍第1 6項之薄膜形成方法，其 中該非多孔層上的該多孔層係藉由使矽晶圓陽極化而形成 的。 1 9 .如申請專利範圍第1 6項之薄膜形成方法，其 中該雷射光會投射至該多孔層的多處。 2 0 .如申請專利範圍第1 6項之薄膜形成方法，其 中使背對該多孔層之該非多孔層的面與真空夾具緊密接觸 ，及由真空夾具施加輕微的力至該基底。 2 1 .如申請專利範圍第1 6項之薄膜形成方法，其 中該雷射光係準分子雷射光。 2 2 .如申請專利範圍第1 6項之薄膜形成方法，其 中以圓柱鏡將該雷射光線性地收歛，且該線性地收歛之雷 射光會延著該多孔層投射。 2 3 .如申請專利範圍第1 8項之薄膜形成方法，其 中該多孔度較低的層係在該多孔層上磊晶生長而形成的非 多孔慕晶層。 2 4 .如申請專利範圍第2 3項之薄膜形成方法，其 中該磊晶層會接合至支撐基底，該支撐基底至少於其表面 本紙張尺度逍用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-26 - — — —— —---|七矽裝-— — — — — 訂 (請先W讀背面之注$項再填寫本頁).