TWI671840B - 用於促進磊晶剝離之應變控制 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示用於磊晶剝離之薄膜裝置，其包含柄及一或多個佈置於該柄上之應變層，其中該一或多個應變層誘導該柄彎曲。本發明亦揭示製作用於磊晶剝離之薄膜裝置之方法，該方法包含將一或多個應變層沈積於柄上，其中該一或多個應變層在該柄上誘導至少一種選自拉伸應變、壓縮應變及近中性應變之應變。本發明亦揭示磊晶剝離之方法，該方法包含在佈置於生長基板上之犧牲層上方沈積磊晶層；在該生長基板及柄中之至少一者上沈積一或多個應變層；使該柄接合至該生長基板；及蝕刻該犧牲層。

Description

用於促進磊晶剝離之應變控制 相關申請案交叉參照
本申請案主張對2012年6月4日提出申請的美國臨時專利申請案第61/655,084號之優先權，其係全文以引用方式併入本文中。
關於聯邦資助研究的聲明
本發明係根據美國陸軍研究處(Army Research Office)授予的W911nF-08-2-0004在政府支持下作出的。政府對本發明具有某些權利。
聯合研究協定
本申請案之標的物係由、代表及/或結合聯合大學協作研究協定(joint university-corporation research agreement)的以下各方中之一方或多方做出：密歇根大學(University of Michigan)及全球光子能源公司(Global Photonic Energy Corporation)。該協定在製備本申請案之標的物之日期時及其之前有效，且係作為在該協定之範圍內所採取之活動的結果而作出。
本發明概言之係關於藉助使用磊晶剝離(ELO)方法製備電活性、光學活性、太陽能、半導體及薄膜材料(例如光伏打(PV)裝置)之方法。
光敏光電子裝置將電磁輻射轉換成電。太陽能電池(亦稱作PV裝置)係特定用以生成電功率之一類光敏光電子裝置。PV裝置可自除日 光以外的光源生成電能，其可用以驅動功率消耗負載以提供(例如)照明、加熱或向電子電路或裝置(例如計算器、無線電、電腦或遠程監控或通信設備)供電。
為產生內部生成的電場，通常方法係並置兩層具有適宜選擇導電性質的材料，該等性質尤其係關於其分子量子能態的分佈。該兩種材料之界面稱作光伏打接面。在傳統半導體理論中，用於形成PV接面之材料通常表示為n型或p型。此處，n-型表示多數載流子類型係電子。此可視作具有許多處於相對自由能態中之電子的材料。p-型表示多數載流子類型係電洞。該材料具有許多處於相對自由能態中之電洞。本底類型(亦即，非光生之多數載流子濃度)主要取決於缺陷或雜質之無意摻雜。雜質之類型及濃度確定在導電帶最小能量與價能帶最大能量之間的間隙內之費米能量(Fermi energy)之值或位準。費米能量表徵分子量子能態之統計佔據率，其由佔據概率等於1/2之能量之值表示。接近導電帶最小能量之費米能量指示電子係主導載流子。接近價能帶最大能量之費米能量指示電洞係主導載流子。因此，費米能量係傳統半導體之主要表徵性質，且典型PV接面通常為p-n界面。
習用無機半導體PV電池採用p-n接面來建立內部電場。高效PV裝置通常係在昂貴、單晶生長基板上產生。該等生長基板可包括單晶晶圓，其可用於針對作用層(亦稱為「磊晶層」)之磊晶生長產生完整晶格及結構支撐。該等磊晶層可在其原始生長基板完整之情況下整合至PV裝置中。另一選擇為，彼等磊晶層可移除且與主基板重組合。
在一些例項中，可能期望將該等磊晶層傳送至展示出期望之光學、機械或熱性質之主基板。例如，砷化鎵(GaAs)磊晶層可生長於矽(Si)基板上。然而，所得材料之電子品質可能不足以用於某些電子應用。因此，可能期望保存晶格匹配之磊晶層之高材料品質，同時允許將彼等磊晶層整合至其他基板中。此可藉由稱為磊晶剝離之方法實 現。在磊晶剝離製程中，可將磊晶層「剝離」生長層且重組合(例如，接合或黏附)至新的主基板。
儘管其可提供期望之磊晶生長特性，但典型之生長基板可係厚的且產生過量重量，且所得裝置趨於較脆且需要大型支撐系統。磊晶剝離可係用以將磊晶層自其生長基板傳送至更有效、更輕量及撓性之主基板之期望方式。假定典型生長基板相對不足且其對所得電池結構賦予期望特性，則可能期望在後續磊晶生長中再循環及/或再使用生長基板。
ELO製程對太陽能電池應用有吸引力，且可藉由再使用親本晶圓(parent wafer)而潛在降低基於III-V之裝置之生產成本。對於諸如光伏打電池及光檢測器等光電子裝置而言，藉由製作具有背側反射器之薄膜裝置，與基於習用基板晶圓之裝置相比，吸收等效量之入射輻射需要大約一半之作用區厚度。較薄作用層亦因降低磊晶層之材料消耗及生長時間而使得能夠降低生產成本。另外，背側反射器防止經由發光發射之光子寄生性吸收至基板中，且允許增加之「光子再循環」，此係達成肖克利-奎伊瑟效率極限(Shockley-Queisser Limit)之必需要求。與基板電池相比，此光子再循環可增加經剝離電池中之開路電壓。
為促進犧牲層之橫向蝕刻製程，通常將彎曲施加至經剝離薄膜及撓性柄材料(例如塑膠、蠟、金屬箔、光阻材料等)。此係藉由使用重量彎折遠離晶圓或使柄彎曲以在晶圓與磊晶層之間打開間隙來達成。然而，此製程需要精確的磊晶層支撐配置或另一傳送步驟。此外，若磊晶層支撐配置於磊晶層上誘導過多應變或過多膜彎曲，則可在薄單晶膜中導致裂紋。
業內仍需要藉由控制柄上之應變及簡化剝離配置來加快ELO製程。
本發明之一個實施例係關於用於磊晶剝離之薄膜裝置，其包含柄及一或多個佈置於該柄上之應變層，其中該一或多個應變層誘導該柄彎曲。
在另一實施例中，本發明係關於用於磊晶剝離之薄膜裝置，其包含生長基板、柄及一或多個佈置於該生長基板及該柄中之至少一者上之應變層，其中視情況於其上佈置有該一或多個應變層之該柄係接合至該生長基板，且其中該一或多個應變層在該柄上誘導至少一種選自拉伸應變、壓縮應變及近中性應變之應變。
在另一實施例中，本發明係關於用於磊晶剝離之薄膜裝置，其包含佈置於生長基板上之磊晶層、柄及一或多個佈置於該生長基板及該柄中之至少一者上之應變層，其中視情況於其上佈置有該一或多個應變層之該柄係接合至該生長基板，且其中該一或多個應變層在該柄及磊晶層中之至少一者上誘導至少一種選自拉伸應變、壓縮應變及近中性應變之應變。在一些實施例中，該一或多個應變層在該柄及該磊晶層上誘導至少一種應變。
在另一實施例中，本發明係關於用於磊晶剝離之薄膜裝置，其包含佈置於生長基板上之犧牲層及磊晶層、柄及一或多個佈置於該生長基板及該柄中之至少一者上之應變層，其中視情況於其上佈置有該一或多個應變層之該柄係接合至該生長基板，且其中該一或多個應變層在該犧牲層、該磊晶層及該柄中之至少一者上誘導至少一種選自拉伸應變、壓縮應變及近中性應變之應變。在一些實施例中，該一或多個應變層在該犧牲層、該磊晶層及該柄上誘導至少一種應變。
在另一實施例中，本發明提供用於磊晶剝離之薄膜裝置，其包含至少一個犧牲層及至少一個佈置於柄上之應變層，其中該應變層係由至少一種選自金屬、半導體、電介質及非金屬之材料組成，且其中該應變層誘導該柄彎曲。
在又一實施例中，本發明提供用於磊晶剝離之薄膜裝置，其包含至少一個犧牲層及至少一個佈置於柄上之應變層，其中該應變層係由至少一種選自金屬、半導體、電介質及非金屬之材料組成，且其中該柄可適於在來自應變層之拉伸或壓縮應變下之彎曲。
在另一實施例中，本發明提供由金屬組成之應變層。此金屬之適宜實例包括純金屬(例如金、鎳、銀、銅、鎢、鉑、鈀、鉭、鉬或鉻)或含有銥、金、銀、銅、鎢、鉑、鈀、鉭、鉬及/或鉻之金屬合金。
在本發明之一些實施例中，應變層誘導柄彎曲。在一些實施例中，該一或多個應變層在蝕刻犧牲層時誘導柄彎曲。在一些實施例中，該一或多個應變層在離開生長基板時誘導柄彎曲。在一些實施例中，柄彎曲朝向生長基板。在一些實施例中，應變層誘導柄彎曲遠離生長基板。在一些實施例中，應變層使柄之彎曲降至最低。
在一個實施例中，本發明提供製作用於磊晶剝離之薄膜裝置之方法，該方法包含將一或多個應變層沈積於柄上，其中該一或多個應變層在該柄上誘導至少一種選自拉伸應變、壓縮應變及近中性應變之應變。在一些實施例中，該方法可誘導柄彎曲。
在另一實施例中，本發明提供誘導拉伸應變以誘導柄彎曲朝向生長基板之應變層。
在一個實施例中，本發明提供製作用於磊晶剝離之薄膜裝置之方法，該方法包含提供生長基板及柄，在該生長基板及該柄中之至少一者上沈積一或多個應變層，及將視情況於其上佈置有該一或多個應變層之該柄接合至該生長基板。
在又一實施例中，本發明提供磊晶剝離之方法，該方法包含在佈置於生長基板上之犧牲層之上方沈積磊晶層；在該生長基板及柄中之至少一者上沈積一或多個應變層；將該柄接合至該生長基板；及蝕 刻該犧牲層。
本發明之另一實施例係關於薄膜太陽能電池裝置，其包含至少一個佈置於接合至柄之生長基板上之層，其中該柄既具有充足撓性亦具有加快磊晶剝離之彎曲。本發明之另一實施例係關於薄膜太陽能電池裝置，其包含至少一個佈置於接合至柄之生長基板上之層，其中晶圓與柄間之熱膨脹係數之差異用以在柄中產生彎曲，從而加快磊晶剝離。
圖1繪示包含生長基板及柄(例如凱通(Kapton)薄片)之用於磊晶剝離之薄膜裝置之例示性實施例，其中應變層誘導柄彎曲。
圖2繪示具有拉伸及壓縮應變之濺鍍Ir之各種組合，其在柄之頂部(a)、在柄之底部(b)具有單一應力源層(stressor layer)，或在柄之頂部具有不同應變之層(c)，或在柄之兩側具有應變可變之層(d)。
圖3繪示在7mTorr濺鍍室壓力下濺鍍3.5nm、10.5nm、21nm及42nm厚的Ir及在8.5mTorr濺鍍室壓力下濺鍍7nm及28nm Ir之50μm凱通薄片，以及不含Ir之對照薄片。
圖4繪示應變柄上冷焊接合且經剝離之薄膜之圖像。
本文所用術語「層」係指光敏裝置中主要尺寸係X-Y(亦即沿其長度及寬度)之部件或組件，且通常正交於照明之入射平面。應瞭解，術語「層」無需限於材料之單一層或薄片。層可包含數個材料薄片之積層或組合。此外，應瞭解，某些層之表面(包括該等層與其他材料或層之界面)可能不完整，其中該等表面代表與其他材料或層之互穿、纏結或回旋網路。同樣，亦應瞭解，層可係不連續的，因此該層在X-Y尺寸上之連續性可被其他層或材料破壞或以其他方式打斷。
如本文使用，術語「第III至第V族材料」可用來指代含有來自週期表之第IIIA族及第VA族之元素之複合晶。更特定而言，術語第III至 第V族材料可在本文中用以指代作為鎵(Ga)、銦(In)及鋁(Al)之族與砷(As)、磷(P)、氮(N)及銻(Sb)之族之組合的化合物。代表性材料可包括GaAs、InP、InGaAs、AlAs、AlGaAs、InGaAsP、InGaAsPN、GaN、InGaN、InGaP、GaSb、GaAlSb、InGaTeP及InSb以及所有相關化合物。術語「第IV族」包含諸如週期表之第IVA行中之Si及Ge等半導體。第II至第VI族包含諸如(例如)駐於週期表之第IIA及第VIA族中之CdS及CdTe等半導體。
如本文所使用，表達「佈置於......上」允許在所佈置材料與將該所佈置材料佈置於其上的材料之間存在其他材料或層。同樣，表達「接合至」允許在所接合材料與其所接合之材料之間存在其他材料或層。
如本文所使用，誘導柄彎曲朝向生長基板之應變層意指應變層誘導柄自生長基板之參考點呈凹形。
如本文所使用，誘導柄彎曲遠離生長基板之應變層意指應變層誘導柄自生長基板之參考點呈凸形。
如本文所使用，術語「應變」可定義為所沈積層中之殘留應變。應變可為拉伸、壓縮或近中性應變。拉伸應變會使柄彎曲朝向應變層，壓縮應變會使柄遠離應變層彎曲，且近中性應變不會造成柄之任何顯著彎曲。在一個實施例中，施加至柄材料之應變係拉伸應變，其促進柄朝晶圓彎曲。
本文所闡述之薄膜裝置可為光敏裝置。在一些實施例中，本文所闡述之薄膜裝置係太陽能電池裝置。
本發明亦係關於採用佈置於生長基板與至少一個磊晶層間之保護層。美國專利第8,378,385號及美國專利公開案第2013/0043214號之生長結構及材料(例如，包含生長基板、保護層、犧牲層及磊晶層之生長結構)之揭示內容係以引用方式併入。
本發明另外係關於藉由預清潔製程自ELO製程移除保護層及污染物，該預清潔製程利用快速熱退火(RTA)至少部分地分解保護層表面。在另一實施例中，磊晶保護層與快速熱分解之組合提供與新的晶圓幾乎相同之表面品質。
在本發明之一些實施例中，用於磊晶剝離之薄膜裝置包含柄及一或多個佈置於該柄上之應變層，其中該一或多個應變層誘導柄彎曲。例如，圖2(a)及圖2(b)繪示佈置於柄(例如，凱通薄片)上之應變層(例如，Ir層)，其中該Ir層藉助拉伸或壓縮應變誘導柄彎曲。
在本發明之一些實施例中，薄膜裝置包含生長基板、柄及一或多個佈置於該生長基板及該柄中之至少一者上之應變層，其中視情況於其上佈置有該一或多個應變層之該柄係接合至該生長基板，且其中該一或多個應變層在該柄上誘導至少一種選自拉伸應變、壓縮應變及近中性應變之應變。在一些實施例中，該柄上之至少一種應變誘導該柄彎曲。在一些實施例中，將一或多個應變層佈置於生長基板及柄上。圖1顯示包含生長基板及柄(例如，凱通薄片)之用於磊晶剝離之薄膜裝置之例示性實施例，其中應變層誘導該柄彎曲。
在一些實施例中，薄膜裝置進一步包含佈置於生長基板上之磊晶層，其中該一或多個應變層在柄及磊晶層中之至少一者上誘導至少一種選自拉伸應變、壓縮應變及近中性應變之應變。在一些實施例中，該一或多個應變層在柄及磊晶層上誘導至少一種應變。
在一些實施例中，薄膜裝置進一步包含佈置於生長基板上之犧牲層及磊晶層，其中該一或多個應變層在犧牲層、磊晶層及柄中之至少一者上誘導至少一種選自拉伸應變、壓縮應變及近中性應變之應變。在一些實施例中，磊晶層係佈置於犧牲層上。在一些實施例中，該一或多個應變層在犧牲層、磊晶層及柄上誘導至少一種應變。
在一些實施例中，磊晶層係佈置於生長基板上。在一些實施例 中，磊晶層包含砷化鎵(GaAs)、摻雜劑或合金及其組合。在一些實施例中，犧牲層係佈置於生長基板與磊晶層之間。在一個實施例中，犧牲層包含砷化鋁、其合金及組合。犧牲層之厚度可在約1nm至約200nm、例如約2nm至約100nm、約3nm至約50nm、約5nm至約25nm及約8nm至約15nm範圍內。
在其他實施例中，犧牲層在蝕刻製程期間可暴露於濕蝕刻溶液。濕蝕刻溶液可含有氫氟酸。濕蝕刻溶液亦可含有至少一種表面活性劑、至少一種緩衝液或其任一組合。在又一實施例中，犧牲層係含有諸如InGaP、InAlP或InP等磷化物之化合物。在一些實施例中，含磷化物材料係藉由在基於HCL之蝕刻劑中蝕刻來移除。
在一些實施例中，將應變施加至柄材料以促進薄膜之剝離。在又一實施例中，所施加應變使柄向內彎曲朝向生長基板。
如本文所闡述，可在任一定向(即柄之背面、正面及側面)上將一或多個應變層佈置於柄材料上。在一些實施例中，柄具有頂表面及底表面，該一或多個應變層係佈置於柄之頂表面、柄之底表面或二者上。
在一個實施例中，應變層係由至少一種選自金屬、半導體、電介質及非金屬之材料組成。在某些實施例中，該至少一種材料基於薄膜之厚度可以約1nm至約10000nm、例如約1nm至約500nm、約2nm至約250nm、約3nm至約100nm、約4nm至約100nm及約5nm至約40nm範圍內之厚度存在。
可構成應變層之金屬之適宜實例包括選自銥、金、鎳、銀、銅、鎢、鉑、鈀、鉭、鉬、鉻及其合金之金屬。在某些實施例中，選擇耐所選ELO蝕刻劑(例如HF酸)之金屬。在另一實施例中，耐HF之金屬可用以形成應變層。在另一實施例中，非耐HF之金屬與障壁層組合使用以誘導柄彎曲。
應變層亦可由以下各項組成：選自(例如)各種氮化物、碳化物等之電介質、選自(例如)第II族至第VI族、第III族至第V族及第IV族半導體之半導體及/或選自(例如)聚合物、彈性體及蠟之非金屬。舉例而言，在一些實施例中，至少一個應變層包含至少一個應變半導體磊晶層。在一些實施例中，至少一個應變層包含至少一種選自InAs、GaAs、AlAs、InP、GaP、AlP、InSb、GaSb、AlSb、InN、GaN及AlN之材料。
在另一實施例中，將Ir金屬濺鍍於柄上以誘導應變。藉由控制Ar濺鍍氣體壓力及金屬厚度將拉伸及壓縮應變二者施加至柄。在又一實施例中，且如圖3中所顯示，當金屬厚度大於10nm時，施加7mTorr之濺鍍壓力作為提供拉伸應力之方式。在另一實施例中，亦如圖3中所顯示，施加8.5mTorr之濺鍍壓力作為向柄提供壓縮應力之方式。另外，可藉由在柄(例如，撓性凱通®柄)之背側上濺鍍或蒸發或電鍍應變層來控制所施加應變。
氣體壓力可隨濺鍍所使用之室而變化。在一個實施例中，Ar濺鍍氣體壓力在約10-5Torr至約1Torr、例如約0.1mTorr至約500mTorr、約1mTorr至約50mTorr及約5mTorr至約10mTorr範圍內。
在又一實施例中，應變層之厚度在約0.1nm至約10000nm範圍內。
在又一實施例中，實施應變層之沈積之溫度及/或速率變化以誘導不同應變。
在另一實施例中，先前使用另一技術得以彎曲之柄誘導應變。在此實施例中，可藉由例如(但不限於)以下之各種技術來使柄彎曲：在製造或遞送(例如保持其形狀之輥軋塑膠薄片)期間誘導彎曲；使柄圍繞圓筒彎曲並加熱來重塑柄；使柄圍繞圓筒彎曲並進行彈性變形來促進彎曲；使柄彎曲並將材料沈積於表面上以維持彎曲；使用彎曲時 各材料接合在一起之多層柄；使用在與實施蝕刻之溫度不同之溫度下產生柄之多層柄，其中彎曲係在溫度發生改變時產生。
在另一實施例中，可使用柄與生長基板間之熱膨脹係數(CTE)差異以藉由在與將柄及晶圓接合在一起之溫度不同的溫度下實施剝離蝕刻來引起柄之應變。在此實施例中，一個實例係柄之接合係在低於實施磊晶剝離蝕刻之溫度下實施；在此情形下，若柄之CTE小於晶圓，則柄將彎曲遠離晶圓，或若柄之CTE大於晶圓，則柄將彎曲朝向晶圓。此實施例之第二實例係，其中晶圓之接合係在高於磊晶剝離蝕刻之溫度下實施；在此情形下，若柄之CTE小於晶圓，則柄將彎曲朝向晶圓，或若柄之CTE大於晶圓，則柄將遠離晶圓彎曲。
可藉由沈積多個應變層獲致壓縮及拉伸應變之組合，如圖2(c)及2(d)中所顯示。例如，可使用具有經控制厚度及變化的應變條件之多層金屬堆疊來組合應變。舉例而言，可藉由控制金屬沈積條件來採用於其頂部上具有壓縮應變層之拉伸應變層或於其頂部上具有拉伸應變層之壓縮應變層。藉由使用多層金屬堆疊，可單獨控制容積應變及近表面應變。另外，可以拉伸及壓縮應變之各種組合及程度將應變層濺鍍於撓性柄之兩側上。
在一些實施例中，將一或多個應變層佈置於生長基板上來在ELO期間控制應變。可將一或多個應變層直接沈積於生長基板上、生長基板與磊晶層之間，及/或磊晶層上方，即，較磊晶層更遠離生長基板。
在一些實施例中，將一或多個應變層沈積於生長基板及柄上。
應變之額外控制可藉由改變柄層厚度來達成，亦即對於給定應變條件而言，凱通柄越薄，則所沈積金屬之彎曲將越多。
在另一實施例中，柄係由塑膠材料、聚合材料或寡聚材料製成。柄之厚度可在約10μm至約250μm、例如約15μm至約200μm及 約25μm至約125μm範圍內。
構成柄之材料之適宜實例包括例如以下之材料：聚醯亞胺(例如，凱通®)、聚乙烯、聚乙二醇(PEG)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、乙二醇改質之聚對苯二甲酸乙二酯(PET-g)、聚苯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)(例如Teflon®)、聚二氟亞乙烯及其他各種部分地氟化聚合物、耐綸(nylon)、聚氯乙烯、氯磺化聚乙烯(CSPE)(例如，Hypalon®)及聚(對伸苯硫醚)。
構成柄之材料之適宜實例亦包括諸如不銹鋼、銅、鉬、鉭、鎳及鎳合金(例如，Hastelloy®)等金屬箔、塗覆青銅、金、貴金屬之箔及塗覆聚合物之箔。
在一些實施例中，柄材料具有撓性且不受限制，且在ELO製程期間自由變形及彎折。
生長基板可包含任一數目種材料，包括單晶晶圓材料。在一些實施例中，生長基板可選自包括(但不限於)Ge、Si、GaAs、InP、GaN、AlN、GaSb、InSb、InAs、SiC、CdTe、藍寶石及其組合。在一些實施例中，生長基板包含GaAs。在一些實施例中，生長基板包含InP。在一些實施例中，構成生長基板之材料可經摻雜。適宜之摻雜劑可包括(但不限於)鋅(Zn)、Mg(及其他第IIA族化合物)、Zn、Cd、Hg、C、Si、Ge、Sn、O、S、Se、Te、Fe及Cr。例如，生長基板可包含摻雜有Zn及/或S之InP。
在又一實施例中，可將於其上佈置有一或多個應變層之柄接合至生長基板。在某些實施例中，使用冷銲技術或對於習用ELO利用諸如蠟等黏附層來接合柄。然後，可在(例如)稀HF(DHF)中蝕刻應變柄及含有作用磊晶層之生長基板之試樣。
在另一實施例中，為進一步促進ELO，可在熱板上加熱DHF或可增加HF之濃度。
在又一實施例中，本發明提供製作用於磊晶剝離之薄膜裝置之製程，該製程包含將一或多個應變層沈積於柄上，其中該一或多個應變層誘導拉伸、壓縮或近中性應變以促進柄彎曲。
在一些實施例中，柄上之至少一種應變誘導柄彎曲。在一些實施例中，柄上之至少一種應變誘導柄彎曲朝向生長基板。在一些實施例中，柄上之至少一種應變誘導柄之率遠離生長基板。在一些實施例中，沈積時之拉伸應變促進柄彎曲向內朝向生長基板。
在一個實施例中，柄上之應變改變蝕刻劑至犧牲層之流動。在一個實施例中，柄上之應變藉由(例如)打開蝕刻前端來改良蝕刻劑溶液至蝕刻前端之流動。
在一些實施例中，一或多個應變層誘導犧牲層之應變。所誘導應變可為拉伸、壓縮或近中性應變。在一些實施例中，犧牲層之應變促進犧牲層之蝕刻速率。在一些實施例中，此促進獨立於任一改良輸送蝕刻劑至蝕刻前端之促進。
在一個實施例中，本發明提供製作用於磊晶剝離之薄膜裝置之方法，該方法包含提供生長基板及柄，將一或多個應變層沈積於生長基板及柄中之至少一者上，及將視情況於其上佈置有該一或多個應變層之柄接合至生長基板。在一些實施例中，將一或多個應變層沈積於生長基板及柄上。在一些實施例中，生長基板具有佈置於其上之磊晶層。在一些實施例中，生長基板具有佈置於其上之犧牲層及磊晶層。在一些實施例中，磊晶層係佈置於犧牲層上。
在又一實施例中，本發明提供磊晶剝離之方法，該方法包含將磊晶層沈積於佈置於生長基板上之犧牲層上方；將一或多個應變層沈積於生長基板及柄中之至少一者上；將柄接合至晶圓；及蝕刻犧牲層。在一些實施例中，將一或多個應變層沈積於生長基板及柄上。在某些實施例中，可用氟化氫蝕刻犧牲層。
在一些實施例中，將柄接合至生長基板係藉由冷銲過程實施。
可根據業內已知之技術來沈積材料及層。
現將藉由以下非限制性實例來更詳細地闡述本發明。應瞭解，熟悉此項技術者可設想與本文所提供之本發明一致之其他實施例。
實例1
在此實例中，藉由氣體源分子束磊晶(GSMBE)在Zn摻雜之(100)p-GaAs基板上生長磊晶層結構。生長係以0.2μm厚的GaAs緩衝液層開始。然後，生長0.1μm晶格匹配之In0.49Ga0.51P蝕刻終止層，隨後生長0.1μm厚的GaAs保護層。隨後，生長0.01μm厚的AlAs犧牲層。然後，生長如下之倒置GaAs太陽能電池作用區：0.2μm厚，5×1018cm-3 Si摻雜之GaAs接觸層，0.025μm厚，2×1018cm-3 Si摻雜之In0.49Ga0.51P窗口層，0.15μm厚，1×1018cm-3 Si摻雜之n-GaAs發射極層，3.5μm厚，2×1017cm-3 Be摻雜之p-GaAs基極層，0.075μm厚，4×1017cm-3 Be摻雜之In0.49Ga0.51P背面電場(BSF)層，及0.2μm厚，2×1018cm-3 Be摻雜之p-GaAs接觸層。
在生長後，將Ir(150Å)/Au(8000Å)接觸層沈積至50μm厚的凱通®薄片上，並藉由電子束蒸發將Au(600Å)層沈積於GaAs磊晶層上。經由冷焊接合基板及塑膠薄片，且然後將其浸沒至HF：H2O(1：10)之溶液中以實施ELO。在ELO處理後，立即藉由電漿蝕刻利用BCl3及Ar氣清潔薄膜。然後，將該薄膜切割成四分之一晶圓片用於製作太陽能電池。
太陽能電池製作係以用於柵格圖案化之光微影且藉由電子束蒸發沈積Ni(50nm)/Ge(320nm)/Au(650nm)/Ti(200nm)/Au(9000nm)開始。將薄膜電池在熱板上在240℃下退火1hr以形成歐姆觸點。隨後，藉由化學蝕刻界定臺面，並移除暴露之經摻雜GaAs層。最後， 藉由電子束蒸發沈積ZnS(43nm)/MgF2(102nm)雙層抗反射塗層以產生太陽能電池。
量測在所模擬之100mW/cm2強度下之AM1.5G照明下量測的經ELO處理之GaAs光伏打電池之電流密度-電壓(J-V)特性。短路電流密度為23.1mA/cm2，且開路電壓為0.92V，填充因子為75.6%，從而產生16.1%之功率轉換效率。外部量子效率之峰值為85%。
如上所述，採用包含蝕刻終止層(0.1μm厚的InGaP)及保護層(0.1μm厚的GaAs)之雙層保護方案來在ELO製程期間保護親本GaAs晶圓表面。藉由利用RTA工具之熱處理分解GaAs保護層表面。在熱處理表面後，移除大部分的大規模污染。在RTA後，藉由濕蝕刻分別使用H3PO4：H2O2：H2O(3：1：25)及H3PO4：HCl(1：1)移除保護層及蝕刻終止層。移除保護後之表面粗糙度(均方根(RMS)粗糙度為0.71nm)與新的晶圓(RMS粗糙度為0.62nm)相當。
為比較原始及隨後磊晶層之生長品質，藉由將晶圓之保護層暴露於7.5% HF：H2O之稀溶液48hr來模擬磊晶剝離製程。在RTA處理及移除磊晶保護層後，將基板載回至GSMBE室中並進行脫氣。然後，在原始親本基板上生長具有與參考結構相同之結構的層結構。原始晶圓及再使用晶圓二者上之GaAs磊晶層之GaAs太陽能電池、霍爾效應(Hall-effect)、光致發光、掃描穿透式電子顯微鏡檢查(STEM)及反射高能量電子繞射(RHEED)量測表明，磊晶膜具有幾乎相同之電及光學品質。
亦在ELO模擬後研究新的生長及再生長界面品質。橫斷面STEM影像證明，新的磊晶膜及再生長磊晶膜二者具有幾乎完美的結晶生長。RHEED圖案亦表明，彼等晶圓具有相同的表面品質。另外，藉由能量分散光譜術(EDS)及x射線光電子光譜術(XPS)研究之表面化學顯示，原始晶圓與再使用晶圓間無顯著差異。
實例2
藉由氣體源分子束磊晶在GaAs層上生長磊晶層。AlAs層(10nm)係在晶圓及作用磊晶層之間生長以作為犧牲ELO層。繼生長之後，立即將Ir濺鍍至50μm厚的凱通薄片上，隨後藉由電子束蒸發沈積0.8μm Au，且藉由電子束蒸發將1500Å Au沈積於GaAs磊晶層上。為測試柄應變之效應，在不同Ar氣體壓力下濺鍍各種厚度之Ir。在沈積金屬後，藉由將晶圓之Au側向下置於塑膠薄片上而將晶圓冷銲至柄，並藉由施加壓力進行冷焊接合。然後，將接合至凱通薄片之GaAs晶圓浸沒至大約50℃之HF：H2O(1：10)之蝕刻溶液中以選擇性蝕刻AlAs層。
受壓縮及拉伸應力之柄與平坦柄相比會加快ELO製程。當採用10nm厚的AlAs犧牲層並利用凱通帶將撓性柄固定於Teflon臺上時，柄彎折花費大約10天。然而，利用ELO製程及使用拉伸應變柄，花費約24hr。利用壓縮應變可達成最快之蝕刻速率，其花費不超過8hr(圖4)。

Claims (14)

  1. 一種用於磊晶剝離之薄膜裝置，其包含：生長基板；犧牲層；柄；及一或多個佈置於該柄上之應變層；其中該一或多個應變層在柄上誘導至少一種應變；及其中該柄上之該至少一種應變至少在蝕刻該犧牲層時造成該柄彎曲。
  2. 如請求項1之裝置，其中該柄上之該至少一種應變至少在蝕刻該犧牲層時造成該柄彎曲朝向該生長基板。
  3. 如請求項1之裝置，其中該柄上之該至少一種應變至少在蝕刻該犧牲層時造成該柄彎曲遠離該生長基板。
  4. 如請求項1之裝置，其中該一或多個應變層係由至少一種選自金屬、半導體、電介質及非金屬之材料組成。
  5. 如請求項1之裝置，其中該一或多個應變層係由至少一種選自銥、金、鎳、銀、銅、鎢、鉑、鈀、鉭、鉬、鉻及其合金之金屬組成。
  6. 一種用於磊晶剝離之薄膜裝置，其包含：生長基板；柄；一或多個佈置於該生長基板及該柄中之至少一者上之應變層；及佈置於該生長基板上之犧牲層及磊晶層；其中視情況於其上佈置有該一或多個應變層之該柄係接合至該生長基板，其中該一或多個應變層在該柄上誘導至少一種應變，及其中該柄上之該至少一種應變至少在蝕刻該犧牲層時造成該柄彎曲。
  7. 如請求項6之裝置，其中該柄上之該至少一種應變至少在蝕刻該犧牲層時造成該柄彎曲朝向該生長基板。
  8. 如請求項6之裝置，其中該柄上之該至少一種應變至少在蝕刻該犧牲層時造成該柄彎曲遠離該生長基板。
  9. 如請求項6之裝置，其中該一或多個應變層係佈置於該生長基板及該柄上。
  10. 如請求項6之裝置，其中該一或多個應變層係由至少一種選自銥、金、鎳、銀、銅、鎢、鉑、鈀、鉭、鉬、鉻及其合金之金屬組成。
  11. 如請求項1或6之裝置，其中該薄膜裝置包含太陽能電池裝置。
  12. 如請求項1或6之裝置，其中該犧牲層包含砷化鋁、其合金或其組合。
  13. 如請求項1或6之裝置，其中該犧牲層之厚度在約1nm至約200nm範圍內。
  14. 如請求項1或6之裝置，其中該一或多個應變層之厚度在約0.1nm至約10000nm範圍內。
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