專利名稱：通過外延層過成長(zhǎng)的元件形成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括半導(dǎo)體結(jié)晶材料的制作或結(jié)構(gòu)。舉例來說，可在包括一半導(dǎo)體結(jié)晶材料的一平坦化表面上形成經(jīng)改善的外延成長(zhǎng)情形或結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
本部分提供了背景信息并介紹了在下文中及/或在權(quán)利要求中所描述的關(guān)于本案多個(gè)方面的相關(guān)信息。這些背景的陳述并非承認(rèn)其為現(xiàn)有技術(shù)。進(jìn)行基板圖案化的相關(guān)技術(shù)利用了貫穿差排(threading dislocation)受到幾何學(xué)限制的事實(shí)，即結(jié)晶物內(nèi)的差排行為(dislocation)并不會(huì)停止。當(dāng)通過圖案化基板以形成更小的成長(zhǎng)區(qū)域時(shí)將使得一自由邊(free edge)更接近另一自由邊，因而能夠降低貫穿差排的密度。在過去技術(shù)中，基板的圖案化以及外延側(cè)向成長(zhǎng)(印itaxial lateral overgrowth, EL0)技術(shù)的結(jié)合已證明了可極大地降低氮化鎵裝置(gallium nitride device)內(nèi)的缺陷密度(defect densities)，從而制作出壽命更長(zhǎng)的激光二極管(laser diodes) 0上述處理工藝大體消除了在外延側(cè)向成長(zhǎng)ELO區(qū)域內(nèi)的缺陷但留下了高度劣化的晶種窗(seed window)，因而需要重復(fù)(repetition)微影(lithography)與外延的步驟以消除所有缺陷。在一相似方法中，懸空外延(pendeo-印itaxy)技術(shù)大體消除了在鄰近基板的外延區(qū)域內(nèi)的所有缺陷，但其仍需要一次的微影步驟與兩次的外延成長(zhǎng)步驟。再者，上述兩項(xiàng)技術(shù)需要提高氮化鎵側(cè)向成長(zhǎng)速度，其在目前所有的異質(zhì)外延系統(tǒng) (heteroepitaxial systems)中尚未得至Ij驗(yàn)證。稱為“外延頸縮”的另一已知技術(shù)則為L(zhǎng)angdo等人揭示于“High Quality Ge on Si by Epitaxial Necking", Applied Physics Letters, Vol. 76, No. 25, April2000.的文獻(xiàn)所相關(guān)的位于硅上的鍺的異質(zhì)結(jié)構(gòu)(Ge-on-Si heterostructure)的制作中。上述方法提供了通過利用選擇性外延成長(zhǎng)(selective epitaxial growth)與缺陷結(jié)晶學(xué)(defect crystallography)的結(jié)合的一簡(jiǎn)化處理，以使得缺陷僅抵達(dá)位于圖案化掩模內(nèi)的開口的側(cè)壁，而上述方法不會(huì)依靠側(cè)向成長(zhǎng)速率的增加。更明確地，在(111)<110>鉆石立方滑移系統(tǒng)(diamond cubic slip system)中，錯(cuò)配差排(misfit dislocations)沿著(100)成長(zhǎng)平面的<110>方向而延伸，而貫穿片段(threading segments)以<110>方向產(chǎn)生在(111)平面上。位于(111)平面上沿著<110>方向的貫穿片段以相對(duì)于下方的硅(100)基板表面的45度角進(jìn)行延伸。因此，當(dāng)位于圖案化掩模層內(nèi)的孔洞的深寬比(aspect ratio)大于 1時(shí)，貫穿片段會(huì)被掩模側(cè)壁所阻擋，造成直接形成在硅之上的低缺陷的上方鍺突出物(Ge nodules)。外延頸縮的重要限制之一為其所施行的區(qū)域的尺寸。一般來說，如下文中的更詳細(xì)討論中所述，在尺寸內(nèi)的側(cè)向尺寸需要相對(duì)較小，以使得上述差排可終止在側(cè)壁處。如此，該領(lǐng)域中便需要一種用于制作半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)(semiconductor heterostructure)的多功能且有效的方法，其可抑制位于不同晶格失配材料系統(tǒng) (lattic-mismatched materials systems)中的差排缺陷。且該領(lǐng)域中也需要一種利用具有較低差排缺陷程度的整合型晶格失配材料以改善功能性與性能的半導(dǎo)體裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了用于通過使用深寬比捕捉(aspect ration trapping,ART)與外延側(cè)向成長(zhǎng)(ELO)技術(shù)在包括如晶格失配材料的基板上形成如太陽能電池的裝置的方法與結(jié)構(gòu)。一般地，在一第一方面中，本發(fā)明的實(shí)施例可包括一種形成結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括在設(shè)置于包括一第一半導(dǎo)體材料的一基板上的一掩模層內(nèi)形成一第一開口。在該第一開口內(nèi)形成包括晶格失配于該第一半導(dǎo)體材料的一第二半導(dǎo)體材料的一第一膜層。該第一膜層具有足夠延伸至高于該掩模層的一頂面的一厚度。在該第一膜層之上以及該掩模層的至少一部分之上形成包括該第二半導(dǎo)體材料的一第二膜層。該第一膜層的垂直成長(zhǎng)速率高于該第一膜層的一側(cè)向成長(zhǎng)速率，而該第二膜層的一側(cè)向成長(zhǎng)速率高于該第二膜層的一垂直成長(zhǎng)速率。上述方法可包括一個(gè)或多個(gè)下述特征。在形成該第一膜層之前，可在該掩模層中形成一第二開口，以及在形成該第二膜層之前，可在該第二開口內(nèi)形成該第一膜層。在該第二膜層之上可形成包括該第二半導(dǎo)體材料的一第三膜層。該第三膜層可接合在該第一開口與該第二開口之間。 在該第一膜層內(nèi)的差排缺陷可在該第一開口內(nèi)而被捕捉到。可通過在形成該第一膜層時(shí)摻雜該第一膜層提高該第一膜層的該垂直成長(zhǎng)速率?？赏ㄟ^在形成該第一膜層時(shí)摻雜該第一膜層減緩該第一膜層的該側(cè)向成長(zhǎng)速率?？稍谛纬稍摰谝荒訒r(shí)通過調(diào)整用于該第一膜層的一頂面上形成晶面的成長(zhǎng)參數(shù)降低該第一膜層的該側(cè)向成長(zhǎng)速率。降低該第二膜層的該垂直成長(zhǎng)速率可包括在形成該第二膜層時(shí)摻雜該第二膜層。降低該第二膜層的該垂直成長(zhǎng)速率可包括在形成該第二膜層時(shí)摻雜該第二膜層以在該第二膜層內(nèi)形成第一類型的晶面并抑制在該第二膜層內(nèi)一第二類型的晶面的形成。 增加該第二膜層的側(cè)向成長(zhǎng)速率可包括在形成該第二膜層時(shí)摻雜該第二膜層。在形成該第三膜層時(shí)摻雜該第三膜層可促進(jìn)該第三膜層的接合。在形成該第三膜層時(shí)摻雜該第三膜層可促進(jìn)該第一開口與該第二開口之間的該第三膜層的接合。摻雜該第三膜層可減緩該第三膜層內(nèi)的晶面成長(zhǎng)并降低了在第三膜層內(nèi)的堆疊錯(cuò)誤的形成。該第二半導(dǎo)體材料可包括鍺。該第二半導(dǎo)體材料可包括P型摻質(zhì)。形成至少該第一、第二或第三膜層其中之一可包括外延成長(zhǎng)。形成該第一膜層可包括使用四氯化鍺作為一前趨物。上述方法還可包括在形成該第三膜層后移除該第三膜層的一頂部(topportion)以移除缺陷。上述方法還可包括在該頂部移除之后形成一光學(xué)裝置在該第三膜層之上。該第一膜層的一頂部可定義了與該基板的一頂面不平行的一晶面。該第三膜層可自我平坦化。該第三膜層可通過主要地(primarily)在一(100)方向上成長(zhǎng)該第三膜層而自我平坦化。上述方法還可包括在該第三膜層的頂部形成一第四膜層，該第四膜層包括一第三半導(dǎo)體材料。在該第四膜層的頂部形成一第五膜層，該第五膜層包括一第四半導(dǎo)體材料。可將一握持晶片接合至該第五膜層且可移除該基板。該第三半導(dǎo)體材料與該第四半導(dǎo)體材料分別可包括III-V族材料。該基板可包括硅。該握持晶片可包括金屬。該第三半導(dǎo)體材料的能隙可高于該第四半導(dǎo)體材料的能隙。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可包括一多結(jié)(multi-junction) 光電電池。一般地，在另一方面中，本發(fā)明的實(shí)施例可提供一種結(jié)構(gòu)的形成方法。此方法包括在設(shè)置于一基板上的一掩模層之內(nèi)形成具有一寬度W1的一開口，該基板包括一第一半導(dǎo)體材料。在該開口內(nèi)形成包括晶格失配于該第一半導(dǎo)體材料的一第二半導(dǎo)體材料的一第一膜層，該第一膜層垂直延伸至高于該掩模層的一頂面且側(cè)向延伸至大于寬度W1的一寬度W2。 移除該第一膜層的一部分，而該第一膜層的一剩余部分具有高于鄰近于該開口的該基板的一第一區(qū)的一厚度ti。在該第一膜層上形成包括該第二半導(dǎo)體材料的一第二膜層，該第二膜層側(cè)向延伸至大于寬度W2的一寬度W3。移除該第二膜層的一部分，該第二膜層的一剩余部分具有高于鄰近于該開口的該基板的一第二區(qū)的一厚度t2。上述方法還可包括一或多個(gè)下述特征。在多個(gè)實(shí)施例中，、等于t2。移除該第一膜層的該部分可包括至少蝕刻或化學(xué)機(jī)械研磨其中之一。形成該第一膜層與移除該第一膜層的該部分的步驟可在不同機(jī)臺(tái)中實(shí)施。形成該第一膜層與移除該第一膜層的該部分的步驟可在同一機(jī)臺(tái)中實(shí)施。在該第二半導(dǎo)體材料內(nèi)的差排缺陷在該開口內(nèi)被捕捉到。高于該基板的表面的該第一膜層的一部分可基本上不具有差排缺陷。該第二半導(dǎo)體材料的一垂直成長(zhǎng)速率可大于該第二半導(dǎo)體材料的一側(cè)向成長(zhǎng)速率。該開口的一側(cè)壁可包括一介電材料。外延成長(zhǎng)可用作形成至少該第一材料與該第二材料其中之一。上述方法還可包括使用四氯化鍺作為一前趨物形成該第一膜層，在形成該第二膜層之后移除該第二膜層的頂部，及/或在該第二膜層上形成一光電裝置。該第一膜層的一頂部可定義了與該基板的一頂面不平行的一晶面。該第二膜層可自我平坦化。該第二膜層可通過主要地依照(100)方向成長(zhǎng)該第二膜層而自我平坦化。上述方法還可包括在該第二膜層的頂部形成一第三膜層，該第三膜層包括一第三半導(dǎo)體材料?？稍谠摰谌拥捻敳啃纬梢坏谒哪?，該第四膜層包括一第四半導(dǎo)體材料。 可將一握持晶片接合至該第四膜層并移除該基板。該第三半導(dǎo)體材料與該第四半導(dǎo)體材料可包括III-V族材料，該基板可包括硅，以及該握持晶片可包括金屬。該第三半導(dǎo)體材料的能隙可高于該第四半導(dǎo)體材料的能隙。上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可包括一多結(jié)光電電池。一般地，在又一方面中，本發(fā)明的實(shí)施例可包括一種形成膜層的方法。該方法包括在設(shè)置于一基板上的一掩模層內(nèi)形成一第一開口。在該第一開口內(nèi)形成包括立方半導(dǎo)體材料的第一膜層。在該第一膜層之上形成也包括該立方第一半導(dǎo)體材料的一第二膜層。該第一膜層的一垂直成長(zhǎng)速率高于該第一膜層的一側(cè)向成長(zhǎng)速率，且該第二膜層的側(cè)向成長(zhǎng)速率高于該第二膜層的一垂直成長(zhǎng)速率。
上述方法的實(shí)施例還可包括在形成該第一膜層之前，在該掩模層內(nèi)形成一第二開口。在形成該第二膜層之前，可在該第二開口內(nèi)形成一第一膜層。該第二膜層可接合在該第一開口與該第二開口之間。該掩模層可包括一介電材料。在該基板內(nèi)的該第一開口可包括(110)晶面，且該基板可包括硅。上述方法還可包括在該第一開口內(nèi)捕捉該第一膜層中的差排缺陷。該第二膜層的垂直成長(zhǎng)速率的降低以及該第二膜層的該側(cè)向成長(zhǎng)速率的增加可包括改變成長(zhǎng)條件。成長(zhǎng)條件可包括0. 1大氣壓和750°c。上述立方半導(dǎo)體材料可包括鍺、砷化鎵、磷化銦或其他III-V族材料。該立方半導(dǎo)體材料可經(jīng)過摻雜。在該第一膜層內(nèi)的缺陷可在該開口內(nèi)被捕捉?？稍谠摰诙觾?nèi)形成一裝置。該裝置可為一光電裝置。該第二膜層的一頂部可經(jīng)過蝕刻。該第一膜層的一頂部可定義不平行于該基板的一頂面的一晶面。該第二膜層可自我平坦化。該第二膜層可通過主要地依照(100)方向成長(zhǎng)該第二膜層而自我平坦化。上述方法還包括形成一第三膜層在該第二膜層的頂部，該第三膜層包括一第三半導(dǎo)體材料?？尚纬梢坏谒哪釉谠摰谌拥捻敳浚摰谒哪影ㄒ坏谒陌雽?dǎo)體材料?？蓪⒁晃粘志雍现猎摰谒哪硬⒖梢瞥摶?。該第三半導(dǎo)體材料與該第四半導(dǎo)體材料可包括III-V族材料，該基板可包括硅，而該握持晶片可包括金屬。該第三半導(dǎo)體材料的能隙可高于該第四半導(dǎo)體材料的能隙。上述結(jié)構(gòu)可包括一多結(jié)光電電池。


本發(fā)明一般概念的這些及/或其他方面及效用可通過實(shí)施例的下述描述并結(jié)合附圖而變得明顯或更容易地被理解，其中圖1為顯示了利用在溝槽內(nèi)使用深寬比捕捉技術(shù)(ART)并通過摻質(zhì)的使用進(jìn)行控制的外延側(cè)向成長(zhǎng)(ELO)的一剖面情形的圖示；圖2為顯示了利用具有在溝槽內(nèi)使用深寬比捕捉技術(shù)(ART)重復(fù)移除與再成長(zhǎng)膜層的外延側(cè)向成長(zhǎng)(ELO)的一剖面情形的圖示；圖3為顯示了利用在溝槽內(nèi)使用深寬比捕捉技術(shù)(ART)的立方半導(dǎo)體材料的外延側(cè)向成長(zhǎng)(ELO)的剖面情形的圖示；圖4為顯示了使用深寬比捕捉(ART)與外延側(cè)向成長(zhǎng)(ELO)技術(shù)所形成的太陽能電池的剖面情形的圖示；圖fe與圖恥為顯示了成長(zhǎng)在鍺的深寬比捕捉(ART)與外延側(cè)向成長(zhǎng)(ELO)基板上的反向型太陽能電池的剖面情形的圖示。
具體實(shí)施例方式在2008年6月26日申請(qǐng)的編號(hào)第12/147，027號(hào)以及標(biāo)題為"Multi-Junction Solar Cell”的美國專利申請(qǐng)案中詳細(xì)描述了包括剝離(lift-off)技術(shù)的基本的深寬比捕捉(aspect ratio trapping, ART)處理。在2008年7月25日申請(qǐng)的編號(hào)第12/180，2 號(hào)以及標(biāo)題為 ‘‘Lattice-mismatched semiconductor structures with reduced dislocation defect densities and related methods for device fabrication'^tJ^H^^ll ^ 11!11 則描述了使用ART技術(shù)以形成太陽能電池(solar cells)。如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施例應(yīng)用了外延側(cè)向成長(zhǎng)(印itaxial lateral
8overgrowth, EL0)技術(shù)，其中該ELO可通過摻質(zhì)的使用得到控制。其可通過使用晶面控制 (control of faceting)以在晶片上施行外延側(cè)向成長(zhǎng)。晶面(faceting)則可通過如改變材料內(nèi)的摻質(zhì)程度、改變成長(zhǎng)溫度、改變成長(zhǎng)壓力、改變前趨物氣體流率及/或改變前趨物的化學(xué)物組成而得到控制。晶面的較佳控制可具有至少兩個(gè)目的(i)為了于一既定垂直成長(zhǎng)中增加外延側(cè)向成長(zhǎng)內(nèi)的側(cè)向成長(zhǎng)，以及(ii)為了降低在接合(coalescence)時(shí)的堆疊錯(cuò)誤(stacking faults)或差排(dislocations)情形。在一實(shí)施例中，位于具(100)晶面的硅晶片上且形成在具(110)晶面的溝槽內(nèi)的鍺的晶面可通過公知晶面表現(xiàn)而得到控制。以上相同技術(shù)也可應(yīng)用至其他材料或晶格方向的應(yīng)用。以上所示出的實(shí)施例顯示了在深寬比捕捉(ART)與外延側(cè)向成長(zhǎng)(ELO)技術(shù)的結(jié)合中的晶面控制應(yīng)用，但上述技術(shù)亦可僅應(yīng)用外延側(cè)向成長(zhǎng)中。如圖2所示，本發(fā)明的其他實(shí)施例的應(yīng)用了具有膜層的重復(fù)移除與再成長(zhǎng)的外延側(cè)向成長(zhǎng)。外延側(cè)向成長(zhǎng)為用于成長(zhǎng)失配外延(mismatched epitaxy)的技術(shù)。最大側(cè)向成長(zhǎng)寬度可為薄膜的最大允許厚度所限制。側(cè)向成長(zhǎng)寬度可通過重復(fù)地薄化與再成長(zhǎng)此薄膜而增加。上述的薄化與再成長(zhǎng)步驟可在不同機(jī)臺(tái)內(nèi)施行，或可在相同機(jī)臺(tái)內(nèi)施行。此技術(shù)可使用深寬比捕捉(ART)或傳統(tǒng)外延側(cè)向成長(zhǎng)(ELO)技術(shù)。如圖3所示，本發(fā)明的其他實(shí)施例提供用于立方半導(dǎo)體材料(cubic semiconductor materials)的有效外延側(cè)向成長(zhǎng)的方法。GaN與其他III-N族半導(dǎo)體皆具有六方結(jié)晶(hexagonal crystal)結(jié)構(gòu)。對(duì)于如鍺(Ge)的立方半導(dǎo)體材料或如砷化鎵 (GaAs)或磷化銦αηΡ)的III-V族材料而言目前尚未發(fā)現(xiàn)有利于水平成長(zhǎng)速率(GR7w)與垂直成長(zhǎng)速率(GRlli)間的高比率(GR7wAiRlli)的條件。上述事實(shí)使得外延側(cè)向成長(zhǎng)的使用變得較為困難?？赡艿慕鉀Q方案之一為選擇性地控制垂直與水平成長(zhǎng)速率。在一實(shí)施例處理中，可采用具(110)晶面的基板，例如為(110)晶面的硅?？稍谏鲜龌逯铣练e一絕緣物并圖案化之。例如，在傳導(dǎo)給垂直成長(zhǎng)和水平成長(zhǎng)的成長(zhǎng)條件下成長(zhǎng)鍺(Ge)或III-V 族立方材料。接著，將參數(shù)切換為允許在<110>方向上幾乎無成長(zhǎng)但是在垂直于<110>方向的方向(如<111>方向)上有顯著成長(zhǎng)的成長(zhǎng)條件。請(qǐng)參照Noborisaka等人于Applied Physics Letters 86 213102(2005)以及 Noborisaka 等人于 Applied Physics Letters 87093109(2005)等文獻(xiàn)的揭示情形。在此的關(guān)鍵是使用了具(110)晶面的基板。如此便實(shí)際上允許了由高變至高GR7w/GRlli，如此較有利于外延側(cè)向成長(zhǎng)的實(shí)施。如圖4所示，本發(fā)明的實(shí)施例包括了使用深寬比捕捉與外延側(cè)向成長(zhǎng)技術(shù)形成太陽能電池。圖4顯示了應(yīng)用鍺材料的深寬比捕捉與外延側(cè)向成長(zhǎng)(GeART+ELO)以替代傳統(tǒng)多結(jié)結(jié)構(gòu)中所使用的鍺基板。在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，可在一鍺晶片上成長(zhǎng)GaAs ρ/η結(jié)以及^iGaP ρ/η結(jié)。InGaP膜層的ρ/η結(jié)具有高能隙(LSeV)且可收集最高能量的光線，而GaAs的p/ η結(jié)(1. 4eV)則具有一中階能隙且可收集中能量的光線。在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，最低能量的光線則由形成在鍺晶片的頂部上的鍺的ρ/η結(jié)所收集。當(dāng)使用鍺的深寬比捕捉與外延側(cè)向成長(zhǎng)技術(shù)(Ge ART+EL0)取代鍺晶片時(shí)，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)并不好?？赡艿膬蓚€(gè)原因如下。第一個(gè)原因是，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)所應(yīng)用的鍺電池可能太厚。鍺的熱膨脹系數(shù)(coefficient of thermal expansion, CTE)遠(yuǎn)不同于硅的熱膨脹系數(shù)CTE。鍺的成長(zhǎng)通常在成長(zhǎng)溫度中并未承受到應(yīng)力，但是在其冷卻后會(huì)承受到應(yīng)力。故當(dāng)鍺成長(zhǎng)至一過厚程度時(shí)，為了釋放應(yīng)力便可能在鍺中形成破裂(cracks)?？蓪?dǎo)致破裂的上述厚度約介于5-10微米，其確切厚度則依據(jù)成長(zhǎng)溫度而定。在傳統(tǒng)的多結(jié)結(jié)構(gòu)中所應(yīng)用的鍺電池優(yōu)選為至少20微米厚。優(yōu)選上述厚度是由于鍺的能隙(band-gap)為間接 (indirect)的，故對(duì)于光而言鍺并非為一極佳的吸收物。當(dāng)所制作的鍺電池太薄時(shí)，大多數(shù)的光線會(huì)穿透鍺電池而沒有為其所吸收，如此將降低電池效率。上述厚度的需求亦基于電流匹配(current matching)特性，即當(dāng)鍺電池太薄時(shí)，在電池底部所產(chǎn)生的電流可能低于其頂部處所產(chǎn)生的電流，進(jìn)而降低了串連裝置內(nèi)的電流與其效率。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)可能無法施行鍺的深寬比捕捉與外延側(cè)向成長(zhǎng)技術(shù)的第二理由是由于這種結(jié)構(gòu)中位于鍺與硅基板之間的高電阻值。電流可能僅能通過連結(jié)于鍺與硅之間的窄的溝槽而在鍺與硅之間流通。而形成溝槽的氧化物阻擋了在其他路徑中的電流傳導(dǎo)情形。如此高電阻值將降低太陽能電池的效率。圖fe與圖恥則描述了用于解決上述問題的可能方法。如圖fe中所示，可在使用鍺的深寬比捕捉與外延側(cè)向成長(zhǎng)技術(shù)的一鍺基板上成長(zhǎng)一反向型太陽能電池(inverse solar cell)。首先成長(zhǎng)高能隙的hGaP，接著成長(zhǎng)GaAs，且接著成長(zhǎng)hGaAs。在GaAs與 InGaAs之間可使用一 feilnP緩沖層以調(diào)和GaAs與MGaAs間的晶格常數(shù)的差異。InGaAs材質(zhì)的太陽能電池可具有極薄厚度，通常為2微米，由于InGaAs為直接能隙半導(dǎo)體，因此該太陽能電池可有效地吸收光線。在電池成長(zhǎng)完畢之后，可反置此晶片且將之接合至導(dǎo)電的一握持晶片(handle wafer)。接著可通過選擇性蝕刻移除使用鍺的深寬比捕捉與外延側(cè)向成長(zhǎng)技術(shù)的鍺基板。由于欲移除的硅基板遠(yuǎn)厚于不欲移除的化合物半導(dǎo)體太陽能電池部分， 故優(yōu)選非常精確地完成上述選擇性蝕刻。此選擇性蝕刻可通過使用如氫氧化鉀(KOH)的選擇性極佳的濕蝕刻(其可快速地蝕刻硅但卻非常緩慢地蝕刻鍺)而完成。而薄氧化物與由深寬比捕捉與外延側(cè)向成長(zhǎng)技術(shù)所形成的鍺膜層則可接著在另一步驟中移除，且在此步驟中由于這些膜層相對(duì)于化合物半導(dǎo)體太陽能電池來說并不厚，故其挑戰(zhàn)性并不高。參照?qǐng)D恥的顯示情形，在反向型太陽能電池方法中可極佳地解決前述兩個(gè)問題。 可吸收低能量光線的InGaAs太陽能電池夠薄，故可成長(zhǎng)于使用鍺的深寬比捕捉與外延側(cè)向成長(zhǎng)技術(shù)的鍺基板上而不會(huì)造成破裂情形。而握持晶片則提供了用于太陽能電池電流的一低電阻值路徑。
權(quán)利要求
1.一種形成結(jié)構(gòu)的方法，包括在設(shè)置于一基板上的一掩模層中形成一第一開口，其中該基板包括一第一半導(dǎo)體材料；在該第一開口內(nèi)形成包括晶格失配于該第一半導(dǎo)體材料的一第二半導(dǎo)體材料的一第一膜層，該第一膜層具有足夠延伸至高于該掩模層的一頂面的一厚度；以及在該第一膜層之上以及該掩模層的至少一部分上形成包括該第二半導(dǎo)體材料的一第二膜層，其中該第一膜層的垂直成長(zhǎng)速率高于該第一膜層的一側(cè)向成長(zhǎng)速率，而該第二膜層的一側(cè)向成長(zhǎng)速率高于該第二膜層的一垂直成長(zhǎng)速率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在形成該第一膜層之前，在該掩模層中形成一第二開口 ； 在形成該第二膜層之前，在該第二開口內(nèi)形成該第一膜層；以及在該第二膜層之上形成包括該第二半導(dǎo)體材料的一第三膜層， 其中該第三膜層接合在該第一開口與該第二開口之間。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在該第一開口內(nèi)捕捉該第一膜層中的差排缺陷。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中通過在形成該第一膜層時(shí)摻雜該第一膜層而增加該第一膜層的該垂直成長(zhǎng)速率。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中通過在形成該第一膜層時(shí)摻雜該第一膜層而降低該第一膜層的側(cè)向成長(zhǎng)速率。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中通過在形成該第一膜層時(shí)調(diào)整用于該第一膜層的一頂面上形成晶面的成長(zhǎng)參數(shù)而降低該第一膜層的該側(cè)向成長(zhǎng)速率。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其中降低該第二膜層的該垂直成長(zhǎng)速率包括在形成該第二膜層時(shí)摻雜該第二膜層。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中降低該第二膜層的該垂直成長(zhǎng)速率包括在形成該第二膜層時(shí)摻雜該第二膜層以在該第二膜層內(nèi)形成第一類型的晶面并抑制在該第二膜層內(nèi)一第二類型的晶面的形成。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其中增加該第二膜層的側(cè)向成長(zhǎng)速率包括在形成該第二膜層時(shí)摻雜該第二膜層。
10.如權(quán)利要求2所述的方法，其中通過在形成該第三膜層時(shí)摻雜該第三膜層促進(jìn)該第三膜層的接合。
11.如權(quán)利要求2所述的方法，其中通過在形成該第三膜層時(shí)摻雜該第三膜層促進(jìn)該第一開口與該第二開口之間的該第三膜層的接合。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中摻雜該第三膜層減緩了該第三膜層內(nèi)的晶面成長(zhǎng)且降低了在第三膜層內(nèi)的堆疊錯(cuò)誤的形成。
13.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該第二半導(dǎo)體材料包括鍺。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該第二半導(dǎo)體材料包括ρ型摻質(zhì)。
15.如權(quán)利要求2所述的方法，其中形成至少該第一、第二或第三膜層其中之一包括外延成長(zhǎng)。
16.如權(quán)利要求2所述的方法，其中形成該第一膜層包括使用四氯化鍺作為一前趨物。
17.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括在形成該第三膜層后移除該第三膜層的一頂部以移除缺陷。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括在該頂部移除之后形成一光電裝置在該第三膜層之上。
19.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該第一膜層的一頂部定義了與該基板的一頂面不平行的一晶面。
20.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該第三膜層為自我平坦化。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中通過主要地在一(100)方向上成長(zhǎng)該第三膜層而自我平坦化該第三膜層。
22.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括在該第三膜層的頂部形成一第四膜層，該第四膜層包括一第三半導(dǎo)體材料； 在該第四膜層的頂部形成一第五膜層，該第五膜層包括一第四半導(dǎo)體材料； 接合該第五膜層與一握持晶片；以及移除該基板。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該第三半導(dǎo)體材料與該第四半導(dǎo)體材料分別包括 III-V族材料。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該基板包括硅。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該握持晶片包括金屬。
26.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該第三半導(dǎo)體材料的能隙高于該第四半導(dǎo)體材料的能隙。
27.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該結(jié)構(gòu)包括一多結(jié)光電電池。
28.一種形成結(jié)構(gòu)的方法，包括在設(shè)置于一基板上的一掩模層中形成具有一寬度W1的一開口，該基板包括一第一半導(dǎo)體材料；在該開口內(nèi)形成包括晶格失配于該第一半導(dǎo)體材料的一第二半導(dǎo)體材料的一第一膜層，該第一膜層垂直延伸至高于該掩模層的一頂面且側(cè)向延伸至大于該寬度W1的一寬度W2 ；移除該第一膜層的一部分，而該第一膜層的一剩余部分具有高于鄰近于該開口的該基板的一第一區(qū)的一厚度、；在該第一膜層上形成包括該第二半導(dǎo)體材料的一第二膜層，該第二膜層側(cè)向延伸至大于該寬度W2的一寬度W3 ；以及移除該第二膜層的一部分，該第二膜層的一剩余部分具有高于鄰近于該開口的該基板的一第二區(qū)的一厚度、。
29.如權(quán)利要求觀所述的方法，其中、等于t2。
30.如權(quán)利要求觀所述的方法，其中移除該第一膜層的該部分包括至少蝕刻或化學(xué)機(jī)械研磨其中之一。
31.如權(quán)利要求觀所述的方法，其中形成該第一膜層與移除該第一膜層的該部分的步驟在不同機(jī)臺(tái)中所實(shí)施。
32.如權(quán)利要求28所述的方法，其中形成該第一膜層與移除該第一膜層的該部分的步驟在同一機(jī)臺(tái)中所實(shí)施。
33.如權(quán)利要求觀所述的方法，其中在該開口內(nèi)捕捉該第二半導(dǎo)體材料中的差排缺陷。
34.如權(quán)利要求觀所述的方法，其中高于該基板的該表面的該第一膜層的一部分大體不具有差排缺陷。
35.如權(quán)利要求觀所述的方法，其中該第二半導(dǎo)體材料的一垂直成長(zhǎng)速率大于該第二半導(dǎo)體材料的一側(cè)向成長(zhǎng)速率。
36.如權(quán)利要求觀所述的方法，其中該開口的一側(cè)壁包括一介電材料。
37.如權(quán)利要求觀所述的方法，其中形成至少該第一膜層與該第二膜層其中之一為使用外延成長(zhǎng)。
38.如權(quán)利要求觀所述的方法，還包括使用四氯化鍺作為一前趨物以形成該第一膜層。
39.如權(quán)利要求觀所述的方法，還包括在形成該第二膜層之后移除該第二膜層的頂部。
40.如權(quán)利要求觀所述的方法，還包括在該第二膜層上形成一光電裝置。
41.如權(quán)利要求觀所述的方法，其中該第一膜層的一頂部定義了與該基板的一頂面不平行的一晶面。
42.如權(quán)利要求觀所述的方法，其中該第二膜層為自我平坦化。
43.如權(quán)利要求43所述的方法，其中通過主要地依照(100)方向成長(zhǎng)該第二膜層而自我平坦化該第二膜層。
44.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括在該第二膜層的頂部形成一第三膜層，該第三膜層包括一第三半導(dǎo)體材料； 在該第三膜層的頂部形成一第四膜層，該第四膜層包括一第四半導(dǎo)體材料； 接合該第四膜層與一握持晶片；以及移除該基板。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于通過使用深寬比捕捉(ART)與外延側(cè)向成長(zhǎng)(ELO)技術(shù)在包括如晶格失配材料的基板上形成如太陽能電池的裝置的方法與結(jié)構(gòu)。一般地，在一第一方面中，本發(fā)明的實(shí)施例可包括一種形成結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括在設(shè)置于包括一第一半導(dǎo)體材料的一基板上方的一掩模層內(nèi)形成一第一開口。在該第一開口內(nèi)形成包括晶格失配于該第一半導(dǎo)體材料的一第二半導(dǎo)體材料的一第一膜層。該第一膜層具有足夠延伸至高于該掩模層的一頂面的一厚度。在該第一膜層上以及該掩模層的至少一部分上方形成包括該第二半導(dǎo)體材料的一第二膜層。該第一膜層的垂直成長(zhǎng)速率高于該第一膜層的一側(cè)向成長(zhǎng)速率，而該第二膜層的一側(cè)向成長(zhǎng)速率高于該第二膜層的一垂直成長(zhǎng)速率。
文檔編號(hào)H01L21/20GK102160145SQ200980136547
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者安東尼·羅特費(fèi)爾德, 樸志洙, 李繼忠, 珍妮佛·海翠克, 白杰, 詹姆斯·費(fèi)蘭札, 陳志源 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司