專利名稱：用于半導體基板的剝落的制作方法
技術領域：
本發(fā)明針對使用應力誘發(fā)性基板剝落(spalling)的半導體基板工藝。
背景技術：
基于半導體的太陽能電池其大部分成本可能在于生產在其上建立該太陽能電池的半導體基板層的成本。除了與基板材料分尚和提純相關的能源成本外，存在相當聞的關于該基板材料錠的生長的成本。為形成基板層，該基板錠可用鋸切割以將該層自錠分離。在該切割的過程中，該半導體基板材料的一部分可能會因為鋸口而損失。

發(fā)明內容
在一方面，一種自半導體基板錠剝落層的方法包含在該半導體基板錠上形成金屬層，其中在該金屬層內的拉伸應力被配置為造成該錠內的開裂；并且在該開裂處自該錠上移除該層。在一方面，一種自半導體基板錠剝落層的系統(tǒng)包含形成金屬層在該半導體基板錠上，其中在該金屬層內的拉伸應力被配置為造成該錠內的開裂，并且其中該層被配置為在該開裂處自該錠移除。額外特征通過本示范性實施例的技術而實現(xiàn)。其它實施例在此處詳細描述并視為申請專利范圍的一部分。為更能理解該示范性實施例的特征，參考實施方式及圖標。


現(xiàn)在參考附圖，其中相同的部件在各附圖中被相同地編號圖I說明了用于剝落半導體基板錠的方法的實施例。圖2說明具有籽晶層的半導體基板錠的實施例。圖3說明具有粘著層的半導體基板錠的實施例。圖4說明在半導體基板錠上形成受應力金屬層的系統(tǒng)的實施例。圖5說明具有受應力金屬層的半導體基板錠的實施例。圖6說明半導體基板錠的剝落層的實施例。圖7說明半導體基板錠的剝落層的實施例的俯視圖。
具體實施方式
本發(fā)明通過以下詳細討論的示范性實施例提供剝落半導體基板的系統(tǒng)及方法的實施例。受拉伸應力的金屬層或金屬合金層可形成于半導體材料錠的表面上，以通過稱為剝落的工藝以誘發(fā)在該錠內的開裂。具有受控厚度的半導體基板層可在無切口損失的情況下于該開裂處自該錠分離。受應力的金屬層可由電鍍或無電極電鍍形成。可使用剝落以成本有效地形成用于任意半導體制造應用中的半導體基板層，例如用于光伏(photovoltaic,PV)電池的相對薄的半導體基板晶圓，或是用于混頻信號、射頻或是微機電(MEMS)應用的相對厚的絕緣層上半導體。圖I說明剝落半導體基板錠的方法100的實施例。參照圖2至圖7討論圖I。在某些實施例中，包含錠的半導體材料可包含鍺(Ge)或單晶或多晶硅(Si)，并且可為η型或是P型。對η型半導體材料，塊101是可選的。在塊101，以在即將被剝落的半導體材料錠201的表面上形成籽晶層202來預先處理該錠的表面，如圖2所示。由于直接在P型材料上電鍍是困難的(這是因為當P型錠201受到相對于電鍍液的負偏壓時可能形成表面耗盡 層)，因此該籽晶層202為P型半導體材料(其中空穴是多數(shù)載流子)的錠201所必需的。該籽晶層202可包含單層或多層，且可包含任何適當?shù)牟牧?。在一些實施例中，該籽晶?02可包含鈀(Pd)，其可通過浸泡在包含鈀溶液的浴槽里以涂敷到錠201。在其它實施例中，其中該錠201包含硅，該籽晶層202的形成可包含在錠201上形成鈦(Ti)層，且在該鈦層上形成銀(Ag)層。該鈦與銀層可以都小于約20奈米(nm)厚。鈦可在低溫下對硅形成良好粘著接合，且銀表面在電鍍期間抗氧化。該籽晶層202可以任何適當?shù)姆椒ㄐ纬?，包含但不局限于無電極電鍍、蒸發(fā)、濺射、化學表面制備、物理汽相沉積(PVD)或是化學汽相沉積(CVD)。在一些實施例中該籽晶層202可以在形成后進行退火處理。在塊102，金屬的粘著層301形成于該錠201上。對于包括p型錠201的實施例，該粘著層301是可選的，且如圖3所示形成在籽晶層202上。對于包括η型錠201的實施例，粘著層直接形成于該錠201上，且沒有籽晶層202。該粘著層301可以包含金屬，包含但不局限于鎳(Ni)，且可以電鍍或任何其它適當?shù)墓に囆纬?。在一些實施例中粘著?01可以小于IOOnm厚?？稍谠撜持鴮?01的形成之后進行退火以提升在金屬粘著層301、籽晶層202 (對于P型半導體材料)以及半導體錠201之間的粘著。退火使粘著層301與半導體材料201反應。退火可以在相對低溫下進行，在一些實施例中低于500°C。在一些實施例中可于退火工藝使用感應加熱，其允許加熱金屬粘著層301而不加熱錠201。在塊103，電鍍(或電化學鍍)通過將包括粘著層301的錠201的表面浸泡于電鍍槽401而進行，且將相對于電鍍槽401的負偏壓402施加到錠201，如圖4所示。該電鍍槽401可包括任何在無論是自動催化(無電極電鍍)或者在施加外部偏壓402時，都能夠在錠201上沉積受應力的金屬層501 (如圖5所示)的化學溶液。在示范性實施例中，電鍍槽401包含300克/升(g/Ι)的NiCl2水溶液以及25克/升硼酸。在一些實施例中該電鍍槽溫度可以介于0°C到100°C之間，而在一些示范性實施例中可以介于10°C到60°C之間。錠201中的電鍍電流在電鍍期間可變化；然而，在一些實施例中該電鍍電流可以在大約50mA/cm2，產生約I微米/分鐘的沉積速率。電鍍前，如果粘著層301上形成有任何氧化層，這些氧化物層可以化學地被移除。例如，經(jīng)稀釋的HCl溶液可用于自包括鎳的粘著層301移除氧化層。
電鍍導致受應力的金屬層501形成于粘著層301上,如圖5所示。圖5顯示包括P型半導體材料錠201的實施例，其具有籽晶層202。如果該錠201包括η型半導體材料，則籽晶層202不存在。在一些實施例中該受應力的金屬層501可以介于I到50微米厚，及在一些示范性實施例中介于4到15微米厚。在一些實施例中金屬層501內包含的拉伸應力大于約100百萬帕斯卡(MPa)。在塊104，半導體層601通過在開裂603處的剝落與錠201分離，如圖6所示。圖6顯示包括P型半導體材料錠201的實施例，其具有籽晶層202。如果錠201包括η型半導體材料，則籽晶層202不存在。剝落可以配 合具有任何晶體取向的錠201使用；然而，如果開裂603取向為沿著包括錠201的材料的自然分裂平面(硅和鍺為〈111 ，則可以在粗糙度及厚度均勻性方面改良開裂603。剝落可能是受控制的或自發(fā)的。在受控制的剝落(如圖6所示)，處理層602涂敷到金屬層501，且用來誘發(fā)在錠201內的開裂以自該錠201沿著開裂603移除該半導體層601。該處理層602可以包括彈性粘著劑，其在一些實施例中可溶于水。使用剛性材料用于處理層602可能使開裂的剝落模式無法實行。因此，在一些實施例中該處理層602可進一步包括具有曲率半徑小于五米的材料，及在一些示范性實施例中小于I米。在自發(fā)性剝落時，包含在受應力金屬層501內的應力致使半導體層601及該受應力金屬層501在開裂處自該錠201自發(fā)地分離它們本身，無需使用處理層602。加熱該受應力金屬501可使受控剝落變?yōu)樽园l(fā)剝落。加熱趨于增加在受應力金屬501內的拉伸應力，且可以引發(fā)自發(fā)性剝落。加熱可在任何適當方式下施行，包含但不局限于燈、激光、電阻或是感應加熱。圖7說明在底層602上的半導體層601的實施例的俯視圖。取決于半導體層601將用于何種應用，可移除該處理層602，且可蝕刻去除受應力金屬層501、粘著層301及籽晶層202 (在P型錠201的實例中)。半導體層601可以具有任何需要的厚度，且可以用于任何需要的應用。在一些實施例中半導體層601可包括單晶或多晶硅。在塊105，可使用錠201重復塊101至104。由于沒有切口損失，該錠201的各層可以相對少的耗損自錠201被移除，使得可從單個錠形成的半導體材料的層數(shù)最大化。示范性實施例的技術效果及效益包含減少在半導體制造中的損耗。此處所使用的術語僅以描述特殊實施例為目的而不是為本發(fā)明設限。本文中所使用單數(shù)形式的「一個」、「一種」及「該」意欲包含復數(shù)形式，除非內容清楚地另有所指。在此將進一步了解使用于此說明書的術語「包含」及/或「包括」具體指出所陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、組件及/或組件的存在，但其中并不排除存在或增設或多個的其它特征、整數(shù)、步驟、操作、組件、組件及/或其群組。相應的結構、材料、行為及切方法或步驟的同等物加上在以下申請專利范圍內的功能組件意欲包含任何執(zhí)行結合其它具體主張的組件的功能的的結構、材料或行為。本發(fā)明的描述已以圖標及描述為目的提交，但并非詳盡無遺或是為說明書內的本發(fā)明設限。在不偏離本發(fā)明范疇及精神下，許多修改及變化對本領域技術人員將是顯而易見的。選擇并描述該實施例是為本發(fā)明以及實際應用的原理作最佳解釋，且使得其它本領域技術人員以了解本發(fā)明的各種修改的各種實施例系適合所考慮的特定用途。
工業(yè)實用性
本發(fā)明在制造半導體基板方面是有效的。
權利要求
1.一種從半導體基板的錠(201)剝落層(601)的方法，所述方法包括 在所述半導體基板的錠(201)上形成金屬層(501)，其中所述金屬層中的拉伸應力被配置為造成在所述錠內的開裂(603);以及 在所述開裂處自所述錠(201)移除所述層(601)。
2.如權利要求I的方法，其中所述金屬層(501)包括鎳Ni。
3.如權利要求I的方法，其中形成所述金屬層(501)包括電鍍。
4.如權利要求I的方法，其進一步包括在形成所述金屬層(501)之前在所述錠(201)上形成籽晶層(202)。
5.如權利要求4的方法，其中所述籽晶層(202)包括鈀Pd。
6.如權利要求4的方法，其中所述半導體基板包括硅，及所述籽晶層(202)包括銀Ag層下的鈦Ti層。
7.如權利要求I的方法，其進一步包括在形成所述金屬層(501)之前形成粘著層(301 )，其中所述粘著層包括鎳Ni。
8.如權利要求7的方法，其進一步包括在低于約500°C的溫度將所述粘著層(301)退火。
9.如權利要求I的方法，其中在所述開裂(603)處自所述錠(201)移除所述半導體基板的所述層(601)包括將處理層(602 )粘著至所述金屬層(501)。
10.如權利要求9的方法，其中所述處理層(602)具有小于5米的曲率半徑。
11.如權利要求I的方法，其中所述金屬層(501)的厚度小于50微米。
12.如權利要求I的方法，其中所述金屬層(501)中的拉伸應力大于約100百萬帕斯卡。
13.一種自半導體基板的錠(201)剝落層(601)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 形成于所述半導體基板的錠(201)上的金屬層(501)，其中在所述金屬層內的拉伸應力被配置為造成在所述錠內的開裂(603)，且其中所述層(601)被配置為在所述開裂處自所述錠被移除。
14.如權利要求13的系統(tǒng)，其中所述金屬層(501)包括鎳Ni。
15.如權利要求13的系統(tǒng)，其進一步包括形成于所述錠(201)上的籽晶層(202)，其中所述半導體基板包括P型半導體基板。
16.如權利要求13的系統(tǒng)，其進一步包括形成于所述金屬層(501)下的粘著層(301)，其中所述粘著層包括鎳Ni。
17.如權利要求13的系統(tǒng)，其進一步包括粘著至所述金屬層(501)的處理層(602)。
18.如權利要求16的系統(tǒng)，其中所述處理層(602)具有小于5米的曲率半徑。
19.如權利要求13的系統(tǒng)，其中所述金屬層(501)的厚度小于50微米。
20.如權利要求13的系統(tǒng)，其中所述金屬層(501)中的拉伸應力大于約100百萬帕斯卡。
全文摘要
一種自半導體基板的錠剝落層的方法，其包含在該半導體基板的錠上形成金屬層，其中在該金屬層中的拉伸應力被配置為造成該錠內的開裂；并且在該開裂處自該錠移除該層。一種自半導體基板的錠剝落層的系統(tǒng)，其包含在該半導體基板的錠上形成金屬層，其中在該金屬層中的拉伸應力被配置為造成該錠內的開裂，且其中該層被配置為在該開裂處自該錠移除。
文檔編號H01L21/304GK102834901SQ201180005693
公開日2012年12月19日 申請日期2011年2月16日 優(yōu)先權日2010年2月26日
發(fā)明者S·W·比戴爾, K·E·弗蓋爾, P·A·勞洛, D·薩達納, D·沙杰地 申請人:國際商業(yè)機器公司