專利名稱：用于生長垂直排列的線陣列的晶片的再利用方法
用于生長垂直排列的線陣列的晶片的再利用方法 相關(guān)申請的交叉引用 本申請涉及并要求了下面屬于同一受讓人的未決且共同被轉(zhuǎn)讓的美國專利
申請的權(quán)益美國專利申請第61/127,437號，其標題為〃 Regrowthof Silicon Rod
Arrays"并于2008年5月13日提交；以及美國專利申請第60/966， 432號，其標題
為"Polymer-embedded Semiconductor Rod Arrays"并于2007年8月28日提交；這些
申請的全部內(nèi)容通過引用而被并入此處。對聯(lián)邦政府贊助的研究或開發(fā)的聲明根據(jù)由DOE給予的批準號DE-FG02-03ER15483，美國政府在這個發(fā)明中擁有某些權(quán)利。 背景
1.領(lǐng)域 本公開涉及在襯底上制造半導體結(jié)構(gòu)。更具體地說，本公開描述了用于在襯底上
生長半導體結(jié)構(gòu)和再利用所述襯底的方法。 2.相關(guān)技術(shù)描述 下面共同被轉(zhuǎn)讓的未決的申請描述了垂直排列的硅線陣列在襯底上的生長 美國專利申請第60/961， 170號，其標題為"Fabrication of WireArray Samples and Controls"并于2007年7月19日提交；美國專利申請第60/961， 169號，其標題為〃 Growth of Vertically Aligned Si Wire Arrays OverLarge Areas ( > lcm2)with Au and Cu Catalysts"并于2007年7月19日提交。這些生長高質(zhì)量、垂直排列的硅線陣列的方法可 能要求昂貴的、單晶硅(111)晶片用作襯底。這可能會阻礙這些線陣列用作傳統(tǒng)平面結(jié)太 陽能電池的更廉價的替換物的部分。
概述 下面未決的且共同被轉(zhuǎn)讓的專利申請描述了用于將在襯底上生長的半 導體結(jié)構(gòu)封入粘合劑材料層中的方法美國專利申請第60/966,432號，其標題 為"Polymer-embedded Semiconductor Rod Arrays"并于2007年8月28日提交。本發(fā) 明的實施方式允許嵌入粘合劑材料層中的半導體結(jié)構(gòu)從襯底上分離，且之后再利用所述襯 底以便于生長另外的半導體結(jié)構(gòu)。通過再利用襯底，在整個工藝中可減少晶片的費用。
本發(fā)明的一個實施方式是一種用于制造半導體結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括步驟(a) 在襯底上制造半導體結(jié)構(gòu)；(b)將所制造的半導體結(jié)構(gòu)封入粘合劑材料基體中；(c)將所制 造的半導體結(jié)構(gòu)從襯底上釋放；以及(d)通過重復步驟(a)到(c)來再利用所述襯底以制 造另外的半導體結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的另一個實施方式是一種用于制造一組硅線陣列的方法，該方法包括以下 步驟使用沉積在硅晶片上的圖案化的氧化物層在單晶硅晶片上生長硅線陣列；將所生長 的硅線陣列轉(zhuǎn)移到粘合劑材料基體；將粘合劑材料殘留物和線陣列殘余物從所述硅晶片上 移除；以及通過重復生長硅線陣列、將所生長的硅線陣列轉(zhuǎn)移到粘合劑材料基體以及移除 粘合劑材料殘留物和線陣列殘余物的步驟來再利用所述硅晶片以便制造另外的硅線陣列。
本發(fā)明的另一個實施方式是一種再利用用于半導體結(jié)構(gòu)制造的襯底的方法，該方法包括使用沉積在襯底上的圖案化的氧化物層在襯底上生長半導體結(jié)構(gòu)，其中所述圖案 化的氧化物層接受催化劑金屬到所述圖案化氧化物層的開口中的沉積，以支持半導體結(jié)構(gòu) 的生長；將所生長的半導體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到粘合劑材料基體；將粘合劑材料殘留物和半導體結(jié) 構(gòu)殘余物從所述襯底上移除；以及通過重復生長半導體結(jié)構(gòu)、將所生長的半導體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移 到粘合劑材料基體以及移除粘合劑材料殘留物和半導體結(jié)構(gòu)殘余物的步驟來再利用所述 襯底以制造另外的半導體結(jié)構(gòu)。 以上簡要描述或下面更詳細描述的示例性實施方式的描述并沒有限制的目的。
附圖的多個視圖的簡述

圖1A到1G圖解了用于在硅襯底上生長垂直排列的硅線陣列的步驟。 圖2A到2C圖解了用于從襯底上嵌入和移除半導體結(jié)構(gòu)的步驟。 圖3A到3C圖解了半導體結(jié)構(gòu)未被完全封入時，用于從襯底上嵌入和移除半導體
結(jié)構(gòu)的步驟。 圖4A到4F是顯示了一種再利用用于半導體結(jié)構(gòu)生長的襯底的方法的各種步驟的 結(jié)果的SEM圖像。 圖5A到5D顯示了通過再利用用于線陣列生長的硅晶片的方法的四代而獲得的線 陣列的SEM圖像。 圖6顯示了從已經(jīng)被機械拋光且然后被熱氧化的硅(111)晶片上生長的硅線陣列 的傾斜觀看的SEM圖像。
詳述 在本說明書中，除非另有指明，術(shù)語"線"、"棒"、"須"、和"柱"以及其他相似的術(shù)語 可以被同義地使用。 一般來說，這些術(shù)語指的是擁有長度和寬度的細長結(jié)構(gòu)，這里的長度是 由結(jié)構(gòu)的最長軸來定義的，而寬度是由一般垂直于結(jié)構(gòu)最長軸的軸定義的。術(shù)語'長寬比' 指的是結(jié)構(gòu)的長度與其寬度的比率。因此，細長結(jié)構(gòu)的長寬比將會大于1。除非另有指明，術(shù) 語"球"、"球體"、"圓塊"和其他相似術(shù)語可以被同義地使用。 一般來說，這些術(shù)語所指的是
一些結(jié)構(gòu)，其寬度是由結(jié)構(gòu)的最長軸定義的，并且其長度是由一般垂直于寬度的軸定義的。 因此，這樣的結(jié)構(gòu)的長寬比一般是1或者小于1。另外，關(guān)于線、棒、須、柱等等的術(shù)語"垂直 的"一般指的是擁有長度方向的結(jié)構(gòu)，該長度方向是從水平線上被有所提升的。術(shù)語"垂直 排列"一般指的是從水平線上被提升的結(jié)構(gòu)或一些結(jié)構(gòu)的排列或取向。這樣的結(jié)構(gòu)或一些 結(jié)構(gòu)不必完全地垂直于水平線以被認為擁有垂直排列。除非另有指明，術(shù)語"陣列"一般指 的是在一范圍里分布且被間隔開的數(shù)個結(jié)構(gòu)。陣列里的結(jié)構(gòu)不必全部擁有相同的取向。術(shù) 語"垂直排列的陣列"或"垂直取向的陣列"一般指的是結(jié)構(gòu)陣列，這里該結(jié)構(gòu)擁有從水平取 向提升至完全與水平取向相垂直的取向，但是陣列里的這些結(jié)構(gòu)可能或可能不具有關(guān)于水 平線全部一樣的取向。術(shù)語"有序的"一般指的是在指定的或預先確定的圖案中的元件的布 局，這里這些元件相互之間擁有明確的空間關(guān)系。因此，術(shù)語"有序的陣列"一般指的是在 相互之間具有明確的、指定的或預先確定的空間關(guān)系的分布在一范圍里的結(jié)構(gòu)。例如，在有 序的陣列里的空間關(guān)系可以是這樣的，即這些結(jié)構(gòu)相互之間以大致相等的距離間隔開。其 他有序的陣列可以使用變化的、但被指定的或預先確定的間距。 在此說明書中，除非另有指明，術(shù)語"半導體"一般用來指包括擁有半導體性質(zhì)的 材料的元件、結(jié)構(gòu)或者設(shè)備等。這樣的材料包括但不限于來自元素周期表第IV族的元素；包括了來自元素周期表第IV族的元素的材料；包括了來自元素周期表第III族和第V族的 元素的材料；包括了來自元素周期表第II族和第VI族的元素的材料；包括了來自元素周 期表第I族和第VII族的元素的材料；包括了來自元素周期表第IV族和第VI族的元素的 材料；包括了來自元素周期表第V族和第VI族的元素的材料；以及包括了來自元素周期表 第II族和第V族的元素的材料。具有半導體性質(zhì)的其他材料可以包括分層的半導體、金 屬合金、混雜的氧化物、一些有機材料以及一些磁性材料。術(shù)語"半導體結(jié)構(gòu)"指的是至少 部分地由半導體材料所組成的結(jié)構(gòu)。半導體結(jié)構(gòu)可以要么包括摻雜材料，要么包括非摻雜 材料。 如所指明的，在襯底上制造半導體結(jié)構(gòu)的方法可能要求昂貴的、單晶硅(111)晶 片用作襯底。這阻礙了這些結(jié)構(gòu)用作更廉價的替換物的部分以用于復雜的半導體設(shè)備如太 陽能電池，而被用于替代傳統(tǒng)的平面結(jié)太陽能電池。然而，通過將襯底從半導體結(jié)構(gòu)分離以 及再利用該襯底用于隨后的半導體結(jié)構(gòu)制造，可在整個工藝中減少晶片的費用。本公開描 述了從給定的硅(111)晶片上制造多個的、高質(zhì)量的半導體結(jié)構(gòu)。作為例子，描述了從硅晶 片襯底上制造垂直排列的硅線陣列。在將它從襯底上移除之前，線陣列被嵌入聚合物中以 維持其垂直排列的結(jié)構(gòu)。然后，用來控制線維度的氧化物模板由選擇性的蝕刻步驟來恢復， 且金屬催化劑被電沉積回模板孔中以使得新的線陣列生長。此工序重復幾次之后，通過拋 光和熱氧化可形成新的模板，以使得循環(huán)能夠繼續(xù)。 本發(fā)明的實施方式可使用各種用于制造半導體結(jié)構(gòu)的方法。下面即將討論的是使 用V-L-S生長技術(shù)制造半導體結(jié)構(gòu)。然而，半導體結(jié)構(gòu)可沉積在襯底上，其中的一個示例在 下面呈現(xiàn)。半導體結(jié)構(gòu)還可從襯底上蝕刻，其中的一個示例也在下面呈現(xiàn)。通過蝕刻襯底 制造的半導體結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的實施方式對再利用襯底提供的機會較少，因為在制造和再利 用過程中，襯底在某種程度上被用光。然而，這種自頂向下的制造技術(shù)在本發(fā)明的實施方式 的范圍之內(nèi)。 圖1A-1G圖解了用于使用氣_液_固(VLS)生長工藝生長半導體結(jié)構(gòu)的工藝。圖 1A-1G具體圖解了硅線陣列的生長。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，也可使用生長半導體結(jié)構(gòu)的其 他技術(shù)。因此，本發(fā)明的實施方式不限于這里所公開或所描述的半導體結(jié)構(gòu)制造技術(shù)。
硅〈111〉晶片可用作從其上生長半導體結(jié)構(gòu)的材料。晶片的所有或部分可被摻 雜。例如可使用簡并摻雜的N型硅晶片。如圖1A中所示，表面氧化物層20在晶片10上熱 生長。表面氧化物層可生長到285nm、300m或其他厚度的厚度。氧化物層20還可經(jīng)由化學 氣相沉積(CVD)或本領(lǐng)域已知的其他方法來沉積。 如圖1B中所示，施加光致抗蝕劑(photoresist)層30。光致抗蝕劑層可以包括 來自MicroChem Corp. (Newton， MA， USA)的S1813光致抗蝕劑，或者其他的光致抗蝕劑材 料。然后，光致抗蝕劑層30暴露于所期望的陣列圖案，并且用顯影劑顯影以形成如圖1C中 所示的抗蝕劑層(resist layer)30中的所期望圖案的孔35。顯影劑可以包括MF-319或 本領(lǐng)域里已知的其他顯影劑。然后，如圖1D中所示，圖案化的抗蝕劑層30被用來蝕刻硅晶 片10上的氧化物層20。對氧化物層的蝕刻可以通過使用氫氟酸組成，比如來自Transene Company, Inc. (Danvers， MA， USA)的HF緩沖溶液(9% HF， 32% NH4F)來實現(xiàn)。在本領(lǐng)域中 已知的其他蝕刻技術(shù)也可以被用來蝕刻氧化物層20。蝕刻的結(jié)果將是如圖1D所示的在氧 化物層中的孔37的圖案。
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然后如圖IE所示，生長催化劑50被熱蒸發(fā)到抗蝕劑層30上，并且進入氧化物層 20中的孔37里。例如，500nm的金可以被熱蒸發(fā)到抗蝕劑層30上并進入孔37里。也可使 用其他催化劑，例如但不限于，銅、鉬或鎳。然后執(zhí)行對光致抗蝕劑30的剝離，留下如圖IF 中所示的催化劑島狀物57，其由氧化物層20中的氧化物分離。 然后，帶有圖案化的氧化物層20和沉積的催化劑的晶片IO可以被退火。優(yōu)選地， 退火在管式爐中、在900到IOO(TC之間的溫度或者在大約105(TC的溫度下進行20分鐘，同 時通入latm，流速1000sccm(這里sccm的意思是STP下立方厘米每分鐘)的H2。然后，在 晶片10上進行線的生長。圖1G示出通過應用生長氣體在線陣列中生長線40。優(yōu)選地，線 40在大約latm的H2(1000sccm)和SiCl4(20sccm)的混合氣中生長。線40可以在850。C到 IIO(TC之間的溫度下生長20到30分鐘或用不同的生長時間、壓力、和或流速。
制造半導體結(jié)構(gòu)之后，施加粘合劑材料來封入襯底上生長的半導體結(jié)構(gòu)，并且然 后移除嵌入在粘合劑材料層中的被封入的結(jié)構(gòu)。圖2A到2C圖解了施加和移除的工藝。圖 2A示出了襯底200，其帶有在襯底上方的氧化層205且?guī)в袕囊r底200和氧化物層205突 出的半導體棒陣列210。圖2B示出了將粘合劑材料220施加到襯底200和氧化物層205以 及半導體棒陣列210的周圍。圖2C示出了當粘合劑材料220與嵌入的棒陣列210被從襯 底200和氧化物層205移除時所獲得的結(jié)構(gòu)。如上面所指明的，除半導體棒陣列以外的半 導體結(jié)構(gòu)可被嵌入粘合劑材料層中。請注意襯底200和氧化物層205的每一個都可包括一 層或多層。 粘合劑材料可包括聚二甲基硅氧烷(P匿S)聚合物。聚二甲基硅氧烷聚合物基 (base)可包括來自Dow Corning的Sylgard 184 PDMS或其他這種材料。聚合物基和固化 劑以IO : lw/w比率混合并攪拌。未固化的聚合物用二氯甲烷(1.0g/2.0mL)稀釋并滴落 涂布(drop-cast)在半導體棒陣列上，以使得優(yōu)選觀察到平滑的聚合物表面。然后，這些陣 列被允許擱置一段時間以允許二氯甲烷緩慢蒸發(fā)。13-16小時之后，PDMS仍然是發(fā)粘的，并 且通過加熱到120°C、1. 5-2. 0小時而被固化。冷卻后，使用切割設(shè)備將PDMS覆蓋層和嵌入 的棒從襯底和氧化物層移除，例如用刀片刮削氧化物層。產(chǎn)生的聚合物薄膜具有與在襯底 上所觀察的相同的次序嵌入的半導體棒陣列。 以上所描述的方法可提供電接觸到半導體棒陣列的底端(該底端先前連接至襯 底)，但是棒陣列的頂端可能被聚合物覆蓋，使得電接觸到那些頂端更加困難。在粘合劑材 料施加的可選的方法中，更薄的粘合劑材料層被施加到襯底和半導體棒陣列周圍。圖3A-3C 圖解了這種施加方法。 圖3A示出了襯底200，其帶有在襯底205上方的氧化物層205且?guī)в袕囊r底200 和氧化物層205突出的半導體棒陣列210。圖3B示出了將粘合劑材料225施加到襯底200 上方的氧化物層205的頂部表面以及半導體棒陣列210的周圍，但是施加的厚度小于棒陣 列的高度。圖3C示出了當粘合劑材料225與從粘合劑材料225突出的嵌入的棒陣列210 從襯底200和氧化物層205移除時所獲得的結(jié)構(gòu)。 在上述可選的方法中，可使用旋轉(zhuǎn)涂布法(spin casting)來施加粘合劑材料。例 如，上述聚合物基和固化劑混合物可用六甲基環(huán)三硅氧烷溶液(Alfa Aesar，97X，在二氯 甲烷中接近飽和)稀釋，其中優(yōu)選的稀釋比例可以是4份六甲基環(huán)三硅氧烷比l份聚合物 和固化劑混合物。為產(chǎn)生更薄的薄膜，低沸點的硅氧烷被添加到PDMS溶液，其用來形成聚合物/棒陣列復合物。然后，稀釋的混合物被以1000rpm旋轉(zhuǎn)涂布在棒陣列上2分鐘。旋 轉(zhuǎn)涂覆后，二氯甲烷快速蒸發(fā)，且樣本被在15(TC下固化0. 5小時。在固化步驟期間低沸點 硅氧烷顯著蒸發(fā)，產(chǎn)生20iim厚的聚合物薄膜，其中大于50^的線被暴露。固化和冷卻后， 使用切割設(shè)備再一次將PDMS覆蓋層和嵌入的棒從襯底和氧化物層移除。
圖4A是使用上述方法在襯底上生長的線陣列的SEM圖像，這里圖像的大半是具有 lOym比例尺的線陣列的自頂向下看的視圖，而插圖是具有20ym比例尺的線陣列的70° 傾斜視圖。圖4B是具有嵌入的棒陣列的移除的粘合劑材料層(圖4B中的插圖示出了70。 傾斜的圖像)的自頂向下的SEM圖像(具有與圖4A相同的比例尺)。圖4C是移除粘合劑 材料層之后留下的襯底表面(圖4C中的插圖示出了70。傾斜的圖像)的自頂向下的SEM 圖像(具有與圖4A相同的比例尺)。特別地，圖4C示出了移除粘合劑材料層和嵌入的線陣 列之后留下的線殘根和聚合物殘留物。 用于隨后的半導體生長的襯底的再利用可通過在移除粘合劑材料層之后蝕刻襯 底以移除任何半導體結(jié)構(gòu)殘余物和聚合物殘留物開始。例如，如果硅晶片已經(jīng)被用于生長 硅線陣列，KOH蝕刻可用來給用于線生長的晶片表面涂底層(prime)。蝕刻可通過將晶片浸 沒在保持8(TC、在攪拌下的4. 5M KOH(叫)蝕刻劑中90秒來實現(xiàn)。優(yōu)選地，使用光學顯微鏡 來檢查晶片以確保聚合物殘留物和線殘根已經(jīng)完全被移除。圖4D示出了 KOH蝕刻之后的 晶片的自頂向下的SEM圖像(圖4D中的插圖示出了7(T傾斜的圖像)。如果必要，晶片可 被再浸沒在蝕刻劑中直到?jīng)]有殘留物或線殘根存在。實驗表明晶片表面可通過浸沒在蝕刻 劑中120秒或更少時間而被清潔。以這種方式蝕刻應該將圖案化的氧化物層留在原地，所 述圖案化的氧化物層將被用作用于后續(xù)陣列生長的模板。 本發(fā)明的可選的實施方式可能沒有在移除粘合劑基體(binder matrix)和嵌入的 半導體結(jié)構(gòu)之后移除半導體結(jié)構(gòu)殘余物和/或聚合物殘留物的步驟。即，如果隨后的制造 步驟不要求或不受殘余物和/或殘留物的存在的影響，那么殘余物和/或殘留物可留在原 地。沒有這種蝕刻或清潔步驟可加速用于后續(xù)半導體制造的襯底的準備。
在半導體結(jié)構(gòu)殘余物和聚合物殘留物已經(jīng)被移除之后(如果需要或想要)，可再 施加催化劑金屬來促進新的半導體結(jié)構(gòu)的生長。電沉積可用于再施加催化物金屬。為開始 再施加催化劑金屬，應準備襯底以用于電沉積。例如，如果如上所述硅晶片已經(jīng)被清潔，然 后，它可能被氧化物面向下地放置，而施加HF緩沖溶液(叫)到晶片的背面5分鐘。施加HF 到晶片的背面為從晶片的那面移除任何氧化物做準備。然而，必須注意確保沒有HF接觸晶 片的氧化物面，因為那可能會毀壞已圖案化的氧化物層。 在襯底已經(jīng)為電沉積做好準備后，電接觸應該被形成以促進電沉積。在任何氧化 物已經(jīng)被從硅晶片的背面移除之后，該背面可用18MQ電阻率的H^沖洗且在^氣體流下 干燥。然后，雙面導電的銅膠帶可加到晶片的背面。通過將銅膠帶的另一面連接到玻璃管 中的銅線，以及使用固定蠟(mounting wax)密封該管和覆蓋晶片以使得只有正面的圖案化 的氧化物層被暴露，此裝配可被制成電極。然后，此電極浸蘸在10% (按體積)HF(aq)中 IO秒以移除襯底上圖案化的氧化物層中的圖案化的孔的底部的原氧化物，且然后在水中徹 底沖洗。 在支持電沉積的電接觸已經(jīng)形成且襯底最終為施加催化劑金屬做好準備之后，可 開始電沉積。如上所述在硅晶片電極已經(jīng)形成且做好準備之后，電極可隨后被立即轉(zhuǎn)移到
8催化劑金屬電沉積浴，如金電沉積浴(例如，來自Technic Inc的Orotemp 24)。如果使用 Au金屬，那么可通過在硅工作電極和鉑網(wǎng)對電極(Pt gauze counterelectrode)之間設(shè)定 0. 4到0. 8mAcm—2的恒定電流密度的暴露晶片區(qū)，并允許其恒流地(galvanostatically)進 行直到通過O. 12C cm—2的電荷，來將Au金屬沉積進入圖案化的孔中。當然，可選的實施方 式可沉積更多的或更少的金，取決于所需要生長的硅線直徑。普林斯頓應用研究模型173 電勢恒定器可用來進行電荷測量。然后，具有沉積在圖案化孔中的金屬催化劑的晶片可通 過在丙酮中徹底溶解安裝蠟而從電極裝配移除。如下面所討論的，這應該在下一組半導體 結(jié)構(gòu)生長之前完成。圖4E示出了金催化劑電沉積之后的翻新晶片的自頂向下的SEM圖像 (圖4E中的插圖示出了70。傾斜的圖像)。 在催化劑金屬沉積之后，可使用與用于第一代結(jié)構(gòu)的技術(shù)相同的技術(shù)來生長第二 代半導體結(jié)構(gòu)。返回到硅晶片的示例，上述的且在圖1A到IG圖解的V-L-S技術(shù)可被用來形 成第二組線陣列，然后，如上所述，其可被封入且被移除。圖4F示出了新的線陣列已經(jīng)被生 長之后的翻新晶片的自頂向下的SEM圖像(圖4F中的插圖示出了70。傾斜的圖像)。后 續(xù)的聚合物涂布和剝離、圖案化表面再生、金屬催化劑電沉積以及線再生長這些階段可被 重復以在同一組硅晶片上制造第三和第四代(或更多的)線陣列。圖5A-5D示出了使用上 述方法所獲得的連續(xù)的線陣列代。圖5A是第一代線陣列的自頂向下的SEM圖像(比例尺 是40ym)。圖5B是第二代線陣列的自頂向下的SEM圖像(比例尺是40iim)。圖5C是第 三代線陣列的自頂向下的SEM圖像(比例尺是40iim)。圖5D是第四代線陣列的自頂向下 的SEM圖像(比例尺是40 ii m)。請注意缺陷密度隨著連續(xù)的代而增加。
如所指明的，氧化物模板圖案的保真度可能會損壞，所以，通過機械拋光或其他技 術(shù)來移除氧化物層且為施加新的圖案化氧化物層準備襯底，襯底可另外為再利用做好準 備。例如，用于制造連續(xù)代的線陣列的硅晶片可通過對它們進行機械拋光其次是熱氧化而 準備以再次開始循環(huán)。晶片可用蠟固定到拋光卡盤上，且它的表面通過采用South Bay技術(shù) 拋光輪而變平滑。它可被先后暴露給1200粒度碳化硅紙、15ym大小的氧化鋁顆粒懸浮液、 1 P m大小的氧化鋁顆粒懸浮液和0. 3 P m大小的氧化鋁顆粒懸浮液。然后，拋光的硅晶片可 被放入管式爐中，在充分的工業(yè)級空氣的水合大氣中、在90(TC進行8小時，產(chǎn)生300-400nm 厚的表面氧化物。然后，在與用來在新晶片上生長第一代硅線的工藝條件相同的工藝條件 (如上所述和如圖1A-1G所示)下，硅晶片可被光刻圖案化以形成所需要的陣列圖案(可使 用其他圖案化技術(shù))，被覆蓋在蒸發(fā)的催化劑層中，經(jīng)受剝離以及被放入反應器中。然后，如 上所述，此翻新的硅晶片可被用來形成其他代的線陣列。圖6示出了從已經(jīng)被機械拋光且 然后被熱氧化的硅(111)晶片生長的硅線陣列的傾斜觀看的SEM圖像。比例尺是40ym。
如上面所指明的，其他方法可用于根據(jù)本發(fā)明的實施方式的半導體結(jié)構(gòu)的制造。 例如，半導體結(jié)構(gòu)可被沉積在襯底上，而不是經(jīng)由生長工藝。在這種情況下，以與上述很大 程度上相同的方式完成沉積的半導體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移和釋放。在半導體結(jié)構(gòu)形成后，粘合劑材 料層可被沉積在該結(jié)構(gòu)的周圍，且具有嵌入結(jié)構(gòu)的粘合劑材料層將被從襯底分離。使用蝕 刻襯底的另一個半導體結(jié)構(gòu)制造工藝將仍會提供再利用襯底的機會。在通過蝕刻掉部分襯 底而在襯底中形成半導體結(jié)構(gòu)之后，粘合劑材料層將被沉積在該結(jié)構(gòu)的周圍，且具有嵌入 結(jié)構(gòu)的粘合劑材料層將被從襯底分離。當然，在這種情況下，制造該結(jié)構(gòu)會導致?lián)p失襯底的 材料，限制了襯底再利用的量。
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雖然已有可能將用于光生伏打的理想維度的硅線制造成垂直排列的、特別均勻的 陣列，但是迄今為止，為了引起對齊的外延生長，昂貴的單晶晶片襯底對于每一個陣列都是 必要的。然而，通過將線轉(zhuǎn)移到聚合物基體，再利用用于幾個陣列生長的圖案化的氧化物， 以及最后拋光和再氧化晶片表面以結(jié)束循環(huán)，襯底的費用被分攤給數(shù)百線陣列。本發(fā)明的 實施方式可采用許多不同的聚合物材料，以及任何表面開始的半導體結(jié)構(gòu)生長方法。
本發(fā)明的一些實施方式包括通過將線陣列轉(zhuǎn)移到聚合物基體、再利用用于幾個陣 列生長的圖案化的氧化物，以及最后拋光和再氧化晶片表面和再施加圖案化的氧化物而再 利用用于形成線陣列的硅晶片。 出于按照法律的要求進行說明和公開的目的，給出了上述的示范性的和優(yōu)選的實 施方式的詳細描述。這里既無意于詳盡無遺地說明本發(fā)明，也無意于把發(fā)明限制在所描述 的一個或一些確切的形式中，而只是使本領(lǐng)域中的其他技術(shù)人員能夠明白，本發(fā)明怎樣可 以適合于特別的應用或?qū)崿F(xiàn)。修改和變更的可能性對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)從業(yè)者是明顯的。 這里不是想通過對可能包含了公差、特征尺寸、特殊操作條件、工程規(guī)范諸如此類，并且可 以在實現(xiàn)方式之間變化，或者具有對現(xiàn)有技術(shù)水平的改變的示范性實施方式的描述而對本 發(fā)明加以限制，也不借此暗示有什么限制。本公開是根據(jù)最新的技術(shù)水平所作出的，而且還 設(shè)想到了一些進展，并且在未來的調(diào)整上可能要考慮那些進展，也就是根據(jù)當時的最新技 術(shù)水平而調(diào)整。這里的意圖是用書面形式的權(quán)利要求和適用的等價形式來界定本發(fā)明的范 圍。參考權(quán)利要求，單數(shù)形式元件并不意味著"一個且僅有一個"，除非明確地寫明為"一個 且僅有一個"。此外，本公開中的任何元件、組件，抑或方法或工藝步驟并不旨在對于公眾來 說是專用的，不論這些元件、組件、或步驟是否被明確地列舉在權(quán)利要求中。此處的權(quán)利要 求中的元件都沒有按照35 U. S. C. Sec. 112，第六段的規(guī)定來解釋，除非該元件特意地用詞 組"用于...的裝置"來陳述，而且此處沒有一種方法或工藝步驟是按那些規(guī)定解釋的，除 非該步驟或多個步驟明確地用詞組"包括了用于...的步驟(或一些步驟)"來陳述。
權(quán)利要求
一種用于制造半導體結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括步驟(a)在襯底上制造半導體結(jié)構(gòu)；(b)將所制造的半導體結(jié)構(gòu)封入粘合劑材料基體中；(c)將所制造的半導體結(jié)構(gòu)從所述襯底釋放；以及(d)通過重復步驟(a)到(c)來再利用所述基底以制造另外的半導體結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在執(zhí)行步驟(a)到(c)之后且在執(zhí)行步驟(d)之 前，將粘合劑材料殘留物和所制造的半導體結(jié)構(gòu)的殘余物從所述襯底上移除。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，還包括在執(zhí)行步驟(a)到(c)之后且在執(zhí)行步驟(d)之前另外調(diào)節(jié)所述襯底。
4. 如權(quán)利要求1到3中任意一項所述的方法，其中在襯底上制造半導體結(jié)構(gòu)的步驟包括在所述襯底上形成模板化的氧化物層，其中用于所述模板化的氧化物層的模板包括用 于形成半導體結(jié)構(gòu)的所述氧化物層中的開口；以及在所述襯底上生長一組半導體結(jié)構(gòu)，其中所述半導體結(jié)構(gòu)的生長由沉積在所述氧化物 層中的所述開口中的催化劑支持。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中將所制造的半導體結(jié)構(gòu)封入粘合劑材料基體中的步 驟包括在所述模板化氧化物層的頂部表面沉積薄膜層，其中所述薄膜層包括所述粘合劑材 料基體，并且其中所述薄膜層在所述氧化物層的所述頂部表面及以上保形地填充所生長的 半導體結(jié)構(gòu)之間的間隙。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中將所制造的半導體結(jié)構(gòu)從所述襯底釋放的步驟包 括在或接近所述薄膜層接觸所述氧化物層的頂部表面的位置，將所述薄膜層和所生長的 半導體結(jié)構(gòu)從所述氧化物層分離，以提供嵌入在所述薄膜層中的一組半導體結(jié)構(gòu)。
7. 如權(quán)利要求1到6中任意一項所述的方法，其中半導體結(jié)構(gòu)包括垂直排列的線陣列。
8. 如權(quán)利要求1到6的任意一項所述的方法，其中所述粘合劑材料基體包括聚合物。
9. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述催化劑包括金、銅、鎳或其一些組合。
10. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中另外調(diào)節(jié)所述襯底的步驟包括機械拋光所述襯底。
11. 一種用于制造硅線陣列的組的方法，該方法包括以下步驟 在單晶硅晶片上使用沉積在所述硅晶片上的圖案化的氧化物層來生長硅線陣列；將所生長的硅線陣列轉(zhuǎn)移到粘合劑材料基體；以及通過重復生長硅線陣列、將所生長的硅線陣列轉(zhuǎn)移到粘合劑材料基體以及移除粘合劑 材料殘留物和線陣列殘余物的步驟來再利用所述硅晶片以制造另外的硅線陣列。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，還包括在將所生長的硅線陣列轉(zhuǎn)移到所述粘合劑材料 基體之后，將粘合劑材料殘留物和線陣列殘余物從所述硅晶片上移除。
13. 如權(quán)利要求11或12所述的方法，還包括在通過重復生長硅線陣列和將所生長的硅 線陣列轉(zhuǎn)移到粘合劑材料基體的步驟來再利用所述硅晶片以制造另外的硅線陣列的一個 或多個循環(huán)之后，移除所述圖案化的氧化物層；以及在所述硅晶片上再沉積圖案化的氧化物層以支持另外的硅線陣列的生產(chǎn)。
14. 如權(quán)利要求11至13中任一項所述的方法，其中生長硅線陣列的步驟包括 將催化劑金屬沉積在所述圖案化的氧化物層中的開口中；以及施加生長氣體。
15. 如權(quán)利要求11至14中任一項所述的方法，其中所述粘合劑材料包括聚合物。
16. —種再利用用于半導體結(jié)構(gòu)制造的襯底的方法，該方法包括 在襯底上使用沉積在所述襯底上的圖案化的氧化物層生長半導體結(jié)構(gòu)，其中所述圖案化的氧化物層接受催化劑金屬到所述圖案化的氧化物層中的開口中的沉積以支持所述半 導體結(jié)構(gòu)的生長；將所生長的半導體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到粘合劑材料基體；以及通過重復生長半導體結(jié)構(gòu)、將所生長的半導體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到粘合劑材料基體以及移除粘 合劑材料殘留物和半導體結(jié)構(gòu)殘余物的步驟來再利用所述襯底以制造其他半導體結(jié)構(gòu)。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，還包括在將所生長的半導體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到所述粘合劑材料基體之后，將粘合劑材料殘留物和半導體結(jié)構(gòu)殘余物從所述襯底上移除。
18. 如權(quán)利要求16或17所述的方法，還包括在用于通過重復生長結(jié)構(gòu)和將所生長的半 導體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到粘合劑材料基體的步驟來再利用所述襯底以制造另外的半導體的一個或 多個循環(huán)之后，移除所述圖案化的氧化物層；以及將圖案化氧化物層再沉積到所述襯底上以支持另外的半導體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)。
19. 如權(quán)利要求16到18中任一項所述的方法，其中所述粘合劑材料包括聚合物。
20. 如權(quán)利要求16至19中任一項所述的方法，其中沉積催化劑金屬的至少一種情況包 括電沉積所述催化物金屬。
全文摘要
通過將線陣列轉(zhuǎn)移到聚合物基體、再利用用于幾個陣列生長的圖案化的氧化物以及最后拋光和再氧化晶片表面并再應用圖案化的氧化物，來再利用用于線陣列的形成的硅晶片。
文檔編號H01L31/0352GK101796648SQ200880105133
公開日2010年8月4日 申請日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者H·A·阿特沃特, 內(nèi)森·S·劉易斯, 凱瑟琳·E·普拉斯, 約書亞·M·斯珀津 申請人:加利福尼亞技術(shù)學院