專利名稱：使用摻雜硼的SiGe層的層轉(zhuǎn)移的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏電池領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明涉及薄硅層的層轉(zhuǎn)移。
背景技術(shù)：
隨著對備選形式能量需求的增加，對光伏電池(比如太陽能電池)的轉(zhuǎn)換效率給予更高需求。同時(shí)，這樣的電池的成本有望減少。對于基于硅(Si)的太陽能電池技術(shù)而言，在電池制作成本與轉(zhuǎn)換效率之間的折衷與用來制作太陽能電池的硅 的質(zhì)量直接相關(guān)。單晶(SC)娃電池有相對聞的效率，但是也有聞成本。為了形成基于單晶娃的太陽能電池，薄(<50微米或者μπι)硅層可以通過稱為層轉(zhuǎn)移的工藝來形成于備選襯底(比如玻璃、陶瓷或者金屬)上。然而單晶硅層的成功層轉(zhuǎn)移可能需要使用相對昂貴的設(shè)備和技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于使用摻雜硼的硅鍺(SiGe)層的層轉(zhuǎn)移的方法的一個(gè)示例性實(shí)施例包括在體娃襯底上形成摻雜硼的SiGe層；在摻雜硼的SiGe層之上形成上娃(Si)層；氫化摻雜硼的SiGe層；將上Si層鍵合至備選襯底；并且在摻雜硼的SiGe層與體硅襯底之間的界面處傳播裂痕。一種用于使用摻雜硼的硅鍺(SiGe)層的層轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例包括體娃襯底；摻雜硼的SiGe層,形成于體娃襯底上,從而摻雜硼的SiGe層位于上娃(Si)層下面，其中摻雜硼的SiGe層被配置成在摻雜硼的SiGe層的氫化之后在摻雜硼的SiGe層與體硅襯底之間的界面處傳播裂痕；以及備選襯底，鍵合到上Si層。通過本示例實(shí)施例的技術(shù)實(shí)現(xiàn)附加特征。這里具體描述其它實(shí)施例并且將這些其它實(shí)施例視為要求保護(hù)的內(nèi)容的部分。為了更好地理解示例實(shí)施例的特征，參閱說明書和附圖。從第一方面來看，本發(fā)明提供一種用于使用摻雜硼的硅鍺(SiGe)層的層轉(zhuǎn)移的方法，該方法包括在體硅襯底上形成摻雜硼的SiGe層；在摻雜硼的SiGe層之上形成上硅
(Si)層；氫化摻雜硼的SiGe層；將上Si層鍵合至備選襯底；并且在摻雜硼的SiGe層與體硅襯底之間的界面處傳播裂痕。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種方法，其中摻雜硼的SiGe層中的硼(B)的摻雜濃度大于約 10~19B/cm3。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種方法，其中摻雜硼的SiGe層包括在約10%與約40%之間的鍺(Ge)。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種方法，其中摻雜硼的SiGe層包括漸變的Ge濃度，從而Ge濃度被配置成包含向界面的裂痕傳播。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種方法，其中摻雜硼的SiGe層中的硼濃度是非均勻的。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種方法，其中備選襯底包括金屬、玻璃、陶瓷或者塑料中的一種或者多種。
優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種方法，其中氫化摻雜硼的SiGe層包括在摻雜硼的SiGe層與體硅襯底之間的界面處俘獲氫。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種方法，其中氫化摻雜硼的SiGe層包括在摻雜硼的SiGe層與上Si層之間的界面處俘獲氫。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種方法，其中在摻雜硼的SiGe層與體硅襯底之間的界面處傳播裂痕包括附加氫加載。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種方法，其中上Si層包括單晶硅層。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種方法，其中上Si層包括電摻雜區(qū)域或者電器件結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或者多個(gè)。從第二方面來看，本發(fā)明提供一種用于使用摻雜硼的硅鍺(SiGe)層的層轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括體娃襯底；摻雜硼的SiGe層,形成于體娃襯底上,從而摻雜硼的SiGe層 位于上硅(Si)層下面，其中摻雜硼的SiGe層被配置成在摻雜硼的SiGe層的氫化之后在摻雜硼的SiGe層與體硅襯底之間的界面處傳播裂痕；以及備選襯底，鍵合到上Si層。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，其中摻雜硼的SiGe層中的硼(B)的摻雜濃度大于約 10~19B/cm3。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，其中摻雜硼的SiGe層包括在約10%與約40%之間的鍺(Ge)。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，其中摻雜硼的SiGe層包括漸變的Ge濃度，從而Ge濃度被配置成包含向界面的裂痕傳播。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，其中備選襯底包括金屬、玻璃、陶瓷或者塑料中的一種或者多種。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，其中摻雜硼的SiGe層被配置成在氫化期間在摻雜硼的SiGe層與體硅襯底之間的界面處俘獲氫。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，其中裂痕通過附加氫加載在摻雜硼的SiGe層與體硅襯底之間的界面處傳播。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，其中上Si層包括單晶硅層。優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，其中上Si層包括電摻雜區(qū)域或者電器件結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或者多個(gè)。


現(xiàn)在將參照所附附圖僅通過例子描述本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中圖I圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于使用摻雜硼的SiGe層的層轉(zhuǎn)移的方法的一個(gè)實(shí)施例；圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的形成于體硅襯底上的摻雜硼的SiGe層的一個(gè)實(shí)施例；圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的在將備選襯底鍵合至上硅層之后形成于體硅襯底上的摻雜硼的SiGe層的一個(gè)實(shí)施例；以及圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的在摻雜硼的SiGe層與體硅襯底之間的界面處傳播的裂痕的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式提供用于使用摻雜硼的硅鍺(SiGe)層的層轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例，而下文具體討論示例實(shí)施例。向SiGe層添加硼(B)允許薄的上硅層，該薄的上硅層可以包括使用相對低成本的加工步驟和設(shè)備從體硅襯底向備選襯底(比如玻璃、陶瓷、塑料或者金屬)上轉(zhuǎn)移的單晶娃層。氫化摻雜硼的SiGe層，以有助于在摻雜的SiGe層中的機(jī)械裂痕傳播。SiGe層的摻雜硼的明顯增強(qiáng)在摻雜SiGe與體硅襯底之間的界面處俘獲氫的效率；這一增加的氫俘獲效率允許成功的在界面處的裂痕傳播和單晶硅向備選襯底的層轉(zhuǎn)移。摻雜硼的SiGe中的硼濃度可以大于約10~ 19B/cm3。摻雜硼的SiGe可以通過沿著SiGe/體硅界面破裂而在界面處與體硅分離?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)方法(包括但不限于快速熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)外延生長、分子束外延(MBE)或者清潔蒸發(fā)(或者任何物理氣相沉積或者PVD)、繼而為固相外延生長(SPE))來完全應(yīng)變和生長摻雜硼的SiGe層。 圖I圖示了使用摻雜硼的SiGe層的層轉(zhuǎn)移方法100的一個(gè)實(shí)施例。參照圖2_圖4討論圖I。在塊101中，如圖2的晶片200中所示，在上硅層203下方的體硅襯底201中形成摻雜硼的SiGe層202。上硅層203在一些實(shí)施例中可以少于約50 μ m厚，并且在一些實(shí)施例中可以包括單晶硅層。上硅層203在一些實(shí)施例中還可以包括附加層、材料和/或器件(包括但不限于p-n 二極管結(jié)構(gòu))。界面204分離SiGe層202和體娃襯底201。在形成SiGe層202期間，可以使用氣態(tài)含B源(比如乙硼烷)、在蒸發(fā)期間使用固體和/或液體源(比如摻雜B的Si或者Ge)或者在MBE期間使用努森(Knudsen)電池中的B金屬來實(shí)現(xiàn)SiGe層202的摻雜。還可以在使用離子注入技術(shù)或B擴(kuò)散技術(shù)(比如旋涂摻雜B的玻璃和退火)形成SiGe層之后實(shí)現(xiàn)摻雜。SiGe層202的Ge含量可以在5個(gè)與50個(gè)原子百分比之間，并且在一些實(shí)施例中在10個(gè)與40個(gè)原子百分比之間。SiGe層202的厚度可以在Inm與IOOOnm之間，并且在一些實(shí)施例中在5nm至IOOnm之間。摻雜硼的SiGe層202的Ge含量在一些實(shí)施例中在整個(gè)SiGe層中可以不恒定。摻雜的SiGe層202中的硼濃度可以大于約10~19B/cm3。硼濃度在一些實(shí)施例中可以在整個(gè)摻雜硼的SiGe層202中不恒定；它可以線性漸變或者在界面峰化以有利于在界面的裂痕傳播。摻雜B的SiGe層202在一些實(shí)施例中可以包含碳(C)，以控制SiGe層內(nèi)的應(yīng)變數(shù)量或者分布 <含量可以處于或者低于3%。在一些實(shí)施例中在形成摻雜SiGe層202之前可以形成可選緩沖層。可以設(shè)置于體Si 201與摻雜SiGe層202之間的緩沖層可以包括Si、摻雜碳的Si(Si = C)或者未摻雜的SiGe?？蛇x緩沖層允許通過使用受控選擇性蝕刻技術(shù)在上硅層203的層轉(zhuǎn)移之后恢復(fù)體Si201從而允許Si襯底重用。在塊102中，氫化摻雜硼的SiGe層301?？梢酝ㄟ^在大于100°C的溫度使晶片200暴露于原子氫來執(zhí)行氫化。原子氫可以包括直流(DC)或者射頻(RF)等離子體或者高能離子。在一些實(shí)施例中，可以通過在250°C暴露于1000W的RF氫等離子體持續(xù)30分鐘來執(zhí)行氫化。在界面204俘獲氫。摻雜SiGe層202中的硼在摻雜硼的SiGe層202的氫化期間增加在界面204俘獲處的氫的數(shù)量。也可以通過電化學(xué)手段向SiGe層202中并入氫，該電化學(xué)手段在一些實(shí)施例中可以使用催化表面層(比如鉬(Pt))。
在塊103中，如圖3中所示，將上硅層203鍵合至備選襯底301?？梢酝ㄟ^任何適當(dāng)方法(包括陽極、親水或者熱壓縮鍵合)執(zhí)行鍵合。備選襯底301可以包括任何適當(dāng)材料，其包括但不限于玻璃、陶瓷、金屬或者塑料或者其組合?？梢赃x擇備選襯底301具有與硅的熱膨脹系數(shù)(CTE)相似的CTE，或者可以選擇備選襯底301使得備選襯底301的CTE在鍵合和冷卻之后在備選襯底301中產(chǎn)生預(yù)定殘留應(yīng)變。在塊104中，如圖4中所示，通過在界面204傳播裂痕從而產(chǎn)生斷裂401，來從上硅層203分離體硅襯底201。在界面204處俘獲的氫通過弱化局部原子鍵合來促進(jìn)在界面204處的裂痕傳播。摻雜硼的SiGe層202中Ge的不對稱濃度可 以用來使裂痕限于界面204 ;或者反言之，可以退減Ge含量(并且可選地退減B含量)以促進(jìn)在SiGe層202與上硅層203之間的界面的裂痕?？梢酝ㄟ^施加外力、通過由于在體硅201與備選襯底301之間的可變CTE而產(chǎn)生的殘留應(yīng)變所致的內(nèi)在力或者通過使用等離子體或者酸的附加氫加載來執(zhí)行破裂和分離。在通過斷裂401從體硅襯底201分離上硅層203之后，上硅層203可以用來形成高效率太陽能電池。在一個(gè)示例實(shí)施例中，使用單晶片減壓快速熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)系統(tǒng)在體Si晶片上生長至約20nm厚度的、具有24個(gè)原子百分比Ge濃度的SiGe層由在SiGe層上生長的70nm厚Si蓋層覆蓋。可以以約2X 10~20B/cnT3的濃度使用B在生長期間摻雜SiGe層。為了比較，包括上文描述的摻雜SiGe層的結(jié)構(gòu)和包括相同尺度的未摻雜SiGe層的第二結(jié)構(gòu)在250°C暴露于RF氫等離子體持續(xù)30分鐘的時(shí)段，并且兩個(gè)結(jié)構(gòu)然后在約350°C的鍵合溫度陽極鍵合到玻璃襯底。包括摻雜B的SiGe層的結(jié)構(gòu)在啟動(dòng)在玻璃襯底與含Si層的襯底之間裂痕時(shí)表現(xiàn)SiGe和上Si層的相對大面積轉(zhuǎn)移,而包括未摻雜的SiGe層的結(jié)構(gòu)未以允許沿著SiGe界面的大面積層轉(zhuǎn)移的方式成功破裂。添加提升的Ge含量、更長的H曝光或者不同裂痕策略也無法在SiGe未摻雜時(shí)產(chǎn)生大面積層轉(zhuǎn)移。示例實(shí)施例的技術(shù)效果和益處包括單晶硅層向襯底上的相對低成本的層轉(zhuǎn)移。這里所用術(shù)語僅為了描述具體實(shí)施例而并非旨在于限制本發(fā)明。如這里所用，除非上下文另有明示，單數(shù)形式“一個(gè)/ 一種”和“該/所述”旨在于也包括復(fù)數(shù)形式。還將理解術(shù)語“包括”在本說明書中使用時(shí)指定存在陳述的特征、整體、步驟、操作、要素和/或部件、但是未排除存在或者添加一個(gè)或者多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、要素、部件和/或其組合。所附權(quán)利要求中的所有裝置或者步驟加上功能要素的對應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)作和等效物旨在于包括用于與如具體要求保護(hù)的其它要求保護(hù)的要素組合執(zhí)行功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或者動(dòng)作。本發(fā)明的描述已經(jīng)出于示例和描述的目的而加以呈現(xiàn)、但是并非旨在于窮舉或者限于公開形式的本發(fā)明。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將想到許多修改和變化而未脫離本發(fā)明的范圍和精神實(shí)質(zhì)。選擇和描述實(shí)施例以便最好地說明本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用并且使本領(lǐng)域其他普通技術(shù)人員能夠在如與設(shè)想的特定用途相適應(yīng)的各種修改之下針對各種實(shí)施例理解本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用于使用摻雜硼的硅鍺(SiGe)層的層轉(zhuǎn)移的方法，所述方法包括 在體硅襯底上形成摻雜硼的SiGe層； 在所述摻雜硼的SiGe層之上形成上硅(Si)層； 氫化所述摻雜硼的SiGe層； 將所述上Si層鍵合至備選襯底；以及 在所述摻雜硼的SiGe層與所述體硅襯底之間的界面處傳播裂痕。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述摻雜硼的SiGe層中的硼(B)的摻雜濃度大于約 10~19B/cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述摻雜硼的SiGe層包括在約10%與約40%之間的鍺(Ge)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述摻雜硼的SiGe層包括漸變的Ge濃度，從而所述Ge濃度被配置成包含向所述界面的裂痕傳播。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述摻雜硼的SiGe層中的硼濃度是非均勻的。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述備選襯底包括金屬、玻璃、陶瓷或者塑料中的一種或者多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中氫化所述摻雜硼的SiGe層包括在所述摻雜硼的SiGe層與所述體硅襯底之間的所述界面處俘獲氫。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中氫化所述摻雜硼的SiGe層包括在所述摻雜硼的SiGe層與所述上Si層之間的界面處俘獲氫。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在所述摻雜硼的SiGe層與所述體硅襯底之間的所述界面處傳播裂痕包括附加氫加載。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述上Si層包括單晶硅層。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述上Si層包括電摻雜區(qū)域或者電器件結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或者多個(gè)。
12.一種用于使用摻雜硼的硅鍺(SiGe)層的層轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 體娃襯底； 摻雜硼的SiGe層，形成于所述體硅襯底上，從而所述摻雜硼的SiGe層位于上硅(Si)層下面，其中所述摻雜硼的SiGe層被配置成在所述摻雜硼的SiGe層的氫化之后在所述摻雜硼的SiGe層與所述體硅襯底之間的界面處傳播裂痕；以及 備選襯底，鍵合到所述上Si層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述摻雜硼的SiGe層中的硼(B)的摻雜濃度大于約 10~19B/cm3。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述摻雜硼的SiGe層包括在約10%與約40%之間的鍺(Ge)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述摻雜硼的SiGe層包括漸變的Ge濃度，從而所述Ge濃度被配置成包含向所述界面的裂痕傳播。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述備選襯底包括金屬、玻璃、陶瓷或者塑料中的一種或者多種。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述摻雜硼的SiGe層被配置成在氫化期間在所述摻雜硼的SiGe層與所述體硅襯底之間的所述界面處俘獲氫。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中通過附加氫加載在所述摻雜硼的SiGe層與所述體硅襯底之間的所述界面處傳播所述裂痕。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述上Si層包括單晶硅層。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述上Si層包括電摻雜區(qū)域或者電器件結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或者多個(gè)。
全文摘要
一種用于使用摻雜硼的硅鍺(SiGe)層的層轉(zhuǎn)移的方法，包括在體硅襯底上形成摻雜硼的SiGe層；在摻雜硼的SiGe層之上形成上硅(Si)層；氫化摻雜硼的SiGe層；將上Si層鍵合至備選襯底；并且在摻雜硼的SiGe層與體硅襯底之間的界面?zhèn)鞑チ押?。一種用于使用摻雜硼的硅鍺(SiGe)層的層轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)包括體硅襯底；摻雜硼的SiGe層，形成于體硅襯底上，從而摻雜硼的SiGe層位于上硅(Si)層下面，其中摻雜硼的SiGe層被配置成在摻雜硼的SiGe層的氫化之后在摻雜硼的SiGe層與體硅襯底之間的界面處傳播裂痕；以及備選襯底，鍵合到上Si層。
文檔編號H01L21/18GK102741980SQ201180008430
公開日2012年10月17日 申請日期2011年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者D·因斯, D·薩達(dá)納, J·維奇康蒂, K·弗吉爾, S·貝德爾, 金志煥 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司