[发明专利]外延迁移堆栈和方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明的实施方案通常涉及太阳能器件、半导体器件和电子器件的制造，且更具体地，涉及外延迁移(epitaxial lift off，ELO)器件和方法。

相关技术的描述

器件制造中的一个阶段包括处理和封装用作太阳能器件、半导体器件或其他电子器件的薄膜。这类薄膜器件可通过使用各种用于在晶片或其他基底上沉积并移除材料的工艺来制造。用于制造薄膜器件的一种罕见技术称为外延迁移(ELO)工艺。ELO工艺包括在生长基底上的牺牲层上沉积外延层或膜，接着蚀刻牺牲层以将外延层与生长基底分隔。所移除的薄外延层称为ELO膜或层，并一般包括用作太阳能器件、半导体器件或其他电子器件的薄膜。

例如，当接合至基底或当封装时，薄ELO膜非常难以管理或处理，因为ELO膜非常易碎并具有窄尺寸。ELO膜在非常小的力之下产生裂纹。此外，由于其极端窄的尺寸，ELO膜非常难以对准。

牺牲层一般非常薄，且通常经由湿化学工艺被蚀去。总工艺的速率可受限于反应物到蚀刻前缘的传送或暴露的缺乏，这导致副产品较少从蚀刻前缘移除。此所述工艺为有限扩散工艺，且如果膜维持所沉积的几何形状，则非常窄且长的开口将形成，以严格限制工艺的总速率。为了减少扩散工艺的输送限制，可能有利的是，展开由蚀刻或移除的牺牲层产生的作为结果的间隙，并使外延层远离生长基底弯曲。在外延层和生长基底之间形成裂缝-其几何形状提供朝着和远离蚀刻前缘的更大的物种输送。反应物朝着蚀刻前缘移动，而副产品通常远离蚀刻前缘移动。

然而，外延层的弯曲可在其内部诱发应力，且弯曲量受限于膜强度。外延层通常包含脆性材料，其在故障前不经历塑性变形，并因此可能遭受裂纹所诱发的故障。

为了最小化裂纹传播的可能性，脆性外延层可维持在压缩应力下。裂纹通常不会通过残留压缩应力的区域传播。由于外延层位于裂缝曲率的外侧，当使外延层远离生长基底弯曲时，外延层置于拉伸应力下。拉伸应力限制裂缝曲率量，并降低蚀刻工艺的速率。为了克服此限制，在蚀刻牺牲层前，可在外延层内部灌输残留的压缩应力。此初始的压缩应力可通过弯曲所导致的拉伸应力来偏移，并因而允许在分隔工艺期间的较大量弯曲。

因此，需要有更强健的ELO薄膜和形成、移除并处理ELO薄膜的方法。

发明概述

本发明的实施方案通常涉及外延迁移(ELO)薄膜和器件，以及用来形成这类薄膜和器件的方法。ELO薄膜通常包含外延生长层，其在配置于基底例如晶片之上或上方的牺牲层上形成。支撑材料或支撑柄可配置在除了基底外的外延材料的相对侧上。支撑柄可例如通过提供对外延材料的压缩来用于稳定外延材料。此外，在ELO工艺的蚀刻和移除步骤期间，支撑柄可用于抓紧以及支撑住外延材料。在不同实施方案中，支撑材料或支撑柄可包含预先弯曲的柄、多层柄、非均匀蜡柄和两个收缩诱发柄(shrinkage-induced handle)，其普通地或单向地收缩，以给外延材料提供压缩。

在一个实施方案中，提供用于在ELO工艺期间形成薄膜材料的方法，其包括在牺牲层之上或上方形成外延材料，牺牲层配置在基底之上或上方；将多层支撑柄黏合至外延材料之上；在蚀刻工艺期间移除牺牲层；以及在蚀刻工艺期间，从基底剥离外延材料，同时在其间形成蚀刻裂缝，同时维持外延材料中的压缩。该方法进一步规定，多层支撑柄包含：硬性支撑层，其配置在外延材料之上或上方或黏合至外延材料；软性支撑层，其黏合至硬性支撑层；及柄板，其黏合至软性支撑层。

在一个实例中，多层支撑柄包含：硬性支撑层，其配置在外延材料上方；软性支撑层，其配置在硬性支撑层上方；及柄板，其配置在软性支撑层上方。多层支撑柄配置在外延材料之上并维持外延材料的压缩。在一些实施方案中，硬性支撑层可包含聚合物、共聚物、低聚物、其衍生物或其组合。在一个实例中，硬性支撑层包含共聚物，例如，乙烯/乙酸乙烯酯(EVA)共聚物或其衍生物。在其他实例中，硬性支撑层可包含热熔性粘合剂、有机材料或有机涂层、无机材料或其组合。在一个实例中，无机材料包含多个无机层，例如，金属层和/或介电层。在另一实例中，硬性支撑层可包含复合材料或图案化复合材料，例如，有机/无机材料。复合材料可包含至少一种有机材料和至少一种无机材料。在一些实例中，无机材料可包含金属层、介电层或其组合。在另一实例中，硬性支撑层可包含蜡或其衍生物，例如黑蜡。