[发明专利]用于外延剥离的台面蚀刻方法和组成

说明书

发明背景

发明领域

本发明的实施方式一般涉及太阳能器件、半导体器件以及电子器件的制作，而且更特别地涉及台面蚀刻(mesa etch)方法和组成(composition)，以及外延剥离(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含用作太阳能器件、半导体器件或其它电子器件的薄膜的处理和封装。这种薄膜器件可以通过利用用于将材料沉积和移除到晶片或其它基底上的多种工艺而制造。一种用于制造薄膜器件的罕见技术称为外延剥离(ELO)工艺。传统ELO工艺包括将外延层或膜沉积到生长基底上的牺牲层上，然后蚀刻牺牲层来将外延层与生长基底分离。移除的薄外延层称为ELO膜或ELO层，而且通常包括用作太阳能器件、半导体器件或其它电子器件的薄膜。

例如当结合到基底时或在封装时，薄ELO膜管理或处理是困难的，因为ELO膜是非常易碎的而且具有窄尺寸。ELO膜在非常小的力下产生裂纹。同样，由于它们极窄的尺寸，ELO膜移动是非常困难的。

整个工艺的速度可受限于反应物到蚀刻前缘的传送或暴露的缺乏，这导致较少从蚀刻前缘移除副产品。蚀刻工艺可以是有限扩散工艺，而且如果膜保持在它们所沉积的几何形状，非常窄且长的开口或缺口将会形成而严重地限制工艺的整体速度。反应物向蚀刻前缘移动，同时副产品一般从蚀刻前缘移开。

蚀刻工艺必须快，以获得整个制作工艺的高产量，以及减少外延层在不适当的张力或力下的持续时间。因此，蚀刻溶液在移除目标材料方面必须是侵蚀性的并且是有选择性的，以便不蚀刻非目标材料。如果蚀刻溶液化学上不是非常有侵蚀性或过于稀释，可能会经历低产量。同样，在ELO蚀刻过程期间，晶片也必须不能过度蚀刻、污染或用别的方式损坏。晶片，特别是砷化镓晶片，是贵重的而且会理想地用于沉积和从晶片的表面移除材料的许多周期。

因此，需要有器件制作期间，例如在ELO过程期间所使用的可替代的蚀刻组成和方法。

发明内容

本发明的实施方式一般涉及台面蚀刻溶液的组成，以及在外延剥离(ELO)过程期间使用这些溶液来从晶片或基底移除材料的台面蚀刻方法。在一个实施方式中，选择性蚀刻溶液包含琥珀酸、包含氢氧化铵化合物的碱性溶液以及诸如过氧化氢的氧化剂。选择性蚀刻溶液具有约400或更大，优选约600或更大，优选约1000或更大，以及更优选约1400或更大的GaAs/AlAs选择性。

选择性蚀刻溶液一般包含碱性溶液，例如包含氢氧化铵化合物的水溶液。氢氧化铵化合物可以是氢氧化铵、烷基氢氧化铵、其衍生物、或其组合。在一个实施例中，碱性溶液包含氢氧化铵。选择性蚀刻溶液还包含氧化剂，例如过氧化氢、有机过氧化物、臭氧、水、其衍生物、以及其组合。在一个实施例中，氧化剂是过氧化氢。在一个实施例中，选择性蚀刻溶液包含琥珀酸、氢氧化铵化合物、氧化剂，而且选择性蚀刻溶液具有约400或更大的GaAs/AlAs选择性。

在方法和组成的许多实施方式中，选择性蚀刻溶液包含琥珀酸、过氧化氢、氢氧化铵以及水。在一些实施例中，选择性蚀刻溶液可包含约5％到约25％，优选约10％到约20％，以及更优选约12％到约18％，例如，约15％重量浓度的琥珀酸。选择性蚀刻溶液可包含约0.5％到约5％，优选约1％到约3％，以及更优选约1％到约2％，例如，约1.5％重量浓度的氧化剂(例如，过氧化氢)。在一些实施例中，选择性蚀刻溶液可包含约0.5％到约5％，优选约1％到约3％，以及更优选约1％到约2％，例如，约1.5％重量浓度的氢氧化铵化合物(例如，氢氧化铵)。在一些实施例中，选择性蚀刻溶液会可包含约70％到约95％，优选约74％到约88％，以及更优选约78％到约84％，例如，约82％重量浓度的水。选择性蚀刻溶液的PH值可在约2到约6，优选约3到约5，优选约3.6到约4.8，以及更优选约4到约4.4的范围内。

在一个实施例中，选择性蚀刻溶液包含约10％到约20％重量浓度琥珀酸，约1％到约3％重量浓度的过氧化氢，约1％到约3％重量浓度的氢氧化铵，而剩余部分可以是水或者水可以是约74％到约88％的重量浓度。

在其它实施方式中，用于在ELO过程期间形成薄膜材料的方法被提供，该方法包括在将基底暴露给选择性蚀刻溶液之前，在非选择性蚀刻过程期间将基底暴露给非选择性蚀刻溶液。非选择性蚀刻溶液可以是包含硫酸和过氧化氢的水溶液。