[发明专利]利用一个或多个半导体衬底制造材料的独立式厚度的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本非临时专利申请要求于2007年1月29日提交的美国临时专利申请第60/887,086号的优先权，将其结合于此用于所有目的。

技术领域

本发明总体上涉及这样的技术，其包括利用层转移技术来形成衬底的方法和结构。更具体地，本方法和系统提供一种利用用于制备厚独立式半导体膜(用于各种各样的应用，包括光电池)的直线性加速器工艺的方法和系统。但是应当认识到，本发明具有更广范围的应用，其还可用于其他类型的应用如用于集成半导体器件、光子或光电子设备、压电设备、平板显示器、维电机系统(“MEMS”)、纳米技术结构、传感器、集成电路、生物学和生物医学设备等的三维包装。

背景技术

有史以来，人类依赖于“太阳”以得到几乎所有形式的能量。这样的能量来自石油、辐射源、木头和各种形式的热能。仅作为一个实例，人类已严重依赖于石油源如用于它们很多需要的煤和气。不幸的是，这样的石油源已衰竭并且已导致其他问题。作为替换(部分地)，已提出太阳能以减少我们对石油源的依赖。仅作为一个实例，太阳能可来源于通常由硅制成的“太阳能电池”。

当暴露于来自太阳的太阳辐射时，硅太阳能电池产生电能。该辐射与硅原子相互作用并形成电子和迁移到硅体中的p-注入和n-注入区域的空穴，并且在该注入区域之间产生电压差和电流。根据应用情况，太阳能电池已集成有集中元件以提高效力。作为一个实例，太阳辐射利用将这样的辐射定向到活性光电材料的一个或多个部分上的集中元件而加以积聚和聚焦。尽管有效，但是这些太阳能电池仍具有许多局限。

仅作为一个实例，太阳能电池依赖于起始材料如硅。这样的硅经常是利用多晶硅(即，多晶体硅)和/或单晶硅材料制成的。这些材料经常难以制备。多晶硅电池经常通过制备多晶硅板来形成。尽管可以有效形成这些板，但是它们并不具有用于高度有效的太阳能电池的最佳性能。单晶硅具有适合于高级太阳能电池的性能。然而，这样的单晶硅价格昂贵并且也很难以经济有效的方式用于太阳能应用。另外，多晶硅和单晶硅材料在传统的制备所谓的“切口损失(kerf loss)”过程中发生材料损失，其中由铸件或生长的晶锭以及将材料单一化(singulate)成晶片形状因子的锯割工艺消除多至40％甚至高达60％的起始材料。这是一种高度无效的制备用于太阳能电池的薄多晶硅或单晶硅板的方法。

通常，薄膜太阳能电池通过利用较少的硅材料而是较廉价的，但是它们的无定形(或非晶)或多晶结构比更昂贵的由单晶硅衬底制成的大(块)硅电池的效力更低。可以在本发明说明书通篇中，更具体地在下文中，会发现这些和其他局限。

根据上述，可以看出，对用于形成高质量和低成本的合适衬底材料的技术具有高度的需求。

发明内容

根据本发明，提供了一种包括用于利用层转移技术来形成衬底的方法和结构的技术。更具体地，本方法和系统提供了一种利用用于制备厚的独立式半导体膜(用于各种各样的应用场合，包括光电池)的直线性加速器工艺的方法和系统。但是应当认识到，本发明具有更广范围的应用，其还可用于其他类型的应用，如用于集成半导体器件、光子或光电子设备、压电设备、平板显示器、微电机系统(“MEMS”)、纳米技术结构、传感器、集成电路、生物学和生物医学设备等的三维包装。

在一个具体实施方式中，本发明提供一种方法，用于利用一种或多种半导体衬底来制造独立式厚度(层)的材料，例如单晶硅、多晶体硅、多晶硅、硅锗、锗、碳化硅、氮化镓、第III/IV族物质以及其他物质。在一个具体实施方式中，本方法包括提供具有表面区域和厚度的半导体衬底。该方法包括使半导体衬底的表面区域经受利用直线性加速器产生的第一多个高能粒子以在切割区域内形成多个吸取部位的区域，该切割区域被提供在表面区域下方以限定待分开的材料的厚度，半导体衬底被保持在第一温度。第一多个高能粒子以第一注入角度提供。在一个具体实施方式中，该方法包括使半导体衬底的表面区域经受利用直线性加速器产生的第二多个高能粒子，提供该第二多个高能粒子以将切割区域的应力水平(应力级)从第一应力水平增加至第二应力水平。在一个优选实施方式中，半导体衬底被保持在第二温度，该第二温度高于第一温度。该方法利用切割工艺例如受控切割工艺使可分离材料的厚度(层)独立(释放)如所使用的，术语“第一”和“第二”不用于限制而应当通过它们的普通含义加以解释，并且根据特定实施方式可以是不同或相同的。