用于制备可转移的薄层的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于制备包括至少一个全单晶半导体层的半导体材料的方法，该方法包括以下步骤：(i)预处理第一衬底的表面以容纳单晶硅层；(ii)在步骤(i)中获得的单晶硅层上，使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，通过具有生长速率梯度的外延生长来沉积单晶硅层；以及(iii)在步骤(ii)中获得的单晶硅层上外延生长半导体材料的单晶层，由此获得包括至少一个全单晶半导体层的材料。本发明专利技术还涉及一种多层材料，该多层材料包括半导体材料的单晶层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制备可转移的薄层的方法
本专利技术涉及包括一个或多个薄层的器件领域，这样的器件也称为多层材料器件、电子器件或光电器件，尤其是半导体器件，特别是光伏电池。本专利技术还涉及纳米技术、光电子学和光伏

技术介绍
现有技术中已知用于制造包括薄层的器件的多种方法。特别已知的是各种用于制备半导体器件，特别是用于制造光伏电池的方法。在这些技术中，我们发现通过外延法可以制备薄层。一旦薄层被外延，就可以将该层从其衬底上分层或剥离，并将该层转移到另一感兴趣的衬底上，或者例如，更便宜的衬底上。对于这种分层或剥离，作为示例可以引用以下工艺：SOITECSmartcutTM工艺，用于将薄晶体层从施主衬底转移到支撑衬底。该技术基于光离子(特别是氢)的注入和通过分子粘附的键合之间的联合，从而将超薄单晶层从一个衬底转移到另一个衬底；基于使用多孔硅的方法：在外延之前，通过HF溶液中的电化学蚀刻，在衬底表面下方形成至少两个孔隙率不同的区域。高温下的退火处理可能会破坏多孔区域，从而使感兴趣的部分剥离。牺牲层方法，充当外延生长的结晶缓冲，在沉积后可以被蚀刻或去除。此方法主要用于外延III-V半导体。但是，这些方法要么昂贵，难以实施，要么其应用受到限制。这些方法的缺点在于它们涉及用于注入H+离子和/或在高温(＞700℃)下热处理的步骤，其中上述步骤实施起来复杂且成本高。高温退火还将这些方法限制在能够耐受退火温度的晶体硅衬底或耐火材料上。外延生长已被证明是生产超薄单晶层的合适途径，特别是因为它可以完美控制层的厚度和掺杂。另外，由于可以在低温(＜200℃)下进行生长，这使得外延法成为低成本的方法。然而，在这类方法中，将外延层转移到低成本衬底上是至关重要的步骤。因此，需要开发创新性方法以应对现有技术问题。
技术实现思路
本专利技术旨在解决提供一种用于制造包括至少一个全单晶半导体层的晶体半导体材料的方法的技术问题，该全单晶半导体层易于从其上制备有半导体层的衬底上剥离下来。本专利技术特别旨在将半导体层转移到另一个衬底上，最好是转移到低成本衬底或具有感兴趣特性的衬底上。特别地，期望使用例如具有比第一衬底更低成本的第二衬底，或柔性衬底。本专利技术旨在解决提供一种可以回收第一衬底的方法的技术问题。本专利技术的目的还在于解决提供一种用于制造便宜的多层半导体材料的方法的技术问题。本专利技术的目的还在于解决提供一种用于制造特别是对于各种工业应用都易于实施的多层半导体材料的方法。本专利技术的目的还在于解决提供一种用于制备光伏电池的方法的技术问题。本专利技术的目的还在于解决提供一种新的多层半导体材料的技术问题，该新的多层半导体材料例如用于光伏电池应用，特别是用于衬底不是生长衬底的光伏电池。本专利技术的目的还在于解决提供包括沉积在柔软或柔性衬底上的一个或多个半导体层的材料的技术问题。具体实施方式本专利技术人已经开发了一种新的制备方法，该新的制备方法使得能够解决上述一个或多个技术问题。该方法允许制备半导体材料以解决上述一个或多个技术问题。本专利技术尤其涉及一种用于制备包括至少一个全单晶半导体层的半导体材料的方法，所述方法包括以下步骤：(i)预处理第一衬底的表面以容纳单晶硅层；(ii)在步骤(i)中获得的单晶硅层上，使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，通过具有生长速率梯度的外延生长来沉积单晶硅层；以及(iii)在步骤(ii)中获得的单晶硅层上外延生长半导体材料的单晶层，由此获得包括至少一个全单晶半导体层的材料。例如，RocaICabarrocas等人(PereRocaiCabarrocas,RomainCariou,MartinLabrune.Lowtemperatureplasmadepositionofsiliconthinfilms:Fromamorphoustocrystalline.JournalofNon-CrystallineSolids,Elsevier,2012,358(17),pp.2000-2003.<10.1016/j.jnoncrysol.2011.12.113>.<hal-00806450>)在2012年已经描述了通过PECVD沉积非常薄(或超薄)的单晶硅层。然而，在根据现有技术的PECVD沉积物中，条件是固定的，即，产生等离子体的条件不改变。然而，本专利技术人已经证明，外延生长速率梯度使得能够在单晶硅层中产生脆弱区域，该脆弱区域能够被破坏以便分离在单晶硅的脆性区域的任一侧上接触的层。因此，我们可以容易地从第一衬底上剥离单晶硅和沉积在与第一衬底相反的面上的层。术语“外延生长速率梯度”应理解为是指对纳米级厚度的层施加不同沉积速率的PECVD条件。这些PECVD条件可以容易地通过能够执行PECVD的设备的操作参数来确认，并且这些PECVD条件在PECVD阶段期间变化，和/或通过由此沉积的层的机械性能和/或化学组成(特别是氢含量)的变化来确认。优选地，在步骤(iii)中的外延生长之后，本专利技术的方法包括：步骤(iv)，至少剥离在步骤(iii)中通过外延生长形成的所述半导体材料层，以使其与第一衬底物理分离，以及步骤(v)：至少将通过外延生长形成的所述半导体材料层转移到第二衬底上。根据一种变型，预处理第一衬底的表面(i)包括去除存在于将要容纳硅层的第一衬底表面上的氧化物。本领域技术人员已知的任何清洁方法可以用于去除存在于第一衬底表面上的氧化物。根据一种实施方式，可以通过清洁方法来去除存在于第一衬底表面上的氧化物，该清洁方法包括使用基于氢氟酸或碱性酸的一种或多种化学溶液和/或基于氟化物的等离子体(SF6、SiF4、NF3、F2)。对于第一衬底没有特别限制，只要可以通过外延生长在其表面上沉积硅层即可。根据一种实施方式，第一衬底选自Si、Ge、SiGe或其他半导体材料，例如III-V型半导体材料。作为III-V型半导体材料，我们可以提及门捷列夫元素周期表的III族(硼、镓、铝、铟等)和V族(砷、锑、磷等)的一种或多种元素的化合物，例如GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、BN、BP、Bas、AlN、AlP，或三元合金，例如InxGa1-xAs、AlxGa1-xAs。我们还可以引用属于第12族和硫族元素的元素的半导体合金，例如CdS、CdSe、CdTe、ZnO、ZnS、ZnTe、CdZnTe(CZT)或硒化铜铟镓(CIGS)。通常，第一衬底是硅“晶圆”，即硅的“切片”或“晶圆”。硅晶圆可以具有多种尺寸，并且通常为直径为100mm至300mm的盘的形式，或者为边长为20mm至500mm的矩形的形式。厚度通常为0.1至1mm的量级，并且通常为0.3mm的量级。有利地，在剥离包括一个或多个半导体层的材料之后，将第一衬底回收以用于新用途。典型地，例如根据本专利技术的方法，对衬底进行清洁处理以去除外延硅层，从而提供例如将用于容纳通过PECVD沉积的新硅层的晶体硅表面。因此，根据本专利技术的方法，我们可以回收硅晶圆。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备包括至少一个全单晶半导体层的半导体材料的方法，所述方法包括以下步骤：/n(i)预处理第一衬底的表面以容纳单晶硅层；/n(ii)在步骤(i)中预处理的所述第一衬底上，使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，通过具有生长速率梯度的外延生长来沉积单晶硅层；以及/n(iii)在步骤(ii)中获得的单晶硅层上外延生长半导体材料的单晶层，由此获得包括至少一个全单晶半导体层的材料。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171115 FR 17607491.一种用于制备包括至少一个全单晶半导体层的半导体材料的方法，所述方法包括以下步骤：
(i)预处理第一衬底的表面以容纳单晶硅层；
(ii)在步骤(i)中预处理的所述第一衬底上，使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，通过具有生长速率梯度的外延生长来沉积单晶硅层；以及
(iii)在步骤(ii)中获得的单晶硅层上外延生长半导体材料的单晶层，由此获得包括至少一个全单晶半导体层的材料。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(iii)中的外延生长之后，所述方法还包括步骤(iv)：至少剥离在步骤(iii)中通过外延生长形成的半导体材料层，以使其与所述第一衬底物理分离，以及步骤(v)：至少将通过外延生长形成的所述半导体材料层转移到第二衬底上。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，预处理第一衬底的表面(i)包括去除存在于将用于容纳所述硅层的第一衬底的表面上的氧化物。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使用PECVD的沉积步骤(ii)被实施用于形成SiH3自由基的等离子体的形成，以及然后用于形成硅团簇的等离子体的形成。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，使用PECVD的步骤(ii)和外延生长步骤(iii)的沉积温度小于400℃。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述外延生长步骤(iii)使用选自以下的一种或多种元素实施：Si、Ge、SiGe。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述外延生长步骤(iii)采用选自PECVD、CVD、MBE或其任何组合的技术来实施。


8.根据权利要求2所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·罗卡伊卡巴罗卡斯，陈王华，罗曼·卡里乌，
申请(专利权)人：国家科学研究中心，法国光伏研究所，综合工科学校，道达尔公司，法国电力公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR