專利名稱：半導體結構的制作方法
技術領域：
本發明主要涉及半導體材料領域，并且更具體地，涉及可用于各種領域(如電子學、微電子學、光學、光電子學以及光伏工業)中的半導體結構。
背景技術：
在才目同發明人的名稱為“Materiau semiconducteur obtenu par frittage，，的法國專利申請號03/04676中，具體描述了一種通過燒結硅粉制備硅晶片的方法。這種晶片尤其能夠形成光伏電池。在相同發明人的名稱為“Fabrication et purification d ‘ un solide semiconducteur"的法國專利申請號08/55149中，具體描述了一種對通過燒結硅粉形成的硅晶片提純的方法。這種經提純的晶片尤其能夠形成光伏電池。在某些方面，可以將本發明看作對上述專利申請中所描述的方法或者結構的變型或改進。本發明還有很多目的。具體地，本發明提供了旨在克服現有技術的所有或部分缺點的變型和/或改進。
發明內容
因此，本發明的實施例提供了一種結構，該結構包括通過燒結硅粉形成的第一層以及由單晶硅制成的第二層。在本發明的實施例中，該結構包括在第一層和第二層之間形成擴散勢壘的層。在本發明的實施例中，該結構包括在第一層和第二層之間形成絕緣體的層。在本發明的實施例中，形成擴散勢壘的層和/或形成絕緣體的層是二氧化硅、四
氮化三硅和/或碳化硅層。在本發明的實施例中，第一層具有大于50微米的厚度和/或第二層具有范圍在1 微米至50微米之間的厚度。在本發明的實施例中，形成擴散勢壘的層具有小于10納米的厚度，和/或形成絕緣體的層具有大于10納米的厚度。 在本發明的實施例中，第一層的多孔溝槽包含摻雜劑或導電物質。在本發明的實施例中，如果出現孔，該孔就貫通第一層和形成絕緣體的層。本發明還提供了一種制備半導體結構的方法，其包括以下步驟a)形成支撐晶片的硅粉燒結步驟；以及b)將單晶硅層轉移到支撐晶片上的步驟。根據本發明的實施例，該方法還包括c)在步驟a)的最后，將形成擴散勢壘的層或絕緣層放置在支撐晶片上的步驟，在步驟b)產生的單晶硅層的轉移發生在由支撐層和形成擴散勢壘的層或絕緣層形成的組件上。
在下面的具體實施例的非限制性描述中，將結合附圖對本發明的前述和其他目的、特征和優點進行討論圖1示出了根據本發明的材料；圖2A、2B、2C和2D示出了根據本發明的方法；圖3示出了根據本發明的材料；圖4示出了根據本發明的材料。
具體實施例方式為了清楚，在不同的附圖中，給相同的元件分派相同的附圖標記，并且此外，如正常情況一樣，在所考慮的領域中，并不按照比例繪制各個附圖。在圖1中，結構1包括支撐層2和位于支撐2上的上層4。支撐2由硅晶片形成，該硅晶片通過燒結硅粉獲得。該燒結硅晶片通過壓縮和熱處理硅粉獲得。對于形成這種晶片的細節，可參考背景技術中提及的發明人的專利申請。支撐2優選地由相對小的硅粒形成并且是多孔的。支撐2的厚度可以在寬值范圍內變化。優選地，支撐2的厚度大于50微米，例如，范圍在200和500微米之間。應該注意，由于燒結硅晶片的成本低，支撐2的厚度可以相當大，例如，從1毫米至幾毫米，這提供了結實的板而基本上不會增加成本。在光伏工業其具有顯著的優點，因為晶片出于成本原因而非常的薄， 導致在制備光伏電池時極易破裂。層4是單晶硅層。層4的厚度可以變化。在光伏應用中，層4的厚度范圍一般從 30微米至50微米，并且對于其他應用(如微電子學)一般在大約1微米。層4旨在作為結構1的有源層。可以通過分離之后接合而獲得層4，將結合圖2A至2D對分離之后接合進行描述。在圖2A中，附圖標記10表示厚的單晶硅晶片。晶片10具有例如大約1毫米的厚度，并且旨在提供結構1的層4。缺陷區14位于晶片10的上表面12附近。可以通過例如化學蝕刻獲得缺陷區14，上述蝕刻使表面12多孔，同時保持晶片10的單晶結構。接著，如圖2B中所示，形成單晶硅外延層16。層16旨在形成結構1的有源層4， 并且其厚度取決于設想的應用。在圖2C中，通過分離將外延層16從晶片10去除。為了獲得這個效果，將諸如塑料或玻璃制成的葉片(blade) 18接合至層16，并且在葉片18上垂直或者不垂直于表面12 地施加力A。因為缺陷區14的出現，層16與晶片10分離。可以使用通過諸如超聲波或者受壓水噴射流分離的其他技術來分離層16。在圖2D中，將由層16和葉片18形成的組件放置在支撐2上，并可以在葉片18上施加壓力B以幫助接合，該接合可以通過分子鍵合實現。例如可以通過剝脫或者拋光制備支撐2的上表面和層16的下表面，以促進接合。如果需要，可以執行與壓縮有關或者無關的熱處理，以使接合具有更好的機械緊固。然后，可以去除葉片18，并且由支撐2和層16形成的組件形成圖1的結構1。因此，結構1由燒結硅晶片2和有源單晶硅層4形成。接著，可以在有源層4的內部或者頂部上形成不同的摻雜和/或連接元件以形成期望的設備，例如一個或多個集成電路、一個或多個電子器件、一個或多個光伏電池等。
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由燒結硅制成的有源層的支撐的因素可以具有顯著的優點。因此，支撐和有源層均由硅制成，它們具有相似的物理-化學性質。結果，可以執行制備期望設備的各個步驟，而不用考慮由于諸如支撐的不良耐溫性、支撐和有源層之間的膨脹差距等出現問題。此外，燒結硅晶片表面自然地具有可變化的粗糙度，并且如果需要，能夠在以后使有源層容易分離。一旦形成期望的設備，該粗糙度就能夠例如使有源層分離并將它轉移到另一支撐上，由于另一個支撐的物理-化學性質，該另一支撐不能夠形成期望的設備。還應該注意，在燒結硅粉以制備支撐2時，可以將摻雜劑混合到粉末以使晶片摻雜。舉例來說，高密度硼摻雜使支撐2導電，其將能夠給結構1提供背電極。此外，在背景技術所提及的發明人的專利申請中，對硅粉燒結的控制給燒結晶片提供了精細的敞開的多孔，其具有暴露于外部的連通的多孔溝槽。多孔溝槽可以用來將元件導入支撐晶片。例如，如果還沒有對晶片摻雜，那么可以將摻雜劑深入地導入晶片結構內。還可以通過例如鋁粉漿給多孔溝槽填充導電物質。該導電物質分布于層2的下表面上并熔化。然后，多孔溝槽可以用來在有源區的底部和外部之間產生連接，而無需在有源層的上表面上提供連接。如果期望的設備是光伏電池，那么這點是特別有益的，因為這能擴大有源層暴露于太陽的上表面并提高電池效率。除了燒結硅支撐的優點之外，還應該注意支撐晶片可以具有任意形狀并且可以根據需要或大或小。實際上，可以在制備晶片時通過例如將待燒結的粉末放置在適當的模具中而直接地獲取晶片所需要的形狀和大小。此外，燒結硅晶片未必是在背景技術所提及的發明人的專利申請中出現的平面。硅晶片的表面可以是弧形，并且可以具有諸如適于應用于現有建筑物屋頂的瓦片形狀。當需要形成光伏電池時，這點是有利的。圖3示出了根據本發明的另一結構。在圖3中，結構30包括形成支撐的下層32、上層34和中間層36。下層32由燒結硅晶片形成，如同圖1的支撐2 —樣，并且下層的厚度具有相同的量級。中間層36是形成擴散勢壘的薄層。層36可以是例如二氧化硅層Si02、四氮化三硅層Si3N4、或者碳化硅層SiC。 層36的厚度很小，一般小于10納米。上層34是單晶硅層，其可以通過圖2A至2D的方法轉移在層36上。層34旨在作為有源層。對于微電子應用，層34的典型厚度范圍大約從1 微米至幾微米，對于光伏應用，從30微米至50微米。因為層36起到擴散勢壘的作用并且可以阻止包含在下層32中的雜質通過，所以薄層36的出現是有利的。這就能夠使用摻雜硅粉來形成支撐晶片32。結構30還具有圖1的結構1的優點(大晶片、不平坦的晶片的可能性、與硅支撐有關的優點等)。還可以使用支撐晶片的多孔溝槽來引入摻雜劑或者導電物質，所述摻雜劑或者導電物質提供與有源層的下部的電接觸。實際上，雖然層36是由在傳統上被認為絕緣的材料(二氧化硅、四氮化三硅、碳化硅)形成，但是層36是非常薄的，并且諸如電荷通過缺陷隧道注入或注入等的傳導機制使層36能夠讓電流通過。還應該注意，薄層36的出現能夠提高有源層的分子鍵合。圖4示出了根據本發明的再一結構。在圖4中，結構40包括形成支撐42的下部、上部44和中間部46。下層42由燒結硅晶片形成。上層44是單晶硅層。中間層46是厚的絕緣層。絕緣層46可以由二氧化硅SiO2,四氮化三硅Si3N4、碳化硅SiC等形成。下層42的厚度可以是與圖3的下層32相同的量級，即，大于50微米，但是因為由于其制造成本不高，也可以是幾毫米。上層44的厚度依賴于結構40的目的。因此，對于光伏應用，范圍大約從30微米至50微米的厚度對于層44是適合的。絕緣層46的厚度不是關鍵性的，一般其范圍大約從100納米至幾微米。應該注意，對于起到絕緣體作用的層46 而言，層46的厚度大于10納米是足夠的。絕緣層46提供了非常有效的阻止雜質的勢壘。因此，可以利用諸如冶金級硅粉等高摻雜的硅粉來形成支撐42，而不用考慮有源層會被支撐層的雜質污染。應該注意，支撐42與有源層44電絕緣，對于可以使用SOI (絕緣體上硅)型結構的所有應用，可以將結構40用作“S0I”結構。但是，結構40比傳統的SOI型結構便宜很多， 在傳統的SOI型結構中，有源層位于單晶硅襯底上。支撐42與有源層44電絕緣，可以在設備的前表面上，即有源層的上表面隨意地設置電接觸。但是，應該注意，如在結構30的情況下，也可以在后表面設置電接觸。在這種情況下，可以沿著圖4中的虛線設置一系列的孔48。孔48可以利用諸如激光束從結構的背部形成，并且在貫通絕緣層46之后停止。然后，對孔48金屬化，以提供電接觸。孔48的直徑范圍可以從1微米至數十微米。已經描述了本發明的具體實施例。對于所屬領域的技術人員而言，各種變型和修改是容易想到的。特別地，所描述結構的不同層的厚度僅僅作為例子給出，可以進行適當地修改。類似地，幾乎沒有涉及晶片的大小或形狀。舉例來說，為了形成光伏電池，可以使用邊長15厘米的正方形晶片。此外，附圖中所示的在支撐和有源層之間的層36和46可以完全地包圍支撐層，如果必須要在結構的背部設置電接觸，所屬領域的技術人員就提供必要的布置。此外，圖4的孔48也可以出現在圖1的支撐層2或者圖3的支撐晶片32內。如果需要從結構的后表面進入有源層，以及如果在沒有留下敞開的多孔的情況下形成支撐晶片，換句話說，如果多孔溝槽沒有連通以及沒有暴露于外部，這些孔就更加必需。當然，本發明可以應用于光伏領域、可以應用SOI型結構的所有領域以及光學、光電子學、電子學、微電子學等。例如，本發明可以用來在3D集成中形成分立的電子器件、電子芯片、微處理器、電子芯片支撐物等。
權利要求
1.一種結構(1，30，40)，其包括通過燒結硅粉形成的第一層(2，32，42)和由單晶硅制成的第二層(4，34，44)。
2.根據權利要求1所述的結構，包括在第一層和第二層之間形成擴散勢壘的層(36)。
3.根據權利要求1所述的結構，包括在第一層和第二層之間形成絕緣體的層06)。
4.根據權利要求2或3所述的結構，其中，形成擴散勢壘的層和/或形成絕緣體的層是二氧化硅、四氮化三硅和/或碳化硅層。
5.根據權利要求1至4任一項所述的結構，其中，第一層具有大于50微米的厚度，和/ 或第二層具有范圍在1微米至50微米之間的厚度。
6.根據權利要求2至5任一項所述的結構，其中，形成擴散勢壘的層(36)具有小于10 納米的厚度，和/或形成絕緣體的層G6)具有大于10納米的厚度。
7.根據權利要求1至6任一項所述的結構，其中，第一層的多孔溝槽包含摻雜劑或導電物質。
8.根據權利要求1至7任一項所述的結構，其中，如果出現孔(48)，該孔就貫通第一層和形成絕緣體的層。
9.一種形成半導體結構的方法，其包括以下步驟a)形成支撐晶片0，32，42)的硅粉燒結步驟；以及b)將單晶硅層轉移到支撐晶片上的步驟。
10.根據權利要求9所述的方法，還包括c)在步驟a)的最后，將形成擴散勢壘的層(36)或絕緣層06)放置在支撐晶片上的步驟，在步驟b)產生的單晶硅層的轉移發生在由支撐層和形成擴散勢壘的層或絕緣層形成的組件上。
全文摘要
本發明涉及一種結構，該結構包括通過燒結硅粉形成的第一層和由單晶硅制成的第二層，并且該結構在第一層和第二層之間包括或者不包括擴散勢壘層或絕緣層。本發明可以用于光伏工業和各種領域，例如，電子學、微電子學、光學和光電子學領域。
文檔編號H01L21/762GK102265391SQ200980151949
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月18日 優先權日2008年12月22日
發明者A·斯特拉伯尼 申請人:斯泰翁公司