[發明專利]硅＜100＞的自支撐層的分離

有效

• 申請號: 201380035973.2
• 申請日: 2013-07-01
• 公開（公告）號: CN104428886B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 卡羅勒·布雷利;弗雷德里克·馬澤恩
• 申請（專利權）人: 法國原子能及替代能源委員會
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;H01L31/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 余剛,張英

本發明涉及一種用于分離結晶取向<100>的硅的自支撐層的方法，尤其用于光伏領域中的應用。

結晶取向<100>的單晶硅用于在光伏領域中的應用是特別令人感興趣的。這種硅很容易被結構化，并可以有利地導致表面包括適于光伏電池制造的錐體構造。此外，它也易于鈍化使得由這種基板(基底)制成的電池顯示出良好的性能。

因此，從結晶取向<100>的硅錠進行研究以便形成自支撐層，即易于操作(manipulable)和可控制(grippable)的層，目的在于形成光伏電池。

例如，已知存在一種通過鋸切硅錠的切割方法，通常用于形成約150至200微米厚度的用于光伏應用的基板。但是這種方法會導致由于鋸痕而在切割平面處大量損失材料，約50％的初始硅原料。此外，這種技術在所需的自支撐層的厚度從10變化到100微米時難以相容，因為這些層的厚度變得太小而不能承受鋸切的機械應力。

還已知存在一種離子物質的高能注入隨后在氮下熱退火的技術，其導致結晶取向<111>的硅具有良好結果。但是硅<111>由于其結晶取向而不能如光伏應用所需的進行結構化，這降低了制造產量和由此形成的器件的效率。

H.Hassaf等人發表于Nucl.lnstr.and Meth.in Phys.Res.B 240(2005)183-187中題為“Transfer of thin silicon layers by MeV hydrogen implantation”的文獻公開了，為了獲得硅<111>的層的轉移，對于在650KeV至2MeV之間的能量以及在600℃下熱處理至少30分鐘，需要在5.10¹⁶至8.10¹⁶H/cm²的劑量。然而，這種條件不允許獲得硅<100>的轉移。必需使用約1.10¹⁷H/cm²的較高劑量以獲得取向<100>的自支撐層的分離，這增加了制造成本。

這能夠通過以微裂紋發展的最有利的平面是平面<111>的事實進行說明。這個平面實際上是在硅的晶體結構中包括最少平面間鍵的平面。然而，對于硅<100>，這個平面并不平行于取向<100>的基板表面：因此其與通過注入獲得的脆化平面不再平行。因此，在施加熱處理時，這些缺陷優選沿平面<111>傾斜發展。因此，斷裂更加難以沿著通過注入脆化的平面傳播。

本發明的目的之一是克服這些缺點中的至少一種。為此目的，本發明的目的是一種用于分離結晶取向<100>的硅的自支撐層的方法，所述方法具體地為了在光伏領域中應用的目的，所述方法包括由以下構成的步驟：

a-將離子物質注入通過結晶取向<100>的硅基板以便產生在兩側上定界出基板的自支撐層和底板(底片，negative)的脆化平面(embrittlement plane)，以及

b-以大于30℃/s的溫度升高(升溫，temperature ramp)對注入的基板施加熱處理以便分離硅的自支撐層。

在本申請中，對于表述“自支撐層”(或根據英文術語“獨立式(free-standing)”)，應該理解為下述硅層，所述硅層顯示出足夠厚度，產生硅的機械性能，使得所述層本身為足夠剛性的，從而為可控制的、可操作的并可用于以后的步驟中，特別是光伏器件的制造中，無需采用強化基板組裝所述層。這些通常可以是厚度大于10或甚至20微米的硅層。

還應當理解的是，通過基板表面實施離子物質的注入并且自支撐層定界于脆化平面和通過其實施注入的所述基板的表面之間。

在本申請中，對于短語“脆化平面”，是指平行于注入基板的表面的平面，在此平面中定位最大濃度的注入離子物質并在此平面中集中自支撐層分離之初的晶體缺陷發展的平面。

在本申請中，術語“底板”是指硅基板<100>在硅自支撐層分離之后回收并形成自支撐基板的殘余物。底板實際上顯示出能夠進行操作所需的厚度。