光電轉(zhuǎn)換元件的基板及其制造方法
【專利摘要】一種光電轉(zhuǎn)換元件的基板的制造方法包括下列步驟。將單晶硅晶圓置入機(jī)臺的腔體內(nèi)，其中腔體內(nèi)有鍺靶材或硅鍺靶材。接著，進(jìn)行物理氣相沉積工藝，以于單晶硅晶圓上形成單晶鍺薄膜或單晶硅鍺薄膜。此制造方法可降低光電轉(zhuǎn)換元件的基板的生產(chǎn)成本。此外，本發(fā)明另提出一種光電轉(zhuǎn)換元件的基板。
【專利說明】
光電轉(zhuǎn)換元件的基板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體基板，尤其涉及一種光電轉(zhuǎn)換元件的基板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為提升太陽能電池的效率，增加入射光子的吸收率即是基本的方法之一，然而太陽能電池能吸收的入射光波長取決于太陽能電池材料本身的能隙。太陽光的頻譜為250納米(nm)?2500nm，目前并無任何一種材料能夠吸收如此寬廣的頻譜，因此多接面(mu 11 1- j u n c t i ο η)結(jié)構(gòu)是吸收寬廣頻譜的較佳選擇。
[0003]然而，針對II1- V族多接面太陽能電池來說，其硅基板存有一個明顯的缺點，即是硅本身的晶格常數(shù)對于II1- V族材料來說太小，如此不容易在硅上面成長高品質(zhì)、高結(jié)晶率的II1- V族材料。另一方面，鍺對于砷化鎵(GaAs)則是有理想的晶格匹配，即使選擇磷化鎵(GaP)與磷化銦(InP)的化合物系列堆迭在鍺基板上也是一個不錯的選擇。雖然鍺有著良好的晶格匹配可在其上成長高品質(zhì)的砷化鎵層，但是選擇鍺基板來當(dāng)作多接面太陽能電池的基板時，由于鍺本身的能隙過低，其所產(chǎn)生的電流過大，與多接面太陽能電池頂層的砷化鎵或磷化銦鎵(InGaP)無法達(dá)到良好的電流匹配。另外，鍺基板還有成本高且熱傳性較差的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種光電轉(zhuǎn)換元件的基板的制造方法，其所制造出的基板能取代現(xiàn)有技術(shù)的鍺基板。
[0005]本發(fā)明提出一種光電轉(zhuǎn)換元件的基板，以取代現(xiàn)有技術(shù)的鍺基板。
[0006]本發(fā)明實施例所提供的光電轉(zhuǎn)換元件的基板的制造方法包括下列步驟:將單晶硅晶圓置入機(jī)臺的腔體內(nèi)，其中腔體內(nèi)有鍺靶材或硅鍺靶材；以及進(jìn)行物理氣相沉積(physical vapor deposit1n, PVD)工藝，以于單晶娃晶圓上形成單晶鍺薄膜或單晶娃鍺薄膜。
[0007]在本發(fā)明的一實施例中，上述的制造方法更包括在進(jìn)行物理氣相沉積工藝之前，將單晶硅晶圓加熱至攝氏150度以上，并使腔體內(nèi)的壓力小于或等于9X10 6托爾(torr);
[0008]在本發(fā)明的一實施例中，在進(jìn)行物理氣相沉積工藝之前，將單晶硅晶圓加熱至攝氏200度至500度之間。
[0009]在本發(fā)明的一實施例中，在進(jìn)行物理氣相沉積工藝之前，將單晶硅晶圓加熱至攝氏300度。
[0010]在本發(fā)明的一實施例中，在進(jìn)行物理氣相沉積工藝之前，使腔體內(nèi)的壓力小于或等于I X 10 5托爾。
[0011]在本發(fā)明的一實施例中，在進(jìn)行物理氣相沉積工藝時，腔體內(nèi)的工作壓力小于或等于5X10 1托爾。
[0012]在本發(fā)明的一實施例中，上述的物理氣相沉積工藝包括濺鍍工藝。
[0013]在本發(fā)明的一實施例中，上述的制造方法更包括在將單晶硅晶圓置入腔體之前，清洗單晶娃晶圓。
[0014]在本發(fā)明的一實施例中，上述的清洗單晶硅晶圓的步驟包括:進(jìn)行RCA清洗流程；以及將單晶硅晶圓浸泡在氫氟酸中。
[0015]在本發(fā)明的一實施例中，上述的單晶硅晶圓的晶向為(100)、(111)、(220)、(311)、
(222)、(400)、(311)或(422)。
[0016]本發(fā)明實施例所提供的光電轉(zhuǎn)換元件的基板包括單晶硅晶圓以及單晶薄膜，其中單晶薄膜配置于單晶硅晶圓上，且此單晶薄膜為單晶鍺薄膜或單晶硅鍺薄膜。
[0017]本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件的基板及其制造方法中，因借由單晶硅晶圓及形成于其上的單晶鍺薄膜或單晶硅鍺薄膜作為光電轉(zhuǎn)換元件的基板，以取代現(xiàn)有技術(shù)的鍺基板，所以能克服錯基板的缺點。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明一實施例的光電轉(zhuǎn)換元件的基板的制造方法的流程圖。
[0019]圖2A至圖2B是本發(fā)明一實施例的應(yīng)用等離子體派鍍(plasma sputtering)機(jī)臺制造光電轉(zhuǎn)換元件的基板的示意圖。
[0020]圖3是本發(fā)明一實施例的光電轉(zhuǎn)換元件的基板的示意圖。
【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件的基板包括單晶硅晶圓及堆迭于其上的單晶薄膜，其中單晶薄膜可為單晶鍺薄膜或單晶硅鍺薄膜。以下將配合圖式來說明本發(fā)明一實施例的光電轉(zhuǎn)換元件的基板的制造方法。
[0022]圖1是本發(fā)明一實施例的光電轉(zhuǎn)換元件的基板的制造方法的流程圖。圖2A至圖2B是本發(fā)明一實施例的應(yīng)用等離子體濺鍍機(jī)臺制造光電轉(zhuǎn)換元件的基板的示意圖。請先參照圖1與圖2A，本實施例的光電轉(zhuǎn)換元件的基板的制造方法包括下列步驟:如步驟SllO所示，將單晶硅晶圓110置入機(jī)臺200的腔體210內(nèi)，其中腔體210內(nèi)有靶材220。此靶材220可為鍺靶材或硅鍺靶材。在圖2A中，單晶硅晶圓110與靶材220例如是位于腔體210內(nèi)的陽極230與陰極240之間，其中單晶硅晶圓110鄰近陽極230，而靶材220鄰近陰極240。單晶硅晶圓 110 的晶向可為(100)、(111)、(220)、(311)、(222)、(400)、(311)或(422)。此夕卜，機(jī)臺200為物理氣相沉積機(jī)臺，如蒸鍍(evaporat1n)機(jī)臺或派鍍機(jī)臺等，其中派鍍機(jī)臺依照濺鍍源又分成等離子體濺鍍機(jī)臺、離子束濺鍍機(jī)臺等，本實施例是以等離子體濺鍍機(jī)臺為例，但本發(fā)明并不限制機(jī)臺的種類。另外，腔體210具有進(jìn)氣口 211與出氣口 212，其中進(jìn)氣口 211用以通入氣體，而出氣口 212用以抽真空。
[0023]為了在后續(xù)步驟中成長出高品質(zhì)的單晶薄膜，在將單晶硅晶圓110置入腔體210之前，可先清洗單晶娃晶圓110。清洗單晶娃晶圓110的步驟例如是先進(jìn)行RCA清洗流程，接著再將單晶硅晶圓110浸泡在氫氟酸中，以去除單晶硅晶圓110上的原生氧化層。在一實施例中，上述的氫氟酸的濃度約為1-5%，例如2%，而浸泡時間約為1-5分鐘，例如2分鐘，但可依實際需求而調(diào)整，本發(fā)明并不加以限制。
[0024]接著，如步驟S120及圖2B所示，進(jìn)行物理氣相沉積工藝，以于單晶硅晶圓110上形成單晶薄膜120。此單晶薄膜120為單晶鍺薄膜或單晶硅鍺薄膜。當(dāng)要形成單晶鍺薄膜時，靶材220選用鍺靶材，而當(dāng)要形成單晶硅鍺薄膜時，靶材220選用硅鍺靶材。為了成長出高品質(zhì)的單晶薄膜120，在進(jìn)行物理氣相沉積工藝之前，可先將單晶硅晶圓110加熱至攝氏150度以上，并進(jìn)行抽真空，使腔體210內(nèi)的壓力小于或等于9X 10 6托爾。在一實施例中，可將單晶硅晶圓110加熱至攝氏200度至500度之間，例如攝氏300度或攝氏400度。此外，加熱單晶硅晶圓110的方法可借由腔體210內(nèi)的加熱器250將單晶硅晶圓110加熱至預(yù)定的溫度后，再等待一段時間，使單晶硅晶圓110的溫度穩(wěn)定之后，再進(jìn)行物理氣相沉積工藝。等待的時間約為5-15分鐘，例如15分鐘，可依據(jù)實際狀況而調(diào)整。另外，在一實施例中，在進(jìn)行物理氣相沉積工藝之前，使腔體210內(nèi)的壓力小于或等于1X10 5托爾。
[0025]本實施例的物理氣相沉積工藝是以濺鍍工藝為例，其經(jīng)由進(jìn)氣口 211通入惰性氣體(如氬氣)至腔體210內(nèi)。之后，借由陰極240與陽極230之間產(chǎn)生高壓，以解離氣體分子而形成等離子體P。如此，可借由等離子體P中的正離子(如Ar+)轟擊靶材220，使靶材220的材料濺射出而沉積于單晶硅晶圓110上，進(jìn)而于單晶硅晶圓110上成長一層單晶薄膜120。為了提升單晶薄膜120的品質(zhì)，在進(jìn)行物理氣相沉積工藝時，可將腔體210內(nèi)的工作壓力控制在小于或等于5X 10 1托爾。由于濺鍍工藝為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者所熟知，在此不加以詳述。此外，在一些實施例中，也可借由蒸鍍機(jī)臺來進(jìn)行物理氣相沉積工藝，本發(fā)明并不限定進(jìn)行物理氣相沉積工藝時所使用的機(jī)臺。在另一實施例中，可借由磁控派鍍(magnetron sputtering)機(jī)臺來沉積單晶薄膜120，以提升單晶薄膜120的品質(zhì)。
[0026]圖3是本發(fā)明一實施例的光電轉(zhuǎn)換元件的基板的示意圖。請參照圖3，由上述光電轉(zhuǎn)換元件的基板的制造方法所制造出的光電轉(zhuǎn)換元件的基板100包括單晶硅晶圓110以及單晶薄膜120，其中單晶薄膜120配置于單晶硅晶圓110上，且此單晶薄膜120為單晶鍺薄膜或單晶硅鍺薄膜。單晶硅晶圓110的晶向例如為(100)、(111)、(220)、(311)、(222)、(400)、(311)或(422)，而單晶薄膜120的晶向大致上與單晶硅晶圓110的晶向相同。
[0027]在上述制造方法中，由于可在較低溫的環(huán)境下成長單晶薄膜120，所以能有效地克服硅、鍺的熱膨脹系數(shù)差異所造成的熱應(yīng)力缺陷。而且，相較于化學(xué)氣相沉積工藝，物理氣相沉積工藝無須使用具有毒性或易燃的氣體，因此對于工業(yè)安全較有保障。另外，物理氣相沉積機(jī)臺的成本較化學(xué)氣相沉積機(jī)臺的成本低廉許多，有助于降低光電轉(zhuǎn)換元件的基板100的生產(chǎn)成本。
[0028]再者，本實施例的光電轉(zhuǎn)換元件的基板100是在單晶硅晶圓110上成長低表面缺陷的單晶薄膜120，能夠取代價格昂貴的鍺晶圓。將此光電轉(zhuǎn)換元件的基板100作為太陽能電池或其他光電轉(zhuǎn)換元件的基板時，將可降低太陽能電池或其他光電轉(zhuǎn)換元件的成本。此夕卜，除了將光電轉(zhuǎn)換元件的基板100應(yīng)用于太陽能電池外，因鍺的晶格常數(shù)近似砷化鎵，所以可達(dá)到整合II1- V族半導(dǎo)體化合物與硅工藝技術(shù)的目標(biāo)，進(jìn)而能夠單石積體化砷化鎵光電元件于光電轉(zhuǎn)換元件的基板100上。另外，鍺的能隙較硅低，其主要吸收頻譜波段集中于紅外光區(qū)段，而且鍺也具有高于硅的電子與電洞載子迀移率，再加上鍺與硅的材料性質(zhì)非常相近，使其容易與硅工藝技術(shù)整合，所以鍺較硅更適合用于長距離傳輸?shù)墓馔ㄓ嵉墓怆娫?，如紅外光檢測器與光調(diào)制器等元件。因此，本實施例的光電轉(zhuǎn)換元件的基板100也可應(yīng)用于長距離傳輸?shù)墓馔ㄓ嵐怆娫?。需說明的是，本發(fā)明實施例的光電轉(zhuǎn)換元件的基板100并不僅限于應(yīng)用在太陽能電池及用于長距離傳輸?shù)墓馔ㄓ嵐怆娫?br>[0029]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種光電轉(zhuǎn)換元件的基板的制造方法，其特征在于，包括: 將單晶硅晶圓置入機(jī)臺的腔體內(nèi)，其中該腔體內(nèi)有鍺靶材或硅鍺靶材；以及 進(jìn)行物理氣相沉積工藝，以于該單晶硅晶圓上形成單晶鍺薄膜或單晶硅鍺薄膜。2.如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件的基板的制造方法，其特征在于，還包括在進(jìn)行該物理氣相沉積工藝之前，將該單晶硅晶圓加熱至攝氏150度以上，并使該腔體內(nèi)的壓力小于或等于9 X 10 6托爾。3.如權(quán)利要求2所述的光電轉(zhuǎn)換元件的基板的制造方法，其特征在于，在進(jìn)行該物理氣相沉積工藝之前，將該單晶硅晶圓加熱至攝氏200度至500度之間。4.如權(quán)利要求2所述的光電轉(zhuǎn)換元件的基板的制造方法，其特征在于，在進(jìn)行該物理氣相沉積工藝之前，使該腔體內(nèi)的壓力小于或等于1X10 5托爾。5.如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件的基板的制造方法，其特征在于，在進(jìn)行該物理氣相沉積工藝時，該腔體內(nèi)的工作壓力小于或等于5 X 10 1托爾。6.如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件的基板的制造方法，其特征在于，該物理氣相沉積工藝包括濺鍍工藝。7.如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件的基板的制造方法，其特征在于，還包括在將該單晶硅晶圓置入該腔體之前，清洗該單晶硅晶圓。8.如權(quán)利要求7所述的光電轉(zhuǎn)換元件的基板的制造方法，其特征在于，清洗該單晶硅晶圓的步驟包括: 進(jìn)行RCA清洗流程；以及 將該單晶硅晶圓浸泡在氫氟酸中。9.如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件的基板的制造方法，其特征在于，該單晶硅晶圓的晶向為(100)、(111)、(220)、(311)、(222)、(400)、(311)或(422)。10.一種光電轉(zhuǎn)換元件的基板，其特征在于，包括: 單晶娃晶圓；以及 單晶薄膜，配置于該單晶硅晶圓上，其中該單晶薄膜為單晶鍺薄膜或單晶硅鍺薄膜。
【文檔編號】H01L31/028GK106057963SQ201510710897
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年10月28日
【發(fā)明人】陳升暉, 曾少澤, 曹昭陽, 張正陽
【申請人】欣欣天然氣股份有限公司