專利名稱：避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法及其制造的太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于半導體技術(shù)，特別是關(guān)于一種半導體及太陽能電池制程中，避免沉積厚膜發(fā)生脫層的技術(shù)。
背景技術(shù)：
沉積膜在后續(xù)的熱處理發(fā)生脫層的問題，困擾著半導體業(yè)界及其他使用沉積膜的相關(guān)應(yīng)用。上述問題的原因通常是沉積膜與其下層材料之間的接合力不足，而上述的問題會發(fā)生在沉積層的材質(zhì)與其下層材料相同或不同時。在后續(xù)的熱處理中例如升溫至近300℃或更高溫，沉積膜與其下層材料之間的接合力不足所導致的脫層型態(tài)例如為膜的剝離(peeling)、龜裂(cracking)及/或起泡(blistering)。例如，形成非晶硅的多層堆疊結(jié)構(gòu)時，會發(fā)生上述現(xiàn)象?？蓪Ψ蔷Ч枘な┮詺浠允蛊鋺益I(dangling bonds)鈍化，而氫化的非晶硅通常以a-Si:H來表示。在二層之間的a-Si:H/a-Si:H界面，前述的接合力則特別弱。上層的非晶硅層會因為形成于界面的殘留應(yīng)力(壓應(yīng)力)，而在后續(xù)的熱循環(huán)中發(fā)生脫層，而上述熱應(yīng)力是起因于上a-Si:H層的沉積特性及參數(shù)、以及上述界面處的氫擴散。而當膜的厚度相對較厚時，例如1微米或更厚，上述問題會更加嚴重。由于半導體裝置的制造通常會歷經(jīng)一定數(shù)量的熱循環(huán)制程，因此該發(fā)生問題的后續(xù)熱處理制程不能夠避免。例如形成一保護層例如為氮化硅時，通常會升溫至一較高的溫度并持續(xù)一段時間，而足以發(fā)生前述的脫層。
除了前述的非晶硅層之外，上述脫層的問題亦會發(fā)生于多種用于制造半導體裝置與太陽能電池的薄膜。
目前已發(fā)展出許多種用于解決上述脫層問題的方案，包含精確地調(diào)整膜的沉積參數(shù)以減少沉積膜的壓應(yīng)力、在膜的沉積制程之前進行各種的清潔程序、在膜的沉積制程之前進行除氣(degas)的程序、在膜的沉積制程之前形成一粘著層、以及對上述膜的沉積面進行粗化。然而上述已知的程序所帶來的效果相當有限，且前述用于解決上述脫層問題的方案中，有許多會因制造環(huán)境的不同，而呈現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)。
即使只發(fā)生局部的脫層，來自龜裂、剝離、起泡等發(fā)生脫層的膜的污染，仍會使整個半導體裝置的品質(zhì)下降，膜中未發(fā)生脫層的部分也是一樣。因此，需要一有效的方法與結(jié)構(gòu)，來避免沉積膜發(fā)生脫層。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明是提供一種避免沉積厚膜發(fā)生脫層(delamination)的方法，包含提供一基底，具有一第一材料于其上；沉積厚度至少為1微米的厚膜于上述第一材料上；以及在后續(xù)的熱處理之前，將上述厚膜分割成多個孤立的區(qū)塊，而使上述厚膜在該后續(xù)的熱處理的過程中，不會發(fā)生脫層。
本發(fā)明所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，上述厚膜可均勻地分割成多個孤立的區(qū)塊，而規(guī)則地排列并相互間隔，其圖形密度至少為80％，且不會個別地作為一半導體裝置的元件。
本發(fā)明所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，該些孤立的區(qū)塊是為分離區(qū)所分離，該些孤立的區(qū)塊的面積至少是該分離區(qū)的面積的三倍。
本發(fā)明所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，該厚膜的厚度大于4微米。
本發(fā)明所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，該厚膜包含非晶硅。
本發(fā)明所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，該第一材料包含非晶硅。
本發(fā)明所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，分割該厚膜包含圖形化與蝕刻該厚膜。
本發(fā)明所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，蝕刻該厚膜更包含將該厚膜完全蝕穿，而暴露出該第一材料。
本發(fā)明所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，該些孤立的區(qū)塊為矩形，邊長各為10微米～100微米。
本發(fā)明1所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，其特征在于，該些孤立的區(qū)塊實質(zhì)上為相同的尺寸與相同的形狀，其形狀包含鉆石形、正方形、三角形、梯形、平行四邊形或橢圓形。
本發(fā)明所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，沉積該厚膜的方法包含化學氣相沉積法(chemical vapor deposition；CVD)、低壓化學氣相沉積法(low pressure chemical vapor deposition；LPCVD)或等離子增益化學氣相沉積法(plasma enhancedchemical vapor deposition；PECVD)。
本發(fā)明是又提供一種太陽能電池，形成于一基底上，并包含一膜堆疊結(jié)構(gòu)于其上，上述膜堆疊結(jié)構(gòu)包含一下層非晶硅材料與一上層非晶硅膜直接置于上述下層非晶硅材料上，上述上層非晶硅膜的厚度至少為1.5微米，且已被圖形化為多個規(guī)則排列且相互間隔的孤立的區(qū)塊，其圖形密度至少為80％，且上述孤立的區(qū)塊并非上述太陽能電池的分離運作的元件。
本發(fā)明所述的太陽能電池，該些孤立的區(qū)塊具有實質(zhì)相同的形狀，其形狀包含鉆石形、正方形、三角形、梯形、平行四邊形或橢圓形。
本發(fā)明所述的太陽能電池，該些孤立的區(qū)塊是為該下層非晶硅材料的曝露的部分所分離。
本發(fā)明所述的太陽能電池，該些孤立的區(qū)塊每個具有實質(zhì)上相同的面積，為100平方微米～10000平方微米本發(fā)明所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法及太陽能電池，避免了沉積厚膜發(fā)生脫層，提升了整個半導體裝置的品質(zhì)。


圖1A為剖面圖，是顯示本發(fā)明一實施例中，避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法的流程；圖1B為俯視圖，對應(yīng)于圖1A；圖2A為剖面圖，是顯示本發(fā)明一實施例中，避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法的流程；圖2B為俯視圖，對應(yīng)于圖2A；圖3為剖面圖，是顯示本發(fā)明一實施例中，避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法的流程；圖4A剖面圖，是顯示本發(fā)明一實施例中，避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法的流程；圖4B為俯視圖，對應(yīng)于圖4A；圖5為一平面視圖，是同時顯示已知技術(shù)中所形成的毯覆性膜與本發(fā)明所形成的圖形化的膜。
具體實施例方式
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下本發(fā)明是提供一種避免沉積厚膜發(fā)生脫層(delamination)的方法與結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于各種具有發(fā)生脫層傾向的膜，例如為厚度大于1微米的厚膜。在一實施例中，上述厚膜可用于一半導體裝置例如微機電(micro electromechanical structure；MEMS)裝置的犧牲層；在其他實施例中，上述厚膜可用于其他半導體裝置的其他應(yīng)用中；在一特定的實施例中，上述厚膜可用于形成于半導體基板上的太陽能電池裝置。
圖1A與圖1B是分別顯示本發(fā)明的抗脫層的沉積厚膜的剖面圖與俯視圖，其中厚膜7是形成于一下層材料(第一材料)1上。下層材料1可為一薄膜，其厚度3可為約1.5微米。在一例示的實施例中，下層材料1為一薄膜，包含一下表面2，而通過下表面2而可形成于各種基底上，例如為用于制造太陽能電池或其他半導體裝置的基底；在另一例示的實施例中，下層材料1可作為一基底，包含一上表面5。厚膜7則形成于下層材料1上，其厚度9為約1.0微米或更厚，厚度9愈厚，厚膜7發(fā)生脫層的傾向就愈大。在一例示的實施例中，厚度9可為4微米或更厚；而在其他例示的實施例中，厚度9亦可以是其他的厚度值。厚膜7可為一永久性、結(jié)構(gòu)性的膜，而亦可以是一犧牲層，例如用于微機電裝置的犧牲層。厚膜7包含一上表面11。在一例示的實施例中，厚膜7可為非晶硅；在另一例示的實施例中，厚膜7可為a-Si:H，而亦可以以各種不同的材料來形成厚膜7；在又另一例示的實施例中，例如在一太陽能電池中，厚膜7與下層材料1的每一個都可以是a-Si:H；在各種的例示的實施例中，厚膜7的材質(zhì)可與下層材料1相同或不同。厚膜7的形成方法可以是各種傳統(tǒng)制程，例如為化學氣相沉積法(chemical vapor deposition；CVD)，其包含等離子增益化學氣相沉積法(plasma enhancedchemical vapor deposition；PECVD)與低壓化學氣相沉積法(lowpressure chemical vapor deposition；LPCVD)。通過上述傳統(tǒng)的方法，厚膜7可形成為具有壓應(yīng)力，而造成厚膜7與下層材料1之間界面的殘留應(yīng)力。除了前述的沉積技術(shù)之外，亦可以使用其他的沉積技術(shù)來形成厚膜7，且本發(fā)明的實施例中，是將厚膜7形成為具有壓應(yīng)力，并發(fā)現(xiàn)在此狀態(tài)下的特殊應(yīng)用。
如圖2A與圖2B所示，在形成厚膜7之后，將其分割成多個孤立的區(qū)塊15，其中每個孤立的區(qū)塊15是為分離區(qū)13所分離。孤立的區(qū)塊15的形成可使用傳統(tǒng)的光刻蝕刻的技術(shù)。在圖2A與圖2B所繪示的實施例中，是將厚膜7完全蝕穿，而暴露出下層材料1的上表面5；而在另一例示的實施例中，不需要將厚膜7完全蝕穿，而分離區(qū)13可具有一些厚膜7的厚度，于下層材料1的上表面5上。
圖2B所顯示多個孤立的區(qū)塊15的形狀為正方形，但是除此之外，在其他的實施例中，孤立的區(qū)塊15的形狀亦可以是鉆石形、其他的矩形、三角形、平行四邊形、梯形、圓形、卵形或橢圓形。在另外的實施例中，孤立的區(qū)塊15可具有不規(guī)則的形狀。所有的孤立的區(qū)塊15可具有相同的尺寸與形狀如圖2B所示；但亦可具有不同的形狀、不同的大小或不同的形狀與大小。孤立的區(qū)塊15可通過均勻的間隔而均勻地分離如圖2B所示，而亦可通過不均勻的分離區(qū)13而分離。在一例示的實施例中，孤立的區(qū)塊15是規(guī)則地排列并相互間隔。個別的孤立的區(qū)塊15不會個別地作為一半導體裝置的元件；而是具有高圖形密度，實質(zhì)上為將一厚膜分割為多個擁擠的區(qū)塊。在一例示的實施例中，孤立的區(qū)塊15的圖形密度可為80％～90％或更高。上述的圖形密度是指分離區(qū)13以外的孤立的區(qū)塊15所占的面積，占厚膜7的原始(未分割前)面積的百分比。
如圖2B所示，孤立的區(qū)塊15為矩形，每個矩形的直角的二邊19、20的邊長均為10微米～100微米，每個孤立的區(qū)塊15的面積為100平方微米～10000平方微米，但在其他的實施例中亦可以是其他的面積。圖2B中是顯示每個孤立的區(qū)塊15是相當靠近相鄰的其他孤立的區(qū)塊15。在圖2B所繪示的實施例中，分離區(qū)13中，孤立的區(qū)塊15的間隔為每個孤立的區(qū)塊15的寬度的三分之一。在一例示的實施例中，上述間隔，亦即分離區(qū)13的寬度1為微米；而在其他的實施例中，上述間隔可為對應(yīng)的孤立的區(qū)塊15的寬度的1％～10％。本發(fā)明是提供多個排列緊密的孤立的區(qū)塊15的形成，而上述孤立的區(qū)塊15的總面積可為分離區(qū)13的總面積的至少四倍以上，其中分離區(qū)13是暴露圖2B所示實施例的上表面5的一部分。在其他的實施例中，孤立的區(qū)塊15與分離區(qū)13的面積比亦可以是其他的值。例如，上述間隔為1微米而每個孤立的區(qū)塊15的面積為10000平方微米時，在各種可用的孤立的區(qū)塊15的配置中，孤立的區(qū)塊15的面積是遠大于分離區(qū)13的面積。本發(fā)明的一特征與優(yōu)點在于在分割厚膜7之后，大多數(shù)的厚膜7仍留在下層材料1上。換句話說，厚膜7在分割之后，仍可維持其總體上的結(jié)構(gòu)完整性。
在分割厚膜7之后如圖2B所示，在后續(xù)熱處理(熱循環(huán))時，其結(jié)構(gòu)具有抗脫膜性。在形成圖2B所示的結(jié)構(gòu)之后，會經(jīng)過各種的例如在400℃或更高的溫度下，進行3分鐘或更久的熱制程。上述熱循環(huán)可以是例如退火或其他擴散制程的熱處理，用于整體或局部處理。在其他例示的實施例中，亦可使用歷時更久且更高溫的加熱處理。在另外的實施例中，其后續(xù)的熱處理是用以在厚膜7與下層材料1上沉積另一薄膜。
圖3是顯示另一薄膜18形成于厚膜7上，并具有多個插塞(plug)12，填滿圖2A與圖2B所示的分離區(qū)13。在一例示的實施例中，另一薄膜18可以是一氮化硅膜。另一薄膜18的材質(zhì)可與厚膜7的材質(zhì)相同或不同。另一薄膜18的形成可使用各種的膜沉積技術(shù)，其條件為在至少400℃、沉積至少3分鐘；在其他例示的實施例中，亦可使用更高的沉積溫度與制程時間。在另一薄膜18為氮化硅膜的例示實施例中，其膜厚可為4500，其沉積溫度約為400℃；在其他例示的實施例中，其膜厚亦可為其他值。本發(fā)明的一特征在于在后續(xù)的熱處理例如沉積另一薄膜18時，申請人發(fā)現(xiàn)由于已將厚膜7分割成多個孤立的區(qū)塊15，而可避免其發(fā)生脫層。在另一薄膜18為氮化硅膜的例示實施例中，該氮化硅膜可為一保護層；在其他例示的實施例中，例如將厚膜7與下層材料1用以形成一太陽能電池時，可形成各種其他的薄膜于該結(jié)構(gòu)上，例如接觸層與電極。
在一例示的實施例如圖4A與圖4B所示的實施例中，可在形成另一薄膜18后，施以一平坦化的制程，以形成由孤立的區(qū)塊15的上表面11與插塞12的上表面所構(gòu)成的表面23。圖4A與圖4B是顯示經(jīng)平坦化制程之后的結(jié)構(gòu)。在一例示的實施例中，可以相同的材料形成厚膜7與另一薄膜18，而形成如圖4A與圖4B所示，具抗脫膜性的連續(xù)式且由相同材料所形成的上層膜結(jié)構(gòu)。
圖5為一平面視圖，是顯示形成于一基底上的已知技術(shù)中所形成的毯覆性膜、與本發(fā)明所形成的圖形化的膜。在上述基底的區(qū)域30與40形成相同的膜，然后僅對區(qū)域30的膜以本發(fā)明的方法施以圖形化，而形成為分離區(qū)34所分離的多個孤立的區(qū)塊32；在區(qū)域40則為已知技術(shù)的毯覆性膜43。將區(qū)域30中的膜圖形化之后，對整個基底施以一熱處理制程，如圖5所示，在區(qū)域40的位置45是發(fā)生脫膜。上述脫膜是包含膜的剝離(peeling)、龜裂(cracking)及/或起泡(blistering)；而區(qū)域30中的本發(fā)明的圖形化的膜，則未發(fā)生任何的脫膜現(xiàn)象。
以上所述僅為本發(fā)明較佳實施例，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟悉本項技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可在此基礎(chǔ)上做進一步的改進和變化，因此本發(fā)明的保護范圍當以本申請的權(quán)利要求書所界定的范圍為準。
附圖中符號的簡單說明如下1下層材料2下表面3厚度5上表面
7厚膜9厚度11上表面13分離區(qū)15孤立的區(qū)塊18薄膜19邊20邊12插塞23表面30區(qū)域32孤立的區(qū)塊34分離區(qū)40區(qū)域43毯覆性膜45位置
權(quán)利要求
1.一種避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，其特征在于，該避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法包含提供一基底，具有一第一材料于其上；沉積厚度至少為1微米的厚膜于該第一材料上；以及在后續(xù)的熱處理之前，將該厚膜分割成多個孤立的區(qū)塊，而使該厚膜在該后續(xù)的熱處理的過程中，不會發(fā)生脫層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，其特征在于，將該厚膜分割成多個孤立的區(qū)塊包含均勻地分割，而使所述孤立的區(qū)塊有規(guī)則地排列且相互間隔，所述孤立的區(qū)塊的圖形密度至少為80％，且不會個別地作為一半導體裝置的元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，其特征在于，所述孤立的區(qū)塊是為分離區(qū)所分離，所述孤立的區(qū)塊的面積至少是該分離區(qū)的面積的三倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，其特征在于，該厚膜的厚度大于4微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，其特征在于，該厚膜包含非晶硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，其特征在于，該第一材料包含非晶硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，其特征在于，分割該厚膜包含圖形化與蝕刻該厚膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，其特征在于，蝕刻該厚膜更包含將該厚膜完全蝕穿，而暴露出該第一材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，其特征在于，所述孤立的區(qū)塊為矩形，邊長各為10微米～100微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，其特征在于，所述孤立的區(qū)塊實質(zhì)上為相同的尺寸與相同的形狀，其形狀包含鉆石形、正方形、三角形、梯形、平行四邊形或橢圓形。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法，其特征在于，沉積該厚膜的方法包含化學氣相沉積法、低壓化學氣相沉積法或等離子增益化學氣相沉積法。
12.一種太陽能電池，其特征在于，該太陽能電池形成于一基底上，并包含一膜堆疊結(jié)構(gòu)于其上，該膜堆疊結(jié)構(gòu)包含一下層非晶硅材料與一上層非晶硅膜直接置于該下層非晶硅材料上，該上層非晶硅膜的厚度至少為1.5微米，且已被圖形化為多個規(guī)則排列且相互間隔的孤立的區(qū)塊，其圖形密度至少為80％，且所述孤立的區(qū)塊并非該太陽能電池的分離運作的元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能電池，其特征在于，所述孤立的區(qū)塊具有實質(zhì)相同的形狀，其形狀包含鉆石形、正方形、三角形、梯形、平行四邊形或橢圓形。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能電池，其特征在于，所述孤立的區(qū)塊是為該下層非晶硅材料的曝露的部分所分離。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能電池，其特征在于，所述孤立的區(qū)塊每個具有實質(zhì)上相同的面積，為100平方微米～10000平方微米。
全文摘要
本發(fā)明提供一種避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法及其制造的太陽能電池，在該方法中，在形成一厚膜后、在后續(xù)的熱處理程序之前，將其分割成多個分離的區(qū)塊。通過上述分割的步驟，可減少膜應(yīng)力對上述厚膜與其下層材料之間的界面的作用，而避免在上述厚膜形成之后的后續(xù)熱處理過程中發(fā)生脫層。已分割的厚膜的圖形密度至少為80％，且上述分離的區(qū)塊不會個別地作為元件結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的避免沉積厚膜發(fā)生脫層的方法及其制造的太陽能電池，避免了沉積厚膜發(fā)生脫層，提升了整個半導體裝置的品質(zhì)。
文檔編號H01L31/042GK101026202SQ200610137928
公開日2007年8月29日 申請日期2006年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月21日
發(fā)明者張毓華, 鐘明達, 翁睿均, 林明毅 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司