一种在受控衬底剥脱期间促进开裂萌生的方法技术

本发明专利技术涉及一种在受控衬底剥脱期间促进开裂萌生的方法。提供了一种方法，其中，能够以受控方式剥脱包括不同的断裂韧度（KIc）的各种材料的衬底。特别地，在应力源层形成之前，在衬底的表面部分内形成表面台阶区域。在衬底的表面部分内的表面台阶区域的存在，能够控制在所述衬底内出现开裂萌生的深度和容易性。

【技术实现步骤摘要】
一种在受控衬底剥脱期间促进开裂萌生的方法
本公开涉及衬底制造，以及更具体地涉及一种利用受控剥脱工艺从衬底去除材料层的方法，其中在应力源（stressor）层形成之前在衬底中产生表面台阶区域。
技术介绍
可以薄膜形式制造的诸如光伏和电光等的器件相比于其它体对应物，具有三个明显的优势。首先，凭借使用的较少材料，薄膜器件可以改善与器件制造相关的材料成本。其次，较低的器件重量是激发宽范围的薄膜应用的工业级努力的显著优势。第三，如果尺寸足够小，器件可以凭借其薄膜形式而呈现机械适应性。此外，如果器件层从可重复使用的衬底去除，可以实现附加的制造成本降低。当前，本领域一直进行着（i）由体材料（即，半导体）产生薄膜衬底以及（ii）从下面的体衬底上去除器件层以形成薄膜器件层的努力。最近的进展例如，Bedell等的美国专利申请公开号2010/0311250A1的称为“受控剥脱技术”的一种新颖的层转移方法允许通过从衬底去除表面层而制造廉价的、薄膜、高质量衬底。通过该受控剥脱技术去除的薄膜衬底层，可用于1）增加常规光伏技术的每瓦特值成本，或2）允许制造挠性的并且可用于制造新产品的新颖的、高效光伏、电子和光电子材料。然而，尽管能够产生薄膜衬底，但是仍然需要能够控制在受控剥脱工艺期间在衬底内出现开裂萌生（initiation）的深度和容易性（ease）的方法。
技术实现思路
提供了一种方法，其中包括不同断裂韧度（KIc）的各种材料的衬底可以受控的方式剥脱。特别地，在应力源层形成之前，在衬底的表面部分内形成表面台阶区域。衬底的表面部分内的表面台阶区域的存在能控制发生在衬底内的开裂萌生的深度和容易性。本公开中使用的术语“表面台阶区域”用于表示位于每个垂直边缘处、且位于所述衬底的前侧上的区域，其中所述衬底的第一暴露水平表面相对于所述衬底的第二暴露水平表面垂直偏移。在本公开的一个实施例中，通过形成从下向上包括基础部分和非连续表面部分的衬底，在衬底内提供表面台阶区域，其中所述非连续表面部分在衬底的边缘区域不存在。在另一个实施例中，通过形成从下向上包括基础部分和连续表面部分的衬底，在衬底内提供该表面台阶区域，其中所述连续表面部分包括凹陷表面和非凹陷表面。在本专利技术的方面中，提供了一种从衬底去除材料层的方法，所述衬底包括不同断裂韧度的材料。特别地，该方法包括：提供衬底，所述衬底从下到上包括：基础部分，包含至少一种第一材料并具有第一断裂韧度；以及表面部分，包含至少一种第二材料并具有第二断裂韧度，其中，该第二断裂韧度不同于第一断裂韧度，以及其中表面台阶区域位于衬底的每个垂直边缘处并在衬底的前侧上。接下来，在衬底前侧的顶上形成应力源层。然后通过剥脱从所述衬底去除材料层，其中，开裂传播仅发生在第一材料或第二材料中的一者中。附图说明图1A为示出了衬底的图示（通过截面视图），根据本专利技术公开的实施例，该衬底从下到上包括：基础部分，包含至少一种第一材料并具有第一断裂韧度；表面部分，包含至少一种第二材料并具有第二断裂韧度，该第二断裂韧度不同于第一断裂韧度。图1B为示出了另一衬底的图示（通过截面视图），根据本专利技术公开的实施例，该衬底从下到上包括：基础部分，包含至少一种第一材料并具有第一断裂韧度；表面部分，包含至少一种第二材料并具有第二断裂韧度，该第二断裂韧度不同于第一断裂韧度。图2为示出了根据本专利技术公开的实施例在表面部分的最上表面上和基础部分的最上表面的暴露部分上形成含金属的粘合层后的图1A的结构的图示（通过截面视图）。图3为示出了根据本专利技术公开的实施例在含有金属的粘合层的表面上形成应力源层之后的图2的结构的图示（通过截面视图）。图4为示出了根据本专利技术公开的实施例在应力源层的表面上形成处理（handle）衬底之后的图3的结构的图示（通过截面视图）。图5A为示出了根据本专利技术公开的实施例在随后的剥脱工艺期间在图4的结构内的投影开裂形成路径的图示（通过截面视图）。图5B为示出了根据本专利技术公开的另一实施例在随后的剥脱工艺期间在图4的结构内的投影开裂形成路径的图示（通过截面视图）。图6A为示出了根据本专利技术公开的一个实施例的在进行了剥脱工艺之后的图4的结构的图示（通过截面视图），其中遵循图5A所示的投影开裂形成路径。图6B为示出了根据本专利技术公开的另一实施例的在进行了剥脱工艺之后的图4的结构的图示（通过截面视图），其中遵循图5B所示的投影开裂形成路径。具体实施方式本专利技术将结合本专利技术的附图并参照下面的讨论进行更加详细地说明。值得注意的是，本专利技术的附图仅用于说明的目的，因此它们并非按比例绘制。在下面的描述中，为使本专利技术公开的内容能够被全面理解，本专利技术给出了许多具体细节，例如特定的结构、部件、材料、尺寸、处理步骤和技术等。然而，对本领域普通技术人员可以理解的是，本专利技术公开内容可以通过没有这些特定细节的可行的备选工艺选项来实践。在其他实例中，为了避免混淆本专利技术的各实施例，没有详细地对公知的结构或处理步骤进行说明。在Bedell等的美国专利申请公开号2010/0311250A1中公开的受控剥脱技术已被证明是一种有用的且通用的层转移技术。促成剥脱断裂模式的重要要求在于微开裂在衬底下方可以传播。例如，作为衬底内形成受控开裂萌生区域的方式，在Bedell等的美国专利申请公开号2013/005116A1中，已经描述了在衬底的周边形成应力中断。现在已经确定，在包含不同的断裂韧度（KIc）材料层的衬底执行受控剥脱时，通过在应力源层形成之前在衬底内产生表面台阶区域将带来额外的益处。已经发现，在剥脱前衬底中的表面台阶区域的产生可以控制在包含具有不同断裂韧度值的材料层的衬底中开裂萌生开始的深度和容易性。参考图1-6B的本专利技术公开的在受控剥脱工艺过程中用于促进开裂形成的方法的基本处理步骤，。首先参考图1A-1B，其示出了本公开中采用并能够进行受控剥脱工艺的各种衬底12。每个衬底12从下到上包括：基础部分10，包含至少一种第一材料并具有第一断裂韧度；表面部分14，包含至少一种第二材料并具有第二断裂韧度，其中，该第二断裂韧度不同于第一断裂韧度。包括表面部分14的衬底12的一侧，在本文中称为衬底12的前侧13。与前侧相对的衬底12的对侧，在本文中称为衬底12的背侧表面。在本专利技术的一个实施例中，衬底12的基础部分10内的第一断裂韧度大于衬底12的表面部分14内的第二断裂韧度。在本专利技术另一个实施例中，衬底12的基础部分10内的第一断裂韧度小于衬底12的表面部分14内的第二断裂韧度。根据本公开，衬底在衬底12的前侧13上具有表面台阶区域11，该区域11邻近近衬底12的每个垂直边缘V1，V2。在本专利技术中，术语“表面台阶区域”用来表示在衬底12的前侧13上并位于邻近每个垂直边缘V1，V2其在其中衬底12的表面部分14在基础部分10上完全不存在（参见图1A）或具有相对于表面部分14的最上表面的凹陷表面（参见图1B）的区域。因此，如图1A所示的衬底12的情况下，表面台阶区域11是衬底12中的表面部分14在基础部分10上不存在的区域。在图1B所示的衬底12的情况下，表面台阶区域11为包括表面部分14的凹陷表面的区域。在如图1A所示的实施例中，台阶表面区域11可以通过形成衬底12提供，该衬底12从下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从衬底去除材料层的方法，所述方法包括：提供衬底，所述衬底从下到上包括基础部分和表面部分，所述基础部分包含至少一种第一材料并具有第一断裂韧度，以及所述表面部分包含至少一种第二材料并具有第二断裂韧度，其中，所述第二断裂韧度不同于所述第一断裂韧度，以及其中表面台阶区域位于所述衬底的每个垂直边缘处且在所述衬底的前侧上；在所述衬底的所述前侧的顶上形成应力源层；通过剥脱从所述衬底去除材料层，其中，开裂传播仅发生在所述第一材料或所述第二材料中的一者中。

【技术特征摘要】
2013.02.22 US 13/774,6431.一种用于从衬底去除材料层的方法，所述方法包括：提供衬底，所述衬底从下到上包括基础部分和表面部分，所述基础部分包含至少一种第一材料并具有第一断裂韧度，以及所述表面部分包含至少一种第二材料并具有第二断裂韧度，其中，所述第二断裂韧度不同于所述第一断裂韧度，以及其中表面台阶区域位于所述衬底的每个垂直边缘处且在所述衬底的前侧上；在所述衬底的所述前侧的顶上形成应力源层；通过剥脱从所述衬底去除材料层，其中，开裂传播仅发生在所述第一材料或所述第二材料中的一者中。2.根据权利要求1所述的方法，其中，提供所述衬底包括在所述基础部分上均厚沉积所述表面部分，以及构图所述表面部分以在其中包括所述表面台阶区域。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述构图形成包括光刻和蚀刻。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述蚀刻完全去除所述表面部分的暴露区域。5.根据权利要求3所述的方法，所述蚀刻部分地去除所述表面部分的暴露区域。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述表面部分的部分去除的暴露区域具有第一厚度，所述第一厚度小于所述表面部分的邻近区域的第二厚度。7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述构图包括激光烧蚀。8.根据权利要求2所述的方法，其中，所述构图包括反应离子蚀刻。9.根据权利要求1所述的方法，其中，提供所述衬底包括选择性淀积工艺，在所述选择性淀积工艺中在所述基础部分的预定区域上形成所述表面部分。10.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·W·比德尔，K·E·福格尔，B·赫克玛特绍塔巴里，P·A·劳罗，D·K·萨达那，D·沙赫莉亚迪，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US