(57)【要約】      （修正有）【課題】薄膜光電デバイスの組み立て方法を開示する。【解決手段】成長面１６を有するウエハー１４と、犠牲層１８と、デバイス領域２０とを有する成長構造を提供することを含む。ホスト基板２６を提供することと、デバイス領域上に第１の金属層２８を配置することと、ホスト基板上に第２の金属層３０を配置することとをさらに含む。接合温度において第１の金属層および第２の金属層を共に押圧することによって第１の金属層を第２の金属層に接合することをさらに含み、ここで、接合温度は、室温より高く、ホスト基板のガラス転移温度およびホスト基板の融解温度のうちの低い方より低い。【選択図】図１ａ
2020053696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜光電デバイスの組み立て方法であって、
成長面を有するウエハーと、犠牲層と、デバイス領域とを有する成長構造を提供するこ
とと、ここで、前記犠牲層は前記ウエハーおよび前記デバイス領域の間に配置され、前記
デバイス領域は前記ウエハーから最も離れた表面を有し、
ポリマー材料を含むホスト基板を提供することと、
前記デバイス領域の前記表面上に第１の金属層を配置することと、
前記ホスト基板上に第２の金属層を配置することと、
接合温度において前記第１の金属層および前記第２の金属層を共に押圧することによっ
て前記第１の金属層を前記第２の金属層に接合することと、ここで、前記接合温度は、室
温より高く、前記ホスト基板のガラス転移温度および前記ホスト基板の融解温度のうちの
低い方より低い、
を含む方法。
【請求項２】
前記接合温度は、１７０℃〜２５０℃の範囲内の温度である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ポリマー材料は、ポリイミド薄膜を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記接合は、真空下において実行される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の金属層および前記第２の金属層は、１ＭＰａ〜４０ＭＰａの範囲内の接合圧
力において共に押圧される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の金属層および前記第２の金属層は、それぞれ貴金属を含む請求項１に記載の
方法。
【請求項７】
前記第１の金属層および前記第２の金属層は、同じ貴金属を含む請求項１に記載の方法
。
【請求項８】
前記貴金属は、ＡｕおよびＣｕのうちから選択される請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記貴金属は、Ａｕであり、前記接合温度は、５０℃〜２８０℃の範囲内の温度である
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の金属層および前記第２の金属層は、１秒〜２０分の範囲内の時間において共
に押圧される請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
薄膜光電デバイスの組み立て方法であって、
成長面を有するウエハーと、犠牲層と、デバイス領域とを有する成長構造を提供するこ
とと、ここで、前記犠牲層は前記ウエハーおよび前記デバイス領域の間に配置され、前記
デバイス領域は前記ウエハーから最も離れた表面を有し、
金属箔を含むホスト基板を提供することと、
前記デバイス領域の前記表面上に第１の金属層を配置することと、
前記ホスト基板上に第２の金属層を配置することと、
接合温度において前記第１の金属層および前記第２の金属層を共に押圧することによっ
て前記第１の金属層を前記第２の金属層に接合することと、ここで、前記接合温度は、室
温より高く、前記ホスト基板の融解温度および５００℃のうちの低い方より低い、
を含む方法。
【請求項１２】
前記接合温度は、１５０℃より高く、２７０℃より低い請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記接合は、真空下において実行される請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の金属層および前記第２の金属層は、１ＭＰａ〜４０ＭＰａの範囲内の接合圧
力において共に押圧される請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の金属層および前記第２の金属層は、それぞれ貴金属を含む請求項１１に記載
の方法。
【請求項１６】
前記第１の金属層および前記第２の金属層は、同じ貴金属を含む請求項１１に記載の方
法。
【請求項１７】
前記貴金属は、ＡｕおよびＣｕのうちから選択される請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記貴金属は、Ａｕであり、前記接合温度は、５０℃〜２８０℃の範囲内の温度である
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の金属層および前記第２の金属層は、１秒〜２０分の範囲内の時間において共
に押圧される請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１３年１１月１１日に出願された米国仮出願第６１／９０２，７７５号に
対する優先権の利益を主張し、その全体が参照により本願に包含される。
【０００２】
（連邦支援研究に関する声明）
本発明は、米陸軍研究局によって授与された授与番号Ｗ９１１ＮＦの下で、米国政府の
支援を受けてなされた。本発明において、政府は、一定の権利を有する。
【０００３】
（共同研究契約）
本開示の主題は、合同大学法人研究協定に対する一つ以上の団体である、ミシガン大学
およびナノフレックス電力会社（ＮａｎｏＦｌｅｘ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ
ｎ）を代表して、および／または、これらに関連してなされた。本協定は、本開示の主題
が準備された日以前に有効であり、本協定の範囲内で行われた活動の結果としてなされた
。
【０００４】
本開示は、概して、薄膜デバイスの接合方法に関し、特に、熱アシストコールドウェル
ド接合方法に関する。
【背景技術】
【０００５】
単結晶半導体に基づくデバイス等の薄膜技術は、その柔軟性、軽量性、および高性能特
性により電子工学の分野において望まれている。ホスト基板上に直接アクティブ領域を形
成する化学気相成長法（ＣＶＤ）、スパッタリング、および蒸発等の溶液および製膜技術
に基づく薄膜製造方法と異なり、エピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ）、スポーリング、
および剥離等の薄膜剥離方法は、薄いアクティブ領域をハンドルまたはフレキシブルホス
ト基板に移動するために接合方法を必要とする。
【０００６】
従来のＥＬＯ方法において、リフトオフ層は、一般的に、熱剥離テープ、ワックスまた
は膠等の接着剤を使用するフレキシブル二次ハンドルに接続される。これらの接着剤は、
大きく、重く、もろく、劣化しやすく、また、中間のハンドル上へエピタキシーの分離に
続く追加の移動を必要とする。全ての接着剤の使用および中間のハンドルの移動の必要性
をなくすために、成長される層に続く最終のフレキシブル基板に、エピタキシャル面を直
接接続する接合方法が開発されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ある直接接続する接合方法は、アクティブ領域およびフレキシブルホスト基板の隣接す
る面に金属層を付加することと、それらを接合するためにコールドウェルディング（冷間
圧接）を使用することとを含む。コールドウェルド接合方法は、一般に、比較的高い圧力
（たとえば、５０Ｍｐａ）で室温において２つの表面を共に押圧し、一つに接合された境
界面を得る。そのような高圧下において、コールドウェルド接合は、押圧力が非均一であ
る場合や、デバイスが予期しない特性あるいは点欠陥、ずれ、または接合面上のダスト等
の欠陥を有する場合に、半導体のウエハーを傷つけることがある。デバイスの損傷は、製
造効率を低下させ、ウエハーの再使用を阻害しうる。
【０００８】
他の直接接続する接合方法は、熱圧接による接合を含み、一般に、低圧下でありながら
高温（すなわち、金属再結晶温度よりも高い）の適用を含む。しかし、一般的なフレキシ
ブル基板は、直接接続の接合方法において共通に使用される金属層の再結晶温度よりも低
いガラス転移および／または融解温度を有する。このような高温下において、フレキシブ
ル基板は、変形または融解してその金属層から分離しうる。また、高温下においては、半
導体物質およびフレキシブル基板間における異なる熱膨張率によって多量のストレスが与
えられうる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本書においては、ＥＬＯ方法に関連する金属層の接合のため特に有望な直接接続の技術
が開示される。具体的には、一般的なコールドウェルド圧接方法よりも低い圧力と、一般
的な熱圧接接合方法よりも低い温度を使用する熱アシストコールドウェルド接合方法が開
示される。特に、熱アシストコールドウェル接合は、半導体のウエハーを損傷の可能性を
低減させ、それにより、追加のアクティブ領域を成長させるためにウエハーの再使用率を
向上させうる。本方法の利益を実現させるために、本発明の発明者は、圧力および熱によ
って生じる成長構造の損傷を減少させる熱アシストコールドウェルド接合のパラーメータ
ーを特定した。
【００１０】
したがって、本書においては、薄膜光電デバイスを組み立てるための方法が開示され、
当該方法は、室温より高く、フレキシブル基板のガラス転移温度または融解温度より低い
温度における熱アシストコールドウェルド接合方法を使用して、フレキシブル基板にウエ
ハー上で成長されたアクティブ領域を接合することを含む。接合方法は、一般的なコール
ドウェルド圧接方法よりも低い温度を使用してもよく、これにより成長構造および／また
はホスト基板への損傷を低減する。
【００１１】
一態様において、本開示は、薄膜光電デバイスを組み立てるための方法を含む。方法は
、成長面を有するウエハーと、犠牲層と、デバイス領域とを有する成長構造を提供するこ
とを含み、ここで、犠牲層はウエハーおよびデバイス領域の間に配置され、デバイス領域
はウエハーから最も離れた表面を有する。方法は、ポリマー材料を含むホスト基板を提供
することをさらに含む。方法は、デバイス領域の表面上に第１の金属層を配置することと
、ホスト基板上に第２の金属層を配置することとをさらに含む。方法は、接合温度におい
て第１の金属層および第２の金属層を共に押圧することによって第１の金属層を第２の金
属層に接合することを含み、ここで、接合温度は、室温より高く、ホスト基板のガラス転
位温度およびホスト基板の融解温度のうちの低い方より低い。
【００１２】
他の態様において、本開示は、薄膜光電デバイスを組み立てるための方法を含む。方法
は、成長面を有するウエハーと、犠牲層と、デバイス領域とを有する成長構造を提供する
ことを含み、ここで、犠牲層はウエハーおよびデバイス領域の間に配置され、デバイス領
域はウエハーから最も離れた表面を有する。方法は、金属箔を含むホスト基板を提供する
ことをさらに含む。方法は、デバイス領域の表面上に第１の金属層を配置することと、ホ
スト基板上に第２の金属層を配置することとをさらに含む。方法は、接合温度において第
１の金属層および第２の金属層を共に押圧することによって第１の金属層を第２の金属層
に接合することを含み、ここで、接合温度は、室温より高く、ホスト基板の融解温度より
低い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
添付する図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。
【図１ａ】本開示に係る方法を実行するための成長構造の一例およびホスト基板のサンプルを示す図である。
【図１ｂ】本開示に係る方法を実行するための成長構造の一例およびホスト基板のサンプルを示す図である。
【図２】本開示に係る例示的な方法を示すフローチャートである。
【図３】本開示に係る方法を実行するための成長構造の一例およびホスト基板を示す図である。
【図４】図２の例示的な方法において使用される時間に対する力、圧力および温度のプロファイルの一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書で使用する用語「ＩＩＩ−Ｖ材料」は、周期表のＩＩＩＡ族およびＶＡ族から
の元素を含む化合物結晶を表すために使用されうる。より具体的には、用語「ＩＩＩ−Ｖ
材料」は、本明細書では、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）およびアルミニウム（
Ａｌ）の族と、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、窒素（Ｎ）およびアンチモン（Ｓｂ）の族と
の組み合わせである化合物を表すために使用されうる。
【００１５】
本明細書のＩＩＩ−Ｖ化合物は、省略された形式で命名されることに留意すべきである
。２成分材料は、ＩＩＩ：Ｖ族の化合物のモル比が、約１：１であるとみなされる。３以
上の成分の系（たとえば、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ）では、ＩＩＩ族種（すなわち、Ｉｎ、Ｇ
ａおよびＡｌ）の合計が、約１であり、Ｖ族の成分（すなわち、ＡｓおよびＰ）の合計が
、約１であり、したがって、Ｖ族に対するＩＩＩ族の比は、約１である。
【００１６】
ＩＩＩ−Ｖ化合物の名称は、周囲の文章から推測されるように、格子整合または格子不
整合（ひずみ）を達成するために必要とされる、化学量論比であるとみなされる。さらに
、名前は、ある程度置換されうる。たとえば、ＡｌＧａＡｓおよびＧａＡｌＡｓは、同じ
材料である。
【００１７】
本明細書で使用および記載される「層」は、主な次元がＸ−Ｙ、すなわち、その長さお
よび幅に沿うデバイスの部材または構成要素を意味する。「層」という用語は、単層また
は材料のシートに必ずしも限定されないことが理解されるべきである。また、特定の層の
表面（このような層と他の材料または層との界面を含む）は、不完全であってもよく、当
該表面は、他の材料または層と浸透したり、混在されたり、入り組んだりするネットワー
クを示すことが理解されるべきである。同様に、層は、不連続であってもよく、たとえば
、Ｘ−Ｙ次元に沿う当該層の連続は、乱れていてもよく、あるいは、他の層または材料に
よって妨げられたりしてもよいことも、理解されるべきである。
【００１８】
本書において、「半導体」という用語は、電荷キャリアが熱または電磁励起によって誘
導されるときに、電気を伝導することができる材料を示す。「光伝導性の」という用語は
、一般に、電磁放射エネルギーが吸収され、それにより電荷キャリアが伝導する、すなわ
ち、物質中において電荷を移動させるように電荷キャリアの励起エネルギーに変換される
方法に関する。「光伝導体」および「光伝導性の材料」という用語は、本書において、電
荷キャリアを生成するように電磁放射を吸収する特性のために選択される半導体材料を示
すために使用される。
【００１９】
上記のように、一態様において、本開示は、熱アシストコールドウェルド接合方法を使
用して薄膜光電デバイスを製造するための方法を含む。方法は、成長構造および／または
ホスト基板の損傷を低減しつつ、適時に均一な接合を実現できる。
【００２０】
図１ａは、本書において開示される方法を実行するための第１の金属層２８および第２
の金属層３０をそれぞれ有する適切な成長構造１２およびホスト基板２６の限定的でない
例を示す。成長構造１２は、成長面１６を有するウエハー１４、犠牲層１８、およびデバ
イス領域２０を有する。デバイス領域２０は、ウエハー１４から最も離れて位置する面２
４を有する。犠牲層１８は、ウエハー１４およびデバイス領域２０の間に配置される。
【００２１】
成長構造１２は、ウエハー１４および犠牲層１８の間に配置される一つ以上の保護層を
任意に含んでもよい。成長構造１２は、犠牲層１８およびデバイス領域２０間に一つ以上
の保護層を任意に含んでもよい。保護層は、犠牲層のエッチングを必要とするＥＬＯ方法
の間、ウエハーおよび／またはデバイス領域それぞれを保護するように作用する。米国特
許第８，３７８，３８５号および米国特許出願公開２０１３／００４３２１４は、成長構
造およびＥＬＯの間においてウエハーおよびデバイス領域を保護するための保護層方式の
開示のために、参照によって本書に包含される。
【００２２】
成長構造１２は、ウエハーおよびデバイス領域２０の間に配置される一つ以上のひずみ
層をさらに任意に有してもよい。いくつかの実施形態において、一つ以上のひずみ層は、
ウエハーおよび犠牲層１８の間に配置される。いくつかの実施形態において、一つ以上の
ひずみ層は、犠牲層およびデバイス領域の間に配置される。一つ以上のひずみ層は、たと
えば、国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０５２６４２に記載されるように、ＥＬＯの
間、または、ＥＬＯおよびスポーリングの組み合わせの間、デバイス領域をウエハーから
剥離することをアシストしてもよい。国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０５２６４２
は、一つ以上のひずみ層の開示のために、参照によって本書に包含される。
【００２３】
成長構造１２は、一つ以上の緩衝層をさらに含んでもよい。
【００２４】
ウエハー１４は、単結晶のウエハー材料を含むいくつの数の材料を有してもよい。いく
つかの実施形態では、ウエハーは、ゲルマニウム  （Ｇｅ）、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、
ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＣｄＴｅ、サファイアおよびそれらの組み
合わせから選択される材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ウエハーはＧａＡ
ｓを含む。いくつかの実施形態では、ウエハーはＩｎＰを含む。いくつかの実施形態では
、ウエハーを含む材料は、ドープされてもよい。適当なドーパントとしては、亜鉛（Ｚｎ
）、Ｍｇ（および他のＩＩＡ族の化合物）、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、
Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＦｅおよびＣｒを含んでもよいが、これらに限定されない。たとえ
ば、ウエハーは、Ｚｎおよび／またはＳを用いてドープされたＩｎＰを含んでもよい。特
記しない限り、たとえばＩｎＰを含む層への言及は、そのドープされていない、および、
ドープされた（たとえば、ｐ−ＩｎＰ、ｎ−ＩｎＰ）形態のＩｎＰを包含するものと理解
すべきである。適当なドーパントの選択は、たとえば、基板の半絶縁性、または、その中
に存在する任意の欠陥に依存してもよい。
【００２５】
成長構造の犠牲層１８は、たとえばＥＬＯ方法の間、または、ＥＬＯおよび剥離技術の
組み合わせの間において、除去層として作用する（親ウエハーからデバイス領域を分離す
るためのＥＬＯおよび剥離を組み合わせた技術の開示のために参照によって本開示に含ま
れるＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０５２６４２を参照）。犠牲層は、デバイス領域に対して、
格子整合であってもよく、格子不整合であってもよい。犠牲層は、デバイス領域および／
またはウエハーのエッチングを最小化または排除しつつ、犠牲層がエッチングされうるよ
うに、デバイス領域および／またはウエハーに対して、相対的に高いエッチング選択性を
有するように選択されてもよい。いくつかの実施形態では、犠牲層は、ＩＩＩ−Ｖ材料を
含む。いくつかの実施形態では、ＩＩＩ−Ｖ材料は、ＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＰおよびＡｌＧ
ａＩｎＰから選択される。一実施形態では、犠牲層は、ＡｌＡｓを含む。いくつかの実施
形態では、犠牲層は、約２ｎｍ〜約２００ｎｍ、たとえば、約４ｎｍ〜約１００ｎｍ、約
４ｎｍ〜約８０ｎｍまたは約４ｎｍ〜約２５ｎｍの範囲の厚さを有する。
【００２６】
本書で使用されるように、「デバイス領域」は、いかなる電子回路または光電デバイス
のために適切な一つ以上の薄膜レイヤーを有する領域を指す。いくつかの実施形態におい
て、デバイス領域は、一つ以上の結晶体、多結晶またはアモルファス半導体物質（たとえ
ばシリコン、砒化ガリウム、テルル化カドミウム等）を有する領域を指す。いくつかの実
施形態において、デバイス領域は、少なくとも一つの光導電層を有する。ある実施形態に
おいて、少なくとも一つの光導電層は、ＩＩＩ−Ｖ材料を含む。ある実施形態において、
デバイス領域は、適切な高度にドープされたｐ型およびｎ型半導体物質を有する。適切な
半導体物質は、ＩＩＩ−Ｖ材料（たとえばガリウム砒素およびインジウム燐化ガリウム（
ＩｎＧａＰ））を含むが、これに限定されない。
【００２７】
いくつかの実施形態において、ホスト基板２６は、プラスチック（たとえばフレキシブ
ルプラスチック）である。ある実施形態において、ホスト基板は、ポリマー材料を含む。
適切なフレキシブルホスト基板材料は、ポリイミド薄膜（たとえばポリ−オキシジフェニ
レンピロメリトイミド（ｐｏｌｙ−ｏｘｙｄｉｐｈｅｎｙｌｅｎｅ−ｐｙｒｏｍｅｌｌｉ
ｔｉｍｉｄｅ）（カプトン））を含むが、これに限定されない。当業者は、ホスト基板が
薄膜電子または光電デバイスのための基板として使用するためのいかなる適切なポリマー
材料またはポリマー材料の組み合わせを有しうることを理解できるであろう。
【００２８】
他の実施形態において、ホスト基板２６は、金属箔（たとえばフレキシブル金属箔）を
含む。一実施形態において、金属箔は、Ｃｕを有する。他の実施形態において、金属箔は
、Ａｌを有する。しかし、当業者は、ホスト基板２６が薄膜電子または光電デバイスのた
めの基板として使用に適するいかなる金属箔を有しうることを理解できるであろう。
【００２９】
いくつかの実施形態において、開示された熱アシストコールドウェルド接合方法の間に
おいて、ホスト基板材料および隣接する層（たとえば第２の金属層）の材料の間の拡散を
抑止するために、ホスト基板（たとえば銅箔のホスト基板）に拡散障壁が適用されうる。
【００３０】
いくつかの実施形態において、第１および第２の金属層２８および３０は、貴金属を有
する。第１および第２の金属層は、同じまたは異なる貴金属を有することができる。適切
な貴金属の例は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）
、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）および銅（Ｃｕ）を含むが、これ
に限定されない。ある実施形態において、第１および第２の金属層は、金を有する。ある
実施形態において、第１および第２の金属層は、銅を有する。
【００３１】
いくつかの実施形態において、図１ｂに示すように、一つ以上の付加金属層は、第１の
金属層２８を配置する前に、デバイス領域の表面に配置される。１つ以上の付加金属層は
、デバイス領域の半導体層とオーム接触を形成することができる。一つ以上金属層の例は
、Ｐｄ、ＧｅおよびＡｕの層を含む。
【００３２】
図２は、熱アシストコールドウェルド接合方法（２００）の限定的でない例を示す。方
法２００は、図１ａ−ｂによる第１の金属層２８および第２の金属層３０を接合すること
によって、ホスト基板２６に成長構造１２を接合するために使用されうる。方法２００は
、成長構造を提供すること（ステップ２０２）を含み、成長構造は、上述のように、成長
面を有するウエハー、犠牲層、およびデバイス領域を含み、犠牲層は、ウエハーおよびデ
バイス領域の間に配置され、デバイス領域は、ウエハーから最も離れて位置する面を有す
る。
【００３３】
成長構造を提供するステップは、ウエハーの成長面上に犠牲層を配置することと、犠牲
層上にデバイス領域を配置することとを含みうる。実施形態において、成長構造は、一つ
以上の保護層、一つ以上のひずみ層、および／または一つ以上の緩衝層を有し、方法はさ
らに、一つ以上の保護層、一つ以上のひずみ層、および／または犠牲層を配置する前のウ
エハーの成長面上の一つ以上の緩衝層（１）、および／またはデバイス領域を配置する前
の犠牲層上の一つ以上の緩衝層（２）を配置することを含む。
【００３４】
方法２００は、ホスト基板を提供すること（ステップ２０４）を含む。上述のように、
いくつかの実施形態において、ホスト基板は、ポリマー材料を含む。いくつかの実施形態
において、ホスト基板は、プラスチックである。他の実施形態において、ホスト基板は、
金属泊である。
【００３５】
方法２００は、デバイス領域の表面上に第１の金属層を配置すること（ステップ２０６
）およびホスト基板上に第２の金属層を配置すること（ステップ２０８）を含む。成長構
造がデバイス領域の一部と考えられないデバイス領域の上の一つ以上の付加層を含む程度
において、「デバイス領域の表面上に第１の金属層を配置すること」は、デバイス領域上
に配置された最後の層（すなわち、ウエハーから最も離れた層）上に第１の金属層を配置
することを含むことが本書の開示から明らかとなる。
【００３６】
同様に、ホスト基板が一つ以上のひずみ層（たとえば、イリジウム層）等の付加層を含
む程度において、「ホスト基板上に第２の金属層を配置すること」は、付加層の一つの表
面上に第２の金属層を配置することを含む（図３を参照）。たとえば、ホスト基板上に配
置されたＩｒひずみ層は、ホスト基板にひずみを加えることができ、ＥＬＯの間において
、ウエハーからデバイス領域を分離するための時間を著しく減少させることができる。国
際出願公開番号ＷＯ２０１３／１８４６３８は、ＥＬＯをアシストするために適したひず
み層の開示のため、参照によって本書に包含される。
【００３７】
方法２００は、接合温度ＴＢｏｎｄにおいて第１および第２の金属層を共に押圧するこ
とによって、第１の金属層を第２の金属層に接合すること（ステップ２１０）を含み、こ
こで、接合温度ＴＢｏｎｄは、室温ＴＲｏｏｍより高く、ホスト基板の破損温度ＴＦａｉ
ｌよりも低い。
【００３８】
ホスト基板がポリマー材料を含む実施形態において、破損温度ＴＦａｉｌは、ホスト基
板のガラス転移温度およびホスト基板の融解温度よりも低い。ホスト基板がポリマー材料
を含むいくつかの実施形態において、接合温度ＴＢｏｎｄは、室温（たとえば、３０℃〜
３５０℃、６０℃〜３４０℃、８０℃〜３３０℃、１００℃〜３２０℃、１１０℃〜３１
０℃、１２０℃〜３００℃、１３０℃〜２９０℃、１４０℃〜２８０℃、１５０℃〜２７
０℃、１６０℃〜２６０℃、１７０℃〜２５０℃、１８０℃〜２４０℃、１９０℃〜２３
０℃、１９０℃〜２２０℃、または１９０℃〜２１０℃の範囲内の温度等）よりも高い。
【００３９】
ホスト基板が金属箔を含む実施形態において、破損温度ＴＦａｉｌは、ホスト基板の融
解温度であってもよい。ホスト基板が金属箔を含むいくつかの実施形態において、ＴＦａ
ｉｌは、ホスト基板の融解温度および６５０℃より低い。ホスト基板が金属箔を含むある
実施形態において、ＴＦａｉｌは、６００℃より低い温度（たとえば、５５０℃より低い
温度、５００℃より低い温度、４５０℃より低い温度、４００℃より低い温度、３５０℃
より低い温度、３００℃より低い温度、２９０℃より低い温度、２８０℃より低い温度、
２７０℃より低い温度、２６０℃より低い温度、２５０℃より低い温度、２４０℃より低
い温度、２３０℃より低い温度、２２０℃より低い温度、２１０℃より低い温度、２００
℃より低い温度、１９０℃より低い温度、または１８０℃より低い温度等）である。ホス
ト基板が金属箔を含むある実施形態において、接合温度は、３０℃より高い温度（たとえ
ば、４０℃より高い温度、５０℃より高い温度、６０℃より高い温度、７０℃より高い温
度、８０℃より高い温度、９０℃より高い温度、１００℃より高い温度、１１０℃より高
い温度、１２０℃より高い温度、１３０℃より高い温度、１４０℃より高い温度、または
１５０℃より高い温度等）でありうる。
【００４０】
いくつかの実施形態において、第１および第２の金属層は金を有し、接合温度ＴＢｏｎ
ｄは３０℃〜２８０℃の範囲の温度（たとえば、４０℃〜２８０℃、５０℃〜２８０℃、
６０℃〜２７０℃、７０℃〜２６０℃、８０℃〜２５０℃、９０℃〜２５０℃、１００℃
〜２５０℃、１１０℃〜２５０℃、１２０℃〜２５０℃、１３０℃〜２５０℃、１４０℃
〜２５０℃、１５０℃〜２５０℃、１６０℃〜２５０℃、１７０℃〜２５０℃、１８０℃
〜２３０℃、または１９０℃〜２１０℃等）である。
【００４１】
いくつかの実施形態において、第１および第２の金属層は銅を有し、接合温度ＴＢｏｎ
ｄは、３０℃〜３５０℃、６０℃〜３４０℃、８０℃〜３３０℃、１００℃〜３２０℃、
１１０℃〜３１０℃、１２０℃〜３００℃、１３０℃〜２９０℃、１４０℃〜２８０℃、
１５０℃〜２７０℃、１６０℃〜２６０℃、１７０℃〜２５０℃、１８０℃〜２４０℃、
１９０℃〜２３０℃、１９０℃〜２２０℃、または１９０℃〜２１０℃の範囲内の温度で
ある。
【００４２】
たとえば接合温度のために開示された範囲等の本書の条件を満たす限り、接合温度は変
化することが許容されると理解されるべきである。
【００４３】
いくつかの実施形態において、第１および第２の金属層は、２００ＭＰａより低い接合
圧力（たとえば、１７５ＭＰａより低い圧力、１５０ＭＰａより低い圧力、１２５ＭＰａ
より低い圧力、１００ＭＰａより低い圧力、９０ＭＰａより低い圧力、８０ＭＰａより低
い圧力、７０ＭＰａより低い圧力、６０ＭＰａより低い圧力、５０ＭＰａより低い圧力、
４０ＭＰａより低い圧力、３０ＭＰａより低い圧力、２０ＭＰａより低い圧力、１０ＭＰ
ａより低い圧力、８ＭＰａより低い圧力、６ＭＰａより低い圧力、４ＭＰａより低い圧力
、２ＭＰａより低い圧力、または１ＭＰａより低い圧力等）において共に押圧される。い
くつかの実施形態において、接合圧力は、０．２５〜１００ＭＰａの範囲（たとえば、０
．５ＭＰａ〜８０ＭＰａの範囲、１ＭＰａ〜６０ＭＰａの範囲、１ＭＰａ〜４０ＭＰａの
範囲、１ＭＰａ〜２０ＭＰａの範囲、１ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲、１ＭＰａ〜８ＭＰａ
の範囲、２ＭＰａ〜６ＭＰａの範囲、または２ＭＰａ〜４ＭＰａの範囲等）の圧力である
。
【００４４】
いくつかの実施形態において、第１および第２の金属層が接合温度および接合圧力にお
いて共に押圧される間の時間は、２０分より短い時間（たとえば、１５分より短い時間、
１０分より短い時間、８分より短い時間、６分より短い時間、５分より短い時間、４分よ
り短い時間、３分より短い時間、２分より短い時間、１分より短い時間、４５秒より短い
時間、３０秒より短い時間、２０秒より短い時間、１５秒より短い時間、１０秒より短い
時間、５秒より短い時間、または３秒より短い時間等）である。ある実施形態において、
第１および第２の金属層が接合温度および接合圧力において共に押圧される間の時間は、
１秒〜２０分の範囲（たとえば、１秒〜１５分の範囲、１秒〜１０分の範囲、１０秒〜１
０分の範囲、３０秒〜１０分の範囲、４５秒〜１０分の範囲、１分〜１０分の範囲、１分
〜８分の範囲、１分〜６分の範囲、１分〜５分の範囲、または２分〜４分の範囲等）の時
間である。
【００４５】
いくつかの実施形態において、接合は真空下（たとえば、１０−５Ｔｏｒｒ、１０−４
Ｔｏｒｒ、１０−３Ｔｏｒｒ、１０−２Ｔｏｒｒ、または１０−１Ｔｏｒｒ）において発
生する。
【００４６】
本書において記載される方法は、ＥＬＯ方法または本書に記載されるスポーリングと組
み合わせられたＥＬＯ方法を実行することをさらに含んでもよい。たとえば、第１および
第２の金属層を介して成長構造をホスト基板に接合するために熱アシストコールドウェル
ド接合方法を実行した後、方法は、ＥＬＯまたはＥＬＯおよびスポーリングとの組み合わ
せを介してデバイス領域をウエハーから剥離することを含んでもよい。いくつかの実施形
態において、デバイス領域は、犠牲層をエッチングすることによって、ウエハーから除去
される。ある実施形態において、犠牲層は、化学的エッチング液によってエッチングされ
る。ある実施形態において、犠牲層はＡｌＡｓであり、化学的エッチング液はＨＦである
。
【００４７】
保護層を使用している実施形態において、保護層はエッチングによって除去されてもよ
い。ウエハーの成長面は、それにより再利用のために保護される。
【００４８】
いくつかの実施形態において、デバイス領域は、光起電力デバイスにおける使用のため
に適切な、一つ以上の層を有する。
【００４９】
本書において記載されているデバイスおよび方法は、単に典型例を示すことを目的とす
る以下の限定的でない例によって、さらに説明される。
【００５０】
実施例
図３は、開示された方法の具体的な実施形態による典型的な構成を示す。成長面を有す
るウエハーと、デバイス領域と、デバイス領域およびウエハーの間に配置される犠牲層と
を有する成長構造が提供された。カプトンシートがホスト基板として提供された。任意の
１０ｎｍの厚さのＩｒ粘着ひずみ層が、カプトンシート上にスパッタリングされた。任意
のＩｒ層は、ＥＬＯ方法の間のウエハーおよびホスト基板の分離の時間を減少させる引張
ひずみを基板に提供する。３５０ｎｍの厚さのＡｕ層が、ホスト基板上に配置され（第２
の金属層を構成する）、また、成長構造のデバイス領域の表面に配置される（第１の金属
層を構成する）。
【００５１】
熱アシストコールドウェルド接合は、４ＭＰａの接合圧力を発生させる適用された力と
共に１０−５Ｔｏｒｒの真空下で実行された。接合は、１７５℃の接合温度で実行され、
その温度は、室温より高く、カプトンシートのガラス転移温度より低い温度である。方法
は、約５０ＭＰａにおいて作用する周囲条件の下での従来の室温のコールドウェルディン
グと比較して、接合圧力において９２％の低減を可能とした。
【００５２】
Ａｕは、薄膜電子デバイスを結合するという用途におけるＡｕのいくつかの有利な特性
を利用するために両方の金属層として選択された。Ａｕは、フッ化水素酸に化学的に強く
、ＥＬＯ方法の間、デバイス領域からウエハーを分離するために使用されうる。また、Ａ
ｕは、高度にドープされたｎまたはｐ型半導体層上に直接に配置されるか、金属合金を形
成するように境界面において適切な金属と組み合わせられる場合（図１ｂ参照）、バック
コンタクトとして便利に作用する。赤外波長域の近くにおいて高反射率を有するため、Ａ
ｕは、後側のミラーとして使用され、デバイス層を離れて反射する光子を再利用すること
によって光電デバイスのパフォーマンスを向上させる。さらに、Ａｕは、ＥＬＯ方法を促
進するために、ひずみを加えられた材料（たとえば、Ｉｒ、ＮｉおよびＮｉＦｅ）と組み
合わせられうる。また、Ａｕは、材料層を共に効果的にコールドウェルドするために必要
となる圧力を増加させうる酸化作用に反応しない。
【００５３】
図４は、上記の実施例において使用された時間に対する力、圧力および温度の特性のグ
ラフを示す。図４は、上記の熱アシストコールドウェルド接合の条件の下、接合圧力およ
び接合温度において、３分の接合時間が使用されたことを示す。この短い時間は、２０−
４５分の接合時間を有しうる従来のコールドウェルド方法に対して向上していることを示
す。
【００５４】
開示された方法に様々な修正および変更がなされうることは、当業者にとって明らかで
あろう。他の実施形態は、明細書の考慮および本開示の方法の実施から明らかになるであ
ろう。明細書および実施例は、典型的なものとしてのみ考慮されることが意図されており
、真の範囲は、後述する特許請求の範囲およびその同等物によって示される。
【図１ａ】
2020053696.tif 000003
【図１ｂ】
2020053696.tif 000004
【図２】
2020053696.tif 000005
【図３】
2020053696.tif 000006
【図４】
2020053696.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月25日(2019.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜光電デバイスの組み立て方法であって、
成長面を有するウエハーと、犠牲層と、デバイス領域とを有する成長構造を提供することと、ここで、前記犠牲層は前記ウエハーおよび前記デバイス領域の間に配置され、前記デバイス領域は前記ウエハーから最も離れた表面を有し、
ポリマー材料を含むホスト基板を提供することと、
前記デバイス領域の前記表面上に第１の金属層を配置することと、
前記ホスト基板上に第２の金属層を配置することと、
接合温度において前記第１の金属層および前記第２の金属層を共に押圧することによって前記第１の金属層を前記第２の金属層に接合することと、ここで、前記接合温度は、室温より高く、前記ホスト基板のガラス転移温度および前記ホスト基板の融解温度のうちの低い方より低い、
を含む方法。
【請求項２】
薄膜光電デバイスの組み立て方法であって、
成長面を有するウエハーと、犠牲層と、デバイス領域とを有する成長構造を提供することと、ここで、前記犠牲層は前記ウエハーおよび前記デバイス領域の間に配置され、前記デバイス領域は前記ウエハーから最も離れた表面を有し、
金属箔を含むホスト基板を提供することと、
前記デバイス領域の前記表面上に第１の金属層を配置することと、
前記ホスト基板上に第２の金属層を配置することと、
接合温度において前記第１の金属層および前記第２の金属層を共に押圧することによって前記第１の金属層を前記第２の金属層に接合することと、ここで、前記接合温度は、室温より高く、前記ホスト基板の融解温度および５００℃のうちの低い方より低い、
を含む方法。
【外国語明細書】
2020053696000001.pdf
2020053696000002.pdf
2020053696000003.pdf
2020053696000004.pdf