(57)【要約】  薄半導体箔は、光反応性蒸着を用いて形成することができる。これらの箔は、１００ミクロン未満の平均厚を有することができる。いくつかの実施形態では、半導体箔は、約９００平方センチメートル超などの大きな表面積を有することができる。箔は、独立型であっても、一表面に剥離可能に保持されていてもよい。半導体箔は、元素態シリコン、元素態ゲルマニウム、炭化シリコン、それらのドープされた形、それらの合金、またはそれらの混合物を含むことができる。箔は、蒸着後に箔を剥離できる剥離層を用いて形成することができる。箔は、装置の形成のためにパターン化する、切断する、および様々なやり方で処理することができる。箔から形成可能な好適な装置は、たとえば、太陽電池モジュールや表示制御回路である。
2009530818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
わずか約１００ミクロンの平均厚と少なくとも約９００平方センチメートルの表面積とを有する、結晶シリコン、ゲルマニウム、炭化シリコン、シリコン窒化物、それらのドープした材料、またはそれらの合金を含むシートであって、前記シートは自由、または１つの面に沿って自由であり、反対面に沿って基板に剥離可能に接合される、シート。
【請求項２】
前記シートが結晶シリコンを備える、請求項１に記載のシート。
【請求項３】
前記結晶シリコンが多結晶である、請求項２に記載のシート。
【請求項４】
前記シートが約２０ｎｍ〜約５０ミクロンの平均厚を有する、請求項１に記載のシート。
【請求項５】
前記シートが、１センチメートルの縁除外部を有する約５ミクロン未満の前記基板全体の厚さにおいて標準偏差を有する、請求項１に記載のシート。
【請求項６】
前記シートが自由構造である、請求項１に記載のシート。
【請求項７】
前記シートが接着剤で基板に剥離可能に結合される、請求項１に記載のシート。
【請求項８】
前記シートが少なくとも約３０ミクロンの少数キャリヤ拡散長を有する、請求項１に記載のシート。
【請求項９】
前記キャリヤが少なくとも約５ｃｍ2／Ｖｓの電子移動度を有する、請求項１に記載のシート。
【請求項１０】
基板上の無機物基層を流れる反応流から無機材料を蒸着することを備える、分離可能な無機物層の形成方法であって、前記基層材料が溶媒に溶け、前記無機材料が溶けない、方法。
【請求項１１】
前記無機材料が、結晶シリコン、ゲルマニウム、炭化シリコン、シリコン窒化物、それらのドープした材料、またはそれらの合金を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記基層材料が水性液体に溶け、前記無機材料が前記水性液体に溶けない、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記基層材料が有機液に溶け、前記無機材料が前記有機液に溶けない、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも約４０パーセントの多孔率を有する基層材料上に無機材料を蒸着することを備える、分離可能な無機物層の形成方法。
【請求項１５】
前記無機物層がシリコン、ゲルマニウム、炭化シリコン、それらのドープした材料、またはそれらの合金を含む、請求項１４に記載の構造。
【請求項１６】
前記基層材料がシリコン酸化物、シリコン窒化物、またはシリコン酸窒化物を備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
わずか約１００ミクロンの平均厚の第１の無機材料による複数のパターン島を備える構造であって、前記パターン島が第２の無機材料層の上に配置され、前記第２の無機材料が透明基板または剥離層を備える、構造。
【請求項１８】
前記第１の無機材料は、シリコン、ゲルマニウム、炭化シリコン、それらのドープした材料、またはそれらの合金を含む、請求項１７に記載の構造。
【請求項１９】
前記第２の無機材料がシリカガラスを含む、請求項１７に記載の構造。
【請求項２０】
透明基板のテクスチャ加工された表面に半導体材料を蒸着することを備える、受光構造の形成方法。
【請求項２１】
前記透明基板が無機ガラスを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
蒸着が、反応流の反応から形成される生成物組成を有する反応流を方向づけることを備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記反応が光吸収によって駆動される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記半導体材料がシリコンまたはドープしたシリコンを備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
選択された面積とわずか約１００ミクロンの平均厚とを有する個別の島を形成する方法であって、基板に固定された大型シートを切断して、前記選択された面積を有する前記島を形成することを含み、前記シートが結晶無機材料を備える、方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法によって形成される個別の島を備える太陽電池モジュールであって、前記個別の島が結晶シリコン、結晶ゲルマニウム、またはそれらの結晶合金を含み、基板が透明無機ガラスを含む、太陽電池モジュール。
【請求項２７】
制御素子と、それぞれの発光が前記制御素子の制御下にある複数の発光素子とを備えるディスプレイであって、前記制御素子がわずか約１００ミクロンの平均厚のシリコン／ゲルマニウムベース半導体シートを備え、前記シートが前記シートと動作可能に結合するトランジスタでパターン化される、ディスプレイ。
【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、同時係属米国特許仮出願第６０／７８２，１１５号である、２００６年３月１３日に出願されたＨｉｅｓｌｍａｉｒらの「薄シリコンまたはゲルマニウムシートおよび薄型シート製太陽電池」に対して優先権を主張し、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、元素態シリコン、元素態ゲルマニウム、その合金、炭化シリコン、または、大きな表面積を有するそのドープした材料の、独立型であってもよい薄型シートに関する。さらに、本発明は、大きな表面積の独立型シートを形成する方法に関する。さらに、本発明は、元素態シリコン、元素態ゲルマニウム、その合金、炭化シリコン、またはそのドープした材料の薄型シート、および特に太陽電池セルおよび表示コントローラを組み込む構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
結晶シリコンは、集積回路の製造に広範に使用される。これらの用途のために、高純度シリコンが使用される。ゲルマニウムは、集積回路用の無機物半導体としてシリコンの代替物として提案されてきた。半導体用途の商用シリコンに関しては、シリコンの大量の円筒形インゴットが通常成長され、スライスされてウェハを形成する。個々のウェハは、化学気相蒸着や物理蒸着などの好適な蒸着アプローチとともに、フォトリソグラフィなどを用いる集積回路製造用に使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
化石燃料やその他の再生不能エネルギー源の使用に起因し増大するコストおよび望ましくない環境影響とともに、代替エネルギーの需要が高まりつつある。太陽電池セル、すなわち、ソーラーセルの形成のために様々な技術が利用可能である。商用太陽電池セルの大半はシリコンベースである。代替エネルギー源の商用化の高まりは、エネルギー単位当たりのコスト軽減を通じたコスト効率の向上に依存しており、それはエネルギー源の効率化および／または材料および処理のコスト削減を通じて達成することができる。よって、太陽電池セルに関しては、目的は、所与の光流束量に対してエネルギー変換効率を高める、および／またはセルの製造コストを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の態様では、本発明は、少なくとも約９００平方センチメートルの表面積とわずか約１００ミクロンの平均厚を有する、結晶シリコン、ゲルマニウム、炭化シリコン、そのドープした材料、またはその合金のシートに関する。シートは通常独立型だが、いくつかの実施形態では、シートは、基板に可逆的に装着することができる。結晶シリコンは多結晶であってもよい。シートは通常独立型だが、所望により、シートは、たとえば、接着層または剥離層を有する基板に装着することができる。シートは、非常に類似の特性を有する複数の要素に切断して、太陽電池パネルに組み立てることができる。
【０００６】
別の態様では、本発明は、シリコン、ゲルマニウム、炭化シリコン、そのドープした材料、またはその合金の分離可能な層を形成する方法に関する。該方法は、基板上の剥離層全体に反応流から材料を蒸着することを含む。剥離層、すなわち、基層は、無機材料の分離可能な層を溶解させずに、剥離層を溶解させることができる溶媒に溶ける材料を含むことができる。剥離層は反応流から蒸着させることができ、結晶シリコンの溶融温度よりも高い軟化温度の材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、反応流内の反応は光線によって駆動される。シリコン層などの層は、非結晶、結晶、またはその組み合わせであってもよい。また、蒸着層は、大量の材料に近い密度まで大量シリコンに対して低密度を有することができる。いくつかの実施形態では、幅広い範囲の選択無機材料の大面積シートを形成する方法を使用することができる。追加の実施形態では、剥離層は、少なくとも約４０パーセントの多孔率に相当する低密度で形成することができる。
【０００７】
別の態様では、本発明は、元素態シリコン、元素態ゲルマニウム、炭化シリコン、そのドープした材料、またはその合金などの材料の複数のパターン島を有する無機物組成の表面上の層に関し、無機物組成は、わずか約１００ミクロンの平均厚の島を有する。無機物組成は、たとえば、金属酸化物、金属カーバイド、シリコン窒化物、シリコン酸化物、シリコン酸窒化物、炭化シリコン、およびその組み合わせを含むことができる。概して、無機物組成の層は約２０ｎｍ〜約５０ミクロンの平均厚を有するが、いくつかの実施形態では、無機物組成の層の平均厚は約２０ｎｍ〜約２００ｎｍ、別の実施形態では、無機物組成の層は少なくとも約２０ミクロンの厚さである。無機物組成の層は、剥離層と対応付けることができる、あるいは、元素態シリコン島などの島は、剥離層と対応付けることができる。除去可能な材料は、島間に配置させることができる。いくつかの実施形態では、無機物組成の層は、少なくとも約４００平方センチメートルの面積を有する。同様に、本発明は、結晶シリコンの複数のパターン島を有する無機物組成の層を備える太陽電池材料に関することもある。
【０００８】
他の態様では、本発明は、元素態シリコン、元素態ゲルマニウム、炭化シリコン、そのドープした材料、またはその合金を蒸着する方法に関する。この方法は、基板表面上にパターン状に材料を蒸着することを備えることができる。元素態シリコンなどのそうして蒸着された材料は、結晶であっても非結晶であってもよい。蒸着ステップは、基板表面で反応流を方向づけることを備えることができ、いくつかの実施形態では、反応流は、光線によって駆動される反応の生成物を備えることができる。パターニングは、たとえば、マスク、および／または選択されたパターンへのシリコンの制御蒸着によって実行することができる。好適なパターニングは、たとえば、ストライプ、または島の形成を含む。いくつかの実施形態では、蒸着材料はテクスチャ加工され、基板表面のテクスチャに相当していてもいなくてもよい。
【０００９】
さらに、本発明は、太陽電池パネルを形成する方法に関する。該方法は、複数のセクションを基板表面上に組み立てることを備え、各セクションは、わずか約１００ミクロンの平均厚を有する結晶シリコン層を備える。セクションは、複数のシリコン層が、あるサイズに切断された結晶シリコン材料の単独シートから形成されるように、パネル上に組み立てられる。いくつかの実施形態では、シートは、剥離層または接着層のいずれかを有する基板表面に貼付される間に切断することができる。
【００１０】
別の態様では、本発明は、流れる反応物流に反応して生成物流を形成することと、テクスチャ加工基板上に生成物組成の少なくとも一部を蒸着することとを備える、テクスチャ加工基板の塗布方法に関する。テクスチャ加工基板は、約５０ｎｍ〜約１００ミクロンのピーク間距離の粗表面を備えることができる。流れる反応物流の反応は、光線で駆動させることができる。
【００１１】
別の態様では、本発明は、制御素子と複数の発光素子を備え、各素子の発光が制御素子の制御下で行われるディスプレイに関する。制御素子は、わずか約１００ミクロンの平均厚を有するシリコン／ゲルマニウムベース半導体のシートを備えることができる。シートは、シートと動作可能に整合するトランジスタでパターン化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
光反応性蒸着アプローチは、大面積で非常に薄いシートまたは箔の生成に有利に適合させることができ、たとえば、元素態シリコン、元素態ゲルマニウム、炭化シリコン、そのドープした材料、またはその合金を含むことができる。これらの大面積シートは通常は独立型にすることもでき、または剥離可能に基板に結合させることもでき、様々な用途で有利に使用可能である。特に、元素態シリコン、元素態ゲルマニウム、炭化シリコン、そのドープした材料、またはその合金の大面積シートは、太陽電池パネル、集積回路、ディスプレイなどの製造に有利に使用することができる。
【００１３】
光反応性蒸着は、反応が強い光線によって駆動される好適な前駆体反応物を有する流内の化学反応を含む。光反応性蒸着アプローチは、分離可能な構造を形成できるように剥離層に無機材料を蒸着することができるが、追加層を含むことができる。シートは相当量の汚染物質を避けながら、非常に高純度レベルの、あるいは選択されたドーパントまたは他の添加剤を加えて生成することができる。いくつかの実施形態では、元素態シリコン、元素態ゲルマニウム、炭化シリコン、そのドープした材料、またはその合金の層は、パターニングを伴い、または伴わず、別の選択された無機物層に蒸着することができる。大面積の薄型シートは、特定のシート内に、および等価条件下で形成された異なるシート間に、高い特性均一度を持つ複数の小型シートに切断することができる。いくつかの実施形態では、剥離層は、パターン化された上面を有する剥離可能な無機物層を形成するのに使用することができる。
【００１４】
剥離層を使用すると独立型構造の形成が実行可能になる一方で、無機物シートが比較的脆くなる可能性があるので、基板上で剥離可能にシートを全体として支持することが望まれる。よって、シートは、所望により、ある基板から別の基板へ構造を移送できるように剥離可能に保持することができる。たとえば、シートを基板に保持する接着剤は通常、妥当な量の力または溶媒を使用して剥離することができる。
【００１５】
元素態シリコン、元素態ゲルマニウム、および炭化シリコンは、純粋な形で室温で電気半導体である。元素態シリコン、元素態ゲルマニウム、または炭化シリコンの加熱または好適なドーピングの結果、電気抵抗に変更が生じる。本明細書での表記を簡略化するため、元素態シリコン、元素態ゲルマニウム、炭化シリコン、そのドープした材料、またはその合金を表すために、「シリコン／ゲルマニウムベース半導体」を使用する。いくつかの実施形態では、多結晶などの結晶であるシートを有することが望まれる。結晶サイズは半導体特性に影響を及ぼすことができ、キャリヤ移動度を高め、少数キャリヤ拡散長を増やすには、より大きな平均結晶サイズが望まれる。適切な実施形態、シリコン／ゲルマニウムベース半導体の大型シートは、厚い構造に比べて材料を節減しつつ、適切な素子に処理することができる。
【００１６】
元素態シリコンの導電特性の迅速な制御性の結果、シリコンが広く商業的に使用されるようになった。たとえば、シリコンは、集積回路の半導体を形成するのに広範に使用される。導電バンドを生成するためにＡｓ、Ｓｂ、およびＰなどの余分な電子を有する元素でのドーピングによって形成されるシリコン／ゲルマニウムベース半導体はｎ型半導体と称され、導通孔を有するバランスバンドを生成するためにＢ、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎなどの電子欠損を有する元素でのドーピングによって形成されるシリコン／ゲルマニウムベース半導体はｐ型半導体と称される。
【００１７】
プロセスは、光線（たとえば、レーザ光）によって駆動される反応性蒸着を含んで開発されてきた。概して、塗布は、単純または複雑な構造のいずれかの特定の構造を形成するのに使用することができる。一実施形態では、光線によって駆動される反応性蒸着は、反応ゾーンに近接して電磁放射ビームを横断する流れる反応物流を有し、生成物流を横断して配置される表面に生成物材料を蒸着するように構成される生成物流を形成する反応器を含む。このプロセスは、光反応性蒸着（ＬＲＤ（商標））という名称が与えられている。いくつかの実施形態では、粒子は、粉体被覆、すなわち、未融解粒子の集合体、あるいは最初の一次粒子の少なくともいくつかの特徴が塗布内で反映されている融解または部分融解粒子のネットワークの形で蒸着される。このプロセスのバージョンは、光反応性粉体被覆蒸着と呼ばれうる。その後、プロセスは、高密度または適度に高い高密度の塗布の形成のために修正できることが発見された。このプロセスのバージョンは光反応性高密度蒸着と称することができる。
【００１８】
レーザ熱分解は、粉末生成、すなわち、サブミクロン粒子合成のための光駆動反応流プロセスである。レーザ熱分解および光反応性蒸着などの光反応性流プロセスは、光反応ゾーンで光線と交差して、光反応ゾーンから下流の生成物流を形成する、限定流反応性ストリームの共通する特徴を共有する。光反応流プロセスでは、反応物流は、非常に高速で反応物を加熱するレーザ光などの強光線によって熱分解される。レーザ光は便利なエネルギー源だが、他の強光源も光反応性蒸着で使用することができる。よって、密度、および多孔率などの関連特性に関して、塗布の性質を変更するように反応条件および蒸着パラメータを選択することができる。
【００１９】
光反応性蒸着は、広範囲の生成物材料の生成に利用することができる。反応物搬送アプローチは、ガス／蒸気および／またはエアロゾル形式で広範囲の反応前駆体を提供し、生成物材料の組成は通常、反応物と反応条件との関数である。光反応性蒸着は、任意でドーパント／添加剤および／または複合組成を備える材料の非常に均一な塗布を形成するのに使用することができる。よって、該当する塗布の組成と材料特性は、光反応性蒸着アプローチの特徴に基づき調節することができる。
【００２０】
いくつかの実施形態では、光反応性蒸着装置は、反応物前駆体のストリームが細長い反応ゾーンに流れ込む流シートとして生成され、シート状の生成物流を形成するように、細長い反応物導入を含む。概して、反応物流は放射線と交差するように配向され、反応物流の大半またはすべてが高生成量を得るように放射線と交差する。細長い反応物入口を用いて、高処理量で塗布材料の線またはストライプは、少なくとも部分的に基板上に同時に蒸着させることができる。基板を生成物流に通過させることによって、大面積の塗布が、１つまたは複数の回数のスイープで貼付されうる。対応する高材料生成速度で、高い反応物処理量が、蒸着された塗布の均一度の制御を犠牲にせずに維持される。流れる生成物シートから粒子の線またはストライプを蒸着することによって、塗布プロセスをより迅速に実行することができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、光反応性蒸着は、高い厚さ均一度と平滑な塗布表面の塗布を形成するために使用することができる。蒸着プロセスの適切な制御の結果、緻密化されたかどうかに関係なく、基板の表面全体で、等価条件下で被覆された基板間の平均塗布厚さに関して、塗布厚の高い均一度を達成することができる。光反応性蒸着は通常、Ｂｉらの同時係属米国特許出願第０９／７１５，９３５号「反応性蒸着による塗布形成」と、Ｂｉらの第１０／４１４，４４３号「反応性蒸着による塗布形成」とに記載され、その両者は参照により本明細書に組み込まれる。後述するように、テクスチャは、均一度および平滑度という性質がより粗いテクスチャ上に重ね合わされるため、そうした性質に関する利点を失わずに導入することができる。
【００２２】
様々な化学量論的および／または非化学量論的組成の無機物塗布は、光反応性蒸着によって生成することができる。同様に、蒸着される材料は、各種結晶構造で形成することができる。具体的には、光反応性蒸着は、ガラス、すなわち、非結晶材料および結晶材料（単結晶または多結晶のいずれか）を、任意で添加剤／ドーパントおよび／または複雑な化学量論組成を伴い、高均一塗布するのに使用することができる。本明細書に記載されるように、任意でドーパントを伴う、結晶元素態シリコン／ゲルマニウムに特別に関心を寄せる。
【００２３】
所望の組成を有する塗布の生成のための光反応性蒸着の成功する適用の基本的特徴は、適切な前駆体組成を含む反応物流の生成である。特に、光反応性蒸着によるドープした材料を形成する場合、反応物流は、ホスト前駆体およびドーパント前駆体を備えることができる。反応物流は、所望の組成および／またはドーパント濃度で材料を生成する適切な相対量の前駆体組成を備える。また、前駆体が適切な放射線吸収剤でない場合、追加の放射線吸収剤を反応物流に添加して、反応物流内の他の化合物への移送のための放射線／光エネルギーを吸収することができる。他の追加反応物は、反応物流内の環境の酸化／還元を調節するために使用することができる。概して、基板は多孔性でも非多孔性でもよく、柔軟でも強固でもよく、平面状でも曲線状でもよく、テクスチャ加工されている、または平滑である、あるいはその適切な組み合わせであってもよい。
【００２４】
塗布材料の複数層は、生成物粒子ストリームを通り基板の追加のスイープによって形成することができる。各塗布層は高い均一度および平滑度を有することができるため、構造上の変形が結果として生じる構造の性能に悪影響を及ぼすことなく、構造上の特徴が層状構造全体で形成されうるように、層状構造への適切な制御を維持しつつ、より多数の層を積み上げることができる。組成は、層間で、すなわち、構造の面および／または構造の面内の層の部分に垂直に変動させて、所望の構造を形成することができる。生成物塗布材料の組成は、単独の通過内および／または複数の通過間で変動させてもさせなくてもよい。同様に、材料に異なる多孔率や他の特性を与えるために、密度を変更することもできる。
【００２５】
層は通常、連続的に貼付することができるが、配置された位置でのほぼ同時または同時の貼付も利用することができる。塗布材料と同じ組成を蒸着するために数回通過させられる場合、個別の蒸着層は、別個の蒸着層を区別可能な特徴として後で特定できるか否かに応じて、完全な構造内での別々の層とみなすことができる、あるいはできない。均一な構造と所望の組成バリエーションで層を蒸着することによって、多くの層にまたがる複雑な構造を形成することができる。三次元構造の形成のため、特に光学用途で光反応性蒸着を使用することが、Ｂｉらの米国特許第６，９５２，５０４号の「平面光学構造の三次元エンジニアリング」にさらに記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００２６】
いくつかの実施形態では、三次元構造の形成は通常、複数の層の蒸着に基づき、各層は、具体的な層内に特定の構造を有するように起伏を持ったり、パターン化されていたりしていてもいなくてもよい。たとえば、ｚ面、すなわち、塗布基板面に垂直な面で蒸着材料を変更することによって、異なる機能構造を形成することができる。また、所望の構造の形成のための組成パターニングに関するアプローチが開発されてきている。概して、三次元構造内の特定のレベルまたは層でｘ−ｙ面に沿った組成は、加熱処理などの追加の緻密化プロセスの前、途中、または後のいずれかで、蒸着プロセス中または蒸着後に材料をパターニングすることによって変更することができる。組成または他の特性に関する材料のパターニングは、たとえば、リソグラフィおよび／またはフォトリソグラフィなどのパターニングアプローチを、化学エッチングおよび／または放射線ベースの切除などのエッチングと共に用いて、蒸着後に実行し、１つまたは複数の層に所望のパターンを形成することができる。よって、場合によっては他のパターニングアプローチでの光反応性蒸着を利用して、選択的に変動する組成で材料を複雑に変動させた複合構造を形成することが可能である。
【００２７】
蒸着プロセス中のパターニングに関して言えば、基板に蒸着された生成物材料の組成は、基板上の選択された位置で特定の組成の塗布材料を蒸着する蒸着プロセス中に変更させて、ｘ−ｙ面に沿って結果として生じる材料組成を変動させることができる。光反応性蒸着を用いると、生成物組成は、反応して生成物材料を形成する反応物を調節する、あるいは反応条件を変更することによって変更させることができる。たとえば、反応チャンバ圧、流速、放射強度、放射線エネルギー／波長、反応ストリーム内の不活性希釈ガスの濃度、反応物流の温度、生成物流と連動する基板の位置は、生成物塗布の組成、密度、および他の特性に影響を及ぼすことができる。
【００２８】
別の実施形態では、個別のマスクは、塗布材料の蒸着を制御するのに使用される。個別のマスクは、塗布材料のパターニングにとって効率的で精密なアプローチを提供することができる。光反応性蒸着では、塗布材料は、別の平坦面に対向して配置される平坦面を有するマスクが、マスクの境界を越えて大幅に材料を移動させるのを回避するのに十分な接触を与えるような具体的な運動量を有する。個別のマスクは選択された位置に開口部を有する。また、個別のマスクは、マスクが塗布される表面から無傷で除去できるように、表面に接合されない無傷自己支持構造を有することができる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、形成された状態の塗布を加熱処理することが望ましい。さほど高密度でない塗布の場合、加熱処理は材料を圧密する、または焼結して、より密なほぼ質量密度まで塗布を緻密化することができる。さらに、または代替的に、塗布を緻密化するか否かにかかわらず、加熱処理は、結晶度などの全体的な特性に関して均一度を高めるように塗布材料を焼きなますことができる。
【００３０】
簡便にするため、本明細書で使用される「圧密する」という用語は、非結晶または結晶材料の緻密化を表すために使用される。材料を圧密するため、粉末が流温度を超える温度まで加熱される。これらの温度では、粉末が緻密化し、冷却後に緻密化された材料層を形成する。緻密化は、組成の質量密度に近い材料をもたらしてももたらさなくてもよい。蒸着粒子の組成および／またはドーパントを制御することによって、後で緻密化される材料の組成を、所望の組成に制御することができる。概して、非結晶粒子が圧密されてガラス材料を形成し、結晶粒子が圧密されて結晶材料を形成することができる。ただし、いくつかの実施形態では、適切な加熱および急冷速度が、非結晶材料を単結晶または多結晶のいずれかで結晶層に（通常は緩やかな急冷速度）、および結晶粉末をガラス層に（通常は迅速な急冷）圧密するのに利用することができる。
【００３１】
緻密化は通常、組成の制御加熱で実行される。流温度は通常、組成に、およびある程度は主要粒子サイズに依存する。特にあまり高密度でない粉体被覆の場合、サブミクロン範囲の小さな粒子は通常、同じ組成で対応する大きな粒子よりも低い温度で流を示すからである。層は、特定の層またはその一部の形成後に圧密させることができる、あるいは、複数の層は同時に圧密させることができる。適切な流温度の材料を選択することによって、構造は、１つまたは複数の層を圧密するように加熱されて緻密化材料を形成し、他の層は粉体被覆のような圧密されていない塗布のままでいることができる。
【００３２】
結晶シリコン／ゲルマニウムベース半導体の圧密に関して言えば、ゾーンメルト再結晶（ＺＭＲ）という用語のアプローチは、シリコンを処理して、所望の度合いの結晶度を得る、および／または材料を完全に緻密化するために使用することができる。ＺＭＲでは、構造が、１表面を通じて高温だがシリコンの溶融点未満の温度まで加熱される。次に、ストリップヒータなどが、同一および／または反対の表面を走査され、ストリップヒータが表面に沿って移動する間に前面に沿って再結晶化する溶融シリコンのストライプを形成する。ＺＭＲは、たとえば、Ｄｅｇｕｃｈｉらの米国特許第５，５４０，１８３号「半導体材料のゾーンメルト再結晶」とＹｏｋｏｙａｍａらの論文の電気化学学会ジャーナル、１５０（５）、Ａ５９４−Ａ６００（２００３）の「高速ゾーンメルト結晶化による高結晶均一度のＳＯＩ膜の製造」にさらに記載されており、両者とも参照により本明細書に組み込まれる。
【００３３】
再結晶する溶融点を生成するために、表面全体にレーザスポットを操作させることもできる。サンプル全体をシリコンの溶融点まで加熱し、その後で冷却してシリコンを再結晶させることも可能である。
【００３４】
光反応性高密度蒸着では、塗布を緻密化する／圧密するいかなる追加処理も場合によっては施さずに、所望の高密度塗布を直接形成するように塗布条件を選択することができるが、所望の塗布特性を得るために追加処理がまだ実行される可能性がある。いくつかの実施形態では、塗布材料は、少なくとも約５５パーセントの密度で、別の実施形態では、約６５パーセントの密度から完全に緻密化された材料の完全密度まで蒸着させることができる。蒸着された高密度塗布は、粉体被覆を形成する表面で回収する粒子の特性に対応する、粒子特徴や大型孔など、基本的な主要粒子サイズを反映する特徴を有していなくてもよい。いくつかの実施形態では、結果として生じる高密度塗布は、ガスの吸収／吸着に関して非多孔性材料である。対照的に、光反応性粉体被覆蒸着では、粒子は、煤やスノーとして蒸着された反応流、たとえば、完全に緻密化された材料に対して比較的低密度で基板表面上に被覆された粉体被覆内に形成される。光反応性高密度蒸着は、Ｃｈｉｒｕｖｏｌｕらの同時係属米国特許出願第１１／０１７，２１４号「反応性蒸着による高密度塗布形成」にさらに記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００３５】
反応パラメータは、たとえば、反応物／生成物流パラメータ、光反応ゾーンに対する基板の位置、不活性希釈ガスの相対濃度、および他の反応パラメータの適切な選択を通じて、高密度材料塗布を蒸着するように調節することができる。光反応性高密度蒸着では、反応条件および蒸着パラメータは、基板上に凝集スペシーズを蒸着するように選択することができる。基板表面は、異種核形成と膜成長に必要な条件を提供することができる。特に、基板表面は、均一な膜成長を向上させるように比較的高温に加熱することができる。いくつかの実施形態では、基板は蒸着の途中または前に加熱されて、粒子の高密度層への凝集を促進する後の溶融プロセス前の蒸着間に、粒子の圧縮を刺激する熱応力を低減する。別の実施形態では、基板の比較的高温の加熱は、結晶シリコン／ゲルマニウムベース半導体を比較的高密度な薄層として直接蒸着するのを促進するために利用することができる。
【００３６】
本明細書に記載の構造の形成の場合、光反応性蒸着プロセスは、剥離層の蒸着を備えることができる。剥離層は、保護膜構造を基板から分離することができ、保護膜構造は、１つまたは複数の追加の塗布ステップと、任意で、構造が剥離層と結合される追加処理とで形成することができる。特に、剥離層は、剥離層を下に位置する基板、保護膜、またはその両方から分離させる特性を有する。下に位置する基板から保護膜構造を分離する能力を有した、大面積で薄型の元素態シリコンおよび／またはゲルマニウム箔を、他の構造と共に形成することができる。分離された構造は、太陽電池装置やディスプレイなどの所望の装置に処理することができる。
【００３７】
剥離層は、上の層および下の基板から剥離層を区別する明確な特性を有することができる。基板という用語は、基板表面層がそれ自体、さらに下に位置する基板上に塗膜として蒸着されているか否かにかかわらず、剥離層が上に蒸着される、剥離層と接触する材料面という広い意味で使用される。剥離層は密度などの組成および／または特性に関して上の層と下の基板から区別できるため、破損を受けやすい。代替または追加の実施形態では、剥離層は、選択された溶媒に溶ける組成を備えることができる。
【００３８】
破砕層としての剥離層に関して言えば、剥離層は通常、下に位置する基板または保護膜よりも実質上低い密度を有する。破砕層の低密度は、蒸着プロセスおよび／または蒸着後の処理の結果でありうる。たとえば、低密度で剥離層を残しつつオーバ層を優先的に緻密化することは、Ｂｒｙａｎの米国特許第６，７８８，８６６号「層材料と平面光学装置」に記載され、これは参照により本明細書に組み込まれる。密度の低下の結果、剥離層は通常、基板または保護膜に損傷を及ぼさずに破砕させることができる。
【００３９】
蒸着プロセスに関しては、処理パラメータは、保護膜層よりも相当低い密度で剥離層を蒸着するように調節することができる。密度差は機械強度の所望の差をもたらすように調節することができ、剥離層は独立型構造または剥離可能に支持される構造として保護膜を形成するように破砕されうる。たとえば、剥離層は、少なくとも約４０パーセントの剥離層多孔率に相当する密度を有する塗布として蒸着することができる。
【００４０】
結果として生じる構造は、破砕した剥離層の部分が装着される場合がある。剥離した保護膜構造と結合した剥離層の残余部分は、たとえば、化学エッチング、プラズマエッチング、および／または機械研磨などの様々な方法で除去することができる。同様に、基板も、化学清掃および／または機械研磨を用いて残りの剥離層材料を除去するように清掃することができる。よって、基板の高品質を利用しつつ、高品質な基板構造を複数回再利用することができる。
【００４１】
別のまたは追加の実施形態では、組成上の差異が剥離層の機能を促進させるのに利用可能なように、剥離層および保護膜層の組成が異なる。いくつかの実施形態では、剥離層と保護膜層が異なる圧密温度を有するように、異なる組成を選択することができる。具体的には、剥離層がより高い圧密温度を有し、剥離層を低密度で実質上圧密させずに、保護膜を緻密化させることができる。異なる組成は、異なるドーパントレベル、ドーパント組成、および／または異なるホスト材料を含む場合がある。保護膜層の圧密と剥離層の実質上の非圧密の結果、剥離層を破砕するのに利用可能な剥離層と保護膜材料間の実質上の密度差につながりうる。隣接層を異なる密度の材料に処理するために異なる圧密温度を使用し、剥離層を破砕させることは、Ｂｒｙａｎの米国特許第６，７８８，８６６号「層材料および平面光学装置」にさらに記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００４２】
ただし、いくつかの実施形態では、剥離層は、密度ではなく組成の具体的な特性を通じて機能を果たす。具体的には、剥離層の組成は、さらなる処理が剥離層を除去する、あるいは剥離層に損傷を与えることができるように、保護膜層とは異なる組成とする。たとえば、剥離層は、保護膜材料を剥離するように溶解することのできる可溶性材料から形成可能である。無機物組成の範囲は、剥離組成に好適である。たとえば、金属塩化物または金属窒化物は、未反応金属化合物の塗布がプロセス中に蒸着されるように、追加のいかなる反応物なしにエアロゾルを用いて蒸着させることができるが、別の実施形態では、剥離層組成が塗布ストリーム内の反応生成物であってもよい。可溶性の無機物組成は、妥当な密度で蒸着させることができる。電気化学セルの要素の生成に光反応性粉体被覆蒸着を用いる可溶性の無機物組成の蒸着は、Ｈｏｒｎｅらの同時係属米国特許出願第１０／８５４，９３１号「電気化学セル製造のための反応性蒸着」に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００４３】
よって、剥離層は、所望の組成および構造を有する保護膜材料を剥離する機構を提供することができる。いくつかの実施形態では、保護膜材料は、シリコン／ゲルマニウムベース半導体構造を備えることができる。材料は、選択された量および組成のドーパントを備えていてもいなくてもよい。適切な処理ステップは、最終的な装置を形成するための所望の目的と処理の簡便性に応じて、基板からの剥離前または後に実行することができる。
【００４４】
大面積の薄層シリコン／ゲルマニウムベース半導体のいくつかの実施形態では、独立型構造は、少なくとも約９００平方センチメートルの面積を有することができる。同様に、シートは、わずか約１００ミクロンの平均厚を有することができる。大面積と薄さを利用して、材料のコストと消費量を節減しつつ、独自の方法で高機能装置を形成することができる。さらに、いくつかの実施形態では、薄シリコン／ゲルマニウム半導体層の厚さは、少なくとも約２ミクロンであってよい。
【００４５】
追加のまたは別の実施形態では、１つまたは複数の薄型元素態シリコン／ゲルマニウム構造は、最終的な所望の構造の形成を促進することのできる別の層と結合可能である。好適な結合層は、シリコン組成、ゲルマニウム組成、および／または他の無機物組成を備える組成であってもよい。たとえば、層は、半導体の一面または両面上の電気的絶縁層であってもよい。結合層は、剥離層に対してシリコン／ゲルマニウムベース半導体の層の上か下のいずれかに形成することができる。結合層の厚さと組成は通常、構造の所望の用途に基づき選択される。
【００４６】
半導体シートに基づく装置の形成のために、構造は通常、装置の元素を形成する適切な局所的特徴を有するように操作される。具体的には、シリコン／ゲルマニウムベース半導体構造をパターン化することが望ましい可能性がある。このパターニングは、その後の装置形成を簡易化することができる。それらの特徴は、シリコン／ゲルマニウムベース半導体シートの修飾および／または構造上の材料の蒸着によって、パターン化することができる。シートの修飾は、組成上の変更および／または物理的な変更に関連することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、シートは、シートに沿って特定の位置でドープすることができる。シート上の材料の蒸着に関しては、半導体シートに沿った選択された位置上に適切な材料を蒸着して、装置の要素を形成することができる。シート上の任意の構造上の添加は、光反応性蒸着または任意の他の適切な蒸着アプローチを用いて実行することができる。特に、インクジェット印刷などの印刷プロセスを、ドーパント組成を具体的な位置で蒸着して、シリコン／ゲルマニウムベース半導体シートを修飾するドーパントを提供する、および／または、半導体層内に処理可能なポリシランなどの組成を提供するために使用することができる。
【００４７】
反応性蒸着に関して言えば、基層上にシリコン／ゲルマニウムベース半導体のストライプ、島などを形成することが望ましい可能性がある。基層が剥離層に隣接して形成された場合、パターン化されたシリコン／ゲルマニウムベース半導体構造を、基層とシリコン／ゲルマニウムベース半導体構造間の別の材料の有無にかかわらず、基層上に形成することができる。もしくは、基層上のシリコン／ゲルマニウム層は、シリコン／ゲルマニウムベース半導体層の蒸着後にエッチングなどによってパターン化することもできる。このエッチングは、加熱処理ステップの前、後、または途中に実行することができる。シリコン／ゲルマニウムベース半導体層が剥離層に隣接しており、結合層がシリコン／ゲルマニウムベース半導体層上に配置される場合、パターニングは、可溶性材料の使用による蒸着中、あるいは、エッチングなどの使用による剥離層からの除去後に実行することができる。
【００４８】
いくつかの実施形態では、構造は、シリコン／ゲルマニウムベース半導体層のそれぞれの側に基層と結合層の両方を備えることができる。また、基層および／または結合層は、結果として生じる装置において機能上の役割を提供してもしなくてもよい。よって、基層または結合層を形成する能力は、選択された装置および／または特定の装置のために改良された構造の形成にとって相当な処理上の利点を提供することができる。
【００４９】
追加のまたは別の実施形態では、シートは支持面と関連して切断し、切断シートの部分間に絶縁ギャップを形成することができる。いくつかの実施形態では、保護膜構造の切断は、保護膜構造が剥離層で基板から分離される前および／または後に実行することができる。関連実施形態の場合、基板表面が重大な損傷を受けないように、剥離層が保護膜構造の切断中に基板の保護を提供することができる。別の実施形態では、半導体層が永久基板への蒸着後に切断されて、生成物に組み込むための構造を形成することができる。別の実施形態では、シートは、剥離層による剥離を通じて、受け取る基板への移送後に切断される。受け取る基板は、永久基板でも一時的保持構造でもよい。
【００５０】
上述したように、いくつかの実施形態では、シリコン／ゲルマニウムベース半導体シートは剥離層なしで基板上に形成されるため、結合構造は結果として生じる生成物状に形成されうる。たとえば、太陽電池モジュールの形成のために、基板は、シリコン／ゲルマニウムベース半導体シートを上に形成した薄ＳｉＯxＮy不活性化層を有する可能性があるシリカガラスであってもよい。露出面はさらにパターニングなどで処理されて、生成物へ組み込む素子を形成し、たとえば、結果的に構造は完全な太陽電池モジュールへと処理されうる。
【００５１】
剥離層上に形成される保護膜構造は通常、特定の装置へ組み込むための材料を準備する１つまたは複数の処理ステップを受けることができる。これらの追加の処理ステップは、基板に装着される保護膜構造または剥離層で分離される構造で実行することができ、あるいは、いくつかの処理ステップは基板に装着される構造で実行され、いくつかの処理ステップは基板から分離される構造で実行される。圧密／焼きなましのための加熱処理ステップの前、後、および／または途中にエッチングまたは他の後蒸着パターニングを実行することができる。
【００５２】
追加の処理は、独立型薄層と保持面との連結を含むことができる。保持面は、使用のために装置内の薄層の最終位置にあってもよいし、あるいは、１つまたは複数の処理ステップの実行を簡易化するために一時的に配置されてもよい。保持面が一時的である場合、薄層は接着剤などで保持面に一時的に固定することができる。保持面の連結は、特定の処理ステップ中に薄型構造を機械的に安定させることができる。
【００５３】
太陽電池セルおよび他の適切な装置の形成のために、材料内の光路長を増大させるために上面および／または下面にテクスチャを施すことが望ましい。テクスチャは、テクスチャ加工基板への蒸着で、テクスチャ加工基板に導入することができる。もしくは、テクスチャは、蒸着プロセス、あるいはその後のエッチングまたは他の表面修飾ステップ中に蒸着面に導入することもできる。テクスチャはランダムでも、疑似ランダムでも、あるいは規則的でもよい。後の層に粗いテクスチャを与えるために、剥離層の多孔率を利用することもできる。
【００５４】
薄い大面積シリコン／ゲルマニウムベース半導体シートが利用可能であると、これらの半導体シートに基づき、大型の高効率ソーラーセル、ディスプレイ、および他の装置が生成される。個々のソーラーセルを、ソーラーセルパネルの形成の一環として大型シートから切断することができる。ソーラーセルパネルでは、複数の個々のセルが、並列および／または直列に接続される。直列に接続されたセルは電位を追加するため、パネルの出力電圧を増大させる。並列に接続された任意のセルは、電流を増大させる。パネル上に適切に位置決めされたセルは、適切な導電体を用いて電気的に接続される。この有線太陽電池パネルはその後、外部電気回路に適切に接続することができる。
【００５５】
太陽電池モジュールを形成するため、基層または関連層などの追加層は、シリコン／ゲルマニウムベース半導体のみの１つまたは複数の層、および／または、ドープしたシリコン／ゲルマニウムに基づきｐドープされたおよび／またはｎドープされた半導体層を形成するドーパントを伴う層を有する構造に組み込むことができる。概して、ソーラーセルは、電流コレクタと結合される接点の部分を形成する大量半導体およびドープ領域を有する。選択された追加層は、前面、後面、またはその両方で不活性化層としての機能を果たすことができる。不活性化層は反射防止層としての機能も果たすことができる。
【００５６】
シリコン、ゲルマニウム、炭化シリコン、またはその合金に基づく太陽電池セルは、ｐ型半導体およびｎ型半導体の接合を組み込む。逆極性の電流コレクタ間の電流の流れは、有益な作業のために使用することができる。電子と正孔は適切な電流コレクタに流れる前に再結合することができるため、プロセスの効率は部分的には再結合速度に依存する。再結合後、光発生された電子正孔対は、有益な作業のために利用できない。本明細書に記載のプロセスは、太陽電池セルにとって望ましい材料の形成に好適である。より薄い半導体構造を利用すると、材料とそれに対応するコストが節減される。ただし、半導体が薄すぎれば、シリコンは多くの光を捕捉しない。よって、厚さがわずか１００ミクロン、少なくとも２ミクロンのシリコン／ゲルマニウムベース半導体を有する利点がある。
【００５７】
さらに、シリコン／ゲルマニウムベース半導体の薄型シートは、ディスプレイ要素にとって有益な基板を提供する。特に、半導体シートは、薄膜トランジスタおよび／または他の集積回路要素の形成のための基板であってもよい。よって、薄半導体シートは、各画素に対応付けられる１つまたは複数のトランジスタを有する大型フォーマットディスプレイ回路とすることができる。結果として生じる回路は、ガラスプロセスでシリコンによって形成される構造を置き換えることができる。
【００５８】
概して、本明細書に記載の半導体シートは、材料の使用を低減し、簡便な処理フォーマットを提供する装置の範囲を形成するコスト効率の良いアプローチをもたらす。材料の均一度と生成速度は、効率的でコスト効率の良い商用生成にとって重要なパラメータである。半導体シートが有効な形式の追加処理を受け入れやすいことで、一連の集積回路および他の構造の有効な形成に適したシートが製造される。
【００５９】
反応物流内の生成物合成
光反応性蒸着は、他の流反応物システムと同様、一般的に流を反応チャンバに導く反応物搬送装置を備える。光反応性蒸着は、蒸着される際、あるいは追加処理の際に広範囲の組成と材料特性を有する塗布材料を生成するための貴重なツールである。反応物流の反応は、反応チャンバ内で生じる。反応を駆動する放射ビーム、たとえば、光線を使用すると、生成物流の高均一度を導く局所的な反応ゾーンが生じる可能性がある。反応ゾーンを超えると、流は、生成物組成（固体粒子、溶融粒子、および／または蒸気）、未反応物、反応副産物、および不活性ガスを備えることがある。生成物流は、蒸着表面まで継続し、そこで生成物組成の少なくとも一部が塗布として流から捕獲されることができる。
【００６０】
反応物の流への継続的供給と、反応過程中の流からの生成物組成の除去とは、流反応物システム内の反応プロセスを特徴づけるが、反応および／または蒸着は、たとえば、基板を配置する、反応物組成を変更する、あるいは他の処理の検討などのために、適切なインターバルで遮断することができる。よって、正味の流は、一般的に反応物搬送装置に接続される導入ノズルから通常ポンプを通って接続されるベントまで通過する。正味の流は概念的に、反応物流は光反応ゾーンから上流に、生成物流は光反応ゾーンから下流に、光反応ゾーンで分割することができる。これらの概念ゾーンは通常、明確に定義される境界を持たなくてよいが、いずれかの点で、生成物が生成物流／ストリームを形成するために存在し、反応物を反応させる前に、生成物が反応物流／ストリーム内に存在しないことは明らかである。
【００６１】
光反応性蒸着は、レーザ熱分解内での粒子生成、粒子合成のための光駆動流プロセスのために開発された、生成物組成多用途性を組み込むことができる。特に、一連の粒子組成と構造で粒子を形成する多用途性は、組成と構造における類似の範囲での光反応性蒸着による塗布の形成に適合させることができる。
【００６２】
レーザ熱分解は、強放射線、たとえば、光線によって駆動され、放射線によって定義される狭い反応領域を残した後で生成物粒子を急冷する化学反応の流れを示す、標準的な専門用語である。ただし、その名称は、強い非干渉光またはその他の放射ビームなどの非レーザ源からの放射線がレーザと置き換えられるという点で誤った名称である。また、反応は、高温加熱分解の意味での熱分解ではない。レーザ熱分解反応は、反応物の発熱燃焼によって熱的に駆動されるだけではない。実際、いくつかの実施形態では、レーザ熱分解反応は、熱分解炎と著しく対照的に、反応時に可視光の発光が観察されない条件下で行うことができる。
【００６３】
反応条件は、光反応性蒸着によって生成される組成の質を判定することができる。光反応性蒸着の反応条件は、組成とそれに応じた塗布を所望の特性で生成するために比較的精密に制御することができる。特に、生成物流の特徴は、流から形成される塗布の特性に影響を及ぼすが、基板の温度や塗布パラメータなどの他の要因も塗布の特性に影響を及ぼす。
【００６４】
たとえば、反応チャンバ圧、流速、反応物の組成および濃度、放射強度、放射エネルギー／波長、反応ストリーム内の不活性希釈ガスの種類と濃度、反応物流の温度は、たとえば、反応ゾーン内の反応物／生成物の飛行時間、および生成物流内の生成物組成に再結合する原子種の利用可能性を変更することによって、生成物流の組成や他の特性に影響を及ぼすことができる。よって、特定の実施形態では、所望の生成物流特性をもたらすように、具体的な反応条件を制御することができる。生成物流の特定の種類を生成する適切な反応条件は通常、特定の装置の設計に依存する。特定の装置で選択された塗布を生成するために使用される具体的な条件は、適切な実験に基づく調節と共に、本明細書で概説した一般原理に基づき判定することができる。さらに、反応条件と結果的に生じる組成との関係に関する一般的な観察を行うことができる。
【００６５】
反応物流の速度は、塗布密度に影響を及ぼす可能性がある。塗布パラメータを判定する際の別の重要な要因は、生成物流内の生成物組成の濃度である。生成物流内の濃縮生成物組成の総濃度と相対濃度を低下させると、粒子成長速度は遅くなり、粒子は小さくなる。濃縮生成物の相対濃度は、非濃縮、たとえば、不活性の組成での希釈、あるいは濃縮生成物と非濃縮組成との固定比での圧力変動によって制御することができ、圧力低下は通常、総濃度の減少を導く。また、異なる生成物組成は、生成物流内での異なる速度で融合する傾向があり、したがって塗布密度に影響を及ぼす可能性がある。要約すると、塗布パラメータは、塗布密度を調節するように選択することができる。
【００６６】
関連する材料は通常、たとえば、非結晶材料、結晶材料、およびそれらの組み合わせだが、シリコン／ゲルマニウムベース半導体材料の場合、結晶材料が特に関連する。光反応性蒸着では、塗布パラメータ、たとえば、基板表面の性質が、塗布の結晶または非結晶構造に影響を及ぼす可能性がある。
【００６７】
反応プロセスにおいて所望の組成を形成するため、１つまたは複数の前駆体は、１つまたは複数の金属／半金属元素だけでなく、所望の組成を形成する任意の二次的元素を供給する。ドーパントの有無にかかわらず、シリコン／ゲルマニウムベース半導体を蒸着するのに特別に関連するが、結合層および／または剥離層は、選択された二次的元素の組成を備えることができる。二次的元素は、たとえば、炭素、窒素、シリコン、リン、硫黄などの、結果として生じる生成物組成に統合することのできる非金属／半金属元素である。反応物流は通常、所望の金属と、さらに、または代替的に、半金属元素および任意の選択された二次的元素を備えて、ホスト材料、および任意で、特定の生成物組成を生成する適切な割合でドーパント／添加剤を形成する。
【００６８】
反応物流の組成は、組成および特性に関する所望の生成物材料を生成するために、反応条件と共に調節することができる。特定の反応物および反応条件に基づき、元素は生成物への組込、すなわち、未反応材料に対する生成量に関して効率が異なるため、生成物組成は反応物流として金属／半金属元素と同じ比率を有していなくてもよい。ただし、各元素の組込量は、反応物流における元素量の関数であり、組込効率は所望の組成を得るため、本明細書に記載の教示に基づき実験的に推定されることができる。本明細書に記載の放射線駆動反応用の反応物ノズルの設計は、高反応物流内の高生成量のために設計される。さらに、追加の適切な前駆体が、任意の所望のドーパント／添加剤要素を供給することができる。
【００６９】
組成に関して言えば、半金属は、金属および非金属の中間的な、あるいはそれらを含む化学的特性を発揮する元素である。半金属元素は、シリコン、ゲルマニウム、ボロン、ヒ素、およびテルリウムを含む。グループＩｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂ、ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂ、ＶＩＩｂ、およびＶＩＩＩｂの元素は遷移金属と称される。グループＩのアルカリ金属、グループＩＩのアルカリ土類金属、および遷移金属に加えて、他の金属は、たとえば、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、スズ、鉛、ビスマス、およびポロニウムである。非金属／半金属元素は、水素、希ガス、炭素、窒素、酸素、フッ素、リン、硫黄、塩素、セレニウム、臭素、およびヨウ素を含む。
【００７０】
光反応性蒸着は、ガス／蒸気相反応物で実行することができる。金属／半金属前駆体組成などの多くの前駆体組成を、ガス／蒸気として反応チャンバに供給することができる。ガス搬送用の適切な前駆体組成は通常、妥当な蒸気圧、すなわち、所望量の前駆体ガス／蒸気を反応物流に得るのに十分な蒸気圧で組成を含む。液体または固体の前駆体組成を保持する容器は、加熱（冷却）して、所望により、前駆体の蒸気圧を上昇（低下）させることができる。固体前駆体は通常、加熱されて十分な蒸気圧を生成する。キャリヤガスは、所望量の前駆体蒸気の搬送を簡易化するように液体前駆体内で泡立たせることができる。同様に、キャリヤガスは、前駆体蒸気の搬送を簡易化するように固体前駆体上を通過させることができる。代替的に、またはさらに、液体前駆体は、選択された蒸気圧で組成を供給するようにフラッシュ蒸発器に導くことができる。非ガス前駆体の流を制御するのにフラッシュ蒸発器を使用すると、反応チャンバへの前駆体搬送が高レベルに制御される。
【００７１】
ただし、ガス／蒸気相反応物のみの使用は、いくつかの元素にとって便利な種類の前駆体組成を特定することに関して困難な可能性がある。よって、金属／半金属前駆体などの前駆体を含むエアロゾルを、流光駆動反応のために反応チャンバに導入する技術が開発されている。流反応システム用の高度なエアロゾル搬送装置は、Ｇａｒｄｎｅｒらの米国特許第６，１９３，９３６号「反応物搬送装置」にさらに記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。これらの反応物搬送システムは、光反応性蒸着に合わせて適合させることができる。いくつかの実施形態では、エアロゾルは、ガス流に同伴されて、不活性ガスおよび／またはガス反応物を備えることができる。
【００７２】
エアロゾル搬送装置を用いて、固体前駆体組成は溶媒内で組成を溶解させることによって、搬送することができる。もしくは、粉末前駆体組成を、エアロゾル搬送のために液体／溶媒に拡散させることができる。液体前駆体組成は、純液体からのエアロゾル、複数液体拡散、または溶液として供給することができる。エアロゾル反応物は、十分な反応物処理量を得るために使用することができる。溶媒／分散剤は、結果として生じる溶液／分散剤の所望の特性を得るために選択することができる。好適な溶媒／分散剤は、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、他の有機溶媒、およびそれらの混合物である。溶媒は、結果として生じる塗布が所望の純度を有するように、所望のレベルの純度を有するべきである。イソプロピルアルコールなどのいくつかの溶媒は、ＣＯ2レーザが光源として使用される場合、追加の吸光組成が反応物流内で必要とされないように、ＣＯ2レーザからの赤外線の重要な吸収剤である。
【００７３】
エアロゾル搬送の場合の前駆体組成は、通常、約０．１モルより大きい範囲の濃度の溶液で溶解する。概して、溶液中の前駆体の濃度を高めると、反応チャンバを通る反応物の処理量が増大する。ただし、濃度が高まるにつれ、溶液は粘性が高まるので、エアロゾルは所望するよりも大きなサイズの滴を有する場合がある。よって、溶液濃度の選択は、好適な溶液濃度を選択する際の要因のバランス取りを含むことができる。光反応性蒸着用のエアロゾル反応物の使用は、Ｈｏｒｎｅらの米国特許第６，８４９，３３４号「光学材料および光学構造」にさらに記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００７４】
概して、金属／半金属元素は、特に複数の金属／半金属元素を含む実施形態の場合、蒸気としてすべて、エアロゾルとしてすべて、あるいはその任意の組み合わせとして供給することができる。複数の金属／半金属元素がエアロゾルとして供給される場合、前駆体は、単独エアロゾルとして反応物流への搬送のために単独の溶媒／分散剤内で溶解／拡散させることができる。もしくは、複数の金属／半金属元素が、エアロゾルに別々に形成される複数の溶液／分散剤内で供給されることができる。便利な前駆体が共通の溶媒／分散剤で容易に溶解／拡散しない場合、複数のエアロゾルの生成が役立つ可能性がある。複数のエアロゾルは、共通ノズルを通じて、反応チャンバへの搬送のために共通のガス流に導入することができる。もしくは、エアロゾルおよび／または蒸気反応物の反応チャンバへの別々の搬送のために複数の反応物入口が使用されて、反応物が反応ゾーンに入る前に反応チャンバ内で混合することができる。
【００７５】
いくつかの実施形態では、生成物組成は、１つまたは複数の非（金属／半金属）元素をさらに備えることができる。たとえば、酸化物の形成が目的である場合、酸素源が反応物流内に存在することができる。酸素源は、１つまたは複数の酸素原子を備える場合、金属／半金属前駆体自体であってもよい、あるいは、二次的反応物は酸素を供給することができる。反応器内の条件は、酸化物材料を生成するのに十分酸化しているはずである。同様に、反応物流は、窒化物の形成のために窒素源を備えることができる。
【００７６】
概して、二次的反応物は、いくつかの実施形態では、反応チャンバ内の酸化／還元条件を変更する、および／または、非金属／半金属元素またはその一部を反応生成物に与えるために使用することができる。酸化物の形成のための酸素源としての役割を果たす好適な二次的反応物は、たとえば、Ｏ2、ＣＯ、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ3など、およびそれらの混合物である。分子酸素を空気として供給することができる。いくつかの実施形態では、金属／半金属前駆体組成は、生成物粒子内の酸素の全部または一部が金属／半金属前駆体によって与えられるように、酸素を備える。好適な窒素源は、たとえば、ＮＨ3である。好適な炭素源は、たとえば、Ｃ2Ｈ4または一連の他の炭化水素である。同様に、エアロゾル搬送のために溶媒／分散剤として使用される液体は、同様に、二次的反応物の反応に寄与することができる。すなわち、１つまたは複数の金属／半金属前駆体が所望の二次的元素を有する、および／または、溶媒／分散剤が酸素を含む場合、生成物組成のための二次的元素を供給するために別の二次的反応物が必要とされない可能性がある。
【００７７】
生成物流内で元素を形成するには、反応ゾーン内の条件を、適切に還元するように調節することができる。これは、金属／半金属前駆体の性質に鑑み、二次的反応物のバランスを通じて達成可能である。Ｈ2、Ｃ2Ｈ4などの好適な還元剤を、反応物流に含めることができる。さらに、シリコン、ゲルマニウム、および他の元素の元素態は、シラン（ＳｉＨ4）、ゲルマン（ＧｅＨ4）などの分解などの分解反応によって形成することができる。
【００７８】
光反応性蒸着は、レーザまたはアークランプなどの他の強放射線源を用いて、様々な光学周波数の放射線で実行することができる。便利な光源は電磁スペクトルの赤外線部分で動作するが、スペクトルの可視の紫外線または赤外線領域などの他の波長も使用することができる。エキシマレーザは紫外線源として使用することができる。ＣＯ2レーザは特に有益な赤外線源である。反応物流に含めるための赤外線吸収剤は、たとえば、Ｃ2Ｈ4、イソプロピルアルコール、ＮＨ3、ＳＦ6、ＳｉＨ4、およびＯ3である。放射線吸収剤（赤外線吸収剤など）が放射ビームからのエネルギーを吸収して、エネルギーを他の反応物に分配して熱分解を駆動することができる。
【００７９】
概して、光線から吸収されたエネルギーは、制御された条件下で発熱反応により通常生成される熱よりも何倍もの速い速度で温度を上昇させる。光反応性蒸着では、レーザ熱分解プロセスと同様、反応プロセスは、エネルギー源が反応を開始させるが、反応は発熱反応によって発せられるエネルギーで駆動される燃焼反応器でのプロセスと質的に異なる。
【００８０】
よって、反応は、反応によって発せられるエネルギーによってではなく、放射ビームから吸収されるエネルギーによって駆動されるため、光反応性蒸着は従来の熱分解ではない。特に、反応物の自発的反応は通常、有意に進行せず、仮にあったとしても、放射ビームと反応物流の交差点からノズルに向かう反応物流へと退却する。必要であれば、流は、反応ゾーンが限定されたままであるように修正することができる。燃焼反応器では通常、境界はなく、適切に定義された反応ゾーンはない。反応ゾーンは大きく、反応物の滞留時間は長い。燃焼反応器では、より低い熱勾配が通常存在する。
【００８１】
対照的に、レーザ／光駆動反応は、極めて速い加熱速度を有する。生成物組成は通常、反応ゾーンの放射パワーと流内の放射線吸収剤の量とに依存する。反応物流の組成と反応ゾーン内の光強度を制御することによって、反応生成物は、再現可能に制御することができる。反応ゾーン内の有効温度は、広範囲、たとえば、約２００℃〜約３０００℃の範囲にわたり制御することができる。光反応性蒸着では、反応ゾーンは多くが光線と反応物流が重複するが、反応の精密な特徴に応じて、たとえば光線を超えて数ミリメートル拡大することができる。
【００８２】
不活性遮蔽ガスは、反応物チャンバ成分と接触する反応物と生成物のモル量を低減するために使用することができる。不活性ガスは、キャリヤガスおよび／または反応モジュレータとして反応物流に導入することもできる。適切な不活性ガスは通常、たとえば、Ａｒ、Ｈｅ、およびＮ2を含む。
【００８３】
本明細書に記載の反応物搬送構造に基づく生成物生成速度は、１時間当たり約５グラムの反応生成物〜１時間当たり約１０キログラムの所望の反応生成物までの範囲で、生成物生成速度を生じることができる。具体的には、本明細書に記載の装置を用いて、塗布は、少なくとも約１０ｇ／ｈまで、別の実施形態では、少なくとも約１００ｇ／ｈ、別の実施形態では、少なくとも約２５０ｇ／ｈ、追加の実施形態では、少なくとも約１キログラム／時間（ｋｇ／ｈ）、一般には少なくとも約１０ｋｇ／ｈまでの範囲で、生成物生成速度を達成することができる。当業者であれば、これらの明確な生成速度の間の中間の生成速度が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。生成物生成の例示速度（１時間当たりに生成されるグラム単位で）は、少なくとも約５、１０、５０、１００、２５０、５００、１０００、２５００、５０００、または１００００の範囲である。
【００８４】
概して、これらの高生成速度は、生成物組成に組み込まれる流内の金属／半金属原子核の部分によって測定されるように、高塗布均一度と比較的高い反応生成量を獲得しつつ達成することができ、その部分は高密度塗布に組み込まれる。概して、反応生成物量は、制限的な反応物に基づき少なくとも約３０パーセント、別の実施形態では、少なくとも約５０パーセント、別の実施形態では、少なくとも約６５パーセント、別の実施形態では、少なくとも約８０パーセント、追加の実施形態では、制限的な反応物に基づき少なくとも約９５パーセントの範囲であり、通常、反応物流において金属／半金属原子核である。当業者であれば、これらの具体的な値内の生成物生成速度と生成量の追加の値が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。
【００８５】
材料蒸着
光反応性蒸着では、生成物組成の非常に均一な流が、塗布されるべき基板に向かって方向づけられる。結果として生じる塗布は、選択された構造に応じて、基板全体の塗布として形成されることができる、あるいはパターン化されることができる。さらに、塗布は、加熱処理またはエッチングなどのその後の処理を通じて修飾することができる。塗布パラメータは、所望の塗布特性を得るために変更することができる。
【００８６】
光反応性蒸着プロセスを用いて、粉体被覆を形成することが望ましい可能性がある。光反応性粉体被覆蒸着などでは、粒子は、比較的低密度の高多孔性構造である煤またはスノーとして蒸着される。粒子は、流内の核生成と急冷プロセスから生じる。粉体被覆は、組成を変更する、または材料を所望の形式に圧密することに関して、粉体被覆に対する追加処理が望まれる。さらに、粉体被覆の形成は、剥離層などの形成に有益な場合がある。いくつかの実施形態では、粉体被覆の形成は、反応チャンバ内の所望の処理条件を使用した結果である場合がある。
【００８７】
さらに、光反応性高密度蒸着は驚くべきことに、反応流から直接高密度塗布を直接形成する能力を提供する。さらに、光反応性蒸着は、他のアプローチに対して、比較的広範囲の密度に制御可能であるという利点を備える。概して、光反応性蒸着は、均一度および特性に関して塗布の質を犠牲にせずに、特定の密度で高速で生成物を塗布に供給することができる。
【００８８】
光反応性蒸着は、結晶材料のより高密度な塗布の蒸着に関する追加の利点を提供することができる。粒子の蒸着では、塗布内の相互作用の前に、粒子内では短い範囲の組成の順番が固定している。表面上の粒子間の相互作用は通常、周辺に対して粒子を整理するほど十分活動的ではない。全体構造は結晶粒子であっても長い範囲の秩序を有しないため、多結晶材料が結果的に生じる。流内の反応パラメータは、粒子が非結晶であるか結晶であるかを判定する。光反応性蒸着によって形成される粉体被覆を緻密化する圧密プロセスは、材料の長い範囲の秩序化を変更するのに有効であってもなくてもよい。
【００８９】
光反応性蒸着では、結果として生じる塗布は、非結晶（短い範囲の秩序のみ）、多結晶（領域内）、あるいは結晶であってもよい。高密度塗布を形成する塗布プロセスに関しては、蒸着速度、生成物流速度、不活性ガス濃度、基板温度、流の温度、光反応ゾーンに対する基板の方位、および他の反応パラメータは、結果として生じる塗布の結晶度特性を選択するように、実験に基づき調節することができる。さらに、基板構造は、塗布構造に影響を及ぼすことができる。概して、いかなる密度塗布の蒸着のための光反応性蒸着でも、後蒸着処理が、結晶度および他の特性に対して塗布の形式を変更することができる。
【００９０】
光反応性蒸着プロセスでは、より高密度な塗布を形成するため、基板を光反応ゾーンのより近くに配置し、光強度を高め、および／または流速を速めることができる。シランからシリコンを生成するには、反応物流内のシランの量を増加すると、炎の温度が上がり、より高密度な塗布を導くことができる。また、蒸着材料の流温度よりも低く保ちながら、基板を相当の温度に加熱することができる。他の塗布パラメータも、塗布プロセスの性質に影響を及ぼす場合がある。塗布パラメータに対するこれらの予言的傾向と共に、特定の反応器装置の場合、高密度塗布蒸着を実行するため、本明細書の教示に基づき反応パラメータを調節することができる。
【００９１】
概して、光反応性蒸着は、反応生成物が次に基板に蒸着される反応ゾーンで放射ビームと交差する流れる反応物流を含む。光反応性蒸着では、基板の塗布を反応チャンバ内で実行することができる。基板は反応ゾーンから流を捕捉して、表面で生成物組成を直接捕捉する。
【００９２】
適切に定義されたレーザ反応ゾーンは、均一な塗布特性をもたらす均一な生成物流を結果的に生じることができる。均一な生成物組成形成は結果的に、均一な蒸着と再現可能な蒸着をもたらすことができる。蒸気反応物の場合、反応物搬送にフラッシュ蒸発器を使用すると、化学的搬送の均一度を向上することができ、生成物流とそれに応じた塗布の均一度をさらに向上させることができる。さらに、二次元で基板を走査して層を形成する必要がある他の方法とは全く異なり、細長い反応物導入は、多数のストライプを綴じ合わす必要がないように生成物流を１回または数回通過させて均一な塗布層を蒸着することができる。
【００９３】
塗布プロセス用のこの反応物搬送装置の設計を適合させる際、細長い反応物導入のサイズは、塗布されるべき基板のサイズに基づき選択することができる。いくつかの実施形態では、基板全体が生成物流の１回の通過で塗布されるように、反応物導入は、幅などの基板全体の直径または他の寸法と同じサイズかやや大きくすることができる。概して、細長い反応物導入を有する流れる反応物の反応器装置は、チャンバ壁の汚染を低減し、生成能力を増大し、資源を有効に利用するように設計することができる。さらに、遮蔽ガスの適切な流は、反応チャンバを通る流ストリーム内の反応物および生成物を限定することができる。高処理量の反応物は、放射線（たとえば、光）エネルギーを有効に利用する。ガス／蒸気反応物および／またはエアロゾル反応物の搬送は、細長い導入を通る搬送のために適合されて、反応器を通るシート流を形成することができる。
【００９４】
光反応性蒸着では、生成物組成の生成および／または蒸着速度は、多数の要因（たとえば、利用される開始材料、所望の反応生成物、反応条件、蒸着効率など、およびそれらの組み合わせ）に応じて実質的に変動させることができる。生成される生成物組成のすべてが基板に蒸着されるとは限らない。蒸着効率に影響を及ぼす他の要因は、たとえば、生成物組成、流の温度、基板温度、および流に対する基板の位置と方位である。
【００９５】
相対的な基板運動の適度な速度で、少なくとも約１５〜約２０パーセントの範囲の塗布効率を達成することができる。すなわち、生成された生成物組成の、約１５〜約２０パーセントが基板表面に蒸着される。ルーチンの最適化によって、この蒸着効率をさらに向上させることができる。生成物流を通る基板のより緩やかな相対運動で、少なくとも約４０パーセントの範囲、別の実施形態では、８０パーセント以上もの高さの範囲の蒸着効率を達成することができる。概して、達成可能な生成物生成速度と蒸着効率では、蒸着速度は、少なくとも約５ｇ／ｈｒの範囲、別の実施形態では、少なくとも約２５ｇ／ｈｒの範囲、別の実施形態では、少なくとも約１００ｇ／ｈｒ〜約５ｋｇ／ｈｒの範囲、さらに他の実施形態では、約２５０ｇ／ｈｒ〜約２．５ｋｇ／ｈｒの範囲で得ることができる。当業者であれば、これらの明確な速度間の塗布効率と蒸着速度が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。生成物蒸着（１時間当たりに蒸着されるグラムの単位）の例示速度は、少なくとも約０．１、０．５、１、５、１０、２５、５０、１００、２５０、５００、１０００、２５００、または５０００の範囲である。
【００９６】
代替的に、またはさらに、互いに対する基板と生成物流の運動速度は、塗布基板の所望の仕様に応じて大幅に変動させることができる。特に、反応チャンバ内の生成物流を通って基板を移動させるアクチュエータアームの設計に基づく装置設計の場合、本明細書に記載されるように、基板を移動させる速度は、１秒当たり少なくとも約０．００１センチメートル（ｃｍ）、別の実施形態では、１秒当たり少なくとも約０．０５ｃｍ、別の実施形態では、１秒当たり約１ｃｍ〜約２０センチメートルまたはそれ以上変動させることができる。当業者であれば、これらの明確な範囲内の追加範囲が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。さらに、別の実施形態では、速度は、塗布される基板に対する規模に応じて測定でき、１分当たり約０．０５基板〜１秒当たり約１基板に変動させることができる。
【００９７】
高速と塗布の均一性のために、光反応性蒸着は、大型基板の塗布に非常に適する。いくつかの実施形態では、プロセスは、単独基板に関連して太陽電池パネル全体の材料を形成するのに使用することができる。塗布基板の幅は、少なくとも約３０センチメートル（ｃｍ）、別の実施形態では、少なくとも約５０ｃｍ、追加の実施形態では、少なくとも約１００ｃｍ、さらに別の実施形態では、約２００〜２０００ｃｍでありうる。いくつかの実施形態では、面積は少なくとも約９００平方センチメートル（ｃｍ2）、別の実施形態では、少なくとも約１，５００ｃｍ2、別の実施形態では、少なくとも約２，０００ｃｍ2、さらに別の実施形態では、約２，５００〜約５０，０００ｃｍ2でありうる。当業者であれば、上記の明確な範囲内の幅および面積の追加の範囲が企図され、本開示に含まれると認識するであろう。
【００９８】
光反応性蒸着によって形成される塗布は通常、かなり広い範囲の密度を有することができる。粉末塗布は、約５５％未満の密度で形成することができる。本明細書で使用されるように、高密度塗布は、完全に緻密化された質量形状の塗布材料の完全密度に対して、少なくとも約６５％、別の実施形態では少なくとも約７５％、追加の実施形態では少なくとも約８５％、別の実施形態では少なくとも約９５％の密度の塗布を指す。また、いくつかの実施形態では、光反応性高密度蒸着で直接貼付される高密度塗布は、蒸着された際にほぼ完全、すなわち、１００％の密度を有する。高密度塗布は多孔性であってもなくてもよい。概して、多孔性の特徴の存在は、塗布密度と相関関係がある。塗布の多孔率は、ガスが材料に吸収されるかどうかの判定によってガスと共に推定することができる。粒子のＢＥＴ表面積測定プロセスを、この目的に適用させることができる。もしくは、固体表面の多孔率の測定に関する別のアプローチは、たとえば、Ｈｅｌｌｅｒらの米国特許第５，３７３，７２７号「Ｍｉｎｉｐｏｒｏｐｅｒｍｅａｍｅｔｅｒ」に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００９９】
生成物流のシートを使用する適切な実施形態の場合、相対基板運動の選択された速度は通常、所望の塗布均一度を維持しつつ所望の速度で基板を移動させることによって制限される、選択された蒸着速度と所望の塗布厚さとの関数である。基板が生成物流をスイープされる実施形態では、基板を固定ノズルに対して移動させることができる、および／またはノズルを固定基板に対して移動させることができる。光反応性蒸着によるこれらの塗布速度は、同じ塗布の均一度および厚さで対抗する方法で達成可能な速度よりも劇的に速い。参照用の特定の例として、約１０ｋｇ／ｈｒの生成物生成速度では、質量密度の約６０％の粉末密度を前提とすると、８インチの円形ウェハを、約１秒間に、わずか約７．５パーセントの蒸着効率で、約５ミクロンの厚さの高密度塗布で塗布することができる。当業者であれば、塗布速度、蒸着速度、基板上の塗布の所望の厚さと密度の群からの１つまたは複数の変数に基づき、いずれかの変数の簡単な幾何学的原理を計算することができる可能性がある。
【０１００】
さらに、迅速な生成速度は、塗布間の追加処理の有無にかかわらず、複数の塗布を形成するのに有利に利用することができる。各塗布は、層の全体または一部を覆うことができる。組成は、層内または層間で変更することができる。層間の組成を大きく変更するときは、塗布を開始する前に生成物流が安定するまで数秒間待つのが望ましい可能性がある。
【０１０１】
生成物流のシートを生成する代表的な細長反応チャンバ１００の設計を図１に概略的に示す。このチャンバは、他の反応器要素に関する簡潔性のために塗布要素を表示せずに示し、関連する塗布実施形態に関して後述するような塗布に合わせて適合することができる。反応物導入１０２は主チャンバ１０４につながる。反応物導入１０２は通常、主チャンバ１０４の形状に一致する。主チャンバ１０４は、未蒸着の生成物材料、任意の未反応のガス、および不活性ガスの除去のために、反応物／生成物流に沿った出口１０６を備える。遮蔽ガス入口１０８は、反応物導入１０２の両側に配置される。遮蔽ガス入口は、反応物流の側の不活性ガスのブランケットを形成して、チャンバ壁と反応物または生成物間の接触を防止するのに使用される。
【０１０２】
細長反応チャンバ１０４および反応物導入１０２の寸法は、高効率生成物組成生成のために設計することができる。数キロワット範囲の電力を有するＣＯ2レーザを使用する際、反応物導入１０２の妥当な長さは約５ｍｍ〜約１ｍである。反応ゾーンは、反応物流と光線路の交差点の近傍で反応チャンバ内に配置される。
【０１０３】
管状セクション１１０、１１２は主チャンバ１０４から延在する。管状セクション１１０、１１２はウィンドウ１１４、１１６をそれぞれ保持し、反応チャンバ１００を通る光線路１１８を画定する。管状セクション１１０、１１２は、不活性ガスの管状セクション１１０、１１２への導入のための不活性ガス入口１２０、１２２を備えることができる。
【０１０４】
反応物導入１０２は通常、反応物搬送システムに接続される。図２を参照すると、反応物搬送装置の実施形態１３０は、液体、固体、またはガスであってもよい前駆体化合物の源１３２を備える。液体または固体反応物の場合、１つまたは複数のキャリヤガス源１３４からの任意のキャリヤガスを、反応物の搬送を簡易化するために前駆体源１３２に導入することができる。前駆体源１３２は、液体保持容器、固体前駆体搬送装置、または他の好適な容器であってもよい。キャリヤガス源１３４からのキャリヤガスは、たとえば、赤外線吸収剤、不活性ガス、またはその混合物であってもよい。別の実施形態では、前駆体源１３２は、キャリヤガスを必ずしも使用せずに前駆体の選択された蒸気圧を供給することのできるフラッシュ蒸発器である。フラッシュ蒸発器は、前駆体蒸気の選択された部分圧を反応容器に供給することができ、反応チャンバにつながる他の構成要素は、適切であれば、反応チャンバに入る前に蒸気の凝縮を低減または除去するように加熱することができる。よって、複数のフラッシュ蒸発器は、複数の蒸気反応物を反応チャンバに正確に搬送するために使用することができる。
【０１０５】
前駆体源１３２からのガス／蒸気は、管１４２の単独部分でガス／蒸気を結合することによって、赤外線吸収剤源１３６、不活性ガス源１３８、および／またはガス反応物源１４０からのガスと混合させることができる。ガス／蒸気は、反応チャンバに入る前に十分に混合されるように、反応チャンバから十分な距離を置いて結合される。管１４２内で結合されたガス／蒸気はダクト１４４を通過してチャネル１４６に入り、図１の１０２のような反応物導入と流体連通する。
【０１０６】
追加の反応物前駆体は、液体反応物搬送装置、固体反応物搬送装置、フラッシュ蒸発器、ガスシリンダ、または他の好適な容器でもよい、第２の反応物源１４８からの蒸気／ガスとして供給することができる。図２に図示されるように、第２の反応物源１４８は、管１４２によって、追加の反応物をダクト１４４に搬送する。もしくは、第２の反応物源は、第２の反応物を第２のダクトに搬送することができるので、２つの反応物は別々に反応チャンバに搬送されて、そこで反応物は反応ゾーンまたはその近傍で結合する。よって、複合材料および／またはドープした材料の形成の場合、相当数の反応物源と、任意で、別個の反応物ダクトを、反応物／前駆体搬送のために使用することができる。たとえば、２５個もの反応物源および／またはダクトが考えられるが、原則的には、それ以上の数でも使用可能である。大量流コントローラ１５０は、図２の反応物搬送システム内のガス／蒸気流を調節するのに使用することができる。追加の反応物／前駆体も、複合材料の合成のために同様に提供することができる。
【０１０７】
上述したように、反応物流は、１つまたは複数のエアロゾルを備えることができる。エアロゾルは、反応チャンバに注入される前に、反応チャンバ内または反応チャンバ外で形成することができる。エアロゾルが反応チャンバへの注入前に生成されれば、エアロゾルは、図１の反応物導入１０２などのガス反応物用に使用される反応物入口と類似の反応物入口を通じて導入することができる。複合材料の形成の場合、追加のエアロゾル生成装置および／または蒸気／ガス源は、反応物流内の所望の組成を供給するために組み合わせることができる。
【０１０８】
エアロゾル反応物を搬送するように構成された反応物搬送ノズルの実施形態を図３および４に示す。導入ノズル１６０は、下面１６２で反応チャンバに接続する。導入ノズル１６０は、導入ノズル１６０を反応チャンバに固定するために、下面１６２にボルト固定するプレート１６４を備える。導入ノズル１６０は、内側ノズル１６６と外側ノズル１６８とを備える。内側ノズル１６６は、たとえば、ノズルの上にツインオリフィス内部混合噴霧器１７０を有することができる。好適なガス噴霧器は、イリノイ州ホイートンのＳｐｒａｙｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ社から入手可能である。ツインオリフィス内部混合噴霧器１７０は、エアロゾルとガス組成の薄型シートを生成するファン形状を有する。液体は管１７２を通じて噴霧器に供給され、反応チャンバへ導入するためのガスは管１７４を通じて噴霧器に供給される。ガスと液体の相互作用は、ドロップの形成に役立つ。
【０１０９】
外側ノズル１６８は、チャンバセクション１７６、漏斗セクション１７８、および搬送セクション１８０を備える。チャンバセクション１７６は、内側ノズル１６６の噴霧器を保持する。漏斗セクション１７８は、エアロゾルとガス組成を搬送セクション１８０に導く。搬送セクション１８０は、図３のインサートに示される矩形の反応物開口部１８２につながる。反応物開口部１８２は、光反応性蒸着のために反応チャンバへの反応物導入を形成する。外側ノズル１６８は、外側ノズルに回収される液体を除去するドレイン１８４を備える。外側ノズル１６８は、反応物開口部１８２を囲む遮蔽ガス開口部１８８を形成する外側壁１８６によって覆われる。不活性遮蔽ガスは、管１９０を通じて導入される。１つまたは複数のエアロゾル発生器でエアロゾルを細長反応チャンバに導入する別の実施形態は、Ｇａｒｄｎｅｒらの米国特許第６，１９３，９３６号「反応物搬送装置」に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【０１１０】
概して、基板は、反応ゾーンから流れる生成物組成を受け取るために取り付けられる。反応ゾーンから基板までの距離は、所望の塗布結果を得るように選択することができる。いくつかの実施形態では、基板は、放射ビーム縁部、すなわち、放射強度が最大ビーム強度の１／ｅ2の係数である下流中心点から測定される反応物流ベクトルと共軸のわずか約１５センチメートル（ｃｍ）、別の実施形態では、約０．５ｍｍ〜１０ｃｍの範囲、別の実施形態では、約２ｍｍ〜約８ｃｍの範囲に配置される。当業者であれば、基板距離の明確な範囲内の追加の範囲が企図され、本開示に含まれることを理解するであろう。塗布プロセスは通常、明確に定義された生成物流を所望の基板位置に方向づけることができるという意味で動的である。
【０１１１】
反応チャンバ内で基板塗布を実行する代表的な装置２５０を、図５に概略的に示す。反応／塗布チャンバ２５２は、反応物供給システム２５４、放射源２５６、排気管２５８に接続される。排気管２５８はポンプ２６０に接続されうるが、反応物流自体からの圧力がシステムを通る流を維持することができる。バルブ２６２は、ポンプ２６０への流を制御するのに使用することができる。バルブ２６２は、ポンプ速度とそれに対応するチャンバ圧を調節するのに使用することができる。回収システム、フィルタ、スクラバなど２６４は、基板表面上に塗布されなかった生成物組成を除去するために、チャンバ２５２とポンプ２６０間に配置することができる。
【０１１２】
基板２６６は、生成物組成で基板を塗布するため反応ゾーン２６８から流と接触することができる。基板２６６は、ステージ、コンベヤ２７０などに取り付けられて、流を通って基板２６６をスイープすることができる。具体的には、ステージ２７０は、ステージ２７０を移動させるアクチュエータアーム２７２または他のモータ装置に接続されて、生成物流を通って基板をスイープすることができる。生成物が反応ゾーンから出るため、基板表面全体の塗布をスイープするために様々な構造を利用することができる。図５に示されるように、アクチュエータアーム２７２は、生成物流を通って基板２６６をスイープするためステージ２７０を移動させる。ステージ２７０は、ステージ２７０上の基板温度の制御を提供する熱制御特徴を備えることができる。他のステージ、コンベヤなどの設計も、生成物流を通って基板をスイープするのに利用可能である。
【０１１３】
図５は、反応チャンバを通る流が底部から上部へ移動するように底部から搬送される反応物を示す。ただし、最上部からの流を降下させるように、反応物を上部から流すことが望ましい。このトップダウン構造では、重力が蒸着プロセスを支援することができる。
【０１１４】
別の実施形態が、図６および７の拡大図で示される。基板２８０は、右向き矢印で示されるように、反応物ノズル２８２に対して移動する。反応物ノズル２８２は、基板２８０の真上にある。光路２８４は、路２８４に沿って光線を導く好適な光学素子によって画定される。光路２８４は、ノズル２８２と基板２８０間に配置されて、基板２８０の表面の真上の反応ゾーンを画定する。
【０１１５】
図６および７を参照すると、基板が反応ゾーンを走査するにつれ、塗布２８６が形成される。概して、基板２８０はコンベヤ／ステージ２８８上で搬送することができる。コンベヤ／ステージ２８８は図５に図示されるように、アクチュエータアームに接続することができる。別の実施形態では、ローラおよびモータ、連続ベルトコンベヤ、または既知の設計を含む、基板を移動させるための任意の様々な設計が、基板を運搬するのに使用することができる。
【０１１６】
いくつかの実施形態では、コンベヤ２８８の位置は、基板２８６から反応ゾーンまでの距離を変更するように調節することができる。基板から反応ゾーンまでの距離を変化させるとそれに従って、基板にぶつかる生成物流の温度が変化する。基板にぶつかる生成物流の温度は通常、結果として生じる塗布の特性を変化させる。基板と反応ゾーン間の距離は実験に基づいて調節されて、塗布密度などの所望の塗布特性を生成することができる。さらに、基板を支持するステージ／コンベヤは熱制御特徴を備えうるので、基板温度を所望するように高温または低温に調節することができる。
【０１１７】
光反応性蒸着装置の別の実施形態を図８〜１０に示す。図８を参照すると、処理チャンバ３００は、ＣＯ2レーザに接続される光管３０２と、ビームポンプ（図示せず）に接続される光管３０４とを含む。導入管３０６は、蒸気反応物とキャリヤガスを搬送する前駆体搬送システムと接続する。導入管３０６はプロセスノズル３０８につながる。排出移送管３１０は、プロセスノズル３０８から流方向に沿って処理チャンバ３００に接続する。排出移送管３１０は、生成物濾過チャンバ３１２につながる。生成物濾過チャンバ３１２は、ポンプコネクタ３１４でポンプに接続する。
【０１１８】
処理チャンバ３００の拡大図を図９に示す。基板キャリヤ３１６は、プロセスノズル３０８の上方で基板を支持する。基板キャリヤ３１６は、基板キャリヤを移動させるアーム３１８に接続されて、反応ゾーンから生じる生成物流に基板を通過させ、そこで光線がプロセスノズル３０８からの前駆体ストリームと交差する。アーム３１８は、管で遮蔽される直線トランスレータ３１９を備える。入射光ポート３２０は、プロセスノズル３０８と基板間に光線を導くために使用される。本実施形態では、プロセスノズルから遮られない流が、排出移送管３１０につながる排出ノズル３２２へと直接進む。
【０１１９】
基板キャリヤ３１６およびプロセスノズル３０８の拡大図を図１０に示す。プロセスノズル３０８の端部は、前駆体搬送３２４用の開口部と、前駆体開口部周囲の遮蔽ガス開口部３２６とを有し、前駆体および生成物流の広がりを制限する。基板キャリヤ３１６は、プロセスノズル３０８をブラケット３３０に接続する支持３２８を含む。ウェハ３３２は、ウェハ３３２がトラック３３６に沿って取付台３３４内で摺動し、ウェハ３３２を反応ゾーンから流に移動させるように、取付台３３４に保持することができる。後ろ側シールド３３８は、生成物組成の、ウェハ３３２の裏側への制御不能な蒸着を防止する。トラック３３６は直線トランスレータ３１９に接続する。
【０１２０】
塗布構造のいくつかのために、流と基板の交差点は、流の軌道を偏向させる。よって、反応物導入から一直線に出口を配置するのではなく、基板による流の方向の変化を考慮に入れて反応チャンバ出口の位置を選択することが望ましい可能性がある。たとえば、反射された流を出口に導く、および／または、それに従って出口の位置を変更するようにチャンバの設計を変更することが望ましい可能性がある。
【０１２１】
光反応性蒸着装置の別の具体的な実施形態を図１１に示す。装置３５０は、ＣＯ2レーザ光源３５２、反応物搬送システム３５４、反応チャンバ３５６、および排出システム３５８を備える。図１２を参照すると、概略図はドープしたシリコン／ゲルマニウムを形成するいくつかの具体的な反応物を示しているが、本明細書の開示に基づき、他の反応物をさらに加える、あるいは他の反応物と置き換えることができる。
【０１２２】
図１２に図示されるように、反応物搬送システム３５２は、混合サブシステム３６６を接合するガス搬送サブシステム３６２と蒸気搬送サブシステム３６４とを備える。ガス搬送サブシステム３６２は、ガスを反応チャンバに搬送するためのガスシリンダなど、１つまたは複数のガス源を備えることができる。図１２に図示されるように、ガス搬送サブシステム３６２は、ボロン前駆体源３７０、酸素源前駆体３７２、不活性ガス源３７４、および吸光ガス源３７６を備える。ガスは、ガスが混合可能なガスマニホルド３７８内で混合される。ガスマニホルドは、安全のために圧力解放弁３８０を有することができる。不活性ガス源３７４は、外部光源からの光をチャンバ３５６内に方向づけるのに使用されるチャンバ隣接ウィンドウ／レンズ３８２、３８４内に不活性ガスを供給するためにも使用可能である。
【０１２３】
蒸気搬送サブシステム３６４は、複数のフラッシュ蒸発器３９０、３９２、３９４を備える。各フラッシュ蒸発器は、好適な量、液体前駆体を供給するために液体容器に接続することができる。好適なフラッシュ蒸発器は、たとえば、ＭＫＳ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ社から購入できる、あるいは容易に入手可能な部品から製造することができる。図１２に図示されるように、フラッシュ蒸発器３９０、３９２、３９４は、シリコン前駆体、ゲルマニウム前駆体、およびリン前駆体をそれぞれ供給する。フラッシュ蒸発器は、特定の前駆体の選択された部分圧を供給するようにプログラムすることができる。フラッシュ蒸発器からの蒸気は、蒸気を共通供給線３９８に導くマニホルド３９６に方向づけられる。蒸気前駆体は、共通供給線３９８内で混合される。
【０１２４】
ガス搬送サブシステム３６２からのガス成分と、蒸気搬送サブシステム３６４からの蒸気成分は、混合サブシステム３６６内で混合される。混合サブシステム３６６は、ガス搬送サブシステム３６２と蒸気搬送サブシステム３６４からの流を混合するマニホルドであってもよい。混合サブシステム３６６では、異なる蒸気とガスの混合流を様々な圧力で混合することを改良するように入力が配向される。混合ブロックは、下方の圧源への逆流を低減するために傾斜した末端を有する。管路４００は、混合サブシステム３６６から反応チャンバ３５６へとつながる。
【０１２５】
分離遮蔽ガスシステム４０６は、反応チャンバ３５６内の移動ノズルアセンブリに不活性遮蔽ガスを搬送するのに使用することができるが、不活性ガス源３７４は、移動ノズルの外側セクションに不活性ガスを供給するのに使用することができる。ノズルの外側セクションからの遮蔽ガスは、反応物前駆体ストリームの光反応ゾーンへのガイドとしての役割を果たす。
【０１２６】
ヒートコントローラ４０８は、前駆体蒸気の凝縮を低減または除去するために、蒸気搬送サブシステム、混合システム３６６、および管路４００全体で伝導ヒータなどによって熱を制御するのに使用することができる。好適なヒートコントローラは、Ｏｍｅｇａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社（コネチカット州スタンフォード）製のモデルＣＮ１３２である。前駆体流全体を、Ｕｎｉｔｅｄ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社（ニューヨーク州ウエストベリー）製のＤＸ５コントローラによって制御／監視することができる。ＤＸ５機器は、１つまたは複数の蒸気／ガス前駆体の流を制御する大量流コントローラ（Ｍｙｋｒｏｌｉｓ  Ｃｏｒｐ社、マサチューセッツ州ビルリカ）と結びつけることができる。このシステム自動化は、Ｂｒｏｏｋｓ−ＰＲＩ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ社（マサチューセッツ州チェルムスフォード）製のコントローラと統合させることができる。
【０１２７】
図１３および１４を参照すると、反応チャンバ３５６は、チャンバ構造４２０、ウェハ取付台４２２、および移動ノズルシステム４２４を備える。チャンバ構造４２０はスタンド４３０上に位置する。チャンバ構造４２０は、ラッチ４３４で閉鎖されて固定するハッチ４３２を備える。チャンバ構造４２０は、レーザ３５２からの光を受け取るように配置されるウィンドウ４３６と、電力計（図示せず）に接続可能な光を出射するためのウィンドウ４３８も備える。ウィンドウ４３６は、円柱状レンズなどのレンズを含むことができる。チャンバ構造４２０は、封止されたポート４４０、４４２を通る移動ノズルシステム４２４と連動する。チャンバ構造４２０は、４つのベント４５０、４５２、４５４、４５６を通る排出システム３５６と連動する。図１４を参照すると、チャンバ構造４２０は、移動ノズルシステム４２４を有する管路４０２で反応物搬送システム３５２（図１２）と接続する反応物ポート４５８をさらに備える。図１５を参照すると、バッフル４６０、４６２は、流をベント４５０、４５２、４５４、４５６に誘導する。図１４を参照すると、２位置シャッタ４７８は、ウェハ４７２を露出（開放）または遮蔽（閉鎖）するように、選択的に開閉させることができる。
【０１２８】
図１３〜１５を参照すると、移動ノズルシステム４２４は、移動取付台５００と駆動システム５０２を備える。移動取付台５００は取付ブラケット５０４、５０６、ノズル５０８、およびミラー取付台５１０、５１２を備える。取付ブラケット５０４、５０６は、ノズル５０８およびミラー取付台５１０、５１２に接続する。ノズル５０８は、フランジ５１４、５１６で取付ブラケット５０４、５０６と接続する。ノズル５０８は、漏斗セクション５２０と金属グリッド５２４を有する矩形セクション５２２とをさらに備える。漏斗セクションはオリフィス５２６から矩形セクション５２２に拡張する。可撓管５２８はオリフィス５２６を反応物ポート４５８と接続するため、ノズルは移動する間も反応物搬送システムに接続されたままである。特定の実施形態では、矩形セクションが、図１６の上面図に概略的に示されるように、０．０８インチ×４．６５インチの寸法の矩形断面を有するが、他の長さや幅の割合も利用可能である。金属グリッド５２４は、漏斗セクション５２０から流を分割して、矩形セクション５２２でより均一な流を提供する。反応器を流すノズル設計は、Ｇａｒｄｎｅｒらの米国特許第６，９１９，０５４号「流反応器内の反応物ノズル」にさらに記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。図１４を参照すると、ミラー取付台５１０、５１２はそれぞれ取付ブラケット５０４、５０６から延在する。ミラー取付台５１０、５１２はそれぞれミラー５３０、５３２も備え、たとえば、パラボラまたは円柱状の集束銅ミラーであってもよい。ミラーは水冷式であってもよい。ミラー５３０、５３２間の光路は、図１４の矢印で示す。ミラー取付台５１０、５１２は、支持ブラケット５３４、５３６で駆動システム５０２と接続する。
【０１２９】
図１３を参照すると、駆動システム５０２は、デュアル線形マニピュレータ５４０およびモータ５４２を備える。一実施形態では、モータは、マニピュレータアームの運動を制御するようにマニピュレータアームに結合する磁石を移動させる。マニピュレータアームが移動すると、結果的にブラケット／ノズルシステムが移動する。動作全体の速度と加速度は、精密に制御することができる。好適なモータは、Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社（イリノイ州ロックフォード）製のモデルＰ２２ＮＲＸＢ−ＬＮＮ−ＮＦ−００である。図１７を参照すると、デュアル線形マニピュレータ５４０は、モータインタフェースロッド５４６を有するモータインタフェースブラケット５４４を備える。モータインタフェースブラケットは図１７に図示されるように、第１のシャフト５４８と第２のシャフト５５０に接続する。第１のシャフト５４８は、止め具５６０と第１の支持シャフト５６２を備え、第２のシャフト５５０は、止め具５６４と第２の支持シャフト５６６を備える。図１３および１７を参照すると、止め具５６０、５６４は、止め具５６０、５６４がポート４４０、４４２に接触するときにデュアル線形マニピュレータ５４０の移動を制限する。支持シャフト５６２、５６６は、Ｏリングで封止されるポート４４０、４４２内をそれぞれ摺動する。さらに、不活性ガスは、トランスレータアームの後ろから流れて、生成物組成に対して、チャンバを浄化しアームを清浄にすることができる。支持シャフト５６２、５６６は、図１４に図示されるように、支持ブラケット５３４、５３６でそれぞれ移動ノズルシステム４２４と接続する。
【０１３０】
支持シャフトは、移動ノズルシステム４２４を支持する。さらに、チャンバ４２０は、移動ノズルシステムの支持を助けるように、支持トラックを備えることができる。たとえば、チャンバの各側にガイドレールを含むことができる。ガイドレールは、移動中の均一度を確保するのを助ける。いくつかの実施形態では、アームは、ガイドレール上を転がるフランジ付きのルーロンベアリングを備える。
【０１３１】
一実施形態では、排出システム３５８は、図１３に概略的に示されるように、管路５８０を備える。管路５８０は、ベント４５０、４５２、４５４、４５６とそれぞれ接続するチャネル５８６、５８８、５９０、５９２を備える。排出システム３５８は、フィルタ５９４、２個のインラインＳｏｄａｓｏｒｂ（登録商標）（Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ）塩素トラップ５９６、５９８とポンプ６００をさらに備えることができる。管路５８０はフィルタ５９４に接続し、Ｓｏｄａｓｏｒｂ（登録商標）トラップ５９６、５９８はフィルタ５９４とポンプ６００との間に配置することができ、塩素がポンプに損傷を及ぼすのを防止する。第２の塩素トラップ５９８からの線は、ポンプに直接つながることができる。好適なポンプは、たとえば、Ｅｄｗａｒｄｓ社製の乾燥回転ポンプ、モデルＱＤＰ８０である。
【０１３２】
大型基板を取り扱うために、適切な基板取扱アプローチを使用することができる。基板上に生成物を蒸着すると、塗布に損傷を与えずに基板の底部を接触させることができるため、広範囲の基板取扱アプローチが実行可能となる。よって、コンベヤシステムは、１回またはそれ以上の回数、塗布プロセスを導入し、走査し、塗布領域から基板を除去するために使用することができる。ローラベースのシステムは、ローラが基板を加熱するのに使用される温度に耐えうるように選択されるので、便利である。ローラのうち１つまたはそれ以上は基板を推進するためにモータ付きであってもよい。基板が塗布領域から移動される際、ローラベースのコンベヤシステムは追加のコンベヤ構成要素と連動することができる。他の好適なコンベヤシステムは、たとえば、空気駆動の、ステンレス鋼表面を有する無接触コンベヤである。
【０１３３】
コンベヤシステムの一実施形態を図１８に示す。大面積の基板４８０は、ローラ４８２上に担持される。基板４８０は、炭化シリコンまたは適切な温度範囲に耐えうる他の好適な材料から製造することができる。ローラ４８２は、石英または他の好適な材料から形成することができる。図７に図示されるように、炭化シリコン抵抗ヒータロッド４８４は、塗布プロセスの前か途中に、基板の加熱部分に配置される。反応物導入ノズル４８６は、生成物流が基板４８０に導かれるように、反応物流を光反応ゾーン４８８へと方向づけるように配置される。光線は、図面の面と垂直に伝搬するように配置される。ノズル４８６は、基板４８０の全体幅が１回の通過で塗布されるようにページに垂直な方向に細長い。
【０１３４】
蒸着プロセス中の基板温度は、特定の目的を達成するために調節することができる。たとえば、比較的冷たい基板は表面で生成物組成を凝集させるので、蒸着プロセス中に基板を冷却することができる。ただし、いくつかの実施形態では、基板は蒸着プロセス中に加熱されて、塗布材料の軟化を促進する。好適な加熱温度は、特定の塗布材料に左右される可能性がある。
【０１３５】
塗布材料の組成は、増分的に、あるいは離散的に変動して変動する組成の層を作製することができ、２つの組成間の組成における漸増的な変化、または個別の組成差を有する個別の層を含むことができる。結果として生じる遷移材料は、第１の組成から第２の組成まで組成の段階状の変動を有することができる。概して、第１の組成および第２の組成は、２つの隣接層間の組成において遷移材料が次第に遷移するような隣接層（または同一の層内の隣接組成）の組成である。遷移材料は２つの層を有することができるが、遷移材料は通常、少なくとも３つの層、別の実施形態では、少なくとも４つの層、別の実施形態では、５〜１００の層を有する。当業者であれば、これらの具体的な範囲内の追加の範囲が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。総厚さは所望するように選択することができる。関連するいくつかの実施形態では、段階状の遷移材料内の各層は通常、約１００ミクロン未満、別の実施形態では、約２５ミクロン未満、別の実施形態では、約５００ｎｍ〜約２０ミクロン、別の実施形態では、約１ミクロン〜約１０ミクロンの範囲の厚さを有する。当業者であれば、具体的な範囲内の層の数と厚さの追加範囲が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。段階状の遷移材料の層は、略同等の厚さを有していてもいなくてもよい。同様に、段階状の組成変化は、遷移材料の層間で等価のステップを講じてもよいし、講じなくてもよい。
【０１３６】
基板表面に個別の装置または他のパターン化された構造を生成するため、材料の組成は通常、構造内の位置が異なれば異なる。組成のバリエーションを導入するため、蒸着プロセス自体は、具体的な構造を作製するように操作することができる。もしくは、選択された構造の形成のための蒸着後に、各種パターニングアプローチを利用することができる。
【０１３７】
本明細書に記載の蒸着アプローチを用いて、基板に蒸着された生成物の組成は、ｘ−ｙ面に沿って塗布材料の結果として生じる組成を変更するように、基板上の選択された位置で特定の組成を有する塗布材料を蒸着する蒸着プロセス中に変更させることができる。たとえば、生成物流を通って基板をスイープする間に生成物組成が変更されれば、ストライプまたはグリッドを、異なるストライプまたはグリッド位置内で、異なる塗布組成の基板表面上に形成することができる。光反応性蒸着を用いて、生成物組成は、生成物組成を形成するように反応する反応物を調節する、あるいは反応条件を変更することによって変更することができる。いくつかの実施形態では、反応物流は、生成物の組成を変更するように変動可能な蒸気および／またはエアロゾル反応物を備えることができる。同様に、ドーパント濃度は、流内のドーパント元素の組成および／または質を変更することによって選択することができる。反応条件は、結果として生じる生成物特性に影響を及ぼすこともできる。たとえば、反応チャンバ圧、流速、放射強度、放射エネルギー／波長、反応ストリーム内の不活性希釈ガスの濃度、反応物流の温度は、生成物材料の組成および他の特性に影響を及ぼすことができる。
【０１３８】
生成物組成の変更は、生成物流を通る基板をスイープする間に反応物流組成または反応条件を変更することによって導入することができるが、特により大きな組成上の変更が課せられる際、異なる組成を含む異なる蒸着ステップ間の蒸着を停止することが望ましいであろう。たとえば、第１の組成を有する基板のある部分と、別の組成を有する残りの部分とを塗布するため、基板は生成物流を通ってスイープされて、蒸着が終了する特定の個所で第１の組成を蒸着する。次に、基板は塗布を行わずに、残りの距離を移動される。次いで、生成物の組成は、反応物流または反応条件を変更することによって変更され、基板は生成物流が安定する短時間後に反対方向にスイープされ、第１の組成の補完パターンで第２の組成を塗布する。
【０１３９】
蒸着プロセスは、３つ以上の組成および／またはより複雑な基板上のパターンの蒸着のために一般化させることができる。より複雑なプロセスでは、生成物流が安定化される、および／または、基板が位置決めされる間に、蒸着を遮断するためにシャッタを使用することができる。精密に制御されるステージ／コンベヤは、特定の組成の蒸着のために基板を正確に位置決めし、スイープすることができる。シャッタは、蒸着を制御するように迅速に開閉することができる。パターン内の組成の異なる位置に空間を置くために、ギャップを使用してもしなくてもよい。存在するとすれば、小さなギャップは以後の加熱ステップの間に充てんされて、２つの材料間の比較的明確な境界を持つ平滑な表面を形成する。代替的に、またはさらに、所望により、溝や空隙が層構造の一体的部分になるように、塗布に空隙を残しておくこともできる。選択された空隙を有する高密度高品質塗布を直接形成する性能は、光反応性高密度蒸着の独自の特徴であろう。
【０１４０】
いくつかの実施形態では、個別のマスクは、生成物組成の蒸着を制御するのに使用することができる。化学気相蒸着と物理蒸着では、材料層は原子または分子レベルから構成され、原子または分子レベルで下に位置する基板にマスクを密に結合し、材料が移行してマスク下で封鎖領域まで蒸着するのを防ぐ。よって、塗布マスクは、マスクに対応する独立した自己支持構造のない表面上の塗布であり、塗布マスクは、塗布マスクに沿って原子レベルで接触した表面に化学的または物理的に接合される。対照的に、本明細書に記載されるような生成物蒸着では、生成物は基板表面に高速で直接流れるため、別の平坦面に対向して配置された平坦面を有するマスクが、蒸着プロセスの時間枠を超えて相当量の生成物がマスクを超えて移動するのを防ぐために、十分な接触を提供する。塗布されたマスクは光反応性蒸着で有効に使用することができるが、物理的マスクは、光反応性蒸着を用いて表面をパターニングするための塗布マスクの有効な代替となる。物理的マスクは、塗布される表面から無傷で除去できるので、表面に接合されない無傷の自己支持構造を有することができる。したがって、本明細書内の個別のマスクアプローチは、蒸気蒸着アプローチ用のフォトリソグラフィから適合された先のマスキングアプローチとは異なる。
【０１４１】
これらの実施形態では、塗布の形成は、同様に個別のマスクで遮蔽された基板で生成物流を方向づけることを含む。個別のマスクは、通常は平面状表面である表面を有し、この表面は選択された位置に開口部を有する。個別のマスクは、流からの生成物組成が開口部を通って表面に蒸着できるように、開口部以外で表面を封鎖する。よって、マスクは、開口部の選択された配置によって表面にパターニング組成を提供する。いくつかの実施形態では、好適な個別のマスクは、蒸着プロセスを非常に精密に制御できるように、生成物流よりも細いスリットを有するマスクを備える。スリットを移動させると、１つまたは複数の組成を有する、所望の精密に制御されたパターンを形成することができる。個別のマスクの使用後、マスクは除去されて再利用可能となる。
【０１４２】
いくつかの実施形態では、複数のマスクを、単独層に沿って塗布材料を蒸着するのに使用することができる。たとえば、第１のマスクを介したパターンの蒸着後、第２の補完マスクを、第１のマスクでの蒸着間に覆われなかった表面の少なくとも一部上に材料を蒸着するのに使用することができる。さらに、補完マスクは、層全体の変動する化学的組成を有する塗布と共に、単独層またはその一部を完成しつつ複合パターンを形成するのに使用することができる。同様に、非補完的マスクは、後で水平化してもしなくてもよい非平面構造を形成するのに使用することができる。たとえば、テクスチャを、１つまたは複数のマスクで形成される非平面状要素として形成することができる。テクスチャ加工構造は、ソーラーセルなどの最終的な生成物での便利な利用のために構造内に組み込むことができる。選択された空洞は、複数の物理的マスクの使用後、所望により残しておくことができる。
【０１４３】
よって、光反応性蒸着を用いて、層内および異なる層内の塗布材料の化学組成を変更して、材料内の選択された位置に選択された組成の三次元構造を形成する、一連の有効なアプローチが利用可能である。すなわち、塗布材料の光学的、電磁的および／または物理的特性および／または化学的組成などの特性は、三次元構造内の３つの軸、ｘ、ｙ、およびｚすべてに沿って変更されて、所望のアセンブリを形成することができる。光反応性蒸着プロセスにおける材料、特に光学材料の組成のパターニングは、Ｂｉらの同時係属および同時譲渡された米国特許出願第１０／０２７，９０６号「光学構造の三次元エンジニアリング」にさらに記載され、これは参照により本明細書に組み込まれる。これらのアプローチは、本明細書の教示を用いて光反応性蒸着にさらに適合させることができる。
【０１４４】
蒸着プロセスのために選択された基板は、蒸着温度に耐え、平滑度および／またはテクスチャなどの適切な表面特性を有するように選択することができる。いくつかの基板は、最終的な装置の永久部分となり、その機能特性のために選択される可能性がある。たとえば、透明基板は、太陽電池セルまたはディスプレイの前面を形成するのに使用することができる。追加のまたは別の実施形態では、基板は、剥離層を通じて後の段階で分離される構造の一時的な部分である。好適な透明基板は、たとえば、シリカガラスなどのセラミックガラスを含むことができる。他の好適な基板はたとえば、金属基板、セラミック基板などである。基板表面は、たとえば、周期的うねり、周期的隆起、ランダムまたは疑似ランダムテクスチャ、選択された度合いの表面テクスチャなどでテクスチャ加工することができる。
【０１４５】
塗布の組成
光反応蒸着の性能は、広範囲な利用可能な組成から選択された組成を有する塗布を生成するのに利用することができる。具体的には、組成は、任意のドーパント組成の結晶または非結晶材料を形成する１つまたは複数の金属／半金属元素を備えることができる。さらに、ドーパントは、塗布の化学および／または物理特性を変更するために使用することができる。ドーパントを反応物流に導入すると、結果的に塗布材料を通ってドーパントが分布される。いくつかの実施形態では、特に関連する組成は、選択されたドーパントを任意で有するシリコン／ゲルマニウムベース半導体を備える。
【０１４６】
概して、塗布材料は、たとえば、金属／半金属酸化物、金属／半金属カーバイド、金属／半金属窒化物、金属／半金属リン化物、金属／半金属硫化物、金属／半金属テルル化物、金属／半金属セレン化物、金属／半金属ヒ化物、それらの混合物、それらの合金、およびそれらの組み合わせなどの、元素態金属／半金属、および金属／半金属組成を備えることができる。代替的に、またはさらに、上記塗布組成は、以下の式で特徴づけることができる。
【０１４７】
ＡaＢbＣcＤdＥeＦfＧgＨhＩiＪjＫkＬlＭmＮnＯo、
ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、およびＯは個々に存在し、もしくは存在せず、および、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、およびＯのうち少なくとも１つは存在し、グループ１Ａ元素、グループ２Ａ元素、グループ３Ｂ元素（ランタニド元素族とアクチニド元素族を含む）、グループ４Ｂ元素、グループ５Ｂ元素、グループ６Ｂ元素、グループ７Ｂ元素、グループ８Ｂ元素、グループ１Ｂ元素、グループ２Ｂ元素、グループ３Ａ元素、グループ４Ａ元素、グループ５Ａ元素、グループ６Ａ元素、およびグループ７Ａ元素を備える元素の周期表の元素からなるグループから個々に選択される。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、およびｏは個々に選択され、約１〜約１，０００，０００の範囲の値から化学量論的に実現可能であり、約１、１０、１００、１０００、１００００、１０００００、１００００００の数、および好適なその合計が企図される。材料は、結晶、非結晶、またはその組み合わせであってもよい。すなわち、元素は希ガス以外の周期表のどの元素であってもよい。本明細書に記載されるように、すべての無機物組成だけでなく、特定の組成、組成のグループ、属、亜属、単独または集合で、などを除き、すべての無機物化合物またはその組み合わせなどの明確な発明性のあるグループ分けとして、無機物化合物のすべてのサブセットが考えられる。
【０１４８】
本明細書に特に関係する用途にとっては、組成の範囲に関する光反応性蒸着の完全な能力は、一般に必要ではない可能性がある。ただし、複数の装置の構成要素が光反応性蒸着を用いて形成される場合、塗布組成の範囲で塗布を形成することが望ましい可能性がある。上述したように、本明細書の説明の主な焦点は、大面積のシリコン／ゲルマニウムベース半導体材料の形成に関する。元素態シリコンは、ＣＯ2レーザから赤外線を吸収して元素態シリコンに分解するシラン前駆体（ＳｉＨ4）を用いて形成することができる。他の反応物は流には必要ないが、他の反応物または光吸収剤を含めることができ、不活性ガスを希釈剤として使用することができる。元素態ゲルマニウムは、シリコン前駆体に置き換えられるＧｅＨ4などのゲルマニウム前駆体で同様に形成することができ、合金は、ゲルマニウム前駆体のシリコン前駆体への部分的置換で形成することができる。
【０１４９】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数のドーパントをシリコン／ゲルマニウムベース半導体に組み込み、たとえば、ｎ型半導体またはｐ型半導体を形成するのが望ましい。ｎ型半導体を形成するのに好適なドーパントは、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、またはその混合物などの余分な電子を与える。同様に、ｐ型半導体を形成するのに好適なドーパントは、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、またはその組み合わせなどの孔、すなわち、電子空孔を与える。
【０１５０】
Ｓｉにとって好適な前駆体は、たとえば、ガス／蒸気搬送の場合はシラン（ＳｉＨ4）、モノクロロシラン（ＣｌＳｉＨ3）、ジクロロシラン（Ｃｌ2Ｈ2Ｓｉ）、トリクロロシラン（Ｃｌ3ＨＳｉ）、およびジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）で、エアロゾル搬送の場合は四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）である。好適なＧｅ前駆体は蒸気搬送の場合、たとえば、ゲルマン（ＧｅＨ4）とＧｅＣｌ4である。好適なボロン前駆体は、たとえば、蒸気搬送の場合はＢＣｌ3、ＢＨ3、Ｂ2Ｈ6などで、エアロゾル搬送の場合は（ＮＨ4）2Ｂ4Ｏ7である。好適なＰ前駆体はたとえば、蒸気搬送の場合はホスフィン（ＰＨ3）、三塩化リン（ＰＣｌ3）、五塩化リン（ＰＣｌ5）、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）で、エアロゾル搬送の場合はリン酸（Ｈ3ＰＯ4）である。好適なＡｌ前駆体は、たとえば、蒸気搬送の場合、ＡｌＨ3、Ａｌ2Ｈ6、アルミニウムクロリド（ＡｌＣｌ3）などであり、エアロゾル搬送の場合、アルミニウムヒドロキシクロリド（Ａｌ2（ＯＨ）5ＣｌＨ2Ｏ）である。好適なＳｂ前駆体はたとえば、蒸気搬送の場合、ＳｂＨ3であり、エアロゾル搬送の場合、ＳｂＣｌ3である。ガリウムの蒸気搬送にとって好適な前駆体はたとえば、ＧａＨ3で、ガリウムのエアロゾル搬送の好適な前駆体はたとえば、硝酸ガリウム（Ｇａ（ＮＯ3）3）である。ヒ素前駆体はたとえば、蒸気搬送にとって好適なのはＡＳＨ3およびＡｓＣｌ3で、水またはアルコール溶液内のエアロゾル前駆体搬送にとって好適なのはＡＳ2Ｏ5である。インジウムのエアロゾル搬送用に好適な前駆体は、たとえば、硫酸インジウムおよび三塩化物インジウムである。
【０１５１】
ドーパント濃度は、所望の特性をもたらすように選択することができる。いくつかの実施形態では、平均ドーパント濃度は、少なくとも約１×１０13原子／立方センチメートル（ｃｍ3）、別の実施形態では、少なくとも約１×１０14原子／ｃｍ3、別の実施形態では、少なくとも約１×１０16原子／ｃｍ3、別の実施形態では、１×１０17〜約５×１０21原子／ｃｍ3であってもよい。百万分の１原子単位（ｐｐｍａ）に関して言えば、ドーパントは少なくとも約０．０００１ｐｐｍａ、別の実施形態では、少なくとも約０．０１ｐｐｍａ、追加の実施形態では少なくとも約０．１ｐｐｍａ、別の実施形態では、約２ｐｐｍａ〜約１×１０5ｐｐｍａであってもよい。当業者であれば、上記の明確な範囲内のドーパント濃度の追加範囲が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。ある当業者はｎ＋、ｎ＋＋、ｐ＋、およびｐ＋＋を使用して、ｎ型およびｐ型ドーパントに対して特定のドーパント濃度範囲を指定するが、考えられる曖昧さや矛盾を避けるために本明細書ではこの表記を使用しない。
【０１５２】
概して、ドーパント濃度は、材料層を通じて均一に拡散されてもされなくてもよい。いくつかの実施形態では、ドーパント濃度には勾配がある。勾配は段階状であってもよい。このような勾配は、結果として生じる生成物における所望の効率をもたらすように選択することができる。具体的には、表面およびインタフェース近傍の勾配は、表面およびインタフェースでの電気損失を低減するのに有益であろう。
【０１５３】
適切な用途の好適な誘電材料は、たとえば、シリコン／ゲルマニウム／金属酸化物、シリコン／ゲルマニウム／金属カーバイド、シリコン／ゲルマニウム／金属窒化物、それらの組み合わせ、またはそれらの混合物である。誘電体がシリコンおよび／またはゲルマニウムを含む半導体層に隣接するのであれば、誘電体にとって対応するシリコン／ゲルマニウム組成を使用することが簡便でありうる。よって、シリコンベースの太陽電池の場合、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物および／または炭化シリコンを、シリコンベースの半導体に隣接する誘電体として組み込むことが望ましい可能性がある。
【０１５４】
好適な導電性電極は、全体構造内の層またはパターンとして蒸着することができる。特に、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉなどの金属は、導電性材料として蒸着することができる。半導体層に入り込むアルミニウム（Ａｌ）はｐ型ドーパントとして貢献してより良い接触を形成するため、アルミニウムはｐ型半導体に隣接して便利に蒸着されうる。透明／半透明電極の好適な材料は、たとえば、スズ酸化物とインジウム−スズ酸化物である。
【０１５５】
剥離層の好適な材料は、隣接材料の特性に基づき選択することができる。特に、いくつかの実施形態では、剥離層は、隣接材料の流温度よりも高い溶融点またはガラス転移温度の材料から形成される。概して、光反応性蒸着で利用可能な広範囲の材料に基づき、当業者は剥離層に好適な材料を選択できる。元素態シリコン層の剥離層に関して言えば、シリコンの溶融温度に耐えるだけでなく、溶解シリコンは比較的大きな表面張力を有するため、シリコンが溶解したときに溶着する可能性が少ないように、溶解シリコンを湿らせる層を選択することが望ましい。シリコンの剥離層に好適な材料は、たとえば、シリコン窒化物（Ｓｉ3Ｎ4）またはシリコン富化シリコン酸化物（ＳｉＯx、ｘ＜２）である。
【０１５６】
反応流内の材料合成に関しては、好適な酸素源は、たとえば、Ｏ2、Ｎ2Ｏ、またはその組み合わせであり、および好適な窒素源は、たとえば、アンモニア（ＮＨ3）、Ｎ2、およびその組み合わせである。光反応性蒸着で利用可能な組成の範囲は、Ｃｈｉｒｕｖｏｌｕらの同時係属米国特許出願第１１／０１７，２１４号「反応性蒸着による高密度塗布の形成」にさらに記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【０１５７】
塗布特性
光反応性蒸着は、高品質塗布の高速形成のための多用途アプローチである。塗布特性は、蒸着および／または後蒸着プロセスとしてみなすことができる。複数層が光反応性蒸着を用いて蒸着されれば、その後の層の蒸着間の追加処理があってもよいし、なくてもよい。層の多孔率は、特定の層の密度に一部依存することがある。塗布が比較的高密度で蒸着されれば、塗布は通常、機械的安定性を有するが、剥離層として意図される一部の層は、意図的に比較的小さな機械的安定性を有するように蒸着することができる。塗布は、特定の塗布全体と、等価条件で実行された異なる基板上の塗布間との両方で、滑らかな表面と高度な均一度を備えて形成することができる。これらの特性は、有益な大表面積構造だけでなく大面積構造の複数層の形成も可能とする。塗布を滑らかにしつつ、制御された特性を持つテクスチャをそれに応じて塗布に盛り込むことができる。
【０１５８】
塗布の関連密度は、同じ組成の完全に緻密化された材料に対して評価される。低密度で蒸着された塗布の場合、塗布は、わずか約０．６５の相対密度を、別の実施形態では、約０．１０〜約０．６の相対密度を、さらに別の実施形態では、約０．２〜約０．５の相対密度を有する可能性がある。概して、高密度塗布は、少なくとも約０．６５、別の実施形態では、約０．７〜約０．９９、いくつかの実施形態では、約０．７５〜約０．９８、さらに別の実施形態では、約０．８０〜約０．９５の相対密度を有することができる。当業者であれば、塗布密度のこれらの特定範囲の追加範囲が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。光反応性蒸着は、完全に緻密化された材料とほぼ同じ密度で高密度塗布を形成することができる。最初に蒸着された塗布の密度に関係なく、後処理の間、所望により、最初の密度から完全な密度まで選択された値に密度を増加させることができる。高密度塗布の密度は、塗布の前後で基板の重量を測定し、重量を塗布の体積で割ることによって評価することができる。塗布厚さは、走査型電子顕微鏡を用いて評価することができる。密度の減少は、表面の測定可能な多孔率と関連する可能性もあるし、しない可能性もある。多孔率も走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて評価することができる。
【０１５９】
追加の目的を得るため、塗布の特徴は、塗布層の組成だけでなく基板上の材料の位置に関して変更させることができる。概して、装置を形成するには、塗布材料は、基板上の特定の位置に局所的に配置することができる。さらに、塗布材料の複数層を制御した方法で蒸着して、異なる組成の層を形成することができる。同様に、塗布は均一の厚さで作製できる、あるいは基板の異なる部分を異なる厚さの塗布材料で塗布することができる。異なる塗布厚さは、粒子ノズルに対する基板のスイープ速度を変更することによって、またより厚い塗布を受け取る基板の部分を複数スイープすることによって、または層をマスクでパターニングすることによって、印加することができる。塗布材料の選択蒸着に関するアプローチは上述したとおりである。代替的に、またはさらに、層は、蒸着後にエッチングなどによって輪郭を示すことができる。
【０１６０】
よって、材料層は、本明細書に記載されるように、他の層と同じ平面範囲を持たない特定の層を備えることができる。たとえば、基板表面全体または基板の大部分を覆う層もあれば、基板表面の少ない部分を覆う層も可能である。このように、層は、１つまたは複数の局所的な素子を形成することができる。平面状基板に沿った任意の特定の点で、構造の断面図は、表面に沿った別の点とは異なる数の区別可能な層を明らかにすることができる。
【０１６１】
光反応性蒸着は、厚い塗布を形成するのに使用することができる。ただし、このアプローチは、適切な塗布厚さが通常、中程度あるいは小さく、非常に薄い塗布を適切に形成できる用途のために高品質塗布を形成する利点を有する。厚さは、構造が最大表面積を持つ突出面に垂直に測定される。用途によっては、塗布は、わずか約２０００ミクロン、別の実施形態では、わずか約５００ミクロン、別の実施形態では、約５ナノメートル〜約１００ミクロン、別の実施形態では、約１００ナノメートル〜約５０ミクロンの範囲の厚さを有する。当業者であれば、これらの明確な範囲およびサブ範囲内の追加の範囲が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。
【０１６２】
本明細書に記載のアプローチは、層内および等価条件下で形成された層間で非常に高い均一度を有する塗布層を形成することができる。塗布層の厚さを測定することができ、たとえば、ＳＥＭを用い、たとえば、第１の方向にそって約１０ヶ所、垂直方向に沿って約１０ヶ所で、断面での分析を行うことができる。平均と標準偏差は、これらの測定値から得ることができる。塗布層の厚さと厚さ均一度を評価する際、縁部に沿って１センチメートルの帯域を除外することができる。
【０１６３】
いくつかの実施形態では、少なくとも約２５平方センチメートルの面積の基板上の厚さのある標準偏差は、約１０ミクロン未満、別の実施形態では、約５ミクロン未満、別の実施形態では、約０．５〜約２．５ミクロンの範囲に含まれうる。さらに、等価条件下で塗布された複数の基板間の平均厚の標準偏差は、約１０ミクロン未満、別の実施形態では、約５ミクロン未満、別の実施形態では、約０．１〜約２ミクロンでありうる。当業者であれば、層内、および異なる基板の層間の厚さの、上記の明確な範囲内の追加の偏差が企図され、本開示に含まれると認識するであろう。
【０１６４】
いくつかの実施形態では、圧密の有無にかかわらず、基板上の高密度塗布で超低表面粗度を達成することができる。表面テクスチャが望まれる実施形態では、後述の低表面粗度値は、所望により達成可能な表面粗度の均一度を反映する。表面粗度は、通常、比較のために表面の具体的な面積に対して評価される。時間と解像度のために、特定の領域の表面粗度の推定には、異なる技術が特に適する可能性がある。たとえば、約２０ミクロン×２０ミクロンの基板面積の二乗平均平方根表面粗度（ここではＲAFMと称する）を推定するには原子力顕微鏡（ＡＦＭ）を使用することができる。好適なＡＦＭ機器は、たとえば、Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社（カリフォルニア州サンタバーバラ）のモデルＮａｎｏｓｃｏｐｅ（登録商標）４である。本明細書に記載の技術を用いて、ＲAFM値と同様に平均粗度値（Ｒ0）がわずか約０．５ナノメートル（ｎｍ）の範囲で得られ、別の実施形態では、約０．１ｎｍ〜約０．３ｎｍである。４８０ミクロン×７３６ミクロンなどのより大きな面積の表面粗度測定値を得るには、干渉分光法を利用することができる。干渉法プロファイラは、サブナノメートル〜ミリメートル規模の表面粗度を測定できる光学非接触技術である。デジタル信号処理を用いて表面プロファイル測定を得る好適な干渉法プロファイラは、Ｖｅｅｃｏ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製（ニューヨーク州ウッドベリー）のＷｙｋｏシリーズプロファイラである。光反応性高密度蒸着を用いて、４８０ミクロン×７３６ミクロンの二乗平均平方根表面粗度（Ｒrms）値および同様の平均表面粗度（Ｒ0）が、わずか約１０ｎｍの範囲で得ることができ、別の実施形態では、約１ｎｍ〜約５ｎｍである。当業者であれば、明確な範囲内の表面粗度の追加の範囲が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。
【０１６５】
テクスチャはピーク間距離で特徴づけることができる。平均ピーク間距離は、約１００ｎｍ〜１０ミクロン、別の実施形態では、約２５０ｎｍ〜約７．５ミクロン、さらに別の実施形態では約５００ｎｍ〜約５ミクロンでありうる。いくつかの実施形態では、平均ピーク斜度は、約３０〜約６０度、別の実施形態では、約４０〜約５０度でありうる。これらのパラメータは、走査型電子顕微鏡による表面の調査から判定することができる。当業者であれば、上記の明確な範囲内のテクスチャパラメータの追加範囲が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。
【０１６６】
光反応性蒸着の超高速蒸着と高塗布均一度との組み合わせによって、大型基板を効率的に塗布することができる。基板の幅が広い場合、基板が生成物流を１回または複数回通過して塗布することができる。具体的には、基板が反応器の導入ノズルより実質上広くない場合は、生成物流が基板とほぼ同じ広さかそれより広いため、単独通過を使用することができる。複数通過の場合、基板が基板の幅に沿って配向する方向にノズルに対して移動させられる。よって、いくつかの実施形態では、少なくとも約２０センチメートル、別の実施形態では、少なくとも約２５ｃｍ、追加の実施形態では、約３０ｃｍ〜約２メートル、別の実施形態では、わずか約１．５メートル、およびいくつかの実施形態では、わずか１メートルの幅で基板を塗布することが簡単である。当業者であれば、これらの明確な範囲内の幅の追加範囲が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。
【０１６７】
概して、簡便性のために、塗布プロセスの間に、基板は通常、幅ではなく長さに対して移動されるという点で、基板の長さと幅とを区別する。この一般原則を念頭に置いておけば、区別は特定の基板に対して特に関連する場合もあるし、関連しない場合もある。長さは通常、塗布に対して基板を支持する能力によってのみ限定される。よって、長さは、ｃａｎｂｅ少なくとも約１０メートル、いくつかの実施形態では、約１０ｃｍ〜約５メートル、別の実施形態では、約３０ｃｍ〜約４メートル、別の実施形態では、約４０ｎｍ〜約２メートルとすることができる。当業者であれば、これらの明確な範囲内の基板長の追加の範囲が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。
【０１６８】
大きな幅と長さで基板を被覆することができる結果、塗布された基板は非常に大きな表面積を有することができる。特に、基板シートは、少なくとも約９００平方センチメートル（ｃｍ2）、別の実施形態では、少なくとも約１０００ｃｍ2、別の実施形態では、約１０００ｃｍ2〜約２平方メートル（ｍ2）、さらに別の実施形態では、約２５００ｃｍ2〜約５ｍ2の表面積を有することができる。剥離層の使用により薄型構造を形成できる場合、大きな表面積を特に薄型構造と結合させることができる。いくつかの実施形態では、大きな表面積構造が、わずか約１ミリメートル、別の実施形態では、わずか約２５０ミクロン、追加の実施形態では、わずか約１００ミクロン、さらに別の実施形態では、約５ミクロン〜約５０ミクロンの厚さを有することができる。当業者であれば、上記明確な範囲内の表面積および厚さの追加の範囲が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。これらの薄型の大面積構造は光反応性蒸着で生成可能な一連の材料で形成可能であるが、いくつかの実施形態では、ドーパントを伴う、または伴わない薄シリコン／ゲルマニウムベース半導体材料に特に関連する。
【０１６９】
半導体材料としてのシートの特性は、少数キャリヤ拡散長とキャリヤ移動度との観点から説明することができる。太陽電池用途の場合、より大きな少数キャリヤ拡散長の存在は、より遅い再結合速度とそれに対応する太陽電池セル高効率と相関関係を有する。よって、シリコン／ゲルマニウムベース半導体シートにとって、少なくとも約３０ミクロン、別の実施形態では少なくとも約７０ミクロンの少数キャリヤ拡散長を有することが望ましい。当業者であれば、少数キャリヤ拡散長の追加の範囲が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。材料の結晶度を向上させ、より大きな平均結晶サイズを獲得することによって、少数キャリヤ拡散長を増大させることができる。
【０１７０】
少数キャリヤ拡散長は、キャリヤ寿命値と相関させることができる。少数キャリヤ寿命は、サンプルの赤外線放射を測定するのに使用されるスペクトルの赤外線部分で動作する電荷結合カメラで測定することができる。材料の高解像度走査が、迅速に得られる。Ｉｓｅｎｂｅｒｇらの論文には、赤外線レーザと商用ＣＣＤカメラを使用して、半導体材料の表面全体の３０ミクロンまでの解像度を得ることについて書かれている。Ｉｓｅｎｂｅｒｇの論文「応用物理学ジャーナル」、９３（７）：４２６８〜４２７５（２００３年４月１日）、「少数キャリヤ密度と寿命の側方分解測定のための撮像方法：測定原理と第１のアプリケーション」を参照し、これは参照により本明細書に組み込まれる。Ｇｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔらの論文には、キャリヤ寿命の測定に基づく短絡回路の電流と開回路電圧の算出について書かれてある。Ｇｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔの論文は、２００５年６月６〜１０日、スペインのバルセロナにおける第２０回欧州太陽電池エネルギー会議およびエキシビション「キャリヤ密度画像からの多結晶シリコンソーラーセルパラメータの予測」で発表され、これは参照により本明細書に組み込まれる。シリコン材料の電荷電流性能の無接触予測に関する代替的アプローチは、Ｔｒｕｐｋｅらの「応用物理学論文８７:０９３５０３」（２００５）の「Ｓｕｎｓ−ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：シリコンウェハの電流−電圧特性の無接触判定」に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。Ｔｒｕｐｋｅの記事のプロセスは、半導体表面全体の空間解像度を一般化させることができる。
【０１７１】
キャリヤ移動度は、電子的用途における半導体性能の重要なパラメータである。本明細書に記載の半導体シートの場合、電子移動度は、少なくとも約５ｃｍ2／Ｖｓ、別の実施形態では、少なくとも約１０ｃｍ2／Ｖｓ、別の実施形態では、少なくとも約２０ｃｍ2／Ｖｓでありうる。当業者であれば、上記範囲内のキャリヤ移動度の追加の範囲が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。半導体サンプルのキャリヤ移動度の推定は、たとえば、Ｂｏｒｄｅｎの米国特許第５，９６６，０１９号「製造ラインにおける半導体基板の特性の測定システムおよび方法」に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【０１７２】
ドーパントの半導体層への組込
粒子生成のために適切に前駆体を反応物流に導入することによって、蒸着中に組成を選択することができるが、代替的に、またはさらに、シリコン／ゲルマニウムベース半導体などの組成は、塗布全体または層形成後の選択された部分で修飾することができる。層の部分は、塗布表面の広がりに沿った部分、および／または層厚さの部分を指すことができる。組成の修飾は通常、粉体被覆または高密度塗布のいずれかで実行することができる。
【０１７３】
概して、１つまたは複数の修飾元素は、所望の元素を備える組成として層に貼付することができる。半導体材料は、溶融温度またはその近傍で加熱されてその元素を半導体材料に組み込むことができる。パターニングアプローチは、層の部分にドーパントなどの元素を組み込むために使用することができる。
【０１７４】
修飾元素、たとえば、ドーパント／添加剤は、溶液バリアなどを用いて層の部分のみを組成に選択的に接触させることによって、層の選択された部分に導入することができる。代替的に、またはさらに、層の部分は、電子処理に用いられる従来のレジストなどのマスクで覆われて、マスク領域への修飾元素の移行を遮断することができる。図１９の実施形態を参照すると、層６００は、修飾組成と層との接触をマスクによって覆われない領域に限定するマスク６０２と接触することができる。次に、塗布は、マスクされない部分でドープされる。層内の所望の構造を形成するには、通常マスキングが選択される。複数修飾元素は、異なる修飾元素の蒸着ステップ間のマスキングを変更することによって、層の同一のおよび／または異なる部分に連続的に貼付することができる。修飾組成またはその元素は、加熱処理および／またはレーザドライブインを通じて材料に組み込むことができる。
【０１７５】
フォトリソグラフィックおよび他のマスキング技術に加えて、適度な解像度は、従来の印刷アプローチを用いて達成することができ、追加の組成はインクとして追加され、マスキングアプローチと共に任意で使用できる。たとえば、インクジェット印刷は、塗布組成を修飾するために選択された組成を機能インクが供給する所望の位置で、機能インクを蒸着するのに上手く利用することができる。同様に、オフセット印刷やグラビア印刷などの他の印刷アプローチも使用することができる。液体に拡散されたドープしたシリカ粒子を印刷可能なインクとして使用して半導体材料にドーパントを供給することは、Ｈｉｅｓｌｍａｉｒらの同時係属仮出願第６０／８７８，２３９号「ドープ拡散および半導体基板をドープするためのプロセス」にさらに記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【０１７６】
上述したように、修飾組成は、塗布が溶融温度または流温度の近傍またはその上まで加熱され、素子が組成内に移行しうる加熱プロセスによって、最初の高密度材料に組み込むことができる。追加のまたは別の実施形態では、ドーパントを、レーザドライブインによって塗布の浅いゾーンに組み込むことができる。たとえば、高出力レーザは、表面近傍の塗布の局所領域を溶融するようにパルスすることができる。次に、ドーパントまたは他の修飾元素／組成は、溶融ゾーンに拡散する。レーザドライブインを使用して、太陽電池接点の部分として浅いドープ領域を形成することは、Ｈｉｅｓｌｍａｉｒらの２００７年２月１６日に出願された同時係属仮特許出願第６０／９０２，００６号「太陽電池セル構造、ソーラーパネル、および対応プロセス」にさらに記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【０１７７】
概して、修飾元素を層に導入する各種アプローチは、１つまたは複数の修飾元素を層に導入することと組み合わせることができる。たとえば、特定の修飾元素は、修飾元素および／または層内の修飾元素の分布の所望のレベルを達成するために、複数の技術を用いて導入することができる。さらに、複数の修飾元素の蒸着の場合、各修飾元素は、処理の簡便性のために、および／または結果として生じる材料の所望の特性を得るために、上述した技術のうち１つまたはそれ以上を用いて蒸着することができる。
【０１７８】
基板上の被覆の加熱処理および他の蒸着後処理
加熱処理は、粉体被覆の粒子を焼結し、粉末／粉体被覆の圧縮、すなわち、緻密化を導き、所望の材料密度を形成することができる。高密度塗布は意図される用途に合わせて選択される形式で実質上蒸着されうるが、追加の処理が適切である、あるいは望ましい場合がある。塗布材料を緻密化するには、材料は、結晶材料の溶融点または非結晶材料の流温度、たとえば、ガラス転移温度および場合によっては、ガラスが自己支持する軟化点を超えて加熱され、粘性液体を形成することによって塗布を緻密化材料に圧密することができる。粒子の焼結は、層内に非結晶、結晶、または多結晶相を形成するために使用することができる。予備的加熱処理は、次の加熱プロセス間にドーパント／添加剤の移行を低減し、材料を部分的に緻密化するために、反応器炎で印加することができる。
【０１７９】
結晶粒子の焼結は、たとえば、表面拡散、格子拡散、蒸気移送、粒境界拡散、および／または液相拡散などの１つまたは複数の既知の焼結機構を備えることができる。非結晶粒子の焼結は通常、非結晶膜の形成を導くことができる。塗布層は、完全にまたは部分的に緻密化することができる。概して、緻密化は、層のパターニングの前か後に実行することができる。部分的に緻密化された材料は、空隙網が存在するが空隙のサイズが低減され、固体マトリックスが粒子の融合を通じて強化されて強固な粒子間ネックを形成する材料であってもよい。
【０１８０】
さらに、蒸着層のいくつかの処理は、たとえば結晶度または純度に関して塗布の質をさらに向上させることができる。別の処理は、材料の組成を修正する、あるいは追加の組成を塗布に加えることができる。最初の高密度塗布の場合、いくつかの追加の処理は加熱を含むことができるが、処理温度は通常、高密度塗布への粉体被覆の緻密化に使用される温度よりも相当低い可能性がある。
【０１８１】
塗布が高密度に形成される実施形態の場合、塗布の焼結または他の主要な圧縮は、通常必要とされないことがある。これらの実施形態の場合、高密度塗布は通常、溶融点またはガラス転移温度などの流温度まで加熱されない。ただし、材料は、均一度および／または結晶度を向上するために材料を焼きなましするように加熱することができる。この加熱は、材料の圧縮につながることがあり、それに応じて密度が上昇する。焼きなまし温度は通常、摂氏で、流温度のわずか約６０パーセント、別の実施形態では、わずか約５０パーセントであってもよい。このような加熱は、酸化雰囲気中で行われる場合、炭素不純物などの不純物を除去することができる。概して、これらの条件下で高密度塗布を加熱すると、材料の構造、すなわち、非結晶、多結晶、または結晶は変化しない。好適な処理の温度および時間は通常、高密度塗布の組成に依存する。
【０１８２】
光反応性蒸着での層の蒸着後、反応物流のみが凝縮可能な材料なしに、ガス／蒸気生成物を形成するために反応する燃料及び酸素源を備えるように、前駆体は遮断されうる。燃料および酸素源の反応から生じる炎は、基板に任意の追加の材料を蒸着せずに塗布基板を加熱するのに使用することができる。このような加熱ステップは、ドープしたシリカガラスの完全な圧密後のドーパント／添加剤の移行を低減させることが観察されている。炎加熱ステップは、塗布ステップ間、あるいはいくつかの層の蒸着後に実行することができ、各塗布層は他の層と同じ組成を有していてもいなくてもよい。原位置での炎加熱ステップ後、１つまたは複数の追加の加熱ステップも、反応器から基板の除去後に実行することができる。
【０１８３】
塗布基板の加熱処理は好適な炉で実行することができる。周囲ガスの圧力および／または組成に関して炉内の雰囲気を制御することが望ましい可能性がある。好適な炉は、たとえば、塗布基板を含む空間を流れるガスを伴う、誘導炉、箱型炉、または管炉を備えることができる。加熱処理は、塗布反応器から塗布基板を除去した後に実行することができる。別の実施形態では、加熱処理は、処理ステップが自動的に装置内で連続的に実行されうるように、塗布プロセスに組み込まれる。好適な処理温度と時間は通常、塗布の組成とミクロ構造に依存する。粉体被覆の場合、サブミクロン／ナノメートル規模の小粒子は通常、大量の材料と比較してサブミクロン／ナノスケール粒子の場合、低溶融／軟化点、高原子移動度、および高蒸気圧であるため、大粒子の粉末に対して低温度および／または短時間で処理することができる。
【０１８４】
多くの用途の場合、異なる組成および／または形態を持つ複数の塗布を貼付することが望ましい。概して、これらの複数塗布は、塗布される基板のｘ−ｙ面を横断して（たとえば、生成物流に対する基板の運動方向と垂直）互いに隣接して配置する、あるいは、塗布される基板のｚ面を横断して他の塗布の上に重ね合わせる、あるいは、隣接領域と積層の任意の好適な組み合わせであってもよい。各塗布は所望の厚さに貼付することができる。
【０１８５】
いくつかの実施形態の場合、異なる組成は、層内および／または隣接層内で互いに隣接して蒸着させることができる。同様に、異なる組成の別個の層は、交互の層に蒸着させることができる。具体的には、異なる組成を持つ２つの層は、相互に重ねて、さらに、または代替的に、たとえば層Ａと層ＢがＡＢとして形成されるように隣接して蒸着することができる。別の実施形態では、それぞれ異なる組成を有する３つ以上の層は、たとえば、層Ａ、層Ｂ、および層Ｃが３つの連続する（たとえば、相互に重ね合わせる、あるいは相互に隣接させる、あるいは隣接させ重ね合わせる）層ＡＢＣのように蒸着させることができる。同様に、異なる組成の層の交互のシーケンス、たとえば、ＡＢＡＢＡＢ．．．またはＡＢＣＡＢＣＡＢＣ．．．などを形成することができる。具体的な組成および／または光学特性を有する層の他の組み合わせも、所望により形成することができる。
【０１８６】
それぞれが特定の組成を有する個々の緻密化層は通常、わずか３０００ミクロン、別の実施形態では、わずか約１０００ミクロン、追加の実施形態では、わずか約２５０ミクロン、いくつかの実施形態では、約０．１ミクロン〜約５０ミクロン、別の実施形態では、約０．２ミクロン〜約２０ミクロンの範囲の圧密後平均厚を有する。当業者であれば、これらの具体的な範囲内の範囲が企図され、本開示の範囲に含まれることを認識するであろう。同じ組成の粒子から生成される均一層はそれぞれ、１回またはそれ以上の回数、光反応性蒸着装置において生成物流を通過して形成することができる。厚さは、構造が最大の表面積を有する突出面に垂直に測定される。
【０１８７】
複数粒子塗布の材料は、各層の蒸着後または複数層の蒸着後、あるいは２つのアプローチの組み合わせで加熱処理することができる。好適な処理順序は通常、材料の緻密化機構に依存する。ただし、複数の層を同時に加熱処理することが望ましい可能性がある。具体的には、複数層を同時に加熱処理することで、製造プロセスの時間と複雑性を同時に低減し、ひいては、製造コストを低減することができる。加熱温度が妥当な値で選定されると、加熱された材料は、層または層内の境界が境界面において望ましくない量で混合しないように、十分な粘性を持ったままである。蒸着後のパターン構造を形成するには、化学エッチング、ドライエッチング、または放射ベースのエッチングなどのエッチングと共に、リソグラフィおよびフォトリソグラフィなどのパターニングアプローチを利用して、１つまたは複数の層に所望のパターンを形成することができる。このパターニングは通常、追加の材料の蒸着前に構造上に実行することができる。
【０１８８】
前駆体流または総ガス流などの反応条件を変更することによって、粒子は、単独層内または層間のｚ方向に粒子サイズを変更して蒸着することができる。よって、小さな粒子は大きな粒子の上に蒸着することができ、その反対も可である。これは、剥離層の形成に有効である。特に、粒子サイズの勾配に関しては、加熱処理ステップは、大きな粒子の層の低密度部分が剥離層を形成しうるように、大きな粒子よりも小さな粒子の方を高密度化することができる。
【０１８９】
シリコン酸化物の層間に挟まれるシリコンに関しては、シリコンの結晶化はゾーンメルト再結晶（ＺＭＲ）と呼ばれるプロセスによって確立されている。ＺＭＲでは、シリコン膜の薄線を溶解することのできる熱源が使用される。この熱源は、膜全体を一掃する。たとえば、収束ハロゲンランプを、直線熱源として使用することができる。ヒータは、構造のベース温度を制御するために構造の下に配置することができる。ヒータの運動速度は、溶解前線と固化前線間の距離を調節するように制御される。処理コストを低減する高速なスイープ速度と、大きな結晶粒を得て結晶の瑕疵を低減する低速なスイープ速度の間にバランスが存在する。
【０１９０】
剥離層の特性と保護膜構造の剥離
剥離層は、剥離層と隣接材料を区別する特性および／または組成を有する。概して、剥離層の特性は、隣接材料の一方または両方からの剥離層の分離を提供する。剥離層の好適な物理特性は、たとえば、低密度、高溶融／軟化点、低機械強度、大熱膨張係数、またはその組み合わせでありうる。好適な化学的特性はたとえば、選択された溶媒の溶解度である。さらに、剥離層の材料は通常、いくつかの実施形態では、高温などの関連処理ステップの条件で他の材料に対して不活性であるべきである。剥離層の選択された特性は、下に位置する基板からオーバ層を分離するために利用することができる。特に、化学的および／または物理的相互作用を、剥離層を除去または破砕するために剥離層に適用することができる。
【０１９１】
概して、剥離層の厚さは、光反応性蒸着によって蒸着された他の層に関して記載した適切な厚さ範囲内にわたることができる。一方、剥離層はいったん保護膜が剥離されれば機能的に使用できない可能性があるため、より少ない資源を消費するように剥離層を薄くしておくことが望ましい可能性がある。ただし、層が薄すぎれば、機械強度などの特定の特性は厚さの関数となる可能性があるので、剥離機能が危険にさらされる可能性がある。概して、当業者は、剥離層の所望の特性を得るように厚さを調節することができる。
【０１９２】
剥離層を有する層状構造を、図１９に概略的に示す。層状構造６１０は、基板６１２、剥離層６１４、および保護膜層６１６を備える。基板６１２は、剥離層材料に対する清掃後に再利用される高品質材料を備えることができる。基板６１２は、光反応性蒸着を用いて蒸着される層を備えていてもいなくてもよい。剥離層６１４は、本明細書に記載されるような特性を有する１つまたは複数の材料を備えることができる。保護膜層６１６は、１つまたは複数の層に１つまたは複数の材料を備えることができる。図１９の矢印は、層状構造６１０からの保護膜層６１６の分離を概略的に示す。保護膜層６１６は、所望の生成物の形成のために構造６１０からの分離前および／または後にさらに処理することができる。
【０１９３】
剥離層の機械的破砕の場合、低機械強度の剥離層材料は剥離層の破砕を簡易化するが、通常、剥離層は周囲の材料よりも低い密度を有することが望ましい。特に、剥離層は、少なくとも約４０パーセント、いくつかの実施形態では、少なくとも約４５パーセント、別の実施形態では、約５０〜約９０パーセントの多孔率を有することができる。当業者であれば、上記明確な範囲内の多孔率の追加の範囲が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。多孔率は、穴の面積を総面積で割る構造の断面のＳＥＭ顕微鏡写真から推定される。
【０１９４】
剥離層の密度低下を達成するため、剥離層は、周囲の材料よりも低密度で蒸着することができる。ただし、いくつかの実施形態では、剥離層の低密度は、剥離層の緻密化の低減または排除に起因し、一方で保護膜層、任意で、基層がより完全に緻密化される。この緻密化の差は、周囲の非緻密化材料よりも高い流温度、および／または、高い流温度を生じる大きな主要粒子サイズを有する材料を有する結果でありうる。これらの実施形態の場合、保護膜層、および任意で基層の緻密化の結果、剥離層が周囲の材料よりも低密度となり、したがって機械強度が低下する。この低い機械強度は、保護膜層に損傷を与えずに剥離層を破砕するのに利用することができる。
【０１９５】
分離力は、機械エネルギーを提供するのに印加することができる。機械エネルギーは、たとえば、超音波振動、機械振動、せん断力などとして供給することができる。もしくは、層を引っ張って離すことができる。さらに、熱膨張係数の差に基づく分離を促進するために、加熱／冷却および／または押圧を提供することができる。冷却は、たとえば、構造を液体窒素に接触させることによって達成可能である。
【０１９６】
いくつかの実施形態では、剥離層は、周囲の層から化学的に分離することができる。たとえば、剥離層は、保護膜層を溶かさない溶媒に溶かすことができる。シリコンと反応せずにＳｉＯ2をエッチングするには、フッ酸を使用することができる。
【０１９７】
剥離層および基板からの保護膜の分離を促進するため、保護膜材料は移送面に剥離可能に接着することができる。移送面は、剥離される保護膜の表面と比べて、サイズは略同一、大きい、小さい、のいずれでもよい。移送面との結合は、たとえば、接着剤などで実行できる。いくつかの実施形態では、移送面と保護膜を結合するのに静電気で十分である可能性があり、移送面は、剥離層を破砕する機械的エネルギーを供給するため、保護膜にせん断および／または引張運動を印加するのに利用することができる。いくつかの実施形態では、保護膜構造は、薄い分離構造の特定処理を簡易化するのに移送面に結合させることができる。接着剤は、一時的基板に結合された移送面から薄い分離構造を剥離するため、化学的または物理的に除去することができる。いくつかの実施形態では、移送面は、生成物への形成のために保護膜に装着される永久基板と連結することができる。また、薄型構造は、剥離層からの剥離後に、類似のアプローチを用いて基板間で移送させることができる。接着剤などは、力および／または好適な溶媒などで剥離させることができる。
【０１９８】
所望により、剥離層の残りを、エッチングまたは研磨を用いて剥離薄型構造から除去することができる。剥離層材料の性質によれば、残りの剥離層材料は、機械研磨および／または化学機械研磨で除去することができる。機械研磨は、半導体技術において既知な装置のようなモータ研磨装置で実行することができる。同様に、残りの剥離層材料を除去するのに、化学エッチングおよび／または放射線エッチングなどの任意の好適なエッチングアプローチを利用することができる。
【０１９９】
独立型構造の特性とさらなる処理
剥離層の除去または破砕を通して基板から保護膜を剥離した後、保護膜は独立型構造となる。この独立型構造は通常非常に薄いが、大きな表面積を有することができる。構造は上面に沿ってパターン構造を有していてもいなくてもよく、上面、下面、またはその両方に沿ってテクスチャ加工されていてもいなくてもよい。構造の一面また両面は、１つまたは複数の装置の形成のためにさらに処理することができる。上述したように、構造は一時的に、あるいは永久的に別の基板と結合されて、装置の処理または形成を簡易化することができる。好適な寸法は、処理アプローチの文脈で上述したとおりである
概して、保護膜層、たとえば半導体シートは、装置の形成に有効に使用可能な複数の層を有することができる。図２０を参照すると、独立型の構造６２０は２つの層６２２、６２４を備える。当然のことながら、２つの層の組成と相対厚さは、所望するように選択することができる。同様に、層の数は、１、２、３、またはそれ以上であってもよい。太陽電池セル用途の場合、１つまたは複数の薄型保護層および１つまたは複数の半導体層を有することが望ましい可能性があり、それらは、層全体またはその選択された部分に沿ってドープされてもされていなくてもよい。図２１の断面図を参照すると、構造６３０は、保護層６３２、ｐドープされたシリコン層６３４、およびｎドープされたシリコン層６３６を有する。同様の構造では、層６３４は半導体層で、上層６３６は保護層である。太陽電池用途の場合、不活性化層の上面および下面は、電気的絶縁層と、機械的および化学的損傷からの保護とを提供する機能を果たす。
【０２００】
異なる度合いのドープ層および／または非ドープ層を有する異なる層でも、さらに複雑な構造を使用することができる。たとえば、図２２を参照すると、構造６４０は、保護層６４２、ｐドープされたシリコン層６４４、非ドープシリコン層６４６、およびｎドープされたシリコン層６４８を有する。概して、構造は最終生成物の所望の性能をもたらすように設計され、本明細書の処理アプローチは構造を設計するために相当な柔軟性を提供する。
【０２０１】
太陽電池パネルの形成のために、複数のセルは通常、セル間の適切な電気的接続で接続される。パネルを形成するため、本明細書に記載される大面積の独立型構造が切断されて、パネル内に適合可能な非常に類似した特性を有する複数の構成要素を形成する。また、本明細書に記載のプロセスを使用する利用可能な代替案には、保護層の表面に適切に配置された半導体島を有する大面積保護層の形成があり、それは後で表面を透明導電性電極に利用可能にするように除去される。パネルを完成するため、適切な電気相互接続を島に接続し、個々のセルを完成させる他の追加処理を実行することができる。
【０２０２】
個別の島構造を有する構造の実施形態を図２３に示す。該構造は、蒸着パターニングまたは構造の切断によって形成することができる。図２３を参照すると、構造６６０は、４つの島６６４、６６６、６６８、６７０を有する大型層６６２を有する。４つの島が示されるが、大型層は１、２、３のような４つより小さな島でも、４つより多く１０００もの島でも有することができる。当業者であれば、これらの明確な範囲内の島の数の追加の範囲が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。また、大型層６６２および島６６４、６６６、６６８、６７０はそれぞれ複数の層を有する。層のサイズ、厚さ、組成、および数は、異なる島間で一致していてもいなくてもよい。島の位置は、対称であってもなくてもよく、特定の生成物の生成のために所望するように選択することができる。基板上でのシリコン構造のレーザ切断は、２００７年２月１６日に出願されたＨｉｅｓｌｍａｉｒらの同時係属仮特許出願第６０／９０２，００６号「太陽電池セル構造、ソーラーパネル、および対応プロセス」にさらに記載され、これは参照により本明細書に組み込まれる。透明基板上に蒸着される際、あるいは透明基板への移送後に、構造上で切断を行うことができる。
【０２０３】
概して、構造は、一連の所望のアプローチを用いてさらに処理することができる。好適な処理アプローチは、たとえば、大きな表面積構造の処理に適合された従来のアプローチである。たとえば、構造は、蒸着プロセス、除去プロセス、および修飾プロセスで処理することができる。好適な蒸着プロセスは、たとえば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、噴霧塗布、ブラシ塗布、含浸塗布、ナイフ塗布、押出塗布、インクジェット印刷、それらの既知または新規な変更、それらの組み合わせなどである。好適な除去プロセスは、たとえば、化学エッチング、ドライエッチング、または放射ベースのエッチング、機械研磨、化学機械研磨、それらの既知または新規な変形、それらの組み合わせなどを含む。修飾技術は、構造の表面に沿って材料の特性および／または組成を修飾するために使用することができる。好適な修飾技術は、たとえば、不活性、酸化、または還元環境での構造の加熱、構造と反応性化学物質との接触、サンプルへの放射、それらの組み合わせなどである。蒸着、材料除去、および／または修飾は、マスキングまたはリソグラフィ技術と組み合わせて実行することができる。
【０２０４】
太陽電池パネルの形成
太陽電池パネルは通常、適切なサブ構造に組み立てられ、電気的に接続される複数の太陽電池セルを有する。たとえば、半導体島を、保護透明シート上に直接形成することができる。もしくは、個々のセルに対して半導体構造を形成し、別々の形成後に保護シート上に固定することができる。材料の大型シートが形成される場合、これらは精密に個々のセルに切断して、選択された個々のセル素子を形成することができる。半導体島は、透明前面上への配置前または後の処理で、所望の構造やドーパントなどと共に形成することができる。個々のセルは、直列、並列、またはその組み合わせで電気的に相互接続される。好適なオーバ層、基層、カプセルなどを、パネルを完成するのに使用することができる。半導体シートが装置の形成のために移送される実施形態では、剥離層が装置の処理中に、選択されたステージで除去または破砕される。ただし、半導体が透明基板上に直接蒸着される場合、太陽電池構造を形成するのに半導体の移送は利用されず、通常、剥離層が形成されない。
【０２０５】
概して、ソーラーパネルは、光がパネルに入射し、半導体材料にぶつかることができるように構成される。光吸収から生成される電荷は、対向する電流コレクタを用いて確保される。パネルの表面は通常、環境攻撃から材料を保護するように適切に封止される。適切な配線は、パネルのセルへの電気接続を提供することができる。半導体材料の導電率を高めるため、大量の半導体材料を介してシリコンをドープすることができる。特に、シリコン／ゲルマニウムベース半導体は、たとえば、１×１０14〜約１×１０18原子／ｃｍ3の濃度で、リンなどのｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントでドープすることができる。
【０２０６】
いくつかの実施形態に対しては、材料コストを節減するために薄いシリコン／ゲルマニウム半導体層を使用することが望ましいが、薄すぎる半導体層は所望量の光を吸収しない可能性があるので薄すぎてはいけない。よって、いくつかの実施形態では、シリコン／ゲルマニウムベース半導体は、約２ミクロン〜約１００ミクロン、いくつかの実施形態では、約３ミクロン〜約８０ミクロン、別の実施形態では、約４ミクロン〜約７０ミクロン、さらに別の実施形態では、約５ミクロン〜約６０ミクロンの平均厚を有することができる。当業者であれば、上記明確な範囲内の平均厚の追加の範囲が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。
【０２０７】
概して、個々のソーラーセルから成るソーラーパネルのアセンブリはさらに、Ｍｏｒｉｚａｎｅらの米国特許第６，８１８，８１９号「ソーラーセルモジュール」、Ｋａｔａｏｋａらの米国特許第６，３０７，１４５号「ソーラーセルモジュール」、両者ともＦｏｒｄらの米国特許第６，３６２，０２１号および米国特許第６，４２０，６４３号「シリコン薄膜、集積ソーラーセル、モジュール、およびその製造方法」に記載されており、４つとも参照により本明細書に組み込まれる。これらの特許の教示は、本明細書に記載の薄型半導体材料を用いるソーラーセルパネルの構造に対して適合させることができる。
【０２０８】
概して、シリコン／ゲルマニウムベース半導体の薄型シートから太陽電池モジュールを形成するには、モジュール全体を形成するのに使用可能な大型膜層を形成することができる。シリコン／ゲルマニウムベース半導体は、シリカガラス層などの透明基板上に直接蒸着させることができる。追加の不活性化層は、元素態シリコン層と透明基板間で蒸着させてもよいし、させなくてもよい。不活性化層は、たとえば、シリコン酸化物（ＳｉＯ2）またはシリコン富化酸化物（ＳｉＯx、ｘ＜２）を含むことができる。不活性化層は通常、約１０ナノメートル（ｎｍ）〜２００ｎｍ、別の実施形態では、３０ｎｍ〜１８０ｎｍ、別の実施形態では、５０ｎｍ〜１５０ｎｍの厚さを有することができる。前面不活性化層はさらに、反射防止塗布としての機能を果たすことができる。当業者であれば、上記明確な範囲内の厚さの追加の範囲が企図され、本開示に含まれることを認識するであろう。透明基板の表面は、蒸着プロセス前にテクスチャ加工することができる。適切な度合いのテクスチャは上述したとおりである。概して、テクスチャは不活性化層と、半導体層の全部または一部とを通じて移送される。不活性化層の裏面も半導体シートに形成することができる。
【０２０９】
追加のまたは別の実施形態では、シリコン／ゲルマニウムベース半導体の薄型シートを、剥離層を用いて移動させることができる。いくつかの処理は、剥離層から層を剥離する前にシリコン箔上で実行することができる。いくつかの実施形態では、不活性化層および／またはテクスチャは、蒸着後および処理後に上面に配置される。不活性化層は、光反応性蒸着、ＣＶＤ、ＰＶＤなどを用いて蒸着させることができる。テクスチャは、スパッタエッチングなどを用いて適用することができる。いったんテクスチャと不活性化層が半導体表面に配置されれば、たとえば接着剤などを用いて表面を透明基板に接着することができる。次に、剥離層を切断して半導体層を剥離することができる。次に、半導体の裏面を太陽電池セルに処理することができる。
【０２１０】
これらの各種実施形態では、半導体シートは、剥離層を有する半導体を移動させて、あるいは移動させずに透明基板に固定される。モジュールの性能基準である均一度を促進するために、単独大型シートからモジュール全体を形成するのが望ましい可能性がある。個々のセルは、大型シートから選択されたサイズに切断することができる。
【０２１１】
いったん所望の区域が概略的にマッピングされれば、セルをシートから切断することができる。セルは、ダイヤモンドエッジブレードまたは他の機械的方法を用いて切断することができる。ただし、利用可能なレーザ切断技術は、特にセル配置をリアルタイムで判定する場合に便利である。好適なレーザ切断システムは、米国マサチューセッツ州シャーリーのＯｘｆｏｒｄ  Ｌａｓｅｒｓ社、米国マサチューセッツ州オックスフォードのＩＰＧ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ社（１０７０ｎｍで動作するイッテルビウムレーザ）、および他の商用源から購入可能である。セルは通常、透明基板に接着されるシリコンシートで切断される。レーザ切断アプローチは、透明基板が機械的一体性を保持する限り、セルの性能に損傷を及ぼさずに透明基板に切断することができる。概して、セルのレーザ切断は、接点のドーピングに関連するステップの前、後、または途中で実行することができる。
【０２１２】
前面は透明基板に結合され、半導体の裏面はさらなる処理のために露出される。構造は、図２３および２４に概略的に示される。図示されるように、９個の太陽電池セル６６０は、透明基板６６２に配置される。図２４を参照すると、太陽電池セル６６０は、表の不活性化層６６４、半導体層６６６、および裏の不活性化層６６８を備える。９個の太陽電池セルが図示されているが、モジュールは、１個の太陽電池セル、１０個の太陽電池セル、２５個の太陽電池セル、５０個の太陽電池セル、１００個の太陽電池セル、５００個の太陽電池セル、１０００個の太陽電池セル、またはそれ以上などの様々な数の太陽電池セルを有することができる。当業者であれば、これらの明確な数の間のモジュール内の太陽電池セルの数のすべての追加値が検討されており、本開示に明確に含まれると認識するであろう。
【０２１３】
ソーラーセル設計の特定のアプローチでは、電気接点のために異なる配置を有するように、電気接点を設計することができる。電気接点は、ｎドープされた領域、ｐドープされた領域、および適切な電流コレクタを備える。本明細書に記載の薄シリコン箔の処理に関しては、箔の取扱を簡易化するために裏面に接点を貼付するのが便利でありうる。太陽電池セル形成のための効率的な裏面処理のアプローチは、２００７年２月１６日に出願されたＨｉｅｓｌｍａｉｒらの同時係属米国特許出願第６０／９０２，００６号「太陽電池セル構造、ソーラーパネル、およびその対応プロセス」にさらに記載され、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【０２１４】
半導体箔から形成される表示回路および他の集積回路
薄半導体シートは、ディスプレイ用回路および他の集積回路構造の形成のための多用途の基板であってもよい。シリコン／ゲルマニウム半導体箔は、フォトリソグラフィ技術、および任意で印刷タイプの技術などの他のパターニングアプローチとともにさらに処理することができる。特に、薄型化ディスプレイ装置の形成のために利用可能なトランジスタ素子、たとえば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子のシートを形成することができる。
【０２１５】
概して、薄シリコン／ゲルマニウムベース半導体シートは、永久基板上、あるいは一時的基板上の剥離層に蒸着することができる。シートは、トランジスタまたは他の回路構造を形成するためにパターン化することができる。いくつかの実施形態では、シリコン／ゲルマニウム半導体は、たとえばサブミクロン平均厚を有するようにさらに薄型化することができる。薄半導体膜からフォトリソグラフィ技術を用いて薄膜トランジスタを形成することは、Ｙａｍａｚａｋｉらの米国特許第６，７８７，８０６号「半導体薄膜およびその製造方法と、半導体装置およびその製造方法」およびＹａｍａｚａｋｉの米国特許第７，１１５，９０２号「電気光学装置およびその製造方法」にさらに記載されており、両者は参照により本明細書に組み込まれる。
【０２１６】
パターニングに関しては、ドーパントは、シートに沿って薄い表面積に導入することができる。これらの領域は、熱／炉べース、レーザベース、または類似のドーパントドライブインで印刷されたドーパントを用いて形成することができる。特に関係する実施形態では、ドーパントは、ドーパント担持インク内で搬送され、産業用インクジェットを用いて分配することができる。大面積全体のインクジェット解像度は現在、２００〜８００ｄｐｉで容易に利用でき、それは単独ドロップで１００〜２００ピッチラインをパターン化し、レーザ切込孔を覆うのに十分である。また、インクジェット解像度は向上し続けている。２つのインクを通常使用することができ、１つのインクがリンおよび／またはヒ素などのｎ型ドーパントを提供し、第２のインクがボロン、アルミニウムおよび／またはガリウムなどのｐ型ドーパントを提供する。
【０２１７】
概して、露出シリコンに所望のドーパント原子を供給できる任意の妥当なインクを使用することができる。たとえば、液体を含むリンまたはボロンを蒸着することができる。特に、好適なインクは、たとえば、リン酸トリオクチル、エチレングリコールおよび／またはプロピレングリコール内のリン酸、または、エチレングリコールおよび／またはプロピレングリコール内のホウ酸を備えることができる。いくつかの実施形態では、無機物粒子を充填したインクを蒸着してドーパントを提供することができる。たとえば、無機物粒子はドープしたシリカを備えることができる。ドープしたシリカガラスが、フォトリソグラフィ工程を用いて、太陽電池セル用のドーパントを供給するのに使用されてきた。ドープした粒子を有するインクの使用は、インクジェット印刷の利点を有するフォトリソグラフィックアプローチと同様の性能を提供することができる。
【０２１８】
ドープしたシリカ（ＳｉＯ2）粒子は通常、流ベースまたは溶液ベースのアプローチのいずれかから形成することができる。強電磁放射源からの光が反応を駆動して粒子を形成する光ベースの熱分解／レーザ熱分解を利用して、高均一度で商用量の無機物粒子を合成する方法が利用可能である。レーザ熱分解は、組成、結晶性、およびサイズが非常に均一である粒子の形成に役立つ。さらに、無機物粒子は、たとえば、拡散性が高く、所望の構造に容易に組み込める所望の表面特性を有する粒子をもたらすレーザ熱分解を利用して、有効に形成することができるが、他の粒子源も使用可能である。レーザ熱分解によって形成されるドープしたシリカ粒子は、Ｈｏｒｎｅらの米国特許第６，８４９，３３４Ｂ号「光学材料および光学装置」にさらに記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【０２１９】
レーザ熱分解によって形成される粒子は通常、適度な濃度で分散されるような適切な表面化学的性質を有する。粒子拡散の安定性は、粒子の表面修飾を通じて高濃度粒子で改善させることができる。概して、粒子の表面特性は粒子の拡散に影響を及ぼす。粒子の表面特性は通常、統合アプローチだけでなく統合後処理にも左右される。多くの界面活性剤などの表面活性剤のいくつかは、粒子表面との非結合相互作用を介して作用する。いくつかの実施形態では、所望の特性は、粒子表面に化学的に結合する表面変性剤の使用を通じて得られる。好適な表面変性剤は、たとえば、Ｏ−Ｓｉ結合により金属酸化物および半金属酸化物粒子と化学結合するアルコキシシランである。特に、トリアルコキシシランは、粒子表面との安定的な結合を形成する。シランのサイドグループは、表面修飾された粒子の結果的に生じる特性に影響を及ぼす。
【０２２０】
無機物粒子拡散からインクを形成するには、所望により、粘度改質剤、界面活性剤などの他の添加剤を含めることができる。半導体をドープするドーパントインクは、２００７年１月３日に出願されたＨｉｅｌｓｍａｉｒの同時係属仮特許出願第６０／８７８，２３９号「ドープ拡散および半導体基板をドープするプロセス」にもさらに記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【０２２１】
ドーパントインクの蒸着後、溶媒および／または他の有機物を除去するために、任意の乾燥ステップを使用することができる。ミクロン未満の厚さの薄膜は、ドーパントドライブインプロセスのために残しておくことができる。ドライブインステップの間、蒸着されたドーパント元素はシリコン内に駆動されて、シリコン内でドープ領域を形成する。ドライブインは、固体状態拡散を加速するように炉内の加熱で実行することができる。ドーパントの熱ドライブインは通常、シリコン内のドーパントのガウスプロファイルをもたらすため、所望の全体ドープレベルを得るように比較的深いドーパント構造が通常得られる。
【０２２２】
ただし、いくつかの実施形態では、レーザドライブインは、たとえば、エキシマレーザなどのＵＶレーザを用いて実行される。１０〜１０００ｎｓのエキシマレーザパルスは結果的に、２０〜８０ｎｍの深さまで１４００℃を超える温度でシリコンを融解させることができる。オーバ層のドーパントは溶融シリコン内で急速に拡散するが、通常は溶融シリコンを超えてほとんど拡散しない。よって、ほぼ段階状に、ドーパントプロファイラは、溶解度より高いレベルに達することの可能なドーパント濃度を達成することができる。さらに、大量のシリコン層と下層は、環境室温またはその近傍にとどまる。よって、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さの浅いプロファイルで、高ドープした接点を形成することができる。浅いプロファイルのいくつかの実施形態では、ドーパントプロファイルは、半導体表面の約１００ｎｍ内に半導体ドーパントの少なくとも約９５原子パーセントを有する。ドーパントプロファイルは、表面からのさまざまな深さをサンプリングするため、スパッタリングまたは他のエッチングと共に元素態組成を推定する二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を用いて測定することができる。２０ｎｓパルスでは約０．７５Ｊ／ｃｍ2、または２００ｎｓパルスでは１．８Ｊ／ｃｍ2のエキシマレーザのフルエンスは、浅い溶融領域にとって好適なパラメータである。
【０２２３】
ドーパントインクの中には、ドライブイン後、もしあっても少ししか残余物を残さないものもある。ドープしたシリカ（ＳｉＯ2）を使用するドーパントインクは通常、ドーパントドライブイン後に表面から清掃される。残りのＳｉＯ2と一部の不純物はそれぞれＨＦエッチングで除去される。結果として生じる半導体シートは、不十分にしか通電しない半導体領域によって分離されるドープ領域を有する。
【０２２４】
追加層を半導体シート上に築くことができる。これらの構造は、フォトレジストでのフォトリソグラフィなどの従来の半導体蒸着プロセスや、ＣＶＤ、ＰＶＤなどの表面ベースの蒸着アプローチを用いて形成することができる。さらに、シリケート、シロキサン、またはシルセスキオキサンに基づくスピンオンガラスは、Ｆｉｌｍｔｒｏｎｉｃｓ社から市販されている。いくつかの実施形態では、半導体インクは、純粋な形でまたはドーパントと共に、シリコン／ゲルマニウムベース半導体に処理可能な半導体前駆体を蒸着するために使用することができる。ポリシランを使用して、半導体材料に分解する穏やかな加熱処理を通じて処理可能なこれらの機能インクを形成することができる。低レベルの架橋結合の高分子量ポリシランを有する高機能インクは、２００７年２月１７日に出願されたＤｉｏｕｍａｕｖらの同時係属米国特許出願第６０／９０１，７８６号「機能インクおよびその用途」にさらに記載され、これは参照により本明細書に組み込まれる。これらの機能インクは、インクジェット印刷などの任意の妥当な印刷アプローチを用いて蒸着させることができる。印刷アプローチは、フォトリソグラフィおよび関連蒸着アプローチと比較して高速で安価なアプローチでありうる一方、印刷は、さらなる改善の期待される既存技術を用いて適度な解像度を達成することができる。また、これらの機能インクは、従来の処理アプローチよりも低い温度処理で半導体構造を形成するのに使用することができる。基板および剥離層は、インクの硬化温度と両立可能になるように選択することができる。
【０２２５】
薄膜トランジスタを組む込むディスプレイは、電子文書用の小型で安価なディスプレイ、または様々な用途の大型ディスプレイであってよい。ディスプレイ用途のＴＦＴ形成のためのフォトリソグラフィ技術は、Ｐｏｗｅｌｌの米国特許第６，７５９，７１１号「トランジスタの製造方法」にさらに記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【０２２６】
実施例
この実施例では、剥離層上への比較的高密度のシリコンシートの形成を説明する。
【０２２７】
これらの実験は、反応チャンバの上から搬送された反応物を有する構造の図８〜１０に示される装置と類似の装置で実行された。実験に使用される特定の装置に関して言えば、反応物導入ノズル７０４の下に取り付けられたステージ７０２を示す反応チャンバ７００の断面が図２７に示される。ステージ７０２は、基板から光線の中心までの距離が１ｍｍ〜２０ｍｍ間に調節されうるように調節可能である。光線は、光管７１０上の取付台７０８の開口部７０６を通ってチャンバ７００に入射することができる。出射管７１２は、チャンバを通る放射後の光線を受け取る。ステージ７０２は、アクチュエータポート７１４を通ってチャンバ７００に入るアクチュエータアームに接続する。
【０２２８】
ステージ７０２の別の図を図２８に示す。ステージ７０２は、支持プラットフォーム上に取り付けられたボロン窒化物ヒータ７２２を有するステンレス鋼支持プラットフォーム７２０を備える。ボロン窒化物ヒータは、ＧＥ  Ｃｅｒａｍｉｃｓから入手した。ヒータ７２２は、ウェハ形状のプラットフォーム７２４とレッグ７２６を有する。シリコン基板７２８は、ノブ７３０およびポスト７３２を有するプラットフォーム７２４の上面に保持される。基板７２８の直径は４インチである。
【０２２９】
蒸着プロセス中、ボロン窒化物ヒータは、基板の温度を約８００℃に保持した。２回の塗布走行が実行された。第１の塗布走行でシリコン富化窒化物剥離層を蒸着し、第２の走行で結晶シリコンを蒸着した。
【０２３０】
走行中、ステージは、表１に明記される速度でノズル１サイクルまたは２を通過して移動した。光反応性蒸着による剥離層塗布生成の反応条件を表１に示す。
表１
レーザ出力光（ワット）                  １８００
チャンバ圧力（トール）                    １００
基板温度（℃）                            ８２０
ステージ速度（ｉｎ／秒）                    １０
アンモニア（立方センチメートル毎分）   ３０ｃｍ／ｍｉｎ
アルゴン（立方センチメートル毎分）        ４００
ＳｉＨ4（立方センチメートル毎分）         ５００
蒸着時間（分）                              ５０
剥離層の蒸着後、結晶シリコン層が表２の条件に従い蒸着された。
表２
レーザ出力光（ワット）                  １８００
チャンバ圧力（トール）                    １００
基板温度（℃）                            ８２０
ステージ速度（ｃｍ／分）                    １０
アルゴン（立方センチメートル毎分）        ７００
ＳｉＨ4（立方センチメートル毎分）         ２５０
蒸着時間（分）                                ５
塗布走行の完了後、基板には、ウェハの表面全体に均一な灰色／黒色塗布が出現した。シリコンの色は、元素態シリコンの予測された色と類似していた。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で測定したところ、塗布は厚さ約５０ミクロン、多孔率は約５０％だった。本実施形態において、剥離層を裂くのに十分な静電気が観察された。基板上に結果的に生じたシリコン箔の上面の顕微鏡写真を図２９に示す。図３０は、剥離層から分離され破砕されたシリコン箔の部分の縁部を示す。剥離層の残りを基板表面に見ることができる。図３１は、基板から分離されたシリコン箔の断片を示す。図３２は図３１の断片の下面を示し、剥離層の残りに対応するのが明るい色である。
【０２３１】
上記の実施形態は、説明を目的としており、限定を目的としていない。追加の実施形態が請求項に含まれる。さらに、本発明は特定の実施形態に関して説明しているが、当業者であれば、本発明の精神と範囲を逸脱せずに、形式および細部を変更することができると認識するであろう。上記文書の参照による組込は、本明細書の明確な開示に反する主題が組み込まれないように限定される。
【図面の簡単な説明】
【０２３２】
【図１】高生成速度で光反応性蒸着を実行するための反応チャンバの側面斜視図である。
【図２】図１の反応器などの反応システムに流れる蒸気／ガス反応物の搬送のための反応物搬送システムの概略図である。
【図３】エアロゾルおよびガス／蒸気組成を反応チャンバに搬送するためのエアロゾル発生器を有する反応物導入ノズルの側断面図で、断面はインサートの線３−３に沿った断面である。インサートは長細反応物入口の上面を示す。
【図４】図３のインサートの線４−４に沿った、図３の反応物導入ノズルの側断面図である。
【図５】高密度塗膜が反応チャンバ内で基板に塗布される光反応性高密度蒸着装置の概略図である。
【図６】反応物を基板近傍に位置する反応ゾーンに搬送する反応物ノズルの斜視図である。
【図７】線７−７に沿った図６の装置の断面図である。
【図８】光反応性高密度蒸着を実行するための反応チャンバの実施形態の斜視図である。
【図９】図８の光反応性蒸着チャンバの反応チャンバの拡大図である。
【図１０】図８の反応チャンバの基板支持の拡大図である。
【図１１】光反応性高密度蒸着を実行する装置の代替実施形態の斜視図である。
【図１２】図１１の装置の反応物搬送システムの概略図である。
【図１３】図１１の装置の反応チャンバの拡大図である。
【図１４】線１４−１４に沿った図１３の反応チャンバの断面図である。
【図１５】基板ホルダ部が取り外され、バッフルシステムが可視である、図１３の反応チャンバの別の断面図である。
【図１６】図１３の反応チャンバの反応物導入ノズルの上面図である。
【図１７】図１３の反応チャンバのノズル用の駆動システムの一部であるデュアル線形マニピュレータの斜視図で、デュアル線形マニピュレータは視界を分離するために反応チャンバから分離される。
【図１８】大きな基板の移送用に構成される光反応性蒸着装置の概略図である。
【図１９】一部をマスクで覆われた粉体被覆を有する基板の上面図である。
【図２０】矢印が層状構造からの保護膜層の分離を概略的に示す、剥離層を有する層状構造の概略斜視図である。
【図２１】剥離層からの除去後の構造保護膜の概略斜視図である。
【図２２】層状保護膜構造の層の部分側面図である。
【図２３】層状保護膜構造の別の実施形態の層の部分側面図である。
【図２４】大面積層上にパターン化された蒸着島を有する大面積層の概略斜視図である。
【図２５】太陽電池セルに処理するために、透明基板上に取り付けられる複数の半導体セグメントを有する透明基板の上面図である。
【図２６】図２５の線２６−２６に沿った図２５の構造の側断面図である。
【図２７】上方から生成物流を受け取るように位置するステージを有する光反応性蒸着反応チャンバの内部を示す側面透視断面図である。
【図２８】反応チャンバから分離して示される図２７のステージの斜視図である。
【図２９】光反応性蒸着により基板上に合成されるシリコン箔の上面の顕微鏡写真である。
【図３０】剥離層から分離されたシリコン箔の断片とシリコン箔の残りの部分とがまだ装着されている縁部を示す顕微鏡写真である。
【図３１】シリコン箔の断片を示す写真である。
【図３２】図３１のシリコン箔の反対側を示す写真で、明るい色の方が剥離層の残りに対応する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【国際調査報告】
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