CN105899716A - 用于将多个薄的固体层与厚的固体分离的组合制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造固体层的方法。制造方法至少包括下述步骤：提供用于分离多个固体层(4)的固体(2)；在固体(2)中引入或产生缺陷，用于预设第一剥离平面(8)，沿着所述第一剥离平面将第一固体层(4)与固体(2)分离；设置容纳层(10)，用于将固体层(4)保持在固体(2)上；热加载容纳层(10)用于在固体(2)中尤其机械地产生应力，其中裂缝通过应力在固体(2)中沿着剥离平面(8)扩展，所述裂缝将第一固体层(4)与固体(2)分离；接着设置第二容纳层用于将另一固体层(5)保持在减小了第一固体层(4)的固体(2)上；在固体(2)中引入或产生缺陷，用于预设第二剥离平面(9)，沿着所述第二剥离平面将第二固体层(5)与固体(2)分离；热加载第二容纳层用于在固体(2)中尤其机械地产生应力，其中裂缝通过应力在固体(2)中沿着第二剥离平面(9)扩展，所述裂缝将第二固体层(5)与固体(2)分离。

Description

用于将多个薄的固体层与厚的固体分离的组合制造方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的主题的用于制造固体层的方法以及一种借助于所述方法制造的晶片(权利要求10)。
背景技术
在许多技术领域中(例如微电子或光伏技术)需要通常为薄的片和板形式(所谓的晶片)的材料，如硅、镓或蓝宝石。按标准，现在通过锯割从晶棒中制造这种晶片，其中产生相对大的材料损耗(“kerf-loss(切割损失)”)。因为所使用的初始材料通常是非常昂贵的，所以极为渴求以小的材料耗费并进而更高效且成本更低地制造这种晶片。
例如，以现在常见的方法仅在制造用于太阳能电池的硅晶片时作为“kerf-loss”就损失所使用的材料的几乎50％。在世界范围来看，这对应于每年超过二十亿欧元的损失。因为晶片的成本占制成的太阳能电池的成本的最大部分(超过40％)，所以通过相应地改进晶片制造可以显著地降低太阳能电池的成本。
对于没有切割损失的这种晶片制造(“kerf-free wafering”)显得特别有吸引力的是下述方法，所述方法弃用传统的锯割并且例如可以通过使用温度诱导的应力直接将薄的晶片与较厚的工件分割。尤其，如例如在PCT/US2008/012140和PCT/EP2009/067539中所描述的方法属于这种方法，在那里为了产生应力使用涂覆到工件上的聚合物层。
在提到的方法中，聚合物层具有与工件相比高了大约两个量级的热膨胀系数。此外，通过利用玻璃化转变可以实现在聚合物层中的相对高的弹性模量，使得在层系统(聚合物层工件)中可以通过冷却诱导足够大的应力，以便实现晶片与工件的分割。
在将晶片与工件分割时，在提到的方法中相应在晶片的一侧上还附着有聚合物。在此，晶片沿朝所述聚合物层的方向非常大幅度地弯曲，这使受控制的分割变得困难，并且例如会造成被分割的芯片的厚度波动。此外，大幅度的弯曲使进一步的加工变得困难并且甚至会造成晶片的折断。
在使用根据目前的现有技术的方法时，所制造的晶片通常分别具有较大的厚度波动，其中空间上的厚度分布通常显现为具有四重的对称性的图案。在整个晶片上看，总厚度波动(“total thickness variation”，TTV)在使用目前的方法的情况下通常大于100％的平均晶片厚度(例如平均厚度为100微米的晶片，例如晶片在其最薄的部位处为50微米厚以及在其最厚的部位处为170微米厚，具有170-50＝120微米的TTV，这相对于其平均厚度对应于120％的总厚度波动)。具有这种大幅度厚度波动的晶片并不适合于许多应用。此外，在最经常出现的四重的厚度分布图案中，具有最大的波动的区域不利地位于晶片的中心，在此这些波动大多数情况是碍事的。
此外，在根据当前现有技术的方法中，在分割时断裂传播期间在相关的层系统中甚至出现不期望的振荡，所述振荡会不利地影响断裂前部的走向并且尤其会造成被分割的晶片的显著的厚度波动。
此外，在目前的方法中困难的是，确保在聚合物层的整个面上可再现的良好的热接触。然而，局部不足的热接触由于所使用的聚合物的小的热导率会造成在层系统中的不期望的、显著的局部的温度偏差，这对其而言负面地影响所产生的应力场的可控性并且进而影响所制造的晶片的质量。
一个替选的同样不借助于锯割实现的方法通过文献DE 692 31 328T2描述。根据所述文献，借助于离子注入将具有150keV的H+离子引入单晶的硅板中。在此，将H+离子受控制地引入硅板中，使得所述H+离子基本上在板之内的限定的平面上。在此注入的H+离子的剂量在此大于1016cm-2，由此由于将硅板加热到大于500℃的温度而引起所引入的离子的聚结，这造成硅板的与所引入的离子的平面相邻的部分的分离。
所述方法是非常成本高昂且复杂的，因为必须提供具有相应的控制装置的极其耗费的离子炮。此外，离子的注入由于高剂量而持续相当长。此外，硅板的加热需要高的能量施加并且防止在这样高的温度下受损伤的电构件在加热之前设置在硅板上。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种用于制造固体层的方法，所述方法实现成本低廉地制造具有均匀的厚度的、尤其具有小于120微米的TTV的固体板的或晶片。
上述的目的通过根据权利要求1的用于制造固体层的方法实现。所述方法至少包括下述步骤：提供用于分割多个固体层的固体；在固体中引入或产生缺陷，用于预设第一剥离平面，沿着所述第一剥离平面将第一固体层与固体分离；设置容纳层，用于将固体层保持在固体上；热加载容纳层用于在固体中尤其机械地产生应力，其中裂缝通过应力在固体中沿着剥离平面扩展，所述裂缝将第一固体层与固体分离；接着设置第二容纳层用于将另一固体层保持在减小了第一固体层的固体上；在固体中引入或产生缺陷，用于预设第二剥离平面，沿着所述第二剥离平面将第二固体层与固体分离；热加载第二容纳层用于在固体中尤其机械地产生应力，其中裂缝通过应力在固体中沿着第二剥离平面扩展，所述裂缝将第二固体层与固体分离。
产生剥离平面的步骤和施加另一容纳层的步骤以及热加载设置在固体上的聚合物层用于在固体中尤其机械地产生应力的步骤可以以任意频率重复或执行。优选地，借助于根据本发明的方法将多于或刚好三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个、十五个、二十个、二十五个或三十个固体层或晶片与固体分离。在此，固体的厚度或轴向长度和被分离的层的厚度或轴向长度预设最大的重复数量的边界。
所述解决方案是有利的，因为能够以有利的方式将多个固体层从固体分离，尤其是分割。缺陷的引入或产生引起期望断裂平面的产生或用于借助于应力释放的和/或引导的裂缝的引导。通过根据本发明的方法可以降低所产生的固体层的TTV，使得可以从固体中得到更多个固体层。
其他优选的实施方式是从属权利要求以及后续描述的主题。
根据本发明的一个优选的实施方式，通过热加载相应的容纳层、尤其相应的聚合物层由固体产生用于剥离固体层的应力。热加载优选是：将容纳层或聚合物层冷却到环境温度或低于环境温度并且优选低于10℃并且特别优选低于0℃并且更优选低于-10℃。聚合物层的冷却最优选以下述方式进行，即对优选由PDMS构成的聚合物层的至少一部分实施玻璃化转变。在此，冷却可以是冷却到低于-100℃，冷却例如可以借助于液态的氮实现。所述实施方式是有利的，因为聚合物层根据温度变化而收缩和/或经受气体转变并且在此产生的力传递到固体上，由此可以在固体中产生机械应力，所述机械应力造成裂缝的释放和/或造成裂缝扩展，其中裂缝首先沿着用于分割固体层的第一剥离平面扩展。
根据本发明的一个优选的实施方式，在热加载聚合物层用于产生用于剥离第一固体层的应力的步骤之后以及在固体中引入或产生的缺陷用于预设第二剥离平面的步骤之前分别对固体的通过分离第一固体层而露出的表面进行切削加工。所述加工步骤可以始终在热加载聚合物层以产生用于剥离固体层的应力之后并且在固体中引入或产生缺陷用于预设另一剥离平面之前进行。由于有利的根据本发明的方法，即使有，仅需要再加工或磨掉固体的非常小的组成部分。尽管如此，所述加工步骤得到非常平坦的表面并进而使得改进在固体的结构内的缺陷的引入或产生。
根据本发明的另一优选的实施方式，通过引入离子引起缺陷的引入，其中设有用于提供引入固体中的离子的辐射源，其中辐射源定向为，使得由所述辐射源放射的离子侵入固体中。所述实施方式是有利的，因为其结合通过应力诱导的裂缝扩展和裂缝释放相对于仅基于离子注入的固体层产生明显更有利、更快且更高能效。此外，借助于所述方法可以将由不同材料构成的固体更多分成固体层，因为工艺温度明显更低。本发明的另一优点是，由于注入的离子，可以在固体中产生剥离平面或缺陷层，裂缝通过所述剥离平面或缺陷层在裂缝扩展时传导或引导，这实现非常小的TTV、尤其小于100微米或小于80微米或小于60微米或小于40微米或小于20微米或小于10微米或小于5微米的TTV。因此，离子注入在固体内部形成一种穿孔，裂缝扩展沿着所述穿孔进行或固体层沿着所述穿孔与固体分离。因此，至少一个或刚好一个辐射源优选定向为，使得由所述辐射源放射的离子侵入固体中。辐射源优选用于提供H+离子或稀有气体离子，例如物质氦、氖、氪和氙，其中同样可以使用其余未提到的稀有气体的离子。此外可考虑的是，以分离的或组合的方式或者同时地或相继地使用之前提到的物质和/或其他物质的离子。
根据本发明的另一优选的实施方式，以预设剂量的离子加载固体，其中预设剂量小于等于5+1016cm-2、小于1015cm-2或小于1014cm-2或小于1013cm-2。所述实施方式是有利的，因为虽然通过小剂量在固体内产生引起有利的裂缝引导的缺陷，但是注入时间是相对短的。附加地或替选地，对固体回火，使得防止引入固体中的离子的聚结。聚结通常表示胶质的微粒的汇合。在此，在分散介质(固体)中精细地分布的微粒或离子称作胶体。所述实施方式是有利的，因为不仅温度稳定的固体而且温度临界的固体或具有温度临界的组成部分的固体例如电子构件也可以被处理，所述电子构件在大于50℃或大于100℃或大于200℃或大于300℃或大于400℃或大于500℃的温度下被损伤。
根据本发明的另一优选的实施方式，通过至少一个构成为激光器的辐射源引起缺陷的产生，其中由辐射源放射的射束在固体内的预定的位置处产生缺陷。所述实施方式是有利的，因为由于辐射源而可以在固体中产生剥离层或缺陷层，通过所述剥离层或缺陷层在裂缝扩展时传导或引导裂缝，这非常精确地实现非常小的TTV，尤其小于100微米或小于80微米或小于60微米或小于40微米或小于20微米或小于10微米或小于5微米的TTV。因此，晶片的或固体层的射束加载在固体内部形成一种穿孔，沿着所述穿孔进行裂缝扩展或沿着所述穿孔将固体层与固体分离。
根据本发明的另一优选的实施方式，辐射源(例如构成离子炮或激光器)设定为，使得由所述辐射源放射的用于产生剥离平面的射束侵入固体中到限定的深度、尤其＜100μm的深度。优选地，剥离平面平行地与固体的靠外的且优选平坦的表面隔开地构成。优选地，在固体内剥离平面与固体的平坦的表面隔开小于100微米并且优选小于50微米并且特别优选小于20微米、10微米、5微米或2微米地构成。
根据本发明的另一优选的实施方式，固体具有硅和/或镓和/或陶瓷材料，尤其钙钛矿材料并且容纳层优选由聚合物层构成，其中聚合物层和/或保持层至少部分地并且优选完全地或大于75％地由聚二甲基硅氧烷(PDMS)构成，其中保持层设置在稳定化装置的至少部段地平坦的面上，所述稳定化装置至少部分地由至少一种金属构成。稳定化装置优选是板，尤其具有铝或由其构成的板。所述实施方式是有利的，因为通过稳定化装置和保持层将固体限定或固定地保持，由此可以非常准确地在固体中产生应力。
根据本发明的另一优选的实施方式，在固体中的应力能够设定或产生为，使得可以控制裂缝释放和/或裂缝扩展以产生在裂缝平面中形成的表面的形貌。因此，优选可以在固体的不同区域中优选至少暂时不同强度地产生应力。所述实施方式是有利的，因为通过控制裂缝释放和/或裂缝走向可以有利地影响产生的或分离的固体层的形貌。
固体优选具有元素周期表的主族3、4和5中的一个中的材料或材料组合，例如Si、SiC、SiGe、Ge、GaAs、InP、GaN、Al2O3(蓝宝石)、AlN。特别优选地，固体具有由在周期表的第三和第五族中存在的元素构成的组合。在此，可考虑的材料或材料组合例如是砷化镓、硅、碳化硅等。此外，固体可以具有陶瓷(例如Al2O3-氧化铝)或由陶瓷构成，优选的陶瓷在此例如通常是钙钛矿陶瓷(例如含Pb-、含O-、含Ti/Zr的陶瓷)并且特定为铌酸铅镁、钛酸钡、钛酸锂、钇铝石榴石尤其用于固体激光器应用的钇铝石榴石晶体，SAW陶瓷(surface acousticwave表面声波)，例如铌酸锂、磷酸镓、石英、钛酸钙等。因此，固体优选具有半导体材料或陶瓷材料或特别优选地固体由至少一个半导体材料或陶瓷材料构成。还可考虑的是，固体具有透明的材料或部分地由透明的材料、例如蓝宝石构成或制成。在此考虑单独或与其他材料组合地作为固体材料的其他材料例如是“宽带隙”材料，InAlSb，高温超导体，尤其稀土金属铜酸盐(例如YBa2Cu3O7)。
本发明还涉及一种晶片，所述晶片根据权利要求1至9中任一项的方法制造。
此外，文献PCT/US2008/012140和PCT/EP2009/067539的主题全面地通过参引成为本专利申请的主题。同样，所有其他在本专利申请的申请日由申请人同样提交的并且涉及固体层的制造的领域的其他专利申请的主题全面地成为本专利申请的主题。
附图说明
根据下文对所附的附图的描述来阐述本发明的其他优点、目的和特性，在附图中示例地示出根据本发明的晶片制造。根据本发明的晶片制造的在附图中至少基本上在其功能方面一致的构件或元件在此可以用相同的附图标记表示，其中不必在所有附图中对这些构件或元件进行标号或阐述。
在下面描述的附图的各个示图或所有示图优选视为结构图，也就是说，从附图中得到的尺寸、比例、功能关系和/或布置优选准确地或优选基本上对应于根据本发明的设备的或根据本发明的产品的尺寸、比例、功能关系和/或布置。
其中示出：
图1a示出用于在固体中产生缺陷的示意性结构；
图1b示出在将固体层与固体分离之前的层布置的示意图；
图1c示出在将固体层与固体分离之后的层布置的示意图；以及
图2示出多个固体层与固体的分离。
具体实施方式
在图1a中示出设置在辐射源18、尤其激光器或离子炮的区域中的固体2或衬底。固体2优选具有平坦的第一面部分14和和平坦的第二面部分16，其中平坦的第一面部分14优选基本上或准确地平行于平坦的第二面部分16地定向。平坦的第一面部分14和平坦的第二面部分16优选沿Y方向对固体2限界，所述Y方向优选竖直地或垂直地定向。平坦的面部分14和16优选分别在X-Z平面中延伸，其中X-Z平面优选水平地定向。此外，可从该示图中获知，辐射源18将离子6或射束7放射到固体2上。当辐射源18构成为离子源6时，离子6根据配置以限定的深度侵入固体2中并且保留在那。如果辐射源18构成为激光器，那么射束6或光波侵入固体中并且在预定的位置上产生缺陷。
在图1b中示出多层布置，其中固体2包含剥离平面8并且在平坦的第一面部分14的区域中设有保持层12，所述保持层又优选与另一层20重叠，其中另一层20优选是稳定化装置、尤其金属板。在固体2的平坦的第二面部分16上优选设置有聚合物层10。聚合物层10和/或保持层12优选至少部分地且特别优选完全地由PDMS构成。
在图1c中示出在裂缝释放和随后裂缝引导之后的状态。固体层4附着在聚合物层10上并且可以与固体2的留下的剩余物隔开或可隔开。在固体2内再次引入或产生缺陷之前或之后优选再次将另一聚合物层施加到固体2的通过分割第一固体层4而露出的表面上。优选地，在每次将固体层4、5与固体2分离之后，尤其只要固体2的剩余厚度还适合于分离为两个晶片，那么将聚合物层施加到固体2的露出的表面上。
在图2中示出固体2的四个不同的示意图。固体2在每个示图中具有不同的轴向长度(沿Y方向)。固体2的长度从示图I起朝向示图IV变化，使得所述长度越来越短，因为从I-IV总是去除一固体层4、5、40。也就是说，在II中示出的固体2缩短了在I中示出的固体层4，因为所述第一固体层4沿着剥离平面8被分离或剥离。在IV中，固体2构成优选或基本上允许分为两个固体层的长度，所述固体层优选具有与之前从固体2分离的固体层4、5近似的长度(沿Y方向)。
在此可考虑的是，在分离固体层4之后将固体2用磨削法处理，由此同样进行固体的轴向的长度减少。然而，不能从示图中获知固体2的通过磨削实现的轴向的长度减少。
因此，本发明涉及一种用于制造固体层4的方法。在此，该制造方法优选至少包括下述步骤：提供用于分离多个固体层4的固体2；在固体2中引入或产生缺陷，用于预设第一剥离平面8，沿着所述第一剥离平面将第一固体层4与固体2分离；设置容纳层10，用于将固体层4保持在固体2上；热加载容纳层10用于在固体2中尤其机械地产生应力，其中裂缝通过应力在固体2中沿着剥离平面8扩展，所述裂缝将固体层4与固体2分离；设置第二容纳层用于将另一固体层5保持在固体2上；在固体2中引入或产生缺陷，用于预设第二剥离平面9，沿着所述第二剥离平面将第二固体层5与固体2分离；热加载第二容纳层用于在固体2中尤其机械地产生应力，其中裂缝通过应力在固体2中沿着第二剥离平面9扩展，所述裂缝将第二固体层5与固体2分离。
附图标记列表
2 固体
4 第一固体层
5 第二固体层
6 离子
7 射束
8 第一剥离平面
9 第二剥离平面
10 聚合物层
12 保持层
14 平坦的第一面部分
16 平坦的第二面部分
18 辐射源
20 稳定化装置
30 另一剥离平面
31 又一剥离平面
40 另一固体层
41 又一固体层
X 第一方向
Y 第二方向
Z 第三方向

Claims (10)

1.一种用于制造固体层的方法，
所述方法至少包括下述步骤：
提供用于分割多个固体层(4)的固体(2)；
在所述固体(2)中引入或产生缺陷，用于预设第一剥离平面(8)，沿着所述第一剥离平面将第一固体层(4)与所述固体(2)分离；
设置容纳层(10)，用于将所述固体层(4)保持在所述固体(2)上；
热加载所述容纳层(10)用于在所述固体(2)中尤其机械地产生应力，其中裂缝通过所述应力在所述固体(2)中沿着所述剥离平面(8)扩展，所述裂缝将所述第一固体层(4)与所述固体(2)分离；
接着设置第二容纳层用于将另一固体层(5)保持在减小了所述第一固体层(4)的固体(2)上；
在所述固体(2)中引入或产生缺陷，用于预设第二剥离平面(9)，沿着所述第二剥离平面将所述第二固体层(5)与所述固体(2)分离；
热加载所述第二容纳层用于在所述固体(2)中尤其机械地产生应力，其中裂缝通过所述应力在所述固体(2)中沿着所述第二剥离平面(9)扩展，所述裂缝将所述第二固体层(5)与所述固体(2)分离。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在热加载所述聚合物层以产生用于分离所述第一固体层(4)的应力的步骤之后以及在所述固体(2)中引入或产生缺陷以预设第二剥离平面(9)的步骤之前进行所述固体(2)的通过分离所述第一固体层(4)而露出的表面的切削加工。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
通过引入离子(6)引起缺陷的引入，其中辐射源(18)设置用于提供引入所述固体(2)中的所述离子(6)，其中所述辐射源(18)定向为，使得由所述辐射源(18)放射的所述离子(6)引入所述固体(2)中。
4.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，
所述辐射源(18)设定为，使得由所述辐射源放射的所述离子(6)为了产生所述剥离平面(8)侵入所述固体(2)中到限定的深度、尤其＜100μm的深度。
5.根据权利要求3或4所述的方法，
其特征在于，
所述固体(2)加载有预设剂量的离子(6)，其中所述预设剂量小于1015cm-2并且对所述固体(2)回火，使得防止引入所述固体(2)中的离子(6)的聚结。
6.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
通过至少一个构成为激光器的辐射源(18)引起缺陷的产生，其中由所述辐射源放射的射束(7)在所述固体(2)内的预定的位置处产生所述缺陷。
7.根据权利要求6的方法，
其特征在于，
所述辐射源(18)设定为，使得由所述辐射源放射的射束(6)为了产生所述剥离平面(8)侵入所述固体(2)中到小于100μm并且优选小于50μm并且特别优选小于20μm的限定的深度。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述固体(2)具有硅和/或镓和/或陶瓷材料并且所述容纳层包含聚合物层(10)，其中所述聚合物层和/或所述保持层(12)至少部分地包含聚二甲基硅氧烷，其中所述保持层(12)设置在稳定化装置(20)的至少部段地平坦的面上，所述稳定化装置至少部分地包含至少一种金属。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
在所述固体(2)中的应力能够设定为，使得能够控制裂缝释放和/或裂缝扩展以产生在所述裂缝平面中形成的表面的限定的形貌。
10.一种根据权利要求1至9中任一项的方法制造的晶片。
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