CN108350604A - 用于制造半导体层的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造半导体层(3)的方法，包括以下方法步骤：A.在载体基板(1)上产生脱模层(2)；B.将半导体层(3)施加到脱模层(2)上；C.将半导体层(3)从载体基板上分离。本发明的特征在于，在方法步骤A中，所述脱模层(2)被产生以至少完全覆盖载体基板的加工面，在方法步骤B中，半导体层(3)被施加以至少在所述加工面上完全覆盖脱模层(2)并与载体基板的一个或多个边缘侧面(5a，5b)部分重叠，并且在方法步骤B和C之间，在方法步骤C0中，去除半导体层(3)的与边缘侧面重叠的区域。本发明还涉及一种半导体晶圆、用于边缘修正的装置、分离单元和用于制造半导体层的装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造半导体层的方法和装置。
背景技术
对于大面积的电子器件，例如大面积的发光元件或光伏太阳能电池，存在着对于高电子品质的、经济的半导体晶圆的需求，因为在这样的器件中，半导体晶圆的材料成本占整个产品的成本的主要部分。为了制造半导体晶圆，已知有这样的方法，即由硅块(“锭”)通过锯切法制造半导体晶圆。由此可以制造高品质的、尤其是单晶的半导体晶圆。但制造成本很高，其原因也在于在锯切硅块时出现的材料损失。
因此开发了备选的方法，在该方法中，向载体基板上沉积半导体层，接着将所述半导体层从载体基板上分离。分离的半导体层因此构成用于制造电子器件的半导体晶圆。
对这种用于制造半导体层的方法已经进行了各种不同的优化，例如在WO2013/004851A1中使在涂覆过程期间发生潜在的寄生沉积的面积最小化。
但对于工业上的使用，需要进一步降低成本。
发明内容
因此本发明的目的在于，在先前已知的用于制造半导体层的方法中实现成本降低。
所述目的通过以下各项来实现：根据权利要求1所述的用于制造半导体层方法、根据权利要求11所述的半导体层、根据权利要求12所述的用于在制造半导体层时对被涂覆后的载体基板进行边缘侧面修正的装置、根据权利要求14所述的用于将半导体层从载体基板上分离的分离单元以及根据权利要求15所述的用于制造半导体层的装置。所述方法的有利的实施方式在权利要求2至10中给出，用于边缘侧面修正的装置的有利的实施方式在权利要求13中给出。
本发明的用于制造半导体层的方法包括以下方法步骤：
在方法步骤A中，在载体基板上产生脱模层。在方法步骤B中，将半导体层施加到脱模层上。在方法步骤C中，将半导体层从载体基板上分离。
这些方法步骤本身是由现有技术所公开的。在方法步骤C中分离的半导体层通常如前面所述的那样用于制造电子器件、特别是用于制造光伏太阳能电池的半导体晶圆。
本发明基于这样的认知，载体基板的质量和可再利用性会受到多种效应的影响，由此，由于对载体基板频繁而必要的更换所导致的较高的成本和/或载体基板质量的降低会影响所制作的半导体层的质量，因此鉴于所制作的半导体层的质量与工艺成本之间的关系，同样会出现较高的制造成本。申请人的研究已经发现，其原因在于以下问题：
-如果脱模层不是整面地构成，则在载体基板的设置有脱模层的加工面上会残留半导体层的不可分离的边缘。在这个边缘区域中，半导体层直接覆盖载体基板，而没有中间设置的脱模层。随着所述载体基板的每次再利用，这个边缘区域的厚度会增大，从而形成一个台阶，所述台阶会对工艺过程产生不利影响，降低载体基板能重复利用的次数，并且对于所制作的已分离的半导体层的均匀度是不利的。
-由于在载体基板的边缘侧面上的材料的积存，在每个涂覆过程中基板的横向尺寸都会增长。特别是在方法步骤B中，半导体材料在边缘侧面上的沉积会导致无法或难以分离的积存。当载体基板的横向延伸尺寸不统一并且尤其是该尺寸与已经完成的涂覆过程的数量相关时，会使得精确地操作载体基板变得非常难以实现。此外，由于在载体基板的边缘侧面上的积存还可能在涂覆时出现遮蔽效应或在定位载体基板时出现错误定位，从而也可能对所制造的半导体层的均匀性以及质量产生不利影响。
这种负面效应因此提高了出现以下情况的风险：沉积出不均匀的半导体层和/或降低了载体基板可重复利用的次数和/或需要对载体基板进行复杂的再加工。因此，总体上由此提高了制造成本。
在根据本发明所述的方法中，重要的是，在方法步骤A中，所述脱模层整面地覆盖载体基板的至少一个加工面。由此实现了，在施加半导体层时，在加工面的边缘区域上在半导体层和载体基板之间没有发生直接接触，从而避免了出现难以分离的经涂覆的边缘区域。这里，属于本发明的范围内的是，所述脱模层作为单独的层被施加到载体基板上。同样属于本发明范围内的是，脱模层至少部分地、优选完全地用载体基板的材料构成，例如通过在加工面上对载体基板进行多孔化来构成。在这两种情况下，根据本发明的方法，脱模层都整面覆盖加工面地构成。
相应地，在方法步骤B中，半导体层被施加以至少在所述加工面上完全覆盖脱模层。由此特别是实现了高效地利用载体基板在加工面上的整个面积。
此外重要的是，在方法步骤B中，半导体层被施加以与载体基板的一个或多个边缘侧面至少部分重叠。
申请人的研究显示，由此确保了构成完全覆盖加工面的半导体层。尤其更值得期望的是，这样沉积半导体层，使得所沉积的半导体层的边缘精确地与载体基板的边缘和施加在载体基板上的脱模层的边缘相匹配。但这种设计方案在工艺技术上是非常复杂的并且因此提高了成本和/或易于发生错误/误差的几率。
因此，根据本发明的方法作为不易发生错误并且因此还较为经济的实施方案而设定，在方法步骤B中，半导体层被施加以与载体基板的边缘侧面至少部分重叠。由此，确保了在加工面上实现整面地施加半导体层。
此外重要的是，在方法步骤B和C之间，在方法步骤C0中，去除半导体层的与边缘侧面重叠的区域。
由此，在方法步骤C0中，对载体基板进行一种“边缘限定”，其方式是，在载体基板的边缘侧面上重新去除半导体层。结果是，在执行方法步骤C0之后留下了这样的半导体层，也即所述半导体层优选在其横向延伸尺寸上与涂覆过程之前在工艺技术上允许的公差之内的载体基板的原始尺寸相一致。技术上允许的公差通常在几个微米的范围内，因此，所述横向延伸尺寸的变化小于20μm，特别是小于10μm，更优选地小于5μm。通常在多次使用载体基板时，厚度和/或横向延伸尺寸会减小几个微米，特别是1μm至5μm。由于在光伏发电领域半导体晶圆的标准的横向延伸尺寸通常具有约为1000μm的公差，如前面所述的变化即使在多次再利用载体基板的情况下也是可以接受的。
因此，在方法步骤C中分离半导体层之后，留下这样的载体基板，也即所述载体基板一方面在加工面上没有半导体层的残余。其原因在于，脱模层通过整面地覆盖载体基板的加工面来形成。此外，载体基板具有在工艺技术上允许的公差范围内的原始的横向尺寸。其原因在于，在方法步骤C0中去除了半导体层的与边缘侧面重叠的区域。
根据本发明的方法由此避免了前面提及的影响半导体层的均匀度和/或减少载体基板的可再利用次数的缺点。结果是，由此实现了更为经济的制造过程。
这个优点特别是在根据本发明所述的方法的有利实施方式中得以实现，在所述实施方式中，在方法步骤B中，半导体层被施加以环绕地在载体基板的所有边缘侧面上与边缘侧面至少部分重叠。优选的，由此通过这样施加半导体层，使得载体基板的在加工面上的所有棱边，特别是载体基板环绕地所有棱边都由半导体层覆盖。这里，属于本发明范围内的是，半导体层一直延伸到载体基板的与加工面相对立的背面上的棱边。但有利的是，半导体层仅在加工面上的棱边与背面上的棱边之间的部分路段上延伸并且由此通过与载体基板的边缘侧面仅部分重叠的方式来施加半导体层。由此避免了与载体基板背面上的棱边重叠，并由此避免了将半导体层施加在载体基板的背面上以及对载体基板背面的不利影响。
在优选的实施方式中，实现了进一步降低所述方法的易发生错误性并由此提高了所述方法的稳定性，其中，在方法步骤A中，通过沿着载体基板的一个或多个边缘侧面(5a、5b)至少部分重叠的延伸、特别是与边缘侧面重叠的方式来形成脱模层，并且优选的是，在方法步骤B之后，优选在方法步骤C0中，至少去除脱模层的与边缘侧面重叠的区域。
在这个有利的实施方式中，也属于本发明范围的是，由此在边缘侧面上，将脱模层施加在载体基板的边缘侧面上。边缘侧面上的脱模层同样可以至少部分地、优选完全地构成在载体基板中，例如通过多孔化构成。
在方法步骤B之后，特别是在方法步骤C之前，并且优选在方法步骤C0中，至少去除脱模层的与边缘侧面重叠的区域。由此，在技术上的公差范围内，至少去除脱模层的超出载体基板的原始横向延伸尺寸的区域。这里特别是当在边缘侧面上通过对载体基板进行多孔化处理而形成脱模层并且由此载体基板的这个边缘附近几个微米厚的区域内机械稳定性较差时，也可能在技术极限公差范围内无法避免地在边缘侧面上去除过多的几个微米。
因此，在这个有利的实施方式中，降低了易发生错误性，即脱模层也至少包围载体基板的加工面上的棱边，从而确保了整面地构成脱模层。
这里，属于本发明范围内的是，半导体层仅间接地覆盖载体基板的边缘侧面，也就是说，在边缘侧面上始终在载体基板和半导体层之间设置脱模层。同样属于本发明范围内的是，半导体层在边缘侧面上比脱模层更远地朝载体基板的背面延伸，从而在边缘侧面上的邻接加工面棱边的第一区域内，半导体层在边缘侧面上间接地、即在中间设置脱模层的情况下覆盖载体基板，并且在与第一区域相比距离加工面更远的第二区域内，半导体层直接地、即在没有中间设置脱模层的情况下覆盖载体基板的边缘侧面。
因此，本发明的一个主要方面是，确保在加工面上整面地构成脱模层并且确保在加工面上整面地施加半导体层，以及在分离半导体层之前重新去除在载体基板的边缘侧面上积存的材料。所述材料包括半导体层的与边缘侧面重叠的区域以及必要时包括脱模层的同样与载体基板的边缘侧面重叠的区域。
由此可以实现载体基板的多次使用。因此，在一个有利的实施方式中，在重复使用相同的载体基板的情况下多次执行根据本发明的方法。以这种方式特别是可以多于10次，特别是多于25次，特别是多于50次地使用载体基板。如前面说明的那样，在方法步骤B中，由此，优选的，半导体层被施加以在边缘侧面上至少部分、优选完全地覆盖脱模层。特别有利的是，边缘侧面上的半导体层被附加地、至少部分直接地覆盖在半导体基板上。
优选通过以下方法/装置中的一者或多者来去除载体基板的边缘侧面上的材料，因此至少去除边缘侧面上的半导体层，必要时还附加地去除边缘侧面上的脱模层：
-通过激光辐射去除(如例如记载在WO2002007927A1中)，
-喷水切割(如例如记载在US20040026382中)，
-热冲击引起的断裂法(如例如记载在US20080217311中)，
这里特别有利的是，跟随在冷却过程之后的加热过程的组合，特别是跟随在通过液体、尤其是通过喷水冷却机进行的冷却过程之后的通过激光进行的加热。
-金刚石锯片(如例如记载在US5934973中)，
-线锯，特别是具有固定或松动的磨蚀颗粒的线锯(如例如记载在US6881131中)，
-铣刀，
-等离子切割(如例如记载在DE102014107557A1中)，
-离子束切割(如例如记载在US6252227B1中)。
属于本发明范围内的是，在去除与边缘侧面重叠的材料时，沿载体基板的边缘侧面进行切割，从而去除多余的材料。特别有利的是，在去除过程中，边缘侧面上的要去除的材料被完全切碎、切除、蒸发和/或熔化。在这个优选的实施方式中，在去除边缘侧面上的材料时不会留下残余物，而是在去除过程中使所述材料完全粉碎、蒸发和/或熔化，因此能以简单的方式将其运走；例如通过抽吸将其运走。此外，完全去除还降低了发生以下情况的风险：边缘侧面上部分分离的碎块大面积地断裂，并由此还在加工面上形成毛边，这种毛边由此会延伸到以后的半导体晶圆的区域内。
载体基板的形状尤其取决于半导体层的预期形状。通常，半导体晶圆具有至少四个主边，这些主边成对地相互平行延伸。特别地，已知具有多对相互平行延伸的棱边的长方形、正方形和多边形晶圆。这里常见的晶圆形状是八边形，所述八边形在几何上通过对正方形或长方形的四个角进行斜切/倒角形成，并且也称为“伪正方形”或“伪长方形”。
在方法步骤C0中，优选在所有边缘侧面上分别去除半导体层的并且必要时还有脱模层的与相应边缘侧面重叠的区域。尤其节约成本的是，在方法步骤C0中，同时在至少一对平行延伸的边缘侧面上去除材料，优选对于每一对平行的边缘侧面都同时去除在两个边缘侧面上的材料。
通常，载体基板具有矩形的、特别是具有方体形状的加工面，由此具有两对平行延伸的边缘侧面。这里优选的，在方法步骤C0中，在方法步骤C0a中，同时在载体基板的两个彼此相对立的边缘侧面(5a，5b)上进行去除。此外优选地，在直接或间接地后续进行的方法步骤C0b中，同时在载体基板的另外两个相对立的边缘侧面上同时进行去除。
因此，由此能够高效地并且特别地以较短的加工时间实现去除载体基板的边缘侧面上的材料。特别有利的是，在方法步骤C0a和C0b之间实现载体基板绕垂直于加工面的轴线转动90°。因此，在这个有利的实施方式中可以进行线上加工，其方式是，在第一加工工位上同时实现第一对彼此对立的边缘侧面上的去除，接着如前面所述的那样使载体基板转动90°，并且接下来实现去除第二对彼此对立的边缘侧面上的材料。由此可以在线上加工过程中在分别平行于载体基板的前进方向上延伸的边缘侧面上进行去除。在有利的实施方式中，特别地，可以在载体基板相对于两个位置固定的清除单元进行运动期间，分别通过这两个清除单元进行去除，这两个清除单元中的每个清除单元分别去除一个边缘侧面上的材料。
此外，有利的是，矩形的基板和半导体层在允许的公差之内具有正方形的基面。同样有利的是，长方形或正方形的基板在各角部处具有倒棱。除了所述的方法步骤C0a和C0b，由此还得到一个必要时由两个步骤C0c1和C0c2组成的、处于所述方法步骤之间或直接或间接跟随在所述方法步骤之后的另外的方法步骤C0c，在这个方法步骤中，同时或前后依次执行用于产生倒棱的去除。
特别有利的是，在方法步骤C0b和C0c1之间使载体基板绕垂直于加工面的轴线旋转两次，首先旋转45°，然后再旋转90°。因此，在这个有利的实施方式中可以进行线上加工，其方式是，在第一加工工位上同时去除一对相对立的边缘侧面上的材料，接着如前面所述，使载体基板旋转90°，并且接下来去除第二对彼此对立的边缘侧面上的材料，之后使载体基板如所述那样旋转45°，然后在彼此相对立的第三对边缘侧面上去除材料(C0c1)，再然后如所述那样使载体基板旋转90°，并且再在彼此相对立的第四对边缘侧面上实现去除材料(C0c2)。
此外有利的是，方法步骤C0a、C0b、C0c1和C0c2按C0a、C0c1、C0b、C0c2的顺序在各步骤之间分别使载体基板旋转45°的情况下执行。此外有利的是，在之前不对基板进行旋转的情况下通过四个或更多个固定安装的刀具或通过能绕垂直于加工面的轴线自由旋转的刀具在一步骤中执行方法步骤C0c。
此外有利的是，基板在方法步骤C期间静止，而刀具沿着基板和半导体层预期的形状以预先固定设置的轨迹执行去除。这个方法可以使得基板获取任意形状，例如圆形，所述圆形特别是具有基板和/或半导体层的削平部和/或刻槽和/或成型棱边。
用于在方法步骤C中去除棱边、特别地用于形成任意形状的有利的方法，还利用能单轴或多轴运动的用于基板的进给单元来实现，所述进给单元使基板朝一个或多个刀具进给并且此时边缘侧面的整个轨迹被加工。
原则上可以按本身已知的方式实现在步骤A中在载体基板上产生脱模层和在方法步骤B中在脱模层上和至少部分地直接或间接地在载体基板上施加半导体层。
例如由EP1613795B1已知，通过施加由氮化硅组成的粉末涂层形成用于将半导体层与带涂层的介质分开的脱模层。所述粉末层这里被搅拌成悬浮液，利用常见的涂漆技术的方法、例如喷涂来施加，使其干燥并进行灼烧。
由EP0797258B1已知，通过对由多孔硅组成的多层结构进行电化学腐蚀可以形成用于将硅层与硅基板分开的脱模层。这里所述基板在含氟氢酸的电解液中经受强度变化的电流，使得所述基板形成包括由高孔隙度和低孔隙度的单层组成的多层结构。所述多层结构形成机械强度较弱的层，在执行方法步骤B之后，这种机械强度较弱的层使得可以在方法步骤C中分离半导体层。
同样可以按本身已知的方式实现在方法步骤C中分离半导体层，例如在Kajari-的文章(Sarah Kajari- Jan Hensen,RolfBrendel,Lift-off of Freestanding Layers in the Kerfless Porous SiliconProcess,Energy Procedia,卷38,2013年,第919-925页)中记载：据此实现通过真空吸盘以0.2bar的负压剥离30-50μm厚的硅层。这里，首先以适当的方式固定基板。此后将具有圆弧的真空吸盘以滚动运动在半导体层的表面上进行引导并且通过施加负压将半导体层固定在吸盘上。通过所述滚动运动向半导体层上施加剥离力，使剩余的附着部位断开并由此将半导体层从基板上分离。
此外半导体层特别地可以在与脱模层相对立的侧面上大面积地通过负压被抽吸到分离元件上，例如大面积的真空抓具，从而通过力作用将半导体层从载体基板上去除。
在一个有利的实施方式中，在方法步骤C中，通过在所述半导体层的剥离运动之前进行的、或与半导体层的剥离运动同时进行的剪切运动来辅助实现分离，所述剪切运动的转角在0.001°至10°之间，优选在0.01°至1°之间，特别地在0.1°至0.5°之间。由此，有利于半导体层和载体基板之间的脱模层区域实现分离过程。
在另一个有利的实施方式中，在方法步骤B和C之间，优选在方法步骤C0和C之间，通过机械应力或所谓的“化学作用”使脱模层弱化。这种应力可以通过半导体层相对于载体基板沿平行于加工面的运动方向的机械运动来实现，所述运动优选在位于10μm至1000μm的范围内的路段上进行。所述机械应力同样可以通过利用超声波加载脱模层和/或通过在半导体层和载体基板之间施加热应力来实现，实现热应力的方式是，经由保持单元施加不同的温度。这样可以有利的实现，也就是，至少在脱模层中形成空间的温度梯度，优选在脱模层朝向半导体层的侧面和朝向载体基板的侧面之间形成在30K至500K范围内、尤其在100K至200K范围内的温度差。
备选地和/或附加地，化学作用可以通过湿化学式的腐蚀来进行，其方式是，将腐蚀半导体的液体或相应的气体引入脱模层。
同样属于本发明范围内的是，对前面所述的方法进行组合。通过使用一个或多个前面所述的方法来弱化脱模层，从而在载体基板和半导体层之间形成较弱的机械连接并且由此可以实现较为容易的分离以及尤其降低在分离时半导体出现断裂的风险。
当前生产很多大面积半导体是基于硅晶圆的。因此，半导体层优选被构造成硅层。尤其有利的是，所述半导体层被构造成单晶硅层，该单晶硅层优选具有在1×1014cm-3至1×1020cm-3之间、特别是在5×1014cm-3至1×1016cm-3之间的范围内的掺杂。其原因在于，利用这种掺杂能够制造高效的光伏太阳能电池。优选利用磷原子建立n型掺杂，同样优选的是，利用硼原子建立p型掺杂。在一个有利的实施方式中，在方法步骤B中建立由p型区域和n型区域组成的层叠，以便例如构成至少一个pn结。
载体基板可以以本身已知的方式构成并且特别是n掺杂或p掺杂的。特别有利的是，采用半导体基板作为载体基板，所述半导体基板特别是硅基板，优选是p掺杂的硅基板，所述基板优选具有大于1×1016cm-3、特别是在1×1017cm-3至5×1019cm-3之间、尤其是在1×1018cm-3至1×1019cm-3之间的范围内的掺杂。这样，通过湿化学的腐蚀、特别是通过电化学式湿化学腐蚀就可以获取在硅晶圆中产生变化的多孔性的优点。
脱模层优选的按本身已知的方式被构造成多孔层。为了生成脱模层，特别是有利地使所述载体基板按本身已知的方式进行多孔化，尤其可以是通过例如在DE102013219839中记载的腐蚀过程进行多孔化。
备选地，所述脱模层也可以被构造成机械强度减弱的粉末层，其方式是，向基板的表面上喷撒、浸入、用溶胶凝胶法或其他已知的方法施加例如氮化硅粉末、石墨粉末或石英粉末，必要时还例如可以通过热处理使所述粉末稳定。
申请人的研究表明，通过使脱模层具有在0.1μm至100μm范围内、特别是在0.5μm至50μm范围内、优选在0.8μm至5μm范围内的厚度，可以实现稳定、不易发生错误的操作。
载体基板优选具有在50μm至5000μm、特别是150μm至1000μm、更为优选400μm至800μm的厚度。半导体层的厚度主要根据用于制造电子器件的半导体晶圆的厚度确定。半导体层的厚度优选在10μm至500μm的范围内，特别是在60μm至180μm的范围内。制造光伏太阳能电池通常使用厚度约为150μm的半导体晶圆，因此可以根据使用目的相应地选择半导体层的厚度。
本发明此外还涉及一种根据权利要求11所述的半导体晶圆，所述半导体晶圆通过利用本发明所述的方法、特别是所述方法的优选实施方式制造。如上所述，分离的半导体层用于构成半导体晶圆。
如前面所述，通过在载体基板的两个相对立的侧面上同时去除材料，能够实现十分高效且节省时间地在载体基板的边缘侧面上的材料去除。因此本发明还涉及一种根据权利要求12所述的用于在制造半导体层时对经涂覆的载体基板进行边缘侧面修正的装置并且特别地还涉及这种装置在通过根据本发明所述的方法，特别是通过根据该方法的优选实施方式制造半导体层时用于边缘侧面修正的应用。所述用于边缘侧面修正的装置具有清除单元，用于去除载体基板的至少一个边缘侧面上的材料。这种用于边缘侧面修正的装置已知用于在太阳能电池的制造过程中进行边缘限定。
重要的是，所述清除单元被构造成用于在载体基板的两个相对立的边缘侧面上去除材料，这两个边缘侧面相互间隔开地设置，并且被设置成具有平行的、优选的设置相同的旋转轴。两个锯片的间距这里对应于载体基板的两个相对立的边缘侧面的间距，也就是说，对应于在生成脱模层和半导体层之前、基板关于这两个边缘侧面的宽度。由此，在这个有利的实施方式中，可以通过简单地使载体基板在两个锯片之间穿过来实现去除两个相对立的边缘侧面上的材料。通过将载体基板旋转90°并且接着再次在锯片之间穿过，可以在另外两个相对立的边缘侧面上进行去除。如果载体基板不具有正方形的基面，则为此在两个清除过程之间使清除机构之间的间距针对用于这个清除过程的相应宽度进行调整。特别有利的是，所述装置除了包括前面所述的作为第一清除单元的所述清除单元之外，还包括第二清除单元和旋转单元。所述第二清除单元被构造成去除在载体基板的两个相对立的侧面上、特别是载体基板的两个精确相对立的侧面上的材料，并且所述旋转单元被构造成使载体基板绕平行于载体基板的至少一个边缘侧面的轴线旋转，特别是旋转90°。所述旋转单元沿加工顺序方向被设置在第一和第二清除单元之间。
因此，在这个优选的实施方式中，可以实现一种线上工艺。首先，通过第一清除单元去除在第一对彼此相对立的边缘侧面上的材料。接着使载体基板旋转90°并且接着又在第二清除单元中，优选同样的，通过载体基板在两个清除机构之间、尤其是锯片之间移动通过，去除载体基板的第二对相对立的边缘侧面上的材料。
根据本发明的用于边缘侧面修正的装置优选被构造成用于执行根据本发明所述的方法，特别是执行所述方法的优选实施方式。
通过根据权利要求14所述的用于使半导体层从载体基板上分离的分离单元也能够实现节约成本。因此，本发明还涉及这种分离单元并且尤其是涉及这种分离单元在利用根据本发明所述的方法、特别是所述方法的优选实施方式制造半导体层时的应用。所述分离单元具有以下器件中的一个或多个：
-至少两个抓取单元，特别是负压抓取单元，所述至少两个抓取单元包括用于抓取载体基板的第一抓取单元和用于抓取半导体层的第二抓取单元，其中一个或两个抓取单元可以使得基板发生弯曲，
-旋转单元，用于实现半导体层和载体基板之间的相对转动，特别是绕垂直于半导体层的轴线的相对转动，
-超声波单元，用于向设置在半导体层和载体基板之间的脱模层加载超声波，
-热冲击单元，用于向设置在半导体层和载体基板之间的脱模层加载热冲击，
-倾斜单元，用于在半导体层和载体基板之间绕载体基板的一个棱边上的旋转点或者优选绕远距离的旋转点产生相对运动；以及运动单元，用于使抓取单元(11a或11b)绕半导体层的一个棱边或远距离的旋转点倾斜或弯曲某个角度，所述角度在0.05°至45°之间，优选在0.1°至5°之间，
-腐蚀单元，用于向设置在半导体层和载体基板之间的脱模层至少部分地加载腐蚀溶液。
由此，实现了特别不易于发生断裂地分离半导体层。
根据本发明的分离单元优选被构造成用于执行本发明所述的方法，特别是执行所述方法的有利的实施方式。
在一个有利的实施方式中，得到一种特别经济的方法实施方案，其中，用于边缘侧面修正的装置和所述分离单元一起构成一个结构单元，所述用于边缘侧面修正的装置和所述分离单元优选被设置在共同的壳体中。由此可以不易于发生误差和断裂地、在各装置之间传送经涂覆的载体基板。
特别是通过根据权利要求15所述的用于制造半导体层的装置实现了经济地制造半导体层。该装置包括沉积单元，用于在载体基板的脱模层上沉积半导体层。重要的是，所述装置包括根据权利要求12至13之一所述的用于对已涂覆的载体基板进行边缘侧面修正的装置。由此实现了前面所述的优点。进一步优选的是，所述装置如前面所述包括根据权利要求14所述的分离单元，以便进一步降低在分离半导体层时发生断裂的风险。
根据本发明所述的用于制造半导体层的装置优选被构造成用于执行根据本发明所述的方法，特别是执行所述方法的有利的实施方式。
附图说明
其它有利的特征和实施方式将在下面参考实施例和附图进行说明。其中：
图1示出一种根据现有技术的用于制造半导体层的方法；
图2示出用于制造半导体层的方法的第一实施例；
图3示出用于制造半导体层的方法的第二实施例；
图4示出用于制造半导体晶圆的装置；
图5示出根据图4的用于边缘侧面修正的装置的详细视图；以及
图6示出根据图4的分离单元的详细视图。
具体实施方式
全部附图都是非按比例的示意图。在附图中，相同的附图标记指示相同的或相同作用的元件。在图1至3中，载体基板1的加工面始终处于上方。
图1示出一种根据现有技术的用于制造半导体层的方法。
在载体基板1上已经构成了多孔的脱模层2。接着，在图1中位于上方的加工面上外延地沉积半导体层3。所述半导体层覆盖整个加工面，也就是说，既覆盖具有脱模层的区域，也覆盖没有脱模层的边缘区域。此外，由于寄生沉积，半导体层3与载体基板的边缘侧面(5a和5b)至少部分地重叠，如图1中示出的那样。接着，通过激光辐射实现分离切口4，所述分离切口至少完全穿过半导体层3。移除在分离切口4上的半导体层3。
由此会出现前面已经描述的缺点，即，在载体基板上留下半导体层的边缘区域3a，所述边缘区域特别是部分地直接设置在载体基板1上，由此难以清除。
在图2中用分图a至e示出根据本发明的方法的第一实施例。
根据分图a，提供载体基板1。载体基板1在当前情况下由p掺杂的硅基片构成，所述硅基片具有600μm的厚度和位于1×1018cm-3至5×1018cm-3之间的掺杂，当前为3×1018cm-3的掺杂。载体基板具有正方形的基面，该正方形的边长优选在10cm至20cm之间，在当前情况下为156mm。
在载体基板1的、位于上方的加工面上构成多孔的脱模层2。该脱模层具有最大3μm的厚度，在当前情况下约为2μm。通过腐蚀实现在载体基板1上构成多孔的脱模层2，例如在DE102013219886中记载的那样来执行。所记载的方法使得能在基板的加工面上整面地构成脱模层。
图2b)中示出的成果对应于前面描述的方法步骤A之后的状态，其中在载体基板1的加工面上整面覆盖地产生脱模层2。
在方法步骤B中，如前面所述，通过气相沉积，在当前情况下通过外延附生在加工面上施加半导体层3。半导体层的施加，可以基于例如在WO2013/004851A1中描述的基本原理来外延附生地进行。
重要的是，在方法步骤B中，半导体层3被施加以至少在加工面上完全覆盖脱模层2并且至少部分地覆盖载体基板1的一个或多个边缘侧面5a。
在图2c)中示出了半导体层3与载体基板1的边缘侧面5a部分重叠，其方式是，半导体层在载体基板大约三分之二的厚度上延伸。在当前情况下，半导体层3环绕地覆盖载体基板1的所有四个边缘侧面，从而确保了完全覆盖脱模层2并且以高的误差容许度通过半导体层3来完全覆盖加工面。
此外，重要的是，在前面描述的方法步骤B和之后进行的从载体基板1上分离半导体层3之间，在方法步骤C0中，去除半导体层3的与边缘侧面重叠的区域。
如图2d)所示，通过锯片来实现分离切口4，这样使得半导体层3的与载体基板1的边缘侧面5a、5b重叠的区域3a被去除。这里，分离切口完全穿过半导体层3。区域3a因此在完成分离切口4之后不再与载体基板1和剩余的半导体层3机械连接并且由此掉落。
在图2e)中示出结果：
在该方法阶段中形成包括载体基板1、脱模层2和半导体层3的层系统，其中，脱模层2以及半导体层3都完全覆盖载体基板1的加工面，并且还在允许的公差内保持了载体基板1原始的横向延伸尺寸，由此载体基板原始的横向延伸尺寸也对应于脱模层2和半导体层3的横向延伸尺寸。因此，载体基板1原始的156mm的边长K(见图2a)也等于根据图2e)的方法阶段中的边长K，因为载体基板的边缘侧面上的多余材料已被去除。相应地，半导体层3也具有156mm的边长K。
接下来，在方法步骤C中实现将半导体层从载体基板上分离。
所述分离通过机械的力作用实现，其方式是，通过抓具使两个半导体层相互分开，所述抓具当前按负压抽吸的原理工作。
图3中示出根据本发明的方法的第二实施例。为了避免重复，下面仅针对图2所示方法的主要区别进行说明。
根据图3a)所提供的载体基板1同样在加工面上完全设置脱模层2。在这个实施例中，载体基板1用氮化硅粉末覆盖并且由此构成脱模层2，所述脱模层由于工艺导致与载体基板1的边缘侧面5a部分地重叠。备选地，这里的脱模层也可以如针对图2描述的那样通过多孔化生成，其中，在载体基板中与边缘侧面部分重叠地形成脱模层。
在图3c)中示出的通过气相沉积来施加半导体层3的方法阶段中，半导体层3完全覆盖脱模层2，并且与载体基板1的边缘侧面5a重叠。在载体基板1的边缘侧面5a上的重叠区域中，半导体层3在这种情况下部分地直接地与脱模层2(在边缘侧面5a的上部区域中)邻接，并且部分地直接与载体基板1(在边缘侧面5a的中间区域中)邻接。
通过这种方式，附加地以高误差容许度形成由脱模层2对载体基板1的加工面的完全覆盖。
如分图3d)所示，接下来既去除半导体层3的与载体基板1的边缘侧面5a重叠的区域，也要去除脱模层2的与载体基板1的边缘侧面5a重叠的区域。在这个实施例中，通过激光辐射实现分离切口4。所述分离切口4的宽度大于或至少等于在边缘侧面5a上重叠的各层的厚度。在这种情况下，在去除区域、即在分离切口4上的材料因此能够完全熔化。
备选地，可以通过另外的方法，例如通过锯片实现完全切碎分离切口4的区域内的材料，特别的，采用的锯片的厚度至少等于、优选大于边缘侧面5a上要去除的各层的厚度。
图3e)的结果与根据图2e)所示的结果相对应。尤其的，在这个实施例中，在根据图3e)所示的方法阶段中，载体基板1的边长等于如在根据图3a)所示的方法阶段中的原始边长。
这里，接下来也要进行半导体层3的分离。为此，在第二实施例中，首先针对整个层系统加载超声波。与半导体层3和载体基板1相比，脱模层2的机械稳定性明显较低。超声波因此会导致对脱模层2附加的机械弱化，从而接下来通过较小的力作用并且以较低的断裂风险就能实现半导体层3的机械分离。
图4示意性示出根据本发明的用于制造半导体晶圆的装置。所述装置具有：涂覆单元6，用于外延附生地将半导体层涂覆于载体基板上；用于边缘侧面修正的装置7，该装置将在下面参考图5进行详细说明；以及之后将在图6中详细说明的分离单元8。
这里涂覆单元6构成一个结构单元。如通过虚线示出的那样，用于边缘侧面修正的装置7和分离单元8也构成一个结构单元，且用于边缘侧面修正的装置和分离单元设置在共同的壳体中。
将预备好的载体基板1置入于该装置中，所述载体基板已经在至少一个加工面上具有整面的脱模层。涂覆单元6可以如在WO2012/084187中、尤其是在如图5以及对应的说明中给出的那样构成。
用半导体层涂覆的载体基板将被供应给用于边缘侧面修正的装置7并且接着被供应给分离单元8。在分离单元8中，分别将半导体层与载体基板分离，这里，半导体层的加工结果，即用于制造电子器件，特别是用于制造光伏太阳能电池的硅晶圆。
对载体基板进行清洁，特别是通过腐蚀对加工面进行清理。接着就可以对载体基板进行再利用，其方式是，至少在加工面上整面地重新构成脱模层并且将载体基板重新导入根据图4的装置中。
图5示出用于边缘侧面修正的装置7的俯视图。从左边供应载体基板，所述载体基板上将涂覆半导体层，其中在当前情况下，半导体层3设置在上面，也就是说，根据图5的俯视图中示出的半导体层3，所述半导体层的棱边5a和5a'既与位于其下面的脱模层2的棱边、也与位于其下面的载体基板1的棱边重叠。
用于边缘侧面修正的装置7具有带两个清除机构9a和9b的第一清除单元和带两个清除机构9c和9d的第二清除单元。所有四个清除机构9a至9d分别构造成锯，特别是圆锯。
如图5所示，清除机构9a至9d分别成对地相对设置，清除机构之间的间距与载体基板1的边长相对应。在当前情况下，清除机构的位置是固定的，而载体基板相对于清除机构从左向右在清除机构之间移动穿过。因此，在引导载体基板1通过第一清除单元的清除机构9a和9b时，实现去除载体基板1的边缘侧面5a上的材料，也就是说，在所述边缘侧面5a上将半导体层的以及必要时还有脱模层的、与所述边缘侧面5a重叠的区域去除。
接着，沿加工方向将载体基板1供应给旋转单元10。所述旋转单元具有能在高度方向上运动的带有抽吸口的吸头，该吸头用于吸附载体基板。当载体基板处于虚线示出的位置1'时，吸头10向上运动(在图5中离开图平面)并由此将载体基板从用于引导载体基板通过装置7的输送机构上抬起，同时通过抽吸将载体基板固定在吸头10上。所述吸头10此外还被构造成能基于马达驱动地旋转并实现90°的转动。
由此，在所述转动之后，之前平行于载体基板的运动方向的边缘侧面5a将垂直于运动方向，而相应地载体基板1的此前垂直于运动方向的边缘侧面5a'现在平行于运动方向。
接下来向具有清除机构9c和9d的第二清除单元输送载体基板1。这里以相同的方式通过去除载体基板1的边缘侧面上的材料来实施边缘修正。由于此前进行的转动，现在去除剩下的两个边缘侧面5a'上的材料。
结果是，由此在载体基板1的所有四个边缘侧面5a和5a'上都进行了边缘侧面修正。
图6中用侧视图示出了用于将半导体层从载体基板上分离的分离单元8。半导体层3在此被输送到两个真空吸头11a和11b之间的分离位置中。这里，真空吸头11b作用在载体基板1的下侧上，而真空吸头11a作用在载体基板1的加工面上，也就是半导体层3的上侧上。通过真空口将载体基板1固定在真空吸头11b上，而将半导体层3固定在真空吸头11a上。接着使真空吸头11a向上移动，并由此将半导体层3从载体基板1上分离。
在这个实施例中，真空吸头之前设置有超声波单元12。在分离过程之前，利用所述超声波单元12对载体基板1、脱模层2和半导体层3组成的层系统加载超声波，例如使用频率为25kHz且电功率为600W的超声波，从而使脱模层2在机械稳定性方面被弱化。
在另一个备选实施例中，设置用于替代超声波单元12的热冲击单元，所述热冲击单元通过激光器加热载体基板并且通过喷水冷却来实现对半导体层3的冷却。由于不同的热膨胀实现了作用于脱模层2上的机械载荷，所述脱模层由此在机械稳定性方面被弱化。
在另一个备选实施例中，设置用于替代超声波单元12的腐蚀单元，所述腐蚀单元通过将层系统中的载体基板1、脱模层2和半导体层3浸入例如由氟氢酸和硝酸组成的混合物或沸腾的磷酸中而使脱模层剩余的粘附部位弱化或几乎完全清除。
在另一个备选的实施例中，放弃使用超声波单元12。在这个实施例中，真空吸头11a和11b被构造成能绕共同的旋转轴D转动。在该实施例中，为了实现分离，如前面所述那样，首先将载体基板1固定在真空吸头11b上，而将半导体层3固定在真空吸头11a上。接着，使真空吸头11a和真空吸头11b彼此反向地绕旋转轴D旋转，在当前情况下旋转0.5°的角度。由此实现特别是对脱模层2的机械载荷，因此使得脱模层在其机械稳定性方面被弱化。
同样属于本发明范围内的是，将多个所述元件，即旋转单元、倾斜单元、超声波单元、热冲击单元和腐蚀单元相组合。
Claims (15)
1.一种用于制造半导体层(3)的方法，包括以下方法步骤：
A.在载体基板(1)上产生脱模层(2)；
B.将半导体层(3)施加到所述脱模层(2)上；
C.将所述半导体层(3)从所述载体基板上分离；
其特征在于，
在方法步骤A中，所述脱模层(2)被产生以至少完全覆盖所述载体基板的加工面，在方法步骤B中，所述半导体层(3)被施加以至少在所述加工面上完全覆盖所述脱模层(2)并与所述载体基板的一个或多个边缘侧面(5a，5b)部分重叠，以及
在方法步骤B和C之间，在方法步骤C0中，去除所述半导体层(3)的与所述边缘侧面重叠的区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在方法步骤A中，通过沿着所述载体基板的一个或多个边缘侧面(5a，5b)至少部分重叠地延伸、特别是与所述边缘侧面重叠的方式来产生所述脱模层(2)，
优选的，在方法步骤B之后，尤其是在方法步骤C0中，至少去除所述脱模层(2)的与所述边缘侧面重叠的区域。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在方法步骤B中，所述半导体层(3)被施加以在所述边缘侧面(5a，5b)上至少部分地、优选完全地覆盖所述脱模层(2)，特别地，所述边缘侧面(5a，5b)上的所述半导体层(3)被附加地、至少部分直接地覆盖在半导体基板上。
4.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，通过以下方法/装置中的一者或多者来去除所述半导体层(3)，优选去除所述半导体层和所述脱模层(2)：
通过激光辐射去除，
喷水切割，
热冲击引起的断裂法，
金刚石锯片，
线锯，特别是具有固定或松动的磨蚀颗粒的线锯，
铣刀，
等离子切割，
离子束切割。
5.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述边缘侧面(5a，5b)上的要去除的材料在去除过程中被完全切碎、切除、蒸发和/或熔化。
6.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述载体基板(1)具有矩形的加工面，并且在方法步骤C0中，在方法步骤C0a中同时在所述载体基板的两个彼此相对立的边缘侧面(5a，5b)上进行去除，在直接或间接地后续进行的方法步骤C0b中，同时在所述载体基板的另外两个相对立的边缘侧面(5a，5b)上进行去除，特别是在方法步骤C0a和C0b之间实现使所述载体基板绕垂直于所述加工面的轴线转动90°。
7.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在方法步骤C中，通过在所述半导体层(3)的剥离运动之前进行的、或与所述半导体层(3)的剥离运动同时进行的剪切运动来辅助所述分离，所述剪切运动的转角在0.0001°至10°之间，优选在0.01°至1°之间，特别优选在0.1°至0.5°之间。
8.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在方法步骤B和C之间，优选在方法步骤C0和C之间，通过机械应力或化学作用使所述脱模层(2)弱化，特别是通过横向于剥离方向的机械运动、通过超声波、通过在所述半导体层和所述载体基板(1)之间施加热应力、通过湿化学式的腐蚀或通过前面所述方法的组合来进行弱化。
9.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述半导体层(3)被构造成硅层，特别被构造成单晶硅层，优选地所述硅层具有在1×1014cm-3至1×1019cm-3之间、特别是在5×1014cm-3至1×1016cm-3之间的范围内的掺杂。
10.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，将半导体基板、特别是硅基板、优选是p掺杂的硅基板用作所述载体基板(1)，所述硅基板具有大于1×1016cm-3、特别是在1×1017cm-3至5×1019cm-3之间、特别是在1×1018cm-3至1×1019cm-3之间的范围内的掺杂。
11.一种半导体晶圆，所述半导体晶圆利用根据前述任一权利要求所述的方法制造，其中，所述半导体晶圆是已分离的半导体层(3)。
12.一种用于在制造半导体层(3)时对已涂覆的载体基板进行边缘侧面修正的装置(7)，所述装置包括：
至少一个清除单元，用于去除所述载体基板的至少一个边缘侧面上的材料，
其特征在于，所述清除单元被构造成去除所述载体基板的两个相对立的边缘侧面(5a，5b)上的、特别是所述载体基板的两个精确相对立的边缘侧面(5a，5b)上的材料。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置除了包括作为第一清除单元的所述清除单元之外还包括第二清除单元和旋转单元(10)，其中，所述第二清除单元被构造成去除在所述载体基板的两个相对立的边缘侧面上的、特别是所述载体基板的两个精确相对立的边缘侧面上的材料，其中，所述旋转单元(10)被构造成使所述载体基板(1)绕平行于所述载体基板的至少一个边缘侧面的轴线旋转，特别是旋转90°，所述旋转单元(10)沿加工顺序方向被设置在所述第一清除单元和所述第二清除单元之间。
14.一种用于将半导体层(3)从载体基板(1)上分离的分离单元(8)，所述半导体层(3)被设置在所述载体基板(1)上，其特征在于，
所述分离单元(8)包括以下器件中的一个或多个：
-至少一个旋转单元，用于实现所述半导体层和所述载体基板(1)之间的相对转动，特别是绕垂直于所述半导体层(3)的轴线的相对转动，
-至少两个抓取单元，特别是负压抓取单元，所述至少两个抓取单元包括用于抓取所述载体基板的第一抓取单元和用于抓取所述半导体层的第二抓取单元；以及运动单元，用于使所述抓取单元(11a或11b)绕所述半导体层的一个棱边或远距离的旋转点倾斜或弯曲某个角度，所述角度在0.05°至45°之间、优选在0.1°至5°之间，
-超声波单元，用于向设置在所述半导体层(3)和所述载体基板(1)之间的所述脱模层(2)加载超声波，
-热冲击单元，用于向设置在所述半导体层(3)和所述载体基板(1)之间的所述脱模层(2)加载热冲击，
-腐蚀单元，用于向设置在所述半导体层(3)和所述载体基板(1)之间的所述脱模层(2)至少部分地加载腐蚀溶液，
特别地，所述分离单元与根据权利要求12至13之一所述的用于边缘侧面修正的装置(7)一起构成一个结构单元，所述分离单元优选与所述用于边缘侧面修正的装置一起设置在共同的壳体中。
15.一种用于制造半导体层(3)的装置，包括沉积单元，用于在载体基板的脱模层(2)上沉积所述半导体层(3)，其特征在于，所述装置包括根据权利要求12至13之一所述的用于对已涂覆的载体基板进行边缘侧面修正的装置(7)，特别地，所述用于制造半导体层的装置包括根据权利要求14所述的分离单元(8)。
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