DE102012210227B4 - Abblätterungsverfahren mit Randausschluss zur Verbesserung der Substrat-Wiederverwendbarkeit - Google Patents
Abblätterungsverfahren mit Randausschluss zur Verbesserung der Substrat-Wiederverwendbarkeit Download PDFInfo
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Abstract
Description
- HINTERGRUND
- Die vorliegende Offenbarung betrifft die Herstellung von Halbleiterbauelementen, und insbesondere Verfahren, um den randbezogenen Substratbruch beim Abblättern zu minimieren.
- Das Ablösen der Oberflächenschicht von spröden Substraten durch kontrolliertes Abblättern (Spalling) ist eine vielversprechende Methode, um die Kostenstruktur von Photovoltaik-Materialien mit hohem Wirkungsgrad zu ändern und in einer Reihe von Halbleitertechnologien neue Funktionen zu ermöglichen (z. B. flexible Photovoltaik, flexible Schaltungen und Anzeigen). Der Eckstein dieser Technologie ist der Auftrag einer zugspannungserzeugenden Schicht auf der Oberseite eines abzublätternden Grundsubstrats. Die zugspannungserzeugende Schicht weist eine kombinierte Dicke und Spannung auf, die ausreicht, um im Grundsubstrat einen Abblätterungsbruch einzuleiten. Ein derartiger Abblätterungsprozess wird zum Beispiel in der US-Patentanmeldung US 2010/0 311 250 A1 von Bedell et al. offenbart.
- Abblätterungsexperimente scheinen darauf hinzuweisen, dass es ein kritisches Phänomen ist; eine ausreichend hohe Dicke und ein ausreichender Spannungswert in der zugspannungserzeugenden Schicht vorausgesetzt, tritt ein Abblätterungsbruch spontan auf. Es ist aber ein ausreichend großes Prozessfenster der Metastabilität vorhanden. Dicken- und Spannungskombinationen, die dem Abblätterungsbruch gegenüber instabil sind, werden ”keimbildend” oder ”auf die Einleitung beschränkt” sein.
- Handhabungsschichten, die auf die Oberfläche der Kombination aus spannungserzeugender Schicht und Substrat aufgetragen werden, werden dann verwendet, um die Risseinleitung und die Bruchausbreitung zu kontrollieren, was zur Ablösung durchgehender Oberflächenschichten vom Grundsubstrat führt.
- Das Abblättern bietet einen kostengünstigen, einfachen Ansatz, um viele dünne Halbleiterschichten von einem vergleichsweise teuren, dicken Grundsubstrat abzulösen. Zur Maximierung der Wiederverwendung des Grundsubstrats ist es wichtig, den Waferbruch oder jeden unkontrollierten Bruch im System aus spannungserzeugender Schicht und Grundsubstrat zu minimieren.
- Die
US 2007/0 249 140 A1 - Die
US 2010/0 047 959 A1 - KURZDARSTELLUNG
- Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren bereit, um den randbezogenen Substratbruch beim Abblättern mithilfe eines Randausschlussbereichs zu minimieren, wo die spannungserzeugende Schicht entweder nicht vorhanden ist (während der Beschichtung ausgeschlossen oder danach entfernt wurde) oder zwar vorhanden ist, aber im Ausschlussbereich nicht erheblich an der Substratfläche haftet.
- In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren das Formen eines Randausschlussmaterials, wobei das Randausschlussmaterial einen Rand aufweist, der mit dem Rand des Grundsubstrats vertikal übereinstimmt, während ein anderer Rand des Randausschlussmaterials vom Rand nach innen und auf einer Oberseite des Grundsubstrats liegt. Eine spannungserzeugende Schicht wird dann auf freiliegenden Abschnitten der Oberseite des Grundsubstrats und über dem Randausschlussmaterial geformt. Dann wird ein Teil des Grundsubstrats, der unter der spannungserzeugenden Schicht liegt und nicht vom Randausschlussmaterial bedeckt wird, abgeblättert.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine bildliche Darstellung (durch eine Querschnittsansicht), die ein Anfangsgrundsubstrat zeigt, das in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. -
2 ist eine bildliche Darstellung (durch eine Querschnittsansicht), die das Anfangsgrundsubstrat zeigt, nachdem das Grundsubstrat nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf seiner Oberseite und an seinen Rändern mit einem Randausschlussmaterial versehen wurde. -
3 ist eine bildliche Darstellung (durch eine Querschnittsansicht), die die Struktur von2 zeigt, nachdem über dem Grundsubstrat eine optionale metallhaltige Haftschicht und eine spannungserzeugende Schicht geformt wurden. -
4 ist a bildliche Darstellung (durch eine Querschnittsansicht), die die Struktur von3 zeigt, nachdem über der spannungserzeugenden Schicht ein optionales Handhabungssubstrat geformt wurde. -
5 ist eine bildliche Darstellung (durch eine Querschnittsansicht), die die Struktur von4 nach dem Abblättern des Grundsubstrats zeigt. -
6 ist eine bildliche Darstellung (durch eine Querschnittsansicht), die die Struktur von5 zeigt, nachdem das Handhabungssubstrat, die spannungserzeugende Schicht, die optionale metallhaltige Haftschicht und das Randausschlussmaterial von einem abgeblätterten Teil des Grundsubstrats entfernt wurden. -
7 ist eine bildliche Darstellung (durch eine Querschnittsansicht), die die Struktur von1 zeigt, nachdem über dem Grundsubstrat eine optionale metallhaltige Haftschicht und eine spannungserzeugende Schicht geformt wurden. -
8 ist eine bildliche Darstellung (durch eine Querschnittsansicht), die die Struktur von7 zeigt, nachdem die spannungserzeugende Schicht und die optionale metallhaltige Haftschicht von Abschnitten der Oberseite des Grundsubstrats, die in der Nähe der Ränder liegen, entfernt wurden. -
9 ist eine bildliche Darstellung (durch eine Querschnittsansicht), die die Struktur von8 zeigt, nachdem über der strukturierten spannungserzeugenden Schicht und der strukturierten optionalen metallhaltigen Haftschicht ein optionales Handhabungssubstrat geformt wurde. -
10 ist eine bildliche Darstellung (durch eine Querschnittsansicht), die die Struktur von9 nach dem Abblättern des Grundsubstrats zeigt. -
11 ist eine bildliche Darstellung (durch eine Querschnittsansicht), die die Struktur von10 zeigt, nachdem das Handhabungssubstrat, die strukturierte spannungserzeugende Schicht und die strukturierte optionale metallhaltige Haftschicht von einem abgeblätterten Teil des Grundsubstrats entfernt wurden. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
- Die vorliegende Offenbarung, die ein Verfahren zur Minimierung des randbezogenen Substratbruchs beim Abblättern (Spalling) bereitstellt, wird nun Bezug nehmend auf die folgende Diskussion und die der vorliegenden Patentanmeldung beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es ist anzumerken, dass die Zeichnungen nur zur Veranschaulichung dienen und nicht maßstabsgerecht sind. In den Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen benutzt, um gleiche Elemente zu bezeichnen.
- In der folgenden Beschreibung werden verschiedene spezifische Details wie z. B. spezielle Strukturen, Komponenten, Werkstoffe, Maße, Verarbeitungsschritte und -techniken beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu veranschaulichen. Doch für den Fachmann versteht es sich, dass verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ohne diese oder mit anderen spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen wurden wohlbekannte Strukturen oder Verarbeitungsschritte nicht im Detail beschrieben, um die Verdunkelung der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermeiden.
- Es versteht sich, dass, wenn ein Element wie eine Schicht, ein Bereich oder ein Substrat als ”auf” oder ”über” einem anderen Element liegend bezeichnet wird, es direkt auf dem anderen Element liegen kann oder auch dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als ”direkt auf” oder ”direkt über” einem anderen Element liegend bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Es versteht sich auch, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element ”verbunden” oder ”gekoppelt” bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn dagegen ein Element als mit einem anderen Element ”direkt verbunden” oder ”direkt gekoppelt” bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden.
- Zuerst auf
1 bis6 Bezug nehmend, wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben, in welcher ein Randausschlussmaterial verwendet wird, um einen Randausschlussbereich über dem Grundsubstrat zu definieren. Der Begriff ”Randausschlussbereich” wird in der vorliegenden Offenbarung benutzt, um einen Bereich über dem Grundsubstrat zu bezeichnen, in welchem eine nachfolgend geformte spannungserzeugende Schicht entweder nicht vorhanden ist oder, wenn sie vorhanden ist, die spannungserzeugende Schicht nicht erheblich an der Oberseite des Grundsubstrats haftet. Die Formung des Randausschlussbereichs minimiert den randbezogenen Substratbruch beim Abblättern. - Insbesondere zeigt
1 ein Grundsubstrat10 mit einer oberen (d. h., obersten) Seite12 und einer unteren (d. h., untersten) Seite (nicht bezeichnet), das in der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. Das Grundsubstrat10 weist auch Seitenwandränder13 auf. Das in der vorliegenden Offenbarung verwendete Grundsubstrat10 kann ein Halbleitermaterial, ein Glas, eine Keramik oder jedes andere Material umfassen, dessen Bruchzähigkeit kleiner ist als die der nachfolgend geformten spannungserzeugenden Schicht. - Die Bruchzähigkeit ist eine Eigenschaft, die die Fähigkeit eines Materials beschreibt, einen Riss einzuschränken, um dem Bruch zu widerstehen. Die Bruchzähigkeit wird als KIc ausgedrückt. Der Index Ic bezeichnet eine Mode-I-Rissöffnung unter einer normalen Zugbeanspruchung rechtwinklig zum Riss, und c bedeutet, dass es ein kritischer Wert ist. Die Mode-I-Bruchzähigkeit ist typischerweise der wichtigste Wert, da der Bruch beim Abblättern gewöhnlich an einer Stelle im Substrat auftritt, wo die Mode-II-Beanspruchung (Scheren) gleich null ist und die Mode-III-Beanspruchung (Reißen) allgemein nicht unter den Belastungszuständen vertreten ist. Die Bruchzähigkeit ist eine quantitative Methode, die Sprödbruchbeständigkeit eines Materials auszudrücken, wenn ein Riss vorhanden ist.
- Wenn das Grundsubstrat
10 ein Halbleitermaterial umfasst, kann das Halbleitermaterial, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Si, Ge, SiGe, SiGeC, SiC, Ge-Legierungen, GaSb, GaP, GaAs, InAs, InP und alle anderen III-V oder II-VI-Verbindungshalbleiter einschließen. In einigen Ausführungsformen ist das Grundsubstrat10 ein massives Halbleitermaterial. In anderen Ausführungsformen kann das Grundsubstrat10 ein geschichtetes Halbleitermaterial wie zum Beispiel ein Halbleiter-auf-Isolator-Substrat oder einen Halbleiter auf einem Polymersubstrat umfassen. Beispiele für Halbleiter-auf-Isolator-Substrate, die als Grundsubstrat10 verwendet werden können, schließen Silicium-auf-Isolatoren und Silicium-Germanium-auf-Isolatoren ein. - Wenn das Grundsubstrat
10 ein Halbleitermaterial umfasst, kann das Halbleitermaterial dotiert sein, undotiert sein oder dotierte und undotierte Bereiche enthalten. - In einer Ausführungsform kann das Halbleitermaterial, das als Grundsubstrat
10 verwendet werden kann, einkristallin sein (d. h., ein Material, in welchem das Kristallgitter der gesamten Probe bis zu den Rändern der Probe ohne Korngrenzen durchgehend und ununterbrochen ist). In einer anderen Ausführungsform kann das als Grundsubstrat10 verwendete Halbleitermaterial polykristallin sein (d. h., ein Material, das aus vielen Kristalliten verschiedener Größen und Orientierungen besteht; die Richtungsvariation kann zufällig (ungerichtete Textur genannt) oder gerichtet sein, was auf die Wachstums- und Verarbeitungsbedingungen zurückzuführen sein kann). In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das als Grundsubstrat10 verwendete Halbleitermaterial amorph sein (d. h., ein nicht kristallines Material, dem die Fernordnungscharakterisik eines Kristalls fehlt). Typischerweise ist das als Grundsubstrat10 verwendete Halbleitermaterial ein einkristallines Material. - Wenn das Grundsubstrat
10 ein Glas umfasst, kann das Glas ein Glas auf der Basis von SiO2 sein, das undotiert oder mit einem geeigneten Dotierungsstoff dotiert sein kann. Beispiele für Gläser auf der Basis von SiO2, die als Grundsubstrat10 verwendet werden können, schließen undotiertes Silikatglas, Borosilikatglas, Phosphosilikatglas, Fluorosilikatglas und Borophosphosilikatglas ein. - Wenn das Grundsubstrat
10 eine Keramik umfasst, ist die Keramik ein anorganischer, nichtmetallischer Feststoff wie zum Beispiel ein Oxid einschließlich, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Cerdioxid und Zirkonoxid, ein Nichtoxid einschließlich, ohne aber darauf beschränkt zu sein, ein Carbid, ein Borid, ein Nitrid oder ein Silicid; oder eine Zusammensetzung, die Kombinationen aus Oxiden und Nichtoxiden enthält. - In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Oberseite
12 des Grundsubstrats10 vor der Weiterverarbeitung gereinigt werden, um Oberflächenoxide und/oder andere Verunreinigungen davon zu entfernen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird das Grundsubstrat10 gereinigt, indem ein Lösungsmittel wie zum Beispiel Aceton und Isopropanol, das in der Lage ist, Verunreinigungen und/oder Oberflächenoxide von der Oberseite12 des Grundsubstrats10 zu entfernen, auf das Grundsubstrat10 aufgetragen wird. - Bezug nehmend auf
2 , wird die Struktur von1 gezeigt, nachdem das Grundsubstrat10 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf seiner Oberseite12 und an seinen Rändern13 mit einem Randausschlussmaterial14 versehen wurde. Wie gezeigt, weist das Randausschlussmaterial14 einen Rand auf, die mit dem Rand13 des Grundsubstrats10 vertikal übereinstimmt, während ein anderer Rand des Randausschlussmaterials14 vom Rand13 nach innen und auf der Oberseite12 des Grundsubstrats10 liegt. - In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Randausschlussmaterial
14 ein Haftminderer sein. Mit ”Haftminderer” ist jedes Material gemeint, das die Fähigkeit einer nachfolgend geformten optionalen metallhaltigen Haftschicht oder spannungserzeugenden Schicht verringert, an der Oberseite12 des Grundsubstrats10 zu haften, d. h., zu kleben. Die Haftminderer, die in der vorliegenden Offenbarung als Randausschlussmaterial14 verwendet werden können, schließen, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Fotolackmaterialien, Polymere, Kohlenwasserstoffmaterialien, Tinten, Pulver, Pasten oder nicht haftende Metalle wie Gold ein. In einer Ausführungsform ist der Haftminderer, der in der vorliegenden Offenbarung als Randausschlussmaterial14 verwendet werden kann, eine Tinte. - Die Fotolackmaterialien, die als Haftminderer verwendet werden können, schließen jedes wohlbekannte Positiv- und/oder Negativlackmaterial ein.
- Die Polymere, die als Haftminderer verwendet werden können, schließen, ohne aber darauf beschränkt zu sein, natürliche Polymere wie z. B. Kautschuke, Schellak, Zellulose, synthetische Polymere wie z. B. Nylon, Polyethylen und Polypropylen ein, die aufgetragen oder in Form eines Bands oder einer Schicht aufgebracht werden.
- Die Kohlenwasserstoffmaterialien, die als Haftminderer verwendet werden können, schließen, ohne aber darauf beschränkt zu sein, gesättigte Kohlenwasserstoffe (d. h., Alkane), ungesättigte Kohlenwasserstoffe (d. h., Alkene oder Alkine), Cycloalkane und aromatische Kohlenwasserstoffe (d. h., Arene) ein.
- Tinten, die als Haftminderer verwendet werden können, schließen, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Tinten auf Alkohol- oder Wasserbasis, die in handelsüblichen Permanentmarkern zu finden sind, und Tinten ein, die in der Tintenstrahldrucktechnik verwendet werden.
- Metallschichten, die als Haftminderer verwendet werden können, schließen, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Au, Ag, Lötmetalle oder Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt ein.
- Pasten, die als Haftminderer verwendet werden können, schließen, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Pasten auf Metallbasis, teilgehärtete Epoxidharze, Vakuumfett oder ähnliche Materialien ein.
- Haftminderer, die in der vorliegenden Offenbarung als Randausschlussmaterial
14 verwendet werden können, können mithilfe von Techniken, die dem Fachmann wohlbekannt sind, auf der Oberseite12 des Grundsubstrats10 in der Nähe der Ränder13 geformt werden. Zum Beispiel können die Haftminderer, die in der vorliegenden Offenbarung als Randausschlussmaterial14 verwendet werden können, durch chemische Gasphasenabscheidung, plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung, Atomlagenabscheidung, Schleuderbeschichtung, Aufstreichen, Sprühbeschichtung, Siebdruck, Tintenstrahldruck oder Auftragen mit einer Faserspitze geformt werden. In einigen Ausführungsformen, in denen Tinten als Haftminderer verwendet werden, kann die Tinte mit einem diese enthaltenden Stift oder Marker aufgetragen werden. - In einer Ausführungsform weist das Randausschlussmaterial
14 eine Breite, die von einem Seitenwandrand zu einem anderen Seitenwandrand bestimmt wird, von 0,01 mm bis 10 mm auf. In einer anderen Ausführungsform weist das Randausschlussmaterial14 eine Breite von 0,1 mm bis 5 mm auf. Es ist anzumerken, dass der Teil des Grundsubstrats10 , der direkt unter dem Randausschlussmaterial14 liegt, einen Randausschlussbereich definiert, dessen Vorhandensein während eines nachfolgenden Abblätterungsprozesses den randbezogenen Bruch minimieren kann. -
3 ist eine bildliche Darstellung, die die Struktur von2 zeigt, nachdem über der Oberseite12 des Grundsubstrats10 eine optionale metallhaltige Haftschicht15 und eine spannungserzeugende Schicht16 geformt wurden. Wie gezeigt, sind Abschnitte der optionalen metallhaltigen Haftschicht15 und Abschnitte der spannungserzeugenden Schicht16 über dem Randausschlussmaterial14 geformt. - Die optionale metallhaltige Haftschicht
15 kann in Ausführungsformen verwendet werden, in welchen die spannungserzeugende Schicht16 , die später geformt werden soll, eine schlechte Adhäsion an das Material des Grundsubstrats10 aufweist. Typischerweise wird die optionale metallhaltige Haftschicht15 verwendet, wenn eine aus einem Metall bestehende spannungserzeugende Schicht verwendet wird. Die optionale metallhaltige Haftschicht15 , die in der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann, schließt ein Metalladhäsionsmaterial wie z. B., ohne aber darauf beschränkt zu sein, Ti/W, Ti, Cr, Ni oder jede Kombination daraus ein. Die optionale metallhaltige Haftschicht15 kann eine Einzelschicht sein oder eine mehrschichtige Struktur aufweisen, die mindestens zwei Schichten aus verschiedenen Metalladhäsionsmaterialien einschließt. - Die optionale metallhaltige Haftschicht
15 kann bei Raumtemperatur (15°C bis 40°C) oder darüber geformt werden. In einer Ausführungsform wird die optionale metallhaltige Haftschicht15 bei einer Temperatur von 20°C bis 180°C geformt. In einer anderen Ausführungsform wird die optionale metallhaltige Haftschicht15 bei einer Temperatur von 20°C bis 60°C geformt. - Die optionale metallhaltige Haftschicht
15 kann mithilfe von Beschichtungsverfahren geformt werden, die dem Fachmann wohlbekannt sind. Zum Beispiel kann die optionale metallhaltige Haftschicht15 durch Sputtern, chemische Gasphasenabscheidung, plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung, chemische Lösungsabscheidung, physikalische Gasphasenabscheidung und Plattierung geformt werden. Wenn die Beschichtung durch Sputtern erfolgt, kann der Sputterprozess außerdem einen In-situ-Sputter-Reinigungsprozess vor der Beschichtung einschließen. - Wenn sie verwendet wird, weist die optionale metallhaltige Haftschicht
15 typischerweise eine Dicke von 5 nm bis 200 nm auf, wobei eine Dicke von 100 nm bis 150 nm typischer ist. Auch andere Dicken für die optionale metallhaltige Haftschicht15 , die unter und/oder über den obigen Dickenbereichen liegen, können in der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. - Wie oben erwähnt, liegt die spannungserzeugende Schicht
16 über der Oberseite12 des Grundsubstrats10 und über dem Randausschlussmaterial14 . In einer Ausführungsform, und wenn keine metallhaltige Haftschicht vorhanden ist, ist die spannungserzeugende Schicht in direktem Kontakt mit der Oberseite12 des Grundsubstrats10 und über dem Randausschlussmaterial14 . In einer anderen Ausführungsform, und wenn eine metallhaltige Haftschicht vorhanden ist, ist die spannungserzeugende Schicht in direktem Kontakt mit der Oberseite der metallhaltigen Haftschicht. - Offenbarungsgemäß weist die spannungserzeugende Schicht
16 , die über der Oberseite12 des Grundsubstrats10 geformt wird, eine kritische Dicke und einen Spannungswert auf, die das Auftreten eines Abblätterungsbruchs im Grundsubstrat10 bewirken. Mit ”Abblätterungsbruch” ist gemeint, dass ein Riss im Grundsubstrat10 entsteht und die Kombination der Belastungskräfte einen Rissverlauf auf eine Tiefe unter der Grenzfläche zwischen der spannungserzeugenden Schicht und dem Substrat hält. Mit ”kritische Bedingung” ist gemeint, dass für eine gegebene Kombination aus spannungserzeugendem Material und Substratmaterial für die spannungserzeugende Schicht ein Dickenwert und ein Spannungswert gewählt werden, die einen Abblätterungsbruch ermöglichen (einen KI-Wert erzeugen können, der größer ist als die KIC des Substrats). - Insbesondere wird die Dicke der spannungserzeugenden Schicht
16 gewählt, um die gewünschte Bruchtiefe im Grundsubstrat10 zu gewährleisten. Wenn für die spannungserzeugende Schicht16 zum Beispiel Ni gewählt wird, wird der Bruch in einer Tiefe unter der spannungserzeugenden Schicht16 auftreten, die etwa dem 2- bis 3-Fachen der Ni-Dicke entspricht. Der Spannungswert für die spannungserzeugende Schicht16 wird dann gewählt, um die kritische Bedingung für einen Abblätterungsbruch zu erfüllen. Dieser kann durch Invertieren der empirischen Gleichung geschätzt werden, die durch t* = {(2.5 × 106(KIC 3/2)]/σ2 gegeben wird, wobei t* die kritische Dicke der spannungserzeugenden Schicht (in Mikrometer), KIC die Bruchzähigkeit (in MPa·m1/2-Einheiten) des Grundsubstrats10 und σ der Spannungswert der spannungserzeugenden Schicht (in MPa oder Megapascal) ist. Der obige Ausdruck ist eine Richtschnur, in der Praxis kann das Abblättern aber bei Spannungs- oder Dickenwerten auftreten, die bis zu 20% kleiner sind als durch den obigen Ausdruck vorausberechnet. - Offenbarungsgemäß ist die spannungserzeugende Schicht
16 unter Zugbeanspruchung, während sie bei der Abblätterungstemperatur auf dem Grundsubstrat10 vorhanden ist. Veranschaulichende Beispiele für Materialien, die als spannungserzeugende Schicht16 verwendet werden können, schließen, ohne aber darauf beschränkt zu sein, ein Metall, ein Polymer wie z. B. eine abblätterungseinleitende Bandschicht oder eine Kombination daraus ein. Die spannungserzeugende Schicht16 kann eine spannungserzeugende Einzelschicht sein, oder es kann eine mehrschichtige spannungserzeugende Struktur verwendet werden, die mindestens zwei Schichten aus verschiedenen spannungserzeugenden Materialien einschließt. - In einer Ausführungsform besteht die spannungserzeugende Schicht
16 aus einem Metall. In einer anderen Ausführungsform besteht die spannungserzeugende Schicht16 aus einem Polymer. In noch einer anderen Ausführungsform besteht die spannungserzeugende Schicht16 aus einem abblätterungseinleitenden Band. In einer weiteren Ausführungsform kann die spannungserzeugende Schicht16 zum Beispiel eine zweiteilige spannungserzeugende Schicht umfassen, die einen unteren und einen oberen Teil einschließt. Der obere Teil der zweiteiligen spannungserzeugenden Schicht kann aus einer abblätterungseinleitenden Bandschicht bestehen. - Wenn ein Metall als spannungserzeugende Schicht
16 verwendet wird, kann das Metall zum Beispiel Ni, Ti, Cr, Fe oder W einschließen. Auch Legierungen dieser Metalle können verwendet werden. In einer Ausführungsform schließt die spannungserzeugende Schicht16 mindestens eine Schicht ein, die aus Ni besteht. - Wenn als spannungserzeugende Schicht
16 ein Polymer verwendet wird, ist das Polymer ein großes Makromolekül, das aus sich wiederholenden Struktureinheiten zusammengesetzt ist. Diese Untereinheiten sind typischerweise durch kovalente chemische Bindungen verbunden. Veranschaulichende Beispiele für Polymere, die als spannungserzeugende Schicht16 verwendet werden können, schließen, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Polyimide, Polyester, Polyolefine, Polyacrylate, Polyurethan, Polyvinylacetat und Polyvinylchlorid ein. - Wenn als spannungserzeugende Schicht
16 eine abblätterungseinleitende Bandschicht verwendet wird, schließt die abblätterungseinleitende Bandschicht jedes drucksensitive Band ein, das bei der Temperatur, die zur Formung des Bands verwendet wird, flexibel, weich und spannungsfrei ist, und bei der Temperatur, die beim Abblättern verwendet wird, noch stark, dehnbar und streckbar ist. Mit ”drucksensitives Band” ist ein Klebeband gemeint, das bei Druckbeaufschlagung klebt, ohne zur Aktivierung Lösungsmittel, Wärme oder Wasser zu erfordern. Die Zugspannung im Band bei der Abblätterungstemperatur ist hauptsächlich auf den Wärmeausdehnungsunterschied zwischen dem Grundsubstrat10 (mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten) und dem Band (mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten) zurückzuführen. - Typischerweise schließt das in der vorliegenden Offenbarung als spannungserzeugende Schicht
16 verwendete drucksensitive Band mindestens eine Klebeschicht und eine Basisschicht ein. Die Materialien für die Klebeschicht und die Basisschicht des drucksensitiven Bands schließen Polymermaterialien wie zum Beispiel Acrylharze, Polyester, Olefine und Vinyle ein, mit oder ohne geeignete Weichmacher. Weichmacher sind Zusatzstoffe, die die Formbarkeit der Polymermaterialien, welchen sie zugesetzt werden, erhöhen können. - In einer Ausführungsform wird die in der vorliegenden Offenbarung verwendete spannungserzeugende Schicht
16 bei einer Temperatur geformt, die bei Raumtemperatur (15°C bis 40°C) liegt. In einer anderen Ausführungsform kann die Bandschicht bei einer Temperatur geformt werden, die zwischen 15°C und 60°C liegt, wenn eine Bandschicht benutzt wird. - Wenn die spannungserzeugende Schicht
16 aus einem Metall oder Polymer besteht, kann die spannungserzeugende Schicht16 mithilfe von Beschichtungsverfahren geformt werden, die dem Fachmann wohlbekannt sind, einschließlich zum Beispiel Tauchbeschichtung, Schleuderbeschichtung, Aufstreichen, Sputtern, chemische Gasphasenabscheidung, plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung, chemische Lösungsabscheidung, physikalische Gasphasenabscheidung und Plattierung. - Wenn die spannungserzeugende Schicht
16 aus einer abblätterungseinleitenden Bandschicht besteht, kann die Bandschicht von Hand oder durch mechanische Mittel auf die Struktur aufgebracht werden. Das abblätterungseinleitende Band kann mithilfe von Techniken geformt werden, die dem Fachmann wohlbekannt sind, oder kann von jedem wohlbekannten Klebebandhersteller käuflich erworben werden. Einige Beispiele für abblätterungseinleitende Bänder, die in der vorliegenden Offenbarung als spannungserzeugende Schicht verwendbar sind, schließen zum Beispiel das durch Wärme lösbare Band Nitto Denko® 3193MS, Kapton® KPT-1, und Diversified Biotech's® CLEAR-170 (Acrylklebstoff, Vinylbasis) ein. - In einer Ausführungsform kann auf der Oberseite
12 des Grundsubstrats10 eine zweiteilige spannungserzeugende Schicht geformt sein, wobei ein unterer Teil der zweiteiligen spannungserzeugenden Schicht bei einer ersten Temperatur geformt wird, die bei Raumtemperatur oder leicht darüber liegt (z. B. 15°C bis 60°C), wobei ein oberer Teil der zweiteiligen spannungserzeugenden Schicht eine abblätterungseinleitende Bandschicht umfasst, die bei einer zusätzlichen Temperatur geformt wird, die bei Raumtemperatur liegt. - Wenn die spannungserzeugende Schicht
16 metallischer Art ist, weist sie typischerweise eine Dicke von 3 μm bis 50 μm auf, wobei eine Dicke von 4 μm bis 8 μm typischer ist. Auch andere Dicken für eine metallische spannungserzeugende Schicht, die unter und/oder über den obigen Dickenbereichen liegen, können in der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. - Wenn die spannungserzeugende Schicht
16 polymerer Art ist, weist sie typischerweise eine Dicke von 10 μm bis 200 μm auf, wobei eine Dicke von 50 μm bis 100 μm typischer ist. Auch andere Dicken für eine polymere spannungserzeugende Schicht, die unter und/oder über den obigen Dickenbereichen liegen, können in der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. - Bezug nehmend auf
4 , wird die Struktur von2 gezeigt, nachdem auf der spannungserzeugenden Schicht16 ein optionales Handhabungssubstrats18 geformt wurde. Das in der vorliegenden Offenbarung verwendete optionale Handhabungssubstrat18 umfasst jedes flexible Material, das einen minimalen Krümmungsradius kleiner als 30 cm hat. Veranschaulichende Beispiele für flexible Materialien, die als optionales Handhabungssubstrat18 verwendet werden können, schließen eine Metallfolie oder eine Polyimidfolie ein. Andere Beispiele für flexible Materialien, die als optionales Handhabungssubstrat18 verwendet werden können, schließen Polymere, Bänder und Aufschleudermaterialien ein. - Das optionale Handhabungssubstrat
18 kann verwendet werden, um eine bessere Bruchkontrolle und mehr Wendigkeit bei der Handhabung des abgeblätterten Teils des Grundsubstrats10 zu gewährleisten. Zudem kann das optionale Handhabungssubstrat18 benutzt werden, um während des offenbarungsgemäßen Abblätterungsprozesses die Rissausbreitung zu führen. Das offenbarungsgemäße optionale Handhabungssubstrat18 wird typischerweise, aber nicht unbedingt bei Raumtemperatur (15°C bis 40°C) geformt. - Das optionale Handhabungssubstrat
18 kann mithilfe von Beschichtungsverfahren geformt werden, die dem Fachmann wohlbekannt sind, einschließlich zum Beispiel Tauchbeschichtung, Schleuderbeschichtung, Aufstreichen, Sputtern, chemische Gasphasenabscheidung, plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung, chemische Lösungsabscheidung, physikalische Gasphasenabscheidung und Plattierung. - Das optionale Handhabungssubstrat
18 weist typischerweise eine Dicke von 1 μm bis einige mm auf, wobei eine Dicke von 70 μm bis 120 μm typischer ist. Auch andere Dicken für das Handhabungssubstrat18 , die unter und/oder über den obigen Dickenbereichen liegen, können in der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. - Bezug nehmend auf
5 , wird die Struktur von4 nach dem Abblättern gezeigt, wobei ein Teil des Grundsubstrats aus dem Anfangsgrundsubstrat entfernt wurde. Der Teil des Grundsubstrats, der aus dem Anfangsgrundsubstrat entnommen wurde, wird hierin als abgeblätterter Teil10' bezeichnet; der übrige Teil des Grundsubstrats wird in5 als10'' bezeichnet. - Der Abblätterungsprozess kann bei Raumtemperatur oder bei einer Temperatur unterhalb der Raumtemperatur eingeleitet werden. In einer Ausführungsform wird das Abblättern bei Raumtemperatur (d. h., 20°C bis 40°C) durchgeführt. In einer anderen Ausführungsform wird das Abblättern bei einer Temperatur unter 20°C durchgeführt. In einer weiteren Ausführungsform tritt das Abblättern bei einer Temperatur von 77 K oder weniger auf. In einer weiteren Ausführungsform tritt das Abblättern bei einer Temperatur unter 206 K auf. In einer weiteren Ausführungsform tritt das Abblättern bei einer Temperatur von 175 K bis 130 K auf.
- Wenn eine Temperatur unterhalb der Raumtemperatur verwendet wird, kann der Abblätterungsprozess unterhalb der Raumtemperatur erreicht werden, indem die Struktur mithilfe eines Kühlmittels auf unter die Raumtemperatur abgekühlt wird. Die Kühlung kann zum Beispiel erreicht werden, indem die Struktur in ein Flüssigstickstoffbad, ein Flüssigheliumbad, ein Eisbad, ein Trockeneisbad, ein superkritisches Flüssigkeitsbad oder in eine andere Kryoflüssigkeits- oder -gasumgebung gelegt wird.
- Wenn das Abblättern bei einer Temperatur unterhalb der Raumtemperatur durchgeführt wird, wird die abgeblätterte Struktur auf Raumtemperatur zurückgebracht, indem die abgeblätterte Struktur langsam auf Raumtemperatur aufgewärmt wird, indem sie bei Raumtemperatur ruhen gelassen wird. Alternativ dazu kann die abgeblätterte Struktur mithilfe von Heizmitteln auf Raumtemperatur aufgewärmt werden.
- Bezug nehmend auf
6 , wird die Struktur von5 gezeigt, nachdem das optionale Handhabungssubstrat18 , die spannungserzeugende Schicht16 und, falls vorhanden, die optionale metallhaltige Haftschicht15 und das Randausschlussmaterial14 vom abgeblätterten Teil10' des Grundsubstrats entfernt wurden. - Das optionale Handhabungssubstrat
18 , die spannungserzeugende Schicht16 , die optionale metallhaltige Haftschicht15 und das Randausschlussmaterial14 können mithilfe konventioneller Techniken, die dem Fachmann wohlbekannt sind, vom abgeblätterten Teil10' des Grundsubstrats entfernt werden. Zum Beispiel, und in einer Ausführungsform, kann Königswasser (HNO3/HCl) benutzt werden, um das optionale Handhabungssubstrat18 , den spannungserzeugenden Schichtabschnitt16A , die optionale metallhaltige Haftschicht und das Randausschlussmaterial14 vom abgeblätterten Teil10' des Grundsubstrats zu entfernen. In einem anderen Beispiel wird eine UV- oder Wärmebehandlung verwendet, um das optionale Handhabungssubstrat18 zu entfernen, gefolgt von einer chemischen Ätzung, um die spannungserzeugende Schicht16 zu entfernen, gefolgt von einer anderen chemischen Ätzung, um die optionale metallhaltige Haftschicht15 zu entfernen, gefolgt von einem organischen Lösungsmittel wie z. B. Aceton, um die Randausschlussmaterialschicht14 zu entfernen. - Die Dicke des abgeblätterten Teils
10' des Grundsubstrats, das in6 gezeigt wird, ist abhängig vom Material der spannungserzeugenden Schicht16 und vom Material des Grundsubstrats10 selbst. In einer Ausführungsform weist der abgeblätterte Teil10' des Grundsubstrats eine Dicke kleiner als 100 Mikrometer auf. In einer anderen Ausführungsform weist der abgeblätterte Teil10' des Grundsubstrats eine Dicke kleiner als 50 Mikrometer auf. - Nun Bezug nehmend auf
7 bis11 , wird eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt, in welcher auf der Oberseite des Grundsubstrats ein Randausschlussbereich geformt wird, indem Abschnitte einer spannungserzeugenden Deckschicht, die in der Nähe der Ränder13 liegen, von der Oberseite des Grundsubstrats10 entfernt werden. - Zuerst auf
7 Bezug nehmend, wird die Struktur von1 gezeigt, nachdem auf der Oberseite12 des Grundsubstrats10 eine optionale metallhaltige Haftschicht15 und eine spannungserzeugende Schicht16 geformt wurden. Das Grundsubstrat10 , die optionale metallhaltige Haftschicht15 und eine spannungserzeugende Schicht16 , die in dieser Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, enthalten Materialien, die oben in der anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung genannt wurden. - Bezug nehmend auf
8 , wird die Struktur von7 gezeigt, nachdem die spannungserzeugende Schicht16 und die optionale metallhaltige Haftschicht15 von Abschnitten der Oberseite12 des Grundsubstrats10 , die in der Nähe der Ränder13 liegen, entfernt wurden. In8 bezeichnet das Bezugszeichen16' eine strukturierte spannungserzeugende Schicht, und das Bezugszeichen15' bezeichnet eine strukturierte optionale metallhaltige Haftschicht. Die Strukturierung der spannungserzeugenden Schicht16 und der optionalen metallhaltigen Haftschicht15 kann durch Lithographie und Ätzung erreicht werden. Die Lithographie umfasst den Auftrag eines Fotolacks (nicht gezeigt) auf der spannungserzeugenden Schicht, die Belichtung des Fotolacks mit einer gewünschten Bestrahlungsstruktur und die Entwicklung des belichteten Fotolacks mit einem konventionellen Fotolackentwickler. Das Ätzverfahren schließt ein Trockenätzverfahren (wie zum Beispiel reaktives Ionenätzen, Ionenstrahlätzen, Plasmaätzen oder Laser-Ablation) und/oder ein nasschemisches Ätzverfahren ein. Typischerweise wird das reaktive Ionenätzen verwendet, um die spannungserzeugende Schicht16 und optionale metallhaltige Haftschicht15 von Abschnitten der Oberseite12 des Grundsubstrats10 zu entfernen, die in der Nähe der Ränder13 liegen. Der strukturierte Fotolack kann durch einen Veraschungsschritt entfernt werden. - In dieser Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weisen die freiliegenden Abschnitte des Grundsubstrats in der Nähe der Ränder
13 eine Breite auf, die innerhalb des obigen Bereichs für das Randausschlussmaterial14 liegt. Es ist anzumerken, dass die freiliegenden Abschnitte des Grundsubstrats10 , die nicht mindestens von der strukturierten spannungserzeugenden Schicht16' bedeckt sind, einen Randausschlussbereich definieren, dessen Vorhandensein den randbezogenen Bruch während eines nachfolgenden Abblätterungsprozesses minimieren. - In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die in
8 gezeigte Struktur ohne vorherige Formung der in7 gezeigten Struktur geformt werden. In solch einer Ausführungsform kann eine strukturierte Maske auf Abschnitten der Oberseite12 des Grundsubstrats10 geformt werden, die in der Nähe der Ränder13 liegen, und dann können die optionale metallhaltige Haftschicht und die spannungserzeugende Schicht auf selektive Weise nur auf freiliegenden Abschnitten der Oberseite des Grundsubstrats geformt werden. Im Anschluss an die selektive Formung der optionalen metallhaltigen Haftschicht und der spannungserzeugenden Schicht kann die strukturierte Maske durch einen selektiven Ätzprozess von der Struktur entfernt werden. - In einer Ausführungsform kann die strukturierte Maske aus jedem Abdeckmaterial bestehen, das den Auftrag der optionalen metallhaltigen Haftschicht oder der spannungserzeugenden Schicht verhindert, einschließlich, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Metalle, Kunststoffe oder Keramik. Die strukturierte Maske kann eine Materiallage mit einer Öffnung sein, die die Beschichtung im Randausschlussbereich verhindert. Zur Entfernung der Abschnitte des Abdeckmaterials, die nicht in der Nähe der Ränder
13 liegen, kann ein Ätzprozess verwendet werden oder nicht. - Bezug nehmend auf
9 , wird die Struktur von8 gezeigt, nachdem über der strukturierten spannungserzeugenden Schicht16' und der strukturierten optionalen metallhaltigen Haftschicht15' ein optionales Handhabungssubstrat18 geformt wurde. Das in dieser Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendete optionale Handhabungssubstrat18 ist das gleiche wie das optionale Handhabungssubstrat in der vorherigen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. - Bezug nehmend auf
10 , wird die Struktur von9 nach dem Abblättern des Grundsubstrats gezeigt. Der in dieser Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendete Abblätterungsprozess ist der gleiche wie der in der vorherigen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschriebene. In10 bezeichnet das Bezugszeichen10' einen abgeblätterten Teil des Grundsubstrats; der restliche Teil des Grundsubstrats wird in10 mit10'' bezeichnet. - Bezug nehmend auf
11 , wird die Struktur von10 gezeigt, nachdem das optionale Handhabungssubstrat18 , die strukturierte spannungserzeugende Schicht16' und die strukturierte optionale metallhaltige Haftschicht15' vom abgeblätterten Teil10' des Grundsubstrats entfernt wurden. Die Entfernung des optionalen Handhabungssubstrats18 , der strukturierten spannungserzeugenden Schicht16' und der strukturierten optionalen metallhaltigen Haftschicht15' vom abgeblätterten Teil10' des Grundsubstrats wird wie in der vorherigen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben durchgeführt.
Claims (9)
- Verfahren zur Entfernung einer Materialschicht von einem Grundsubstrat (
10 ), umfassend: Formen eines Randausschlussmaterials (14 ), wobei das Randausschlussmaterial (14 ) einen Rand aufweist, der mit dem Rand des Grundsubstrats (10 ) vertikal übereinstimmt, während ein anderer Rand des Randausschlussmaterials (14 ) vom Rand nach innen und auf einer Oberseite (12 ) des Grundsubstrats (10 ) liegt; Formen einer spannungserzeugenden Schicht (16 ) auf freiliegenden Abschnitten der Oberseite (12 ) des Grundsubstrats (10 ) und über dem Randausschlussmaterial (14 ); und Abblättern eines Teils (10' ) des Grundsubstrats (10 ), der unter der spannungserzeugenden Schicht (16 ) liegt und nicht von dem Randausschlussmaterial (14 ) bedeckt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Grundsubstrat (
10 ) ein Halbleitermaterial umfasst. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem umfassend das Formen einer metallhaltigen Haftschicht (
15 ) zwischen der spannungserzeugenden Schicht (16 ) und dem Grundsubstrat (10 ). - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die spannungserzeugende Schicht (
16 ) ein Metall, ein Polymer, ein abblätterungseinleitendes Band oder eine Kombination daraus umfasst. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem umfassend das Formen eines Handhabungssubstrats (
18 ) über der spannungserzeugenden Schicht (16 ). - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abblättern bei Raumtemperatur oder unterhalb der Raumtemperatur durchgeführt wird, wobei das Abblättern vorzugsweise bei einer Temperatur von 77 K oder weniger durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem umfassend das Entfernen der spannungserzeugenden Schicht (
16 ) und des Randausschlussmaterials (14 ) vom abgeblätterten Teil (10' ) des Grundsubstrats (10 ). - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Entfernen das Inkontaktbringen der spannungserzeugenden Schicht (
16 ) und des Randausschlussmaterials (14 ) mit einem chemischen Ätzmittel einschließt. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Randausschlussmaterial (
14 ) ein Fotolackmaterial, ein Polymer, ein Kohlenwasserstoffmaterial, eine Tinte, ein Metall, eine Paste auf Metallbasis, ein teilgehärtetes Epoxidharz, oder ein Vakuumfett umfasst.
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