DE112006003461T5 - Verfahren zur Herstellung einer zerlegbaren scheibenförmigen Struktur, insbesondere auf Silizium basierend, und Anwendung des Verfahrens - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer scheibenförmigen Struktur, die mindestens ein Substrat (3), ein Superstrat (5) und wenigstens eine zwischen dem Substrat und dem Superstrat eingefügte Zwischenschicht (4) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Verfahren die Schritte gehören:
– Ausbilden wenigstens einer Zwischenschicht auf einem Substrat, wobei die Zwischenschicht mindestens ein Basismaterial enthält, in dem als Störstellen bezeichnete, sich von den Atomen oder Molekülen des Basismaterials unterscheidende Atome oder Moleküle verteilt sind, um eine Substruktur (2) zu bilden;
– Anwenden einer Basiswärmebehandlung auf diese Substruktur (2), so dass die Anwesenheit von ausgewählten Störstellenatomen oder -molekülen in dem ausgewählten Basismaterial in dem Temperaturbereich dieser Wärmebehandlung eine strukturelle Veränderung/Umwandlung der Zwischenschicht hervorruft; und
– Anbringen eines Substrats (5) an der wärmebehandelten Zwischenschicht (4), um die scheibenförmige Struktur (1) zu erhalten.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung mehrschichtiger Scheiben, und im Besonderen trennbarer oder zerlegbarer mehrschichtiger Scheiben, insbesondere für die Herstellung von Wafern oder feinen (Mikro-)Bauelementen.
  • Auf dem Gebiet der Nanotechnologie, insbesondere der Mikroelektronik, der Leistungselektronik, der Optoelektronik und der MEMS-Bauelemente, ist der Einsatz von an einer isolierenden SOI-Schicht angefügten Siliziumscheiben und insbesondere von zerlegbaren Strukturen bekannt, die eine isolierende Schicht zwischen einem auf Silizium basierenden Substrat und einem auf Silizium basierenden Superstrat aufweisen. Derartige zerlegbare Strukturen sind in der FR-A-2 860 249 beschrieben.
  • Die vorliegende Erfindung bezweckt Herstellungsverfahren und Strukturen zu schaffen, die sich von den gegenwärtig bekannten deutlich unterscheiden.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht vor allem darin ein Verfahren zur Herstellung einer scheibenförmigen Struktur zu schaffen, die mindestens ein Substrat, ein Superstrat und wenigstens eine zwischen dem Substrat und dem Superstrat eingefügte Zwischenschicht enthält.
  • Erfindungsgemäß gehören zu dem Verfahren die Schritte:
    Ausbilden wenigstens einer Zwischenschicht auf einem Substrat, wobei die Zwischenschicht mindestens ein Basismaterial enthält, in dem als Störstellen bezeichnete Atome oder Moleküle verteilt sind, die sich von den Atomen oder Molekülen des Basismaterials unterscheiden, um eine Substruktur zu bilden;
    Anwenden einer Basiswärmebehandlung auf diese Substruktur, so dass die Anwesenheit der ausgewählten Störstellenatomen oder -molekülen in dem ausgewählten Basismaterial in dem Temperaturbereich dieser Wärmebehandlung eine strukturelle Umwandlung oder Veränderung der Zwischenschicht hervorruft;
    und Aufbringen eines Substrats an der wärmebehandelten Zwischenschicht, um die scheibenförmige Struktur zu erhalten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise den Schritt beinhalten Anwenden einer zusätzlichen Wärmebehandlung auf die Struktur, wobei eine Verfestigung der Verbindung zwischen dem Superstrat und der Zwischenschicht und/oder eine zusätzliche strukturelle Umwandlung oder Veränderung der Zwischenschicht hervorgerufen wird.
  • Erfindungsgemäß bewirken die Wärmebehandlung und/oder die zusätzliche Wärmebehandlung vorzugsweise eine mechanische Zerlegung, d. h. eine auf einem speziellen mechanischen Arbeitsschritt basierende Zerlegung, und/oder eine chemische Zerlegung, d. h. eine auf einem speziellen chemischen Arbeitsschritt basierende Zerlegung, und/oder eine thermische Zerlegung, d. h. eine auf einer speziellen Wärmebehandlung basierende Zerlegung, der Zwischenschicht.
  • Erfindungsgemäß ruft die Wärmebehandlung der Zwischenschicht vorzugsweise die Bildung von Mikroblasen oder Mikrohohlräumen in dieser Schicht hervor.
  • Gemäß einer Abwandlung der Erfindung basieren das Substrat und/oder das Superstrat auf einkristallinem Silizium, und die Zwischenschicht basiert auf dotiertem Siliziumdioxid.
  • Gemäß einer bevorzugten Abwandlung der Erfindung, basieren das Substrat und/oder das Superstrat auf Silizium, auf einem Halbleiterwerkstoff der Klasse III-5, auf Siliziumkarbid (SiC) oder auf Galliumnitrid (GaN).
  • Gemäß einer bevorzugten Abwandlung der Erfindung ist das Basismaterial der Zwischenschicht Silizium, und die Störstellenatome dieser Schicht sind Phosphor- oder Boratome, die auf diese Weise eine Zwischenschicht aus Phosphorsilikatglas (PSG) oder aus Bor-Phosphorsilikatglas (BPSG) bilden.
  • Erfindungsgemäß kann der Phosphoranteil vorteilhafterweise zwischen 6 und 14% betragen, ohne jedoch auf diese spezielle Wahl beschränkt zu sein.
  • Erfindungsgemäß beträgt der Boranteil vorzugsweise zwischen 0 und 4%, ohne jedoch auf diese spezielle Wahl beschränkt zu sein.
  • Erfindungsgemäß wird die Wärmebehandlung vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 400°C und 1200°C, vorzugsweise zwischen 900°C und 1200°C, durchgeführt.
  • Zu dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorteilhafterweise den Schritt gehören: Anbringen des Superstrats an der Zwischenschicht mittels Haftung aufgrund molekularer Adhäsion.
  • Erfindungsgemäß weist das Substrat und/oder das Superstrat vorzugsweise jeweils auf der der Zwischenschicht zugewandten Seite eine Schicht aus thermischem Siliziumoxid oder eine beliebige sonstige Schutzschicht auf, die vorzugsweise dazu dient, die Diffusion von Atomen zwischen der Zwischenschicht und dem Substrat und/oder dem Superstrat zu verhindern oder zu reduzieren.
  • Erfindungsgemäß basieren wenigstens einige der Mikrobla sen oder Mikrohohlräume auf offenen Hohlräumen und bilden zumindest für einige derselben Kanäle.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise einen zusätzlichen Schritt einer Reduzierung der Dicke des Superstrats und/oder des Substrats beinhalten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise einen möglicherweise in mehreren Phasen durchzuführenden zusätzlichen Schritt der vollständigen oder partiellen Herstellung von Bauelementen oder integrierten Schaltkreisen auf dem Superstrat und/oder auf dem Substrat beinhalten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise einen zusätzlichen Schritt der Ausbildung von Nuten und/oder von Schnitten quer durch das Superstrat und/oder das Substrat beinhalten.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Trennung des Substrats von dem Superstrat der Struktur zu schaffen.
  • Erfindungsgemäß kann dieses Verfahren zur Trennung vorteilhafterweise den Schritt beinhalten, Kräfte zwischen dem Substrat und dem Superstrat auszuüben, um den Bruch in der zwischen dem Substrat und dem Superstrat angeordneten Zwischenschicht zu bewirken.
  • Erfindungsgemäß kann das Verfahren zur Trennung vorteilhafterweise den Schritt beinhalten: chemisches Ätzen der Zwischenschicht, um zumindest teilweise die Entfernung dieser Zwischenschicht zwischen dem Substrat und dem Superstrat zu erreichen.
  • Erfindungsgemäß kann das Verfahren zur Trennung vorteilhafterweise den Schritt beinhalten: Anwendung einer Wärmebe handlung, die eine Zerlegung der Zwischenschicht induziert, um den Bruch der Zwischenschicht zwischen dem Substrat und dem Superstrat hervorzurufen.
  • Erfindungsgemäß kann das Verfahren zur Trennung vorteilhafterweise den Schritt beinhalten, wenigstens zwei der oben erwähnten Effekte, d. h. insbesondere die Ausübung von Kräften zwischen dem Substrat und dem Superstrat, und/oder das chemische Ätzen der Zwischenschicht und/oder die Anwendung einer Wärmebehandlung auf die Zwischenschicht, zu kombinieren.
  • Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren zur Herstellung zerlegbarer Strukturen mit Blick auf die Herstellung integrierter Schaltkreise der elektronischen und/oder optoelektronischen und/oder der MEMS-Bauart, jedoch ohne Beschränkung auf die oben erwähnten Werkstoffe, zu nutzen.
  • Die vorliegende Erfindung wird nach dem Lesen der Beschreibung von Strukturen und Verfahren zur Herstellung derartiger Strukturen verständlicher, die als nicht beschränkende Beispiele beschrieben und anhand der Zeichnungen veranschaulicht sind:
  • 1 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Substruktur in einem Ausgangszustand;
  • 2 veranschaulicht einen Querschnitt der Substruktur nach 1 in einer späteren Herstellungsphase;
  • 3 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Struktur;
  • 4 veranschaulicht einen Schnitt der Struktur nach 3 in einer späteren Herstellungsphase;
  • 5 zeigt einen Schnitt der Struktur nach 4 in einer späteren Herstellungsphase;
  • 6 zeigt eine Draufsicht auf die Struktur nach 5;
  • 7 zeigt einen Schnitt der Struktur nach 5 in einer späteren Herstellungsphase;
  • 8 zeigt einen Schnitt der Struktur nach 3 in einer weiteren späteren Herstellungsphase; und
  • 9 zeigt eine Draufsicht der Struktur nach 8.
  • Mit Bezug auf 1 bis 3 werden zunächst die unterschiedliche grundsätzlichen Arbeitsschritte der Herstellung einer komplexen scheibenförmigen Struktur 1 beschrieben, die beispielsweise einen Durchmesser von ca. 200 Millimeter aufweist.
  • Wie in 1 gezeigt, wird gemäß einem ersten Schritt eine Substruktur 2 hergestellt, die ein scheibenförmiges Substrat 3 und eine auf einer Fläche 3a dieses Substrats angeordnete Zwischenschicht 4 enthält.
  • Wie in 2 gezeigt, wird die Substruktur 2 gemäß einem zweiten Schritt, beispielsweise in einem Ofen, einer Wärmebehandlung unterzogen. Dieser Schritt dient dazu, eine strukturelle Umwandlung oder Veränderung der Zwischenschicht 4 hervorzurufen. Diese Veränderung bewirkt vorzugsweise eine mechanische und/oder chemische und/oder thermische Zerlegung der Zwischenschicht 4.
  • Wie in 3 gezeigt, wird gemäß einem dritten Schritt auf der Zwischenschicht 4 die Stirnseite 5a eines scheibenförmigen Superstrats 5 angebracht.
  • Es ergibt sich dann die zusammengefügte Struktur 1.
  • Vorzugsweise wird die Struktur 1 in einem vierten Schritt, beispielsweise in einem Ofen, einer zusätzlichen Wärmebehandlung unterzogen. Dieser Schritt kann vorteilhafterweise dazu dienen, eine Verfestigung der Verbindung zwischen der Stirnseite 5a des Superstrats 5 und der Zwischenschicht 4 und/oder möglicherweise eine zusätzliche strukturelle Veränderung dieser Zwischenschicht 4 zu bewirken.
  • Im Allgemeinen basiert die Zwischenschicht 4 auf wenigstens einem Basismaterial, in dem als Störstellen bezeichnete Atome oder Moleküle verteilt sind, die sich von den Atomen oder Molekülen des Basismaterials unterscheiden, und sie weist eine Zusammensetzung auf, die so gestaltet ist, dass eine vorzugsweise irreversible strukturelle Veränderung dieser Zwischenschicht stattfindet, wenn die Substruktur 2 einer angemessenen Wärmebehandlung unterzogen wird.
  • Diese strukturelle Veränderung ruft vorzugsweise eine mechanische und/oder chemische und/oder thermische Zerlegung der Zwischenschicht 4 hervor.
  • Gemäß dem oben erwähnten ersten Schritt kann die Substruktur 2 vorteilhafterweise folgendermaßen mittels der folgenden Behandlungen hergestellt werden.
  • Das Substrat 3 kann auf einer einkristallinen Siliziumscheibe basieren, deren Dicke einige hundert Mikrometer, beispielsweise zwischen 500 und 1000 Mikrometer, betragen kann.
  • Ausgehend von einem derartigen Substrat 3 wird vorzugsweise eine Oxidation dieses Substrats durchgeführt, um auf der Stirnseite 3a einen Film 6 aus thermischem Siliziumoxid zu erhalten, wobei dieser Film 6 in einem Oxidationsofen bei einer Temperatur zwischen 900°C und 1100°C erzeugt werden kann, um anschließend eine Dicke im Bereich zwischen 0,5 und 3 μm aufweisen zu können. Die Schicht 6 könnte jedoch auch auf Siliziumnitrid oder auf Siliziumoxinitrid basieren.
  • Optional können Zwischenbehandlungen durchgeführt werden, insbesondere können an der gewonnenen Oberfläche vorteilhafterweise ein chemischer Reinigungsschritt RCA und ein mechanisch-chemischer Polierschritt (CRP) durchgeführt werden.
  • Anschließend wird auf der oxidierten Oberfläche 3a des Substrats 3 eine Siliziumoxidschicht durch Abscheiden erzeugt, die einen hohen Prozentsatz an Phosphor und/oder an Bor enthält bzw. damit dotiert ist, um die Zwischenschicht 4 zu erhalten, die auf einem Phosphorsilikatglas-(PSG)- oder Bor-Phosphorsilikatglas-(BPSG)-Material basiert.
  • Beispielsweise kann der Prozentsatz an Phosphor in dem die Zwischenschicht 4 bildenden Material zwischen 6 und 14% liegen und/oder der Prozentsatz an Bor in dieser Schicht kann zwischen 0 und 4% liegen. Eine derartige Abscheidung kann gemäß bekannten Techniken in Abscheidungseinrichtungen der Bauart CVD, LPCVD oder PECVD erzeugt werden. Die auf diese Weise geschaffene Zwischenschicht 4 kann eine Dicke zwischen 1 und 10 μm aufweisen.
  • Im Besonderen kann in einer Abscheidungseinrichtung der Bauart PECVD bei 400°C eine Abscheidung von Phosphorsilikatglas (PSG) mit 6,5% Phosphor erzeugt werden, um eine Zwischenschicht 4 zu erhalten, die eine Dicke im Bereich von 1,5 μm aufweist.
  • Gemäß dem oben erwähnten zweiten Schritt wird die besagte Substruktur 2 in einem Ofen, beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 400°C und 1200°C, vorzugsweise zwischen 900°C und 1200°C, einer Wärmebehandlung unterzogen.
  • Im Besonderen kann die Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 950°C für zwei Stunden und in einer Atmosphäre von Argon und Sauerstoff oder Stickstoff durchgeführt werden.
  • Unter Berücksichtigung der im Vorausgehenden erwähnten ausgewählten Materialien schwächt eine derartige in dem ausgewählten Temperaturbereich durchgeführte Wärmebehandlung die Zwischenschicht 4, indem sie im Allgemeinen irreversibel die Entstehung einer Mikroblasen oder Mikrohohlräume 7 aufweisenden Gasphase in dieser Zwischenschicht 4 hervorruft und damit einhergehend eine Steigerung deren Dicke bewirkt. Vorzugsweise durchläuft die Zwischenschicht 4 somit eine strukturelle Veränderung und/oder wird schwammartig oder porös.
  • Die Menge und das Volumen der Mikroblasen oder Mikrohohlräume 7 hängen von der Zusammensetzung der Zwischenschicht 4 und den Bedingungen der an der Substruktur 2 durchgeführten Wärmebehandlung ab.
  • Die erzeugten Mikroblasen oder Mikrohohlräume 7 können ein Volumen aufweisen, so dass sie auf der der Stirnseite 3a des Substrats 3 zugewandten Seite und/oder auf der der Außenfläche der Zwischenschicht 4 zugewandten Seite offen sind. Die Mikroblasen oder Mikrohohlräume 7 können darüber hinaus möglicherweise untereinander Durchgänge aufweisen, um Kanäle zu bilden, die insbesondere an den Außenkanten der Zwischenschicht 4 offen sind.
  • Der auf thermischem Oxid basierende Film 6 kann vorteilhafterweise eine Barriere bilden, die es ermöglicht, die Diffusion von Stoffen, in dem Ausführungsbeispiel Phosphor und/oder Bor, zwischen dem Substrat 3 und der Zwischenschicht 4 zu verhindern.
  • Nach Abschluss des oben erwähnten zweiten Schritts kann vorteilhaft die Oberfläche der Zwischenschicht 4 einem chemischen Reinigungsschritt, beispielsweise einer an sich bekannten chemischen RCA-Reinigung unterzogen werden. Schließlich kann vorteilhafterweise die Oberfläche der Zwischenschicht 4 vor oder nach diesem Reinigungsschritt einem mechanisch-chemischen Polierschritt (CMP) unterzogen werden. Es wäre außerdem möglich, eine zusätzliche Schicht anzufügen. Diese Arbeitsgänge dienen insbesondere dazu, die weiter unten erläuterte, auf molekularer Adhäsion basierende Haftung zu fördern.
  • Gemäß dem oben erwähnten dritten Schritt kann die Struktur 1 folgendermaßen mittels der folgenden Behandlungen hergestellt werden.
  • Das Superstrat 5 kann auf einer einkristallinen Siliziumscheibe basieren, deren Dicke einige hundert Mikrometer, beispielsweise zwischen 500 und 1000 Mikrometer betragen kann.
  • Ausgehend von einem derartigen Superstrat 5 wird vorzugsweise eine Oxidation durchgeführt, um auf der Stirnseite 5a einen Film 8 aus thermischem Siliziumoxid zu erhalten, wobei dieser Film 8 in einem Oxidationsofen bei einer Temperatur zwischen 950°C und 1100°C erzeugt werden kann und eine Dicke im Bereich zwischen 0,5 und 3 μm aufweisen kann. Die Schicht 6 könnte jedoch auch auf Siliziumnitrid oder auf Siliziumoxinitrid basieren.
  • Optional können vorteilhafterweise ein chemischer RCA-Reinigungsschritt und ein mechanisch-chemischer Polierschritt (CMP) an der erhaltenen Fläche 5a durchgeführt werden.
  • Daran anschließend werden die Substruktur 2 und das Superstrat 5 zusammengefügt, indem die oxidierte Oberfläche 5a des Superstrats 5 mit der Zwischenschicht 4 in Berührung gebracht wird, so dass eine Haftung aufgrund molekularer Adhäsi on erreicht wird. Es könnten auch andere Klebetechniken eingesetzt werden, beispielsweise durch anodisches Kleben oder Einfügen einer Klebstoffzwischenschicht.
  • Gemäß dem oben erwähnten optionalen vierten Schritt kann die zusammengefügte Struktur 1 vorteilhafterweise einer zusätzlichen Wärmebehandlung in einem Ofen unterzogen werden. Diese zusätzliche Wärmebehandlung kann beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 200°C und 1200°C erfolgen.
  • Insbesondere kann die Wärmebehandlung bei einer ausgewählten Temperatur für zwei Stunden und in einer Atmosphäre von Argon und Sauerstoff oder Stickstoff ausgeführt werden.
  • Diese zusätzliche Wärmebehandlung kann insbesondere dazu dienen, die Bindungsenergie der Klebeverbindung der auf diese Weise zusammengefügten Struktur 1 zu erhöhen, und sie beinhaltet eine verfestigende Wärmebehandlung. Diese zusätzliche Wärmebehandlung kann möglicherweise eine weitere Veränderung der Zwischenschicht 4 bewirken.
  • Der auf thermischem Oxid basierende Film 8 kann vorteilhafterweise eine Barriere bilden, die es ermöglicht, die Diffusion von Stoffen, in dem Ausführungsbeispiel sind dies Phosphor und/oder Bor, zwischen dem Substrat 3 und der Zwischenschicht 4 und dem Substrat 5 und/oder zwischen der Zwischenschicht 4 und dem Superstrat 5 zu verhindern.
  • Nach diesem Schritt entsteht schließlich eine Struktur 1, die aus einem auf Silizium basierenden Substrat 2 und einem auf Silizium basierenden Superstrat 3 aufgebaut ist, die durch eine aus einem elektrisch isolierenden Material bestehende Zwischenschicht 4 getrennt sind.
  • Die Struktur 1 weist die folgenden Vorteile auf.
  • Die Zwischenschicht 4 ist zerbrechlich, jedoch ausreichend robust, und die Grenzflächenverbindungen zwischen der Zwischenschicht 4 und dem Substrat 3 einerseits und dem Superstrat 5 andererseits sind ausreichend robust, um an der Struktur 1 üblicherweise in der Mikroelektronik eingesetzten Verfahren mechanische und/oder chemische und/oder elektro-mechanische und/oder elektro-chemische und/oder mechanisch-chemische und/oder thermische Nachbehandlungsschritte durchzuführen, jedoch ohne die Zwischenschicht 4 und die Grenzflächenverbindungen übermäßig abzubauen.
  • Die Oxidfilme 6 und 8 bilden Barrieren, die es erlauben, die Diffusion von Stoffen, in dem Ausführungsbeispiel Phosphor und/oder Bor, zwischen der Zwischenschicht 4 und einerseits dem Substrat 3 und andererseits dem Superstrat 5 während der Ausführung von Nachbehandlungsschritten zu verhindern.
  • Gemäß einer Abwandlung kann das Substrat 3 als Träger angesehen werden, und es können Nachbehandlungsschritte an dem Superstrat 5 ausgeführt werden. Gemäß einer weiteren Abwandlung kann das Superstrat 5 als Träger angesehen werden, und es können Nachbehandlungsschritte an dem Substrat 3 ausgeführt werden. Diese beiden Abwandlungen könnten auch kombiniert werden.
  • Um schließlich eine Nachbehandlung eines bearbeiteten dünnen Superstrats durchzuführen, das beispielsweise eine Dicke zwischen einem Bruchteil eines Mikrometers und einigen Dutzend Mikrometern aufweist, ist es möglich, ein feines Superstrat 5 auf der Zwischenschicht 4 anzubringen, oder es kann ein dickes Superstrat 5 angebracht werden und dessen Dicke, wie in 4 dargestellt, reduziert werden. Eine solche Verringerung der Dicke kann durch bekannte Techniken wie Schleifen, chemisches Ätzen, oder mechanisch-chemisches Polieren erzielt werden und sie kann auch durch eine spangebende Technik erreicht werden, beispielsweise mittels eines Verfahrens, das gegenwärtig in der Industrie als SMART-CUT-Verfahren bekannt ist.
  • An dem Superstrat 5 könnte auch ein Arbeitsschritt des Biegens durchgeführt werden, um Kanten guter Qualität zu erhalten.
  • Die Struktur 1 kann genutzt werden, um auf dem auf Silizium basierenden Superstrat 5 als solchem, oder nachdem dessen Dicke reduziert ist, integrierte Schaltkreise der elektronischen und/oder optoelektronischen und/oder der MEMS-Bauart auszubilden.
  • Nachdem beispielsweise derartige Schaltkreise hergestellt sind, kann die Trennung des behandelten Superstrats 5 durchgeführt werden.
  • Zu diesem Zweck können durch ein beliebiges bekanntes Mittel, beispielsweise durch Einführen einer scharfen Klinge zwischen das Substrat 3 und das Superstrat 5, oder durch einen Hochdruckwasserstrahl Kräfte zwischen dem Substrat 3 und dem Superstrat 5 ausgeübt werden, und auf diese Weise der mechanische Bruch in der Zwischenschicht 4 bewirkt werden, wobei dieser Bruch durch die Anwesenheit der Mikroblasen oder Mikrohohlräumen 7 in der Zwischenschicht 4 gefördert wird.
  • Die Zwischenschicht 4 kann ferner, ausgehend von ihren Rändern, in einem Bad einem chemischen Ätzschritt unterzogen werden, beispielsweise mittels einer Lösung auf der Basis von Fluorwasserstoffsäure, die infolge der Anwesenheit der Mikroblasen oder Mikrohohlräume 7 mühelos zwischen das Substrat 3 und das Superstrat 5 eindringen kann. Um dieses chemische Ätzen zu erleichtern, könnten zuvor an unterschiedlichen Stellen in dem Substrat und/oder in dem Superstrat Öffnungen ausgebildet werden, die die Zwischenschicht 4 erreichen.
  • Weiter kann die Trennung des Superstrats 5 durch eine Kombination eines mechanischen Brechens und eines chemischen Ätzens sowie möglicherweise einer thermischen Behandlung der Zwischenschicht 4 erreicht werden.
  • Mit Bezug auf 5, 6 und 7 wird im Folgenden eine spezielle Weise der Trennung des Substrats 3 von dem Superstrat 5 beschrieben.
  • Wie in 5 und 6 veranschaulicht, lassen sich auf dem Superstrat 5, sei dieses fein oder dickereduziert, durch beliebige bekannte Verfahren Bauelemente oder Schaltkreise 9 verwirklichen, die gemäß einer beispielsweise quadratischen Raster und beabstandet angeordnet sind. Daran anschließend können, beispielsweise durch angemessenes chemisches Ätzen in zwei senkrechten Richtungen Nuten oder hindurchgehende Schnitte 10 ausgebildet werden, die die Oxidschicht 8 erreichen und es erlauben Chips 11 abzugrenzen, die die Bauelemente oder Schaltkreise 9 bilden.
  • Anschließend kann die in dieser Weise behandelte Struktur 1, wie in 7 dargestellt, zur Ätzung der Zwischenschicht 4 und der Oxidschicht 8 in ein geeignetes chemisches Bad getaucht werden, so dass sich die unterschiedlichen Chips 11, die die unterschiedliche Bauelementen oder Schaltkreise 9 enthalten, trennen oder vereinzeln. Dieses chemische Ätzen wird durch die vorhandenen Nuten 10 gefördert.
  • Mit Bezug auf 8 und 9 wird im Folgenden ein weiters spezielles Verfahren zur Trennung des Substrats 3 von dem Superstrat 5 beschrieben.
  • Quer durch das Superstrat 5, sei dieses fein oder dickereduziert, können Durchgangsöffnungen 12 ausgebildet werden, die die Oxidschicht 8 erreichen, wobei diese Öffnungen in Bezug zueinander beliebig angeordnet sein können. In einer Ab wandlung können die Öffnungen 12 rechteckig sein und längs senkrechter Linien angeordnet sein, um teilweise Volumina zu begrenzen, die gemäß einem quadratischen Raster angeordnet sind.
  • Anschließend kann die in dieser Weise behandelte Struktur 1 wie in dem Beispiel nach 7 zur Ätzung der Zwischenschicht 4 in ein chemisches Bad getaucht werden, so dass sich das Superstrat 5 ablöst und eine durchbrochene Scheibe bildet. Dieses chemische Ätzen wird durch die Anwesenheit der Öffnungen 12 gefördert.
  • Selbstverständlich kann das Substrat 3, wiederverwendet werden, um als Träger für ein neues Superstrat 5 zu dienen.
  • In einer weiteren Abwandlung könnte die Ausbildung von Nuten, Öffnungen und Schnitten auch die Oxidschicht 8 durchqueren und die Zwischenschicht 4 erreichen.
  • Die Erfindung ist insbesondere zur Herstellung zerlegbarer Strukturen geeignet, deren Substrat und/oder Superstrat nicht nur unter den zuvor erwähnten, sondern insbesondere auch aus der Gruppe ausgewählt werden kann, die Silizium, Halbleiterwerkstoffe der Klasse III-5, Siliziumkarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) enthält.
  • Selbstverständlich sind die Begriffe "Substrat" und "Superstrat" in dem gesamten vorangehenden Text und in den beigefügten Ansprüchen äquivalent und können untereinander ausgetauscht werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielfältige Abwandlungen der Verwirklichung sind möglich, ohne den in den beigefügten Ansprüchen definierten Schutzbereich zu verlassen.
  • Verfahren zur Herstellung einer scheibenförmigen Struktur, die mindestens ein Substrat, ein Superstrat und wenigstens eine zwischen dem Substrat und dem Superstrat eingefügte Zwischenschicht (4) enthält. Hierbei wird zunächst wenigstens eine Zwischenschicht auf einem Substrat erzeugt, wobei die Zwischenschicht mindestens ein Basismaterial enthält, in dem als Störstellen bezeichnete Atome oder Moleküle verteilt sind, die sich von den Atomen oder Molekülen des Basismaterials unterscheiden, um eine Substruktur zu bilden. In einem weiteren-Schritt wird einer Basiswärmebehandlung an dieser Substruktur vorgenommen, so dass die Anwesenheit von ausgewählten Störstellenatomen oder -molekülen in dem ausgewählten Basismaterial in dem Temperaturbereich dieser Wärmebehandlung eine strukturelle Veränderung der Zwischenschicht hervorruft. Anschließend wird ein Substrat/Superstrat an der wärmebehandelten Zwischenschicht angebracht, um die scheibenförmige Struktur zu erhalten.
  • Zusammenfassung:
  • Verfahren zur Herstellung einer scheibenförmigen Struktur, die mindestens ein Substrat, ein Superstrat und wenigstens eine zwischen dem Substrat und dem Superstrat eingefügte Zwischenschicht (4) enthält. Hierbei wird zunächst wenigstens eine Zwischenschicht auf einem Substrat erzeugt, wobei die Zwischenschicht mindestens ein Basismaterial enthält, in dem als Störstellen bezeichnete Atome oder Moleküle verteilt sind, die sich von den Atomen oder Molekülen des Basismaterials unterscheiden, um eine Substruktur zu bilden. In einem weiteren-Schritt wird einer Basiswärmebehandlung an dieser Substruktur vorgenommen, so dass die Anwesenheit von ausgewählten Störstellenatomen oder -molekülen in dem ausgewählten Basismaterial in dem Temperaturbereich dieser Wärmebehandlung eine strukturelle Veränderung der Zwischenschicht hervorruft. Anschließend wird ein Substrat/Superstrat an der wärmebehandelten Zwischenschicht angebracht, um die scheibenförmige Struktur zu erhalten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - FR 2860249 A [0002]

Claims (21)

  1. Verfahren zur Herstellung einer scheibenförmigen Struktur, die mindestens ein Substrat (3), ein Superstrat (5) und wenigstens eine zwischen dem Substrat und dem Superstrat eingefügte Zwischenschicht (4) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Verfahren die Schritte gehören: – Ausbilden wenigstens einer Zwischenschicht auf einem Substrat, wobei die Zwischenschicht mindestens ein Basismaterial enthält, in dem als Störstellen bezeichnete, sich von den Atomen oder Molekülen des Basismaterials unterscheidende Atome oder Moleküle verteilt sind, um eine Substruktur (2) zu bilden; – Anwenden einer Basiswärmebehandlung auf diese Substruktur (2), so dass die Anwesenheit von ausgewählten Störstellenatomen oder -molekülen in dem ausgewählten Basismaterial in dem Temperaturbereich dieser Wärmebehandlung eine strukturelle Veränderung/Umwandlung der Zwischenschicht hervorruft; und – Anbringen eines Substrats (5) an der wärmebehandelten Zwischenschicht (4), um die scheibenförmige Struktur (1) zu erhalten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Verfahren der Schritt gehört: Anwenden einer zusätzlichen Wärmebehandlung auf die Struktur (1), wobei eine Verfestigung der Verbindung zwischen dem Superstrat (5) und der Zwischenschicht (4) und/oder eine zusätzliche strukturelle Veränderung der Zwischenschicht (4) hervorgerufen wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung eine mechanische und/oder chemische und/oder thermische Zerlegung der Zwischenschicht (4) bewirkt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung der Zwischenschicht die Bildung von Mikroblasen oder Mikrohohlräumen (7) in dieser Schicht hervorruft.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) und/oder das Superstrat (5) auf einkristallinem Silizium basiert und die Zwischenschicht (4) auf dotiertem Siliziumdioxid.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) und/oder das Superstrat (5) auf Silizium, einem Halbleiterwerkstoff der Klasse III-5, Siliziumkarbid (SiC) oder auf Galliumnitrid (GaN) basiert.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial der Zwischenschicht (4) Silizium ist, und die Störstellenatome dieser Schicht Phosphor- oder Boratome sind, die auf diese Weise eine Zwischenschicht aus Phosphorsilikatglas (PSG) oder aus Bor-Phosphorsilikatglas (BPSG) bilden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Phosphoranteil zwischen 6 und 14% beträgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Boranteil zwischen 0 und 4% beträgt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 400°C und 1200°C, vorzugsweise zwischen 900°C und 1200°C, durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Verfahren die Schritte gehören: Anbringen des Superstrats (5) an der Zwischenschicht (4) mittels Haftung aufgrund molekularer Adhäsion.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) und/oder das Superstrat (5) jeweils auf der der Zwischenschicht zugewandten Seite (4) ein thermisches Siliziumoxid (6, 8) aufweisen.
  13. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der Mikroblasen oder Mikrohohlräume (7) von der Art offener Zellen sind und zumindest für einige von diesen Kanäle bilden.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Verfahren ein zusätzlicher Schritt der Reduzierung der Dicke des Superstrats (5) und/oder des Substrats (3) gehört.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Verfahren ein zusätzlicher Schritt der Herstellung von Bauelementen oder integrierten Schaltkreisen auf dem Superstrat (5) und/oder dem Substrat (3) gehört.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Verfahren ein zusätzlicher Schritt der Herstellung von Nuten und/oder von Schnitten (8) durch das Superstrat (5) und/oder das Substrat (3) hindurch gehört.
  17. Verfahren zum Trennen des Substrats von dem Superstrat bei einer durch das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche gewonnenen Struktur, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Verfahren die Schritte gehören: zwischen dem Substrat (3) und dem Superstrat (5) Kräfte auszuüben, um einen Bruch der zwischen dem Substrat und dem Superstrat angeordneten Zwischenschicht (4) hervorzurufen.
  18. Verfahren zum Trennen des Substrats von dem Superstrat bei einer durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 gewonnenen Struktur, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Verfahren eine chemischer Ätzschritt der Zwischenschicht (4) gehört, um zumindest teilweise die Entfernung dieser zwischen dem Substrat (3) und dem Superstrat (5) angeordneten Zwischenschicht zu erzielen.
  19. Verfahren zum Trennen des Substrats von dem Superstrat bei einer durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 gewonnenen Struktur, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Verfahren der Schritt der Anwendung einer Wärmebehandlung gehört, die eine Zerlegung der Zwischenschicht (4) induziert, um den Bruch der Zwischenschicht (4) zwischen dem Substrat und dem Superstrat hervorzurufen.
  20. Verfahren zum Trennen des Substrats von dem Superstrat bei einer durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 gewonnenen Struktur, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Verfahren die Schritte gehören: Ausübung von Kräften zwischen dem Substrat und dem Superstrat, und/oder chemisches Ätzen der Zwischenschicht, und/oder Anwendung einer Wärmebehandlung auf die Zwischenschicht.
  21. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, um mit Blick auf die Erzeugung integrierter Schaltkreise der elektronischen und/oder optoelektronischen und/oder der MEMS-Bauart zerlegbare Strukturen herzustellen.
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