DE112013004330T5 - Pseudosubstrat mit verbesserter Nutzungseffizienz eines Einkristallmaterials - Google Patents

Pseudosubstrat mit verbesserter Nutzungseffizienz eines Einkristallmaterials Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Herstellung eines Pseudosubstrates (109), umfassend die Schritte des Bereitstellens eines Einkristall-Ingots (101), des Bereitstellens eines Handhabungssubstrates (102), des Schneidens einer dünnen Scheibe (105) von dem Einkristall-Ingot (101) und des Anbringens der dünnen Scheibe (105) an dem Handhabungssubstrat (102), um ein Pseudosubstrat (109) auszubilden. Gemäß der Erfindung ist die Dicke der dünnen Scheibe (105) im wesentlichen kleiner oder gleich einer kritischen Dicke, unter der die Scheibe (105) für sich genommen nicht mehr mechanisch stabil ist. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Halbleiterstruktur (109).

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Pseudosubstraten, die eine gegebene Dicke eine Einkristallmaterials umfassen, das gemeinhin in Gestalt eines Wafers verfügbar ist und durch Züchten von Einkristall-Ingots und Wafer-Bildungsschritte erzeugt wird.
  • Silizuim-auf-Isolator- oder SOI-Materialien sind bekannte Beispiele von Pseudosubstraten, da sie eine dünne Schicht eines Oberflächen-Einkristallsiliziums umfassen, die von einem siliziumbasierten Substrat durch eine Schicht eines Siliziumoxids getrennt ist. Derartige Verbundsubstrate werden als Pseudosubstrate betrachtet, da die Oxidschicht eine Unterbrechung der Kristallinität zwischen der Vorder- und der Rückseite hervorruft, die nicht mit einer klassischen Ingot-Zuchtechnik und einem anschließenden Wafer-Bildungsvorgang hergestellt werden kann.
  • SOI-Substrate, bei denen die Oberflächenschicht eine Dicke von etwa 1 μm oder weniger haben sollte, werden mit Hilfe der Smart-CutTM-Technik (tiefengerichtete Schwächung durch Ionenimplantation, molekulare Bindung, Splitting und beliebige erforderliche Endbearbeitungsschritte) hergestellt, wohingegen man SOI-Substrate, die eine Oberflächenschicht von etwa 10 μm oder mehr erfordern, durch mechanische Bonding- und Ausdünntechniken erhält. Beide Techniken erfordern Ausdünnschritte und implizieren somit einen Grad der Opferung der Ausgangsgebermaterialien. Weiterhin verwenden beide Techniken Einkristall-Wafer als Ausgangspunkt.
  • Derartige Wafer werden durch Schneiden von Scheiben eines Einkristall-Ingots hergestellt, die anschließend mit Hilfe unterschiedlicher Wafer-Bildungsschritte vorbereitet werden. Diese Schritte sind teuer und sind vom Standpunkt der Nutzung des Rohmaterials nicht optimiert. Es sind beispielsweise Scheiben von wenigstens 1 mm erforderlich, um 500 μm dicke Wafer herzustellen, was bedeutet, dass wenigstens die Hälfte des Ausgangsmaterials bei dem Wafer-Bildungsvorgang verlorengeht.
  • Die Substratdicke ist beschränkt durch die Grenze der mechanischen Stabilität, die die Grenze ist, unter der Scheiben oder Schichten für sich genommen beispielsweise während nachfolgender Bauteilherstellungs- oder Musterbildungsvorgängen brechen können. Diese kritische Dicke hängt von dem Vorgang, von der Kraft, die auf den Wafer wirkt (die Größenordnung kann einige hundert MPa betragen), und der Wahrscheinlichkeit ab, dass der Wafer brechen wird. Die mechanische Stabilität kann durch die Fähigkeit definiert werden, den Vorgang mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 zu überstehen, oder beispielsweise, dass nur weniger als etwa 30 ppm der Scheibe bricht. Bei einigen Anwendungen wird das Substrat ausgedünnt und kann sogar vollständig am Ende der Fertigungsvorgänge entfernt werden, um das fertige Bauteil zu optimieren. Beispielsweise erfordern LED-Anwendungen auf der Basis von GaN-Substraten und SiC-basierte Bauteile für Leistungselektronik das Ausdünnen und/oder sogar das Entfernen des Substrates zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit der fertigen Vorrichtung.
  • Ein Ansatz, der nach dem Stand der Technik bekannt ist und einen Wafer verwendet, der aus einem Einkristall-Ingot geschnitten und anschließend ausgedünnt wird, oder bei dem das Substrat am Ende eines Herstellungsvorgangs des Bauteils sogar vollständig entfernt wird, führt somit zu wichtigen Verlusten oder sogar zu einem vollständigen Verlust des Wafers, der für die oben erwähnten Anwendungen aus teuren Materialien hergestellt wird.
  • EP 1 324 385 A2 beschreibt ein abgeändertes Verfahren für den Erhalt von Pseudosubstraten durch Zusammenfügen einer Scheibe eines SiC- oder GaN-Einkristallmaterials zu einem Handhabungssubstrat. Eine 500 μm dicke Ausgangsscheibe wird von einem SiC-Einkristall-Ingot geschnitten und anschließend poliert, bevor sie mit der polierte Seite an einem Handhabungsträger angebracht wird. Das Polieren ist notwendig, um eine Molekularbindung zwischen dem SiC-Material und dem Handhabungsträger zu ermöglichen. Anschließend wird die Anordnung erneut poliert, um die kristalline Qualität in dem Oberflächenbereich zu verbessern. Das Geber-Pseudosubstrat kann dann für anschließende Verfahrensschritte verwendet werden. Für den Fall von GaN wird eine 100 μm bis 200 μm dicke Schicht eines GaN-Einkristall-Ingots durch Smart-CutTM-Technik transferiert und durch Molekularbindung an einem Handhabungsträger angebracht.
  • Wenngleich dieses Verfahren bereits weniger Material im Vergleich zu den bekannten Vorgängen verliert, die bei den Wafern beginnen, ist die Nutzung der teueren Materialien noch nicht optimiert und geht wertvolles Material bei den Oberflächenbehandlungsschritten verloren.
  • Somit besteht Bedarf in der Halbleiterindustrie, eine effizientere Art anzugeben, teuere Einkristallmaterialien zu nutzen, wenn Pseudosubstrate verwendet werden.
  • Das Ziel der Erfindung wird mit einem Verfahren zum Herstellen eines Pseudosubstrates erreicht, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Einkristall-Ingots, Bereitstellen eines Handhabungssubstrates, Schneiden einer dünnen Scheibe von dem Einkristall-Ingot und Anbringen der dünnen Scheibe an dem Handhabungssubstrat, um ein Pseudosubstrat auszubilden. Gemäß der Erfindung ist die Dicke der dünnen Scheibe kleiner oder gleich einer kritischen Dicke, unter der die Scheibe für sich genommen nicht mehr mechanisch Stabil ist.
  • Die Erfindung gestattet die Herstellung eines Pseudosubstrates oder von Pseudosubstraten und verbessert die Nutzung des Einkristallmaterials ab den ersten Schritten seiner Herstellung. Der Hauptunterschied und -vorteil der Erfindung zu allgemein verwendeten Verfahren besteht darin, dass die Erfindung nicht die Verwendung fertiger Wafer, die anschließend mit Hilfe einer Schichten-Transfertechnik, wie etwa Smart-CutTM, ausgedünnt werden, oder von Polierschritten auf der Wafer-Ebene erfordert, da der Vorgang gemäß der Erfindung das Material verwendet, das direkt von dem Ingot in einer optimierten Dicke geschnitten wird, ohne dass die zusätzlichen Wafer-Bildungsverfahrensschritte durchlaufen werden.
  • Weiterhin kann gemäß der Erfindung eine Scheibe von einem Einkristall-Ingot in einer Dicke geschnitten, im allgemeinen gesägt werden, die um einen Faktor von wenigstens zwei oder mehr geringer ist als jene der Scheiben, die bei dem herkömmlichen Ansatz geschnitten werden. Insbesondere gestattet die Erfindung die Verringerung der Dicke der Scheibe auf etwa die kritische Dicke für deren mechanische Stabilität und sogar geringer als diese. Da die kritische Dicke von dem Verfahren, das angewendet wird, um die dünne Scheibe des Einkristall-Ingots zu schneiden, von der Kraft, die auf den Ingot einwirkt (die Größenordnung kann einige hundert MPa betragen), und der Wahrscheinlichkeit abhängt, dass die Scheibe brechen wird, kann die mechanische Stabilität der dünnen Scheibe auch durch die Fähigkeit, den Schneid- oder Sägevorgang zu überstehen, mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 definiert werden, oder dass lediglich weniger als etwa 30 ppm der Scheibe bricht, wenn die Scheibe für sich genommen wird. Die mechanische Stabilität wird durch das Handle- oder Trägersubstrat bereitgestellt. Jeder anschließende Musterbildungs- oder Herstellungsschritt kann somit direkt an oder in der Einkristallscheibe des Pseudosubstrates anstelle an einem herkömmlichen Wafer ausgeführt werden.
  • Die Erfindung gestattet zudem die Herstellung von Pseudosubstraten mit einer gewünschten Dicke einer Einkristallschicht mit beispielsweise einigen zehn um oder mehr, ohne einen wichtigen Teil des Ausgangseinkristallmaterials zu verlieren, wie es bei dem Verfahren des Standes der Technik der Fall ist, oder ohne auf einen Verdickungsschritt zurückgreifen zu müssen, wenn der Ausgangspunkt eine dünne transferierte Schicht ist, wie dies bei einem Übergangssubstrat bei einem Smart-CutTM-Ansatz der Fall ist.
  • Vorteilhafterweise kann das Verfahren der Erfindung weiterhin einen Schritt des Bereitstellens einer Versteifung auf dem Einkristall-Ingot vor dem Schneiden der dünnen Scheibe umfassen, so dass die Versteifung und die dünne Scheibe eine mechanisch stabile selbsttragende Struktur ausbilden. Die Gegenwart einer Versteifung sorgt für die notwendige mechanische Stabilität zum Schneiden von Scheiben des Einkristall-Ingots in einer Dicke, die sogar unter der kritischen Dicke liegt.
  • Vorzugsweise kann die Versteifung ein Substrat, insbesondere ein Polymer, oder ein feuerfestes Metall sein. Somit kann ein vorübergehendes Substrat verwendet werden, um so eine Versteifungsschicht auszubilden, die an einem Ende des Einkristall-Ingots vor dem Schneidschritt angebracht wird, so dass es möglich ist, eine dünne Scheibe mit einer Dicke zu schneiden, die geringer als die kritische Dicke ist. Das angebrachte Substrat versieht somit die dünne Scheibe mit ausreichender mechanischer Stabilität, so dass die dünne Scheibe und das vorübergehende Substrat eine selbsttragende Struktur vor dem Anbringungsschritt bilden.
  • Vorzugsweise kann die Anbringung der dünnen Scheibe mit einem Haftmittel, insbesondere einem keramikbasierten Verbundhaftmittel oder einem graphitbasierten Haftmittel ausgeführt werden. Da die dünne Scheibe nicht direkt and das Handhabungssubstrat gebondet wird (keine Molekularbindung), ist kein Polierschritt der Oberfläche der dünnen Scheibe, an der die Anbringung stattfinden wird, vor dem Anbringungsschritt erforderlich, da die Haftschicht die Oberflächenbeschaffenheit der dünnen Scheibe kompensieren kann und die Dicke der dünnen Scheibe im wesentlichen kleiner oder gleich der kritischen Dicke sein kann.
  • Wenn die Versteifung verwendet wird, kann das Verfahren der Erfindung vorteilhaft einen Schritt des Entfernens der Versteifung nach dem Ausbilden des Pseudosubstrates umfassen. Dann ist es möglich, weitere Strukturen auf der Einkristallscheibe des Pseudosubstrates zu züchten.
  • Vorzugsweise kann die Versteifung eine abgeschiedene Schicht, insbesondere eine Oxidschicht sein. Ähnlich der Verwendung eines Polymers oder anderer Substrate, gestattet eine abgeschiedene Schicht, wie etwa eine Oxidschicht, das Schneiden dünner Scheiben in einer Dicke, die sogar geringer ist als die kritische Dicke. Die dünne Scheibe und die abgeschiedene Schicht können somit eine selbsttragende Struktur vor dem Anbringungsschritt an dem Handhabungssubstrat bilden.
  • Für den Fall einer Abscheidung einer Versteifungsschicht, wie etwa einer Oxidschicht, kann die Anbringung der dünnen Scheibe an dem Handhabungssubstrat vorteilhaft durch Molekularbindung erreicht werden. Mit dieser Erfindung ist es somit sogar möglich, eine Molekularbindung einer dünnen Scheibe an dem Handhabungssubstrat ohne Polieren einer beliebigen Oberfläche der Einkristallscheibe beispielsweise durch Verwendung der abgeschiedenen Schicht als eine Bonding-Schicht zu erreichen. Tatsächlich kann die abgeschiedene Schicht dazu verwendet werden, die Oberflächenbeschaffenheit des Einkristall-Ingots und somit der Einkristallscheibe vor der Anbringung an dem Handhabungssubstrat zu kompensieren.
  • Der Anbringungsschritt kann vorteilhaft wenigstens einen Anlassschritt umfassen.
  • Das Verfahren der Erfindung kann vorteilhaft ohne einen Polierschritt der Oberfläche der dünnen Scheibe, an der die Anbringung erfolgt, vor dem Anbringungsschritt ausgeführt werden. Somit kann im Gegensatz zu dem Wafer-Ansatz bei den Herstellungsvorgängen, die nach dem Stand der Technik bekannt sind, die Scheibe an dem Handle- oder Trägersubstrat angebracht werden, ohne ausgedünnt zu werden und indem weitere Verluste des Rohmaterials vermieden werden.
  • Das Verfahren der Erfindung kann weiterhin vorteilhaft den Schritt des Polierens oder des doppelseitigen Polierens des Pseudosubstrates umfassen. Das Verfahren der Erfindung kann weiterhin wenigstens einen Ätzschritt einer Oberfläche des Pseudosubstrates umfassen. Somit ist es ebenfalls möglich, Material nach dem Anbringungsschritt zu entfernen, um die Beschädigungen innerhalb der Struktur zu verringern.
  • Das Pseudosubstrat kann somit vorteilhaft für weitere Verfahrensschritte vorbereitet erden. Beispielsweise können die Vorderseite, die eine freie Einkristalloberfläche hat, und/oder die Rückseite des Pseudosubstrates poliert werden, um eine anschließende Musterbildung oder Züchtung, insbesondere eine epitaxiale Züchtung, einer beliebigen Halbleiterstruktur oder -vorrichtung auf einer verbesserten Oberfläche zuzulassen. Da die Ausgangsdicke der Scheibe bereits geringer ist als jene, die bei einem Wafer-Bildungsansatz des Standes der Technik verwendet wird, kann jeder weitere Polierschritt optimiert werden und führt zu einem geringeren Verlust des Einkristallausgangsmaterials im Vergleich zu Ansätzen, die nach dem Stand der Technik bekannt sind.
  • Vorzugsweise kann das Verfahren weiterhin den Schritt des Abschrägens der Ränder des Pseudosubstrates und/oder des Schneidens einer Abflachung oder einer Kerbe in dem Pseudosubstrat umfassen.
  • Da das Pseudosubstrat vorteilhaft in einer Weise verwendet werden kann, die einem Wafer wie bei dem Stand der Technik gleicht, kann es zudem wahlweise abgeschrägt und eine Abflachung oder eine Kerbe auf der freien Einkristalloberfläche des Pseudosubstrates ausgebildet werden, um beispielsweise eine Ausrichtung der Kristallebene zu kennzeichnen. Diese Schritte werden jedoch nur dann ausgeführt, wenn die dünne Scheibe an dem Handhabungssubstrat angebracht worden ist.
  • Die Dicke der dünnen Scheibe kann vorteilhaft im wesentlichen kleiner oder gleich 300 μm bei einem Durchmesser von 2 Zoll sein. Hinsichtlich der Ansätze, die nach dem Stand der Technik bekannt sind, hat die Erfindung den Vorteil, dass die Ausgangsdicke des Einkristallmaterials, d. h. die Dicke der Ausgangsscheibe, die von dem Ingot gesägt wird, bereits annähernd oder im wesentlichen gleich der Grenze der mechanischen Stabilität ist. Insbesondere ist es in Kombination mit einer Versteifung sogar möglich, eine dünne Scheibe zu schneiden, die eine Dicke von etwa 100 μm oder weniger hat. Daher verbessert die Erfindung die Nutzung eines Einkristallausgangsmaterials in Bezug auf den Stand der Technik, der normalerweise mehr als das Doppelte der Dicke des Ausgangsmaterials vor dem Ausführen von Wafer-Bildungsschritten erfordert.
  • Vorzugsweise kann der Einkristall ein siliziumbasiertes Material, ein germaniumbasiertes Material, ein II-VI- oder III-V-Halbleitermaterial oder ein Material mit einem großen Bandabstand oder Saphir oder ZnO oder ein piezoelektrisches Material oder LiNbO3 oder LiTaO3 sein oder dieses enthalten. III-V-Halbleiter können beispielsweise InP oder GaAs oder dergleichen sein, und Materialien mit einem großen Bandabstand können SiC, GaN, AlN oder dergleichen sein, sind jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt. Das Handhabungs- oder Trägersubstratmaterial kann vorteilhaft mit einem passenden Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) gewählt werden.
  • Das Verfahren der Erfindung kann weiterhin vorteilhaft den Schritt des Herstellens einer Halbleitervorrichtung in oder auf dem Pseudosubstrat umfassen. Typische Herstellungsschritte umfassen das Polieren, Reinigen, das Züchten von Schichten, wie etwa das epitaxiale Züchten, die Abscheidung von Schichten, thermische Behandlungen und dergleichen. Typische Vorrichtungen sind beliebige Arten von elektronischen, optoelektronischen, hyperfrequenten, mechanischen Mikroelektrosystem-(MEMS-), mechanischen Mikrooptoelektrosystem-(MOEMS-)Bauteilen und dergleichen.
  • Vorzugsweise kann das Verfahren der Erfindung weiterhin den Schritt des Entfernens des Handhabungssubstrates nach der Herstellung der Halbleitervorrichtung umfassen. Nach der teilweisen oder gesamten Herstellung von Bauteilen, Strukturen oder Vorrichtungen auf der freien Einkristalloberfläche des Pseudosubstrates, kann das Pseudosubstrat an einem abschließenden Träger angebracht werden, der die thermischen, elektrischen und/oder optischen Eigenschaften hat, die an die abschließende Anwendung angepasst sind, wodurch eine neue Anordnung ausgebildet wird. Das Handhabungssubstrat des Pseudosubstrates kann dann durch chemisches Ätzen, mechanisches Polieren, Laserbestrahlung oder eine beliebige andere Technik entfernt werden, die im allgemeinen für das Entfernen von Schichten in diesem Zusammenhang verwendet wird. Bei einer Variante kann das gesamte Handhabungssubstrat entfernt werden, wodurch die Rückseite der Einkristallscheibe freigelegt wird. An diesem Punkt kann jeder beliebige andere technische Schritt an der Rückseite ausgeführt werden, wie etwa ein weiteres Ausdünnen, Polieren, Musterbilden, epitaxiales Züchten und dergleichen. Die fertige Struktur kann somit weiterhin eine Dicke der Einkristallschicht haben, die beinahe oder im wesentlichen gleich jener der Ausgangsscheibe ist, die von dem Ingot geschnitten wird, verringert durch Abtragen beliebiger Art, das zu Herstellung der fertigen Anordnung notwendig ist, was geringeren Verlusten und einer verbesserten Effizienz der Verwendung des Einkristallausgangsmaterials in Bezug auf Wafer-Bildungsverfahren des Standes der Technik entspricht.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung wird zudem mit der Halbleitervorrichtung erreicht, die eine Schicht eines Einkristallmaterials umfasst, die an einem Substrat angebracht ist, wobei die Schicht des Einkristallmaterials an dem Substrat mit einem keramikbasierten oder einem graphitbasierten Haftmittel und ohne einen Polierschritt der Oberfläche der Schicht angebracht wird, an der die Anbringung erfolgt. Weiterhin ist die Dicke der Schicht des Einkristallmaterials im wesentlichen kleiner oder gleich einer kritischen Dicke, unter der die Schicht für sich genommen nicht mehr mechanisch stabil ist.
  • Die Halbleiterstruktur oder das Pseudosubstrat der Erfindung kann somit vorteilhaft in einer ähnlichen Weise bei einem Wafer verwendet werden. Die Struktur der Erfindung kann somit als ein Geber-Wafer bei einer Schichtentransfertechnik, wie etwa Smart-CutTM oder dergleichen verwendet werden. Es versteht sich jedoch, dass eine derartige Schichtentransfertechnik nicht erforderlich ist, um die Struktur der vorliegenden Erfindung an sich herzustellen, da eine Musterbildung oder andere Vorgänge direkt an der freien Einkristalloberfläche ausgeführt werden können, die der Oberfläche gegenüberliegt, die an dem Substrat angebracht ist.
  • Die Erfindung wird im folgenden detaillierter anhand beispielhafter Ausführungsformen erläutert, die in Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben sind.
  • 1a–1d zeigen eine erste beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, bei der eine dünne geschnittene Scheibe eines Ingots an einem Handhabungssubstrat angebracht wird;
  • 2a–2c zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der die dünne geschnittene Scheibe weiter ausgedünnt wird;
  • 3a–3c zeigen eine dritte Ausführungsform, die die Herstellung einer elektronischen Vorrichtung erläutert;
  • 4a–4d eigen eine vierte Ausführungsform der Erfindung;
  • 5a–5e zeigen eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, bei der eine dünne Scheibe unter der kritischen Dicke geschnitten wird;
  • 6a–6d zeigen eine sechste Ausführungsform der Erfindung; und
  • 7a–7d zeigen eine siebte Ausführungsform der Erfindung, die ein direktes Bonden einer dünnen geschnittenen Scheibe auf ein fertiges Substrat erläutert.
  • 1a bis 1d zeigen ein erstes Beispiel einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Wie in 1a und 1b gezeigt, werden ein Einkristall-Ingot 101 aus GaN und ein Handhabungssubstrat 102, in diesem Fall ein Si-Wafer, bereitgestellt. Das Handhabungssubstrat 102 umfasst zwei Oberflächen 103, 104. Es können jedoch Kristall-Ingots anderer Materialien, wie SiC, YAG, ZnO, AlN, Saphir, Si, Ge, III-V-Halbleiter, II-VI-Halbleiter, piezoelektrische Materialien, LiNbO3, LiTaO3 oder dergleichen, oder andere Handhabungssubstrate 102 derselben oder ähnlicher Materialien verwendet werden, vorausgesetzt, dass der Unterschied bei dem Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) gering ist.
  • Als nächstes wird, wie in 1c gezeigt, eine Scheibe 102 aus GaN aus dem Einkristall-Ingot 101 geschnitten, insbesondere gesägt. Gemäß der Erfindung wird die Scheibe 105 in einer Dicke im wesentlichen gleich einer kritischen Dicke geschnitten, unter der die Scheibe 105 für sich genommen nicht mehr mechanisch stabil ist. Bei der ersten Ausführungsform hat die Scheibe 105 eine Dicke von etwa 300 μm bei einem Durchmesser von etwa 2 Zoll. Der Rest 101' des Ausgangs-GaN-Ingots 101 kann wiederverwendet werden, um weitere Scheiben für zusätzliche Halbleiteranordnungen zu beziehen. Die Einkristallscheibe 105 aus GaN umfasst zwei freie Oberflächen 106, 107, die jeweils einen Grad einer Oberflächenrauhigkeit beispielsweise infolge des Sägevorgangs haben. Für den Fall der Wiederverwendung des Restes 101' des Ausgangs-Ingots 101 gemäß der vorliegenden Erfindung, ist es nicht notwendig, die Oberfläche des Ingots 101 zu polieren, von dem die Scheibe 105 geschnitten wurde.
  • Gemäß der Erfindung und wie es in 1d gezeigt ist, wird die Scheibe 1115 anschließend durch eine seiner freien Oberflächen 107 an einer der freien Oberflächen 103 des Handhabungssubstrates 102 angebracht, wodurch ein Pseudosubstrat 109 ausgebildet wird.
  • Bei dieser Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Anbringung mit Hilfe einer Schicht eines Haftmittels 108, insbesondere eines keramikbasierten Haftmittels. Das Haftmittel 108 und das Handhabungssubstrat 102 werden vorzugsweise mit übereinstimmenden Wärmeausdehnungskoeffizienten in Bezug auf die Einkristallscheibe 105 gewählt. Die Verwendung des Haftmittels 108 hat den speziellen Vorteil, dass die geschnittene Einkristallscheibe 105 an dem Handhabungssubstrat 102 angebracht werden kann, ohne dass ein Polierschritt an dessen Oberflächen 106, 107 ausgeführt werden muss, da die Haftschicht 108 die Oberflächenrauhigkeit der Scheibe 105 kompensiert.
  • Gemäß weiterer Varianten der Erfindung kann das Pseudosubstrat 109 abgeschrägt und/oder eine Abflachung und/oder eine Kerbe vorgesehen werden.
  • 2a bis 2c zeigen die Verwendung des Pseudosubstrates 109 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Wie in 2a gezeigt, kann die dünne Scheibe 105 beginnend von der freien Oberfläche 106 und somit gegenüberliegend von jener, an der die Anbringung an das Substrat 102 erfolgte, ausgedünnt werden. Somit kann die freie Oberfläche 106, die eine Oberflächenrauhigkeit aufweist, ausgedünnt und insbesondere poliert werden, um eine ausgedünnte Oberfläche 106' auszubilden. Die Scheibe 105 kann auf eine Dicke von etwa 100 μm oder weniger, wie etwa sogar etwa 50 μm ausgedünnt werden, wodurch eine ausgedünnte Scheibe 105' und somit das ausgedünnte Pseudosubstrat 109' ausgebildet wird.
  • Als nächstes kann, wie in 2b gezeigt, eine epitaxiale Züchtung auf der freien ausgedünnten Oberfläche 106' der ausgedünnten Schicht 105' initiiert werden, um eine qualitativ hochwertige GaN-Einkristallschicht 110 und ein Pseudosubstrat 111 gemäß der zweiten Ausführungsform zu erhalten.
  • Bei einer Variante der zweiten Ausführungsform kann, wie in 2c gezeigt, die Rückseite 104 des Handhabungssubstrates 102 und somit die Seite die der Seite gegenüberliegt, an der die Anbringung erfolgte, ebenfalls ausgedünnt werden, um eine ausgedünnte Substratoberfläche 104' und somit ein ausgedünntes Handhabungssubstrat 102' zu erhalten, um einen Flachheitsdefekt zu korrigieren oder um die Gesamtdicke selbst des weiter ausgedünnten Pseudosubstrates 112 gemäß dieser Variante der zweiten Ausführungsform einzustellen. Normalerweise liegt die Abtragung des Materials im Bereich von 50 μm bis 500 μm.
  • Die Halbleiteranordnungen 109, 109', 111 oder 112 können anschließend als Basis für die Herstellung von Halbleitervorrichtungen dienen, wie es in 3a bis 3c dargestellt ist. Bei der dritten Ausführungsform wird beispielsweise das ausgedünnte Pseudosubstrat 109' (oder 109 oder 111 oder 112) insbesondere für die Herstellung einer LED-Struktur beispielsweise auf der Basis einer GaN-/InGaN-Verbindung verwendet. Das Pseudosubstrat 109' (oder 109 oder 111 oder 112) wird beispielsweise in einen metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidungs-(MOCVD-)Epitaxialreaktor bei einem Temperaturbereich von 600°C bis 1.100°C geladen, um die InGaN-Schicht 201 der LED-Struktur zu erhalten.
  • In 3a kann die LED-Struktur zusätzliche Schichten umfassen. Darüber hinaus kann die relative Dicke der Schichten der LED-Struktur im Vergleich zu der Darstellung in 3a variieren. Weitere Verfahrensschritte können zu der Abscheidung von Kontaktschichten 202 führen, die ebenfalls lediglich auf dem Pseudosubstrat 203 repräsentativ sind, das in 3a gezeigt ist. Es können weitere Schichten abgeschieden werden. Darüber hinaus können Musterbildungsschritte vorgesehen sein, um die unterschiedlichen Schichten miteinander zu verbinden und/oder zu isolieren, um die gewünschten Vorrichtungen auszubilden.
  • Wie es in 3b gezeigt ist, kann ein abschließendes Substrat 204, das teilweise oder vollständig bearbeitet werden kann und das beispielsweise Silizium, Germanium, ein Metall, wie etwa Kupfer, Molybdän, Wolfram oder dergleichen oder eine Metalllegierung, wie etwa WCu oder dergleichen enthalten oder aus diesem bestehen kann, an der obersten Schicht des Pseudosubstrates angebracht werden. Diese Materialien verstehen sich nicht als Einschränkung und sind lediglich beispielhaft. Insbesondere kann ein beliebiges anderes Material verwendet werden, das sich für LED-Anwendungen oder eine beliebige Stromvorrichtung eignet, die mit Hilfe einer vertikalen Struktur aufgebaut wird.
  • Wie es in 3c gezeigt ist, werden das Handhabungssubstrat 102 und die Haftschicht 108 anschließend beispielsweise durch mechanisches Polieren vollständig entfernt, so dass man eine fertige Struktur 205 erhält, wobei die ursprüngliche Rückseite 107 der GaN-Scheibe 105 zu einer freien Oberfläche 107' geworden ist. Diese freie Oberfläche 107' kann ihrerseits ebenfalls poliert, ausgedünnt und/oder mit einem Muster versehen werden, um eine noch komplexere fertige Vorrichtung herzustellen.
  • Anstelle der Herstellung einer LED-Vorrichtung können die Halbleiteranordnungen der Erfindung für eine beliebige andere Stromvorrichtung mit einer vertikalen Struktur verwendet werden.
  • 4a bis 4d zeigen eine vierte beispielhafte Ausführungsform.
  • 4a zeigt einen Einkristall-Ingot 401 aus SiC und ein Handhabungssubstrat 402 aus Si. Alternativ können Materialien, wie etwa SiC, W, AlN, Graphit oder dergleichen ebenfalls für das Handhabungssubstrat 402 verwendet werden. Ähnlich zu den ersten Ausführungsformen wird, wie in 4b gezeigt, eine Scheibe 405 aus SiC von dem Ingot 401 in einer Dicke im wesentlichen gleich einer kritischen Dicke geschnitten oder gesägt, unter der die Scheibe 405 nicht mehr mechanisch stabil ist. Hier hat die Scheibe 405 zwei freie Oberflächen 406, 407, die beide einen Grad einer Oberflächenrauhigkeit infolge des Schneidvorgangs haben, und hat eine Dicke von etwa 300 μm bei einem Durchmesser von etwa 2 Zoll. Wie bei den ersten Ausführungsformen umfasst das Handhabungssubstrat 402 ebenfalls zwei freie Oberflächen 403, 404, wobei der Rest 401' des Ausgangs-SiC-Ingots 201 anschließend insbesondere ohne Durchlaufen eines Polierschrittes zum Schneiden anderer Einkristallscheiben verwendet werden kann.
  • Gemäß einer Variante der Erfindung, und wie es in 4c dargestellt ist, wird die Scheibe 405 anschließend über eine thermomechanisch stabile Haftschicht 408, wie etwa ein graphitbasiertes Haftmittel, an einer der freien Oberflächen 403 des Substrates 402 ohne Durchlaufen eines Polierschrittes angebracht. Insbesondere die Rückseite der Scheibe 405, die die freie Oberfläche 407 ist, an der die Anbringung erfolgt, wird vor der Anbringung nicht poliert. Das dadurch ausgebildete Pseudosubstrat 409 wird anschließend bei einer Temperatur im Bereich von 1.000°C bis 1.500°C angelassen, um die Haftschicht 408 zu verfestigen.
  • Gemäß weiteren Varianten des Verfahrens der Erfindung wird das Pseudosubstrat 409 anschließend ähnlich einem Wafer behandelt und durchläuft zahlreiche Vorbereitungs- und Endbearbeitungsschritte, wie etwa das Abschrägen, Schneiden einer Ablachung oder einer Kerbe und/oder das Polieren der freien Einkristalloberfläche 406, um die Qualität der Oberfläche 406 für eine anschließende epitaxiale Züchtung zu verbessern.
  • Das Pseudosubstrat 409 kann zudem auf einer seiner freien Oberflächen 406, 404 oder beidseitig poliert werden, um beispielsweise die Dicke der Einkristallscheibe 405 oder die Gesamtdicke des Pseudosubstrates 409 einzustellen. Ähnlich der ersten Ausführungsform kann die Scheibe aus SiC 405 der zweiten Ausführungsform auf eine Dicke in dem Bereich von etwa 50 μm bis 100 μm ausgedünnt werden, um eine ausgedünnte Scheibe 405' mit einer ausgedünnten Oberfläche 406' auszubilden.
  • Dem Ausdünnschritt kann ein Schritt der chemischen Dampfabscheidung (CVD) folgen, um den aktiven Teil eines elektronischen Bauteils zu erhalten. Dies ist schematisch mit einer Schicht 410 in 4d gezeigt, die lediglich für die resultierende Struktur 411 repräsentativ ist, nicht jedoch für die relative Dicke oder für die Anzahl von Schichten, die während dieses Schrittes abgeschieden werden können. Bei der vierten Ausführungsform wird eine epitaxiale Struktur durch gesteuertes Dotieren, wie etwa eine Drift-Schicht, von etwa 10 μm bei diesem Schritt bei einer Temperatur abgeschieden, die höher als 1.500°C ist. Die Dicke einer derartigen Drift-Schicht 410 kann die Durchschlagsspannung der Verbindung definieren, wie etwa für den Fall von SiC 100 V bei einer Dicke von 1 μm bei 106 Dotierungen je cm3.
  • Gemäß weiteren Varianten der vierten Ausführungsform der Erfindung und ähnlich der vorherigen drei Ausführungsformen, wie sie in 1 bis 3 gezeigt sind, können bei der vierten Ausführungsform andere nachfolgende technische Schritte ausgeführt werden, wie etwa Ionenimplantationen, Anlassschritte oder das Abscheiden von Kontaktschichten. Zudem kann das Handhabungssubstrat 402 auch mit Hilfe von Schleif- und Poliertechniken der Rückseite oder der verbleibenden freien Oberfläche 404 des Substrates 402 an der fertigen Anordnung 411 entfernt werden. Ein derartiger Schritt gestattet vorteilhaft des Entfernen der Haftschicht 408 von der Rückseite 407 der Einkristallscheibe 405 oder 405', die anschließend behandelt, um beispielsweise einen elektrischen Kontakt aufzubauen, und schließlich geteilt werden kann, um die fertigen elektrischen Bauteile auszubilden.
  • 5a bis 5e zeigen eine fünfte beispielhafte Ausführungsform.
  • 5a zeigt einen Einkristall-Ingot 501 aus GaN und ein Handhabungssubstrat 502, bei diesem Beispiel ein Si-Wafer. Alternativ können Materialien, wie etwa SiC, YAG, ZnO, AlN, Saphir, Si, Ge, III-V-Halbleiter, piezoelektrische Materialien, LiNbO3, LiTaO3 oder dergleichen, ebenfalls für den Einkristall-Ingot verwendet werden. Es können andere Materialien als Si ebenfalls für das Handhabungssubstrat 502 verwendet werden, vorausgesetzt, dass der Unterschied des CTE gering ist. Wie bei den vorherigen Ausführungsformen, umfasst das Handhabungssubstrat 502 zwei freie Flächen 503, 504.
  • Bei der fünften Ausführungsform, die in 5b gezeigt ist, ist eine Schicht einer Versteifung 509 an einer freien Oberfläche 506 des Einkristall-Ingots 501 angebracht. Bei der fünften Ausführungsform ist die Versteifung 509 ein Substrat, wie etwa ein Polymer, wie beispielsweise ein starkes Polyesterhaftband, wie etwa ein kommerzielles Mylar-Band oder dergleichen, kann jedoch auch ein feuerfestes Material, wie etwa W, Mo oder dergleichen sein, das wenigstens bei unter 900°C chemisch und physikalisch stabil ist. Bei der Variante einer Schicht 509 eines feuerfesten Materials kann die Schicht 509 eine Dicke von etwa 100 μm haben und beispielsweise durch chemische Dampfabscheidung (CVD) abgeschieden werden.
  • Gemäß einer Variante der Erfindung bietet die Versteifungsschicht 509 nun eine ausreichende Stabilität, um eine dünne Scheibe 505 des Einkristall-Ingots 501 zu schneiden, deren Dicke sogar unter der kritischen Dicke liegen kann, wie es in 5c gezeigt ist. Bei diesem Beispiel wird eine Scheibe 505 von etwa 100 μm von dem Ingot 501 geschnitten, die geringer ist als die kritische Dicke von GaN. Die dünne Scheibe 505 und die Versteifung 509 bilden nun eine mechanisch stabile, selbstragende Struktur 510 mit einer freien Oberfläche 507 des Einkristallmaterials, die einen Grad einer Oberflächenrauhigkeit infolge des Schneid-, wie etwa des Sägevorgangs aufweisen kann. Wie bei den ersten Ausführungsformen kann der Rest 501' des Ausgangseinkristall-Ingots 501 anschließend insbesondere ohne Durchlaufen eines Polierschrittes wiederverwendet werden, um andere Einkristallscheiben 505 zu schneiden. Dies ist für nachfolgende Schneidschritte möglich, da die Versteifung 509 die Oberflächenrauhigkeit des Ingots 501' kompensieren wird und für eine ausreichende mechanische Stabilität zum Schneiden neuer dünner Schichten 505 mit einer Dicke gestattet, die im wesentlichen kleiner oder gleich der kritischen Dicke des Einkristallmaterials des Ingots 501' ist.
  • Eine Variante des Verfahrens der Erfindung folgend, und wie es in 5d dargestellt ist, wird die freie Oberfläche 507 der Scheibe 505, die in der selbsttragenden Struktur 501 enthalten ist, an einer Oberfläche 503 des Handhabungssubstrates 502 durch eine Haftschicht 508 angebracht, die die Oberflächenrauhigkeit der freien Oberfläche 507 der dünnen Schicht 505 kompensiert, die keinem Polierschritt vor der Anbringung unterzogen wurde und somit weiterhin die Oberflächenrauhigkeit infolge des Schneidschrittes aufweist. Wie bei den vorherigen Ausführungsformen kann das Haftmittel 508 ein keramikbasiertes oder ein graphitbasiertes Haftmittel sein. Das dadurch ausgebildete Übergangspseudosubstrat 511 wird anschließend bei einer Temperatur in dem Bereich von 80°C bis 400°C angelassen, um die Haftschicht 508 zu verfestigen.
  • Gemäß Varianten des Verfahrens der Erfindung kann das Pseudosubstrat 511 dann ähnlich einem Wafer behandelt werden und zahlreiche Vorbereitungs- und Endbearbeitungsschritte, wie etwa das Abschrägen, das Schneiden einer Abflachung und einer Kerbe und/oder auch das Entfernen der Verstreifung durchlaufen, wobei es in diesem Fall dann nur als ein vorübergehendes Substrat verwendet wird, um eine Scheibe 505 zu erhalten, die dünner ist als die kritische Dicke des Einkristallmaterials. Wie es in 5e gezeigt ist, kann man somit ein fertiges Pseudosubstrat 512 mit einer noch dünneren Einkristallschicht 505' und einer ausgedünnten und/oder polierten freien Einkristalloberfläche 506' erhalten.
  • 6a bis 6d zeigen eine sechste beispielhafte Ausführungsform.
  • 6a zeigt einen Einkristall-Ingot 601 aus SiC und ein Handhabungssubstrat 602 aus Si. Es können dieselben alternativen Materialien wie bei den vorherigen Ausführungsformen bei Varianten dieser Ausführungsform verwendet werden. Ähnlich wie bei den vorherigen Ausführungsformen umfasst das Handhabungssubstrat 603, 604 zwei freie Oberflächen.
  • Gemäß einer Variante des Verfahrens der Erfindung wird bei der sechsten Ausführungsform, wie es in 6b gezeigt ist, eine Schicht einer Versteifung 608 insbesondere durch chemische Dampfabscheidung (CVD) oder plasmaverstärkte chemische Dampfabscheidung (PECVD) auf einer freien Oberfläche 607 des Ingots 601 abgeschieden. Bei dieser Ausführungsform ist die abgeschiedene Schicht 608 eine Schicht eines Oxides, das derart gewählt ist, dass es dieselben Eigenschaften wie ein natürliches Oxid des Materials des Ingots 601 hat. Somit könnte eine Vielfalt von Oxiden bei alternativen Ausführungsformen verwendet werden, wobei dies hauptsächlich von dem Material des Ingots 601 abhängt. Die Oxidschicht 608 kompensiert die Oberflächenrauhigkeit der Oberfläche 607 des Ingots 501, auf dem sie abgeschieden wird.
  • Bei einer Variante dieser Ausführungsform könnte die Versteifung ein feuerfestes Metall, wie etwa W, Mo oder dergleichen sein, die bei wenigstens unter 900°C chemisch und physikalisch stabil sind. Bei der Variante einer Schicht 608 eines feuerfesten Materials kann die Schicht 608 eine Dicke von etwa 100 μm haben und beispielsweise durch chemische Dampfabscheidung (CVD) abgeschieden werden.
  • Gemäß einer Variante der Erfindung ist die abgeschiedene Schicht 608 eine Versteifung, die nun für ausreichende mechanische Stabilität sorgt, um eine dünne Scheibe 605 des Einkristall-Ingots 601 zu schneiden, deren Dicke sogar unter der kritischen Dicke liegt, wie es in 6c gezeigt ist. Bei diesem Beispiel beträgt die Dicke der Scheibe 605 etwa 100 μm, was geringer ist als die kritische Dicke des Materials des Ingots 601, wie etwa SiC. Die dünne Scheibe 605 und die Oxidschicht 608 bilden nun eine mechanisch stabile selbsttragende Struktur 609 mit einer freien Oberfläche 606 des Einkristallmaterials, die einen Grad einer Oberflächenrauhigkeit infolge des Schneid-, wie etwa des Sägevorgangs aufweisen kann. Ähnlich der ersten Ausführungsformen, und wie es weiterhin in 6c dargestellt ist, kann anschließend der Rest 601' des Ausgangseinkristall-Ingots 601 insbesondere ohne Durchlaufen eines Polierschrittes wiederverwendet werden, um andere Einkristallscheiben 605 zu schneiden. Ähnlich der fünften Ausführungsform ist dies möglich, da das abgeschiedene Oxid 608 die Oberflächenrauhigkeit des Ingots 601' kompensieren wird und eine ausreichende mechanische Stabilität zum Schneiden neuer dünner Schichten 605 mit einer Dicke gestattet, die im wesentlichen kleiner oder gleich der kritischen Dicke des Einkristallmaterials des Ingots 601' ist.
  • Einer Variante des Verfahrens der Erfindung folgend, kann nun die dünne Scheibe 605, die die selbsttragende Struktur 609 mit der Oxidschicht 608 bildet, an dem Handhabungssubstrat 602 durch ihre freie Einkristalloberfläche 606 mit Hilfe eines Haftmittels, wie etwa eines keramik- oder graphitbasierten Haftmittels angebracht werden, was zu einem Pseudosubstrat ähnlich dem Übergangssubstrat 511 der fünften Ausführungsform führt, die in 5d gezeigt ist.
  • Bei der sechsten Ausführungsform, und wie es in 6d gezeigt ist, wird jedoch die Oxidschicht 608 genutzt, die die Versteifung und den mechanisch stabilisierenden Teil der selbsttragenden Struktur 609 bildet. Bei der sechsten Ausführungsform wird die selbsttragende Struktur 609 an der freien Oberfläche 603 des Handhabungssubstrates 602 durch Molekularbindung mit Hilfe der Oxidschicht 608 als Binding-Schicht angebracht. Dies ist insbesondere möglich, weil die Oxidschicht 608 die Oberflächenrauhigkeit der Einkristalloberfläche 607 kompensiert, auf der sie abgeschieden wurde. Auf diese Weise erhält man ein Pseudosubstrat 610, bei dem eine dünne Scheibe 605 eines Einkristalls mit einer Dicke, die geringer ist als ihre kritische Dicke, an einem Handhabungssubstrat 602 insbesondere durch Molekularbindung mit Hilfe der Oxidschicht 608 als die Bonding-Schicht angebracht wird. Das Pseudosubstrat 610 umfasst eine freie Oberfläche 606 der dünnen Einkristall-Materialscheibe 605. An diesem Punkt erforderte die freie Oberfläche 606 keinen speziellen Polierschritt.
  • Gemäß Varianten des Verfahrens der Erfindung kann nun das Pseudosubstrat 610 ähnlich einem Wafer behandelt werden und zahlreiche Vorbereitungs- und Fertigbearbeitungsschritte, wie etwa das Abschrägen, das Schneiden einer Ablachung oder einer Kerbe und/oder zudem das Ausdünnen und/oder das Polieren der freien Oberfläche 606 des Einkristallmaterials oder der Rückseite 604 des Handhabungssubstrates 602 durchlaufen.
  • Gemäß Varianten der Erfindung und ähnlich der vier Ausführungsformen, die in 1 bis 4 dargestellt sind, können bei der fünften und sechsten Ausführungsform andere technische Schritte ausgeführt werden, wie etwa Ionenimplantationen, Anlassschritte oder das Abscheiden von Kontaktschichten. Weiterhin können die Handhabungssubstrate 502, 602 auch teilweise oder vollständig mit Hilfe von Schleif- oder Poliertechniken von der jeweiligen Rückseite oder den verbleibenden freien Oberflächen 504, 506 des Substrates 502, 506 auf den vorübergehenden oder fertigen Anordnungen 511, 512, 610 entfernt werden. Wie bei Varianten der vorherigen Ausführungsformen, gestattet ein derartiger Schritt vorteilhaft das Entfernen der Haftschicht 508 oder der abgeschiedenen Schicht 608 von der Rückseite 507, 607 der Einkristallscheibe 505, 505', oder 605, die anschließend behandelt, um beispielsweise einen elektrischen Kontakt aufzubauen, und schließlich geteilt werden kann, um die abschließenden elektrischen Bauteile auszubilden.
  • 7a bis 7d zeigen die Verwendung des ausgedünnten Pseudosubstrates 109' der Erfindung der zweiten Ausführungsform, die in 2a gezeigt ist, gemäß einer siebten beispielhaften Ausführungsform.
  • Bei der siebten Ausführungsform ist, ähnlich der zweiten Ausführungsform, die ausgedünnte Schicht 105' eine Schicht aus GaN. Insbesondere entspricht die Oberfläche 107 der Ga-Fläche der ausgedünnten GaN-Schicht 105'; und die polierte Oberfläche 106' entspricht der N-Fläche der ausgedünnten GaN-Schicht 105'. Bei der siebten Ausführungsform kann das Substrat 102 ein Saphir- anstelle eines Si-Wafers wie in der ersten und der zweiten Ausführungsform sein, mit einem übereinstimmenden Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) in Bezug auf das GaN-Material der ausgedünnten Schicht 105'. Weiterhin wird bei der siebten Ausführungsform die freie ausgedünnte Oberfläche 105' derart poliert, dass ihre Oberflächenrauhigkeit mit direktem Bonding kompatibel ist.
  • Wie es in 7a gezeigt ist, wird ein fertiges Substrat 701 durch eine seiner freien Oberflächen 702, 703, hier die Oberfläche 702, an der polierten freien Oberfläche 106' der ausgedünnten Schicht 105' durch direktes Bonden angebracht. Das fertige Substrat 701 wird aus einem der Materialien gewählt, die für die vorherigen Ausführungsformen erwähnt wurden, vorausgesetzt, dass deren Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) mit den CTEs der ausgedünnten Schicht 105', in diesem Beispiel GaN, und des Handhabungssubstrates 102, in diesem Fall Saphir, übereinstimmt.
  • Als nächstes werden, wie es in 7b gezeigt ist, das Handhabungssubstrat 102 und die Haftschicht 108 beispielsweise durch mechanisches Polieren wie bei der dritten Ausführungsform und der Darstellung von 3c vollständig entfernt, so dass man eine abschließende Struktur 704 erhält, bei der die ursprüngliche Rückseite 107 der GaN-Scheibe 105 zu einer freien Oberfläche 107' geworden ist. Diese freie Oberfläche 107 kann ihrerseits ebenfalls poliert, ausgedünnt und/oder mit einem Muster versehen werden, um eine noch komplexere fertige Vorrichtung herzustellen.
  • Bei einer Alternative, die mit 7c und 7d gezeigt ist, kann eine Schicht 705 eines Oxides verwendet werden, um das direkte Bonden zwischen der freien Oberfläche 705 des fertigen Substrates 701 und der polierten Oberfläche 106' das ausgedünnten Pseudosubstrates 109' zu verbessern. Es besteht zudem die Möglichkeit, dass mehr als eine Oxidschicht anstelle der Oxidschicht 705 verwendet wird. Wenn das Handhabungssubstrat 102 und die Haftschicht 108 entfernt werden, erhält man eine fertige Struktur 706, die der fertigen Struktur 704 gleicht, die in 7b gezeigt ist, jedoch wenigstens eine Oxidschicht 705 umfasst.
  • Bei einer weiteren Alternative zu der siebten Ausführungsform kann die ausgedünnte Scheibe 105' eine Scheibe aus SiC anstelle von GaN sein. In diesem Fall entspricht die Oberfläche 107 der Si-Fläche der ausgedünnten SiC-Schicht 105, und die polierte Oberfläche 106' entspricht der C-Fläche der ausgedünnten SiC-Schicht 105. Die anderen Materialien können ähnlich wie bei den vorherigen Ausführungsformen gewählt werden, vorausgesetzt, dass die CTEs miteinander übereinstimmen, wie es oben beschrieben wurde.
  • Bei den Ausführungsformen, die zuvor beschrieben wurden, und ihren Varianten haben die fertigen Anordnungen 109, 109', 111, 112, 203, 205, 409, 411, 511, 512, 610, 704 und 706 allesamt den Vorteil, dass die Nutzungseffizienz eines Ausgangs-Ingots eines teueren Materials in Bezug auf die Wafer-Bildungsverfahren des Standes der Technik, insbesondere in Bezug auf das Verfahren, das in EP 1 324 385 A2 offenbart wurde, verbessert wurde. Ein Grund besteht darin, dass anstelle der Herstellung eines Wafers aus einem Einkristall-Ingot, der umfangreiche Polier- und Ausdünnschritte erfordert, gemäß dem Verfahren der Erfindung eine Scheibe des Ingots bereits mit einer Dicke von etwa der kritischen Dicke, unter der die Scheibe für sich genommen nicht mehr mechanisch stabil ist, oder einer Dicke geschnitten werden kann, die sogar unter der kritischen Dicke liegt, so dass es möglich ist, im Gegensatz zu Verfahren des Standes der Technik direkt an einer dünneren Einkristallscheibe zu arbeiten, ohne dass die Scheibe zuvor poliert werden muss. Somit können, ausgehend von einem Einkristall-Ingot, bis zu etwa 30% bis etwa 50% mehr Halbleiteranordnungen im Vergleich zu dem Stand der Technik bereitgestellt werden.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Pseudosubstrates (109) umfassend folgende Schritte: Bereitstellen eines Einkristall-Ingots (101); Bereitstellen eines Handhabungssubstrates (102); Schneiden einer dünnen Scheibe (105) von dem Einkristall-Ingot (101); und Anbringen der dünnen Scheibe (105) an dem Handhabungssubstrat (102), um ein Pseudosubstrat auszubilden; dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der dünnen Scheibe (105) im wesentlichen kleiner oder gleich einer kritischen Dicke ist, unter der die Scheibe (105) für sich genommen nicht mehr mechanisch stabil ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Schritt des Vorsehens einer Versteifung (509, 608) auf dem Einkristall-Ingot (501) vor dem Schneiden der dünnen Scheibe (505, 605), so dass die Versteifung (509, 608) und die dünne Scheibe (505, 605) eine mechanisch stabile selbsttragende Struktur (510, 609) bilden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Versteifung (509) ein Substrat, insbesondere ein Polymer oder ein feuerfestes Metall ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schritt des Anbringens der dünnen Scheibe (105, 505) mit einem Haftmittel, insbesondere einem keramikbasierten Verbundhaftmittel oder einem graphitbasierten Haftmittel ausgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, weiterhin umfassend einen Schritt des Entfernens der Versteifung (509) nach dem Ausbilden des Pseudosubstrates (511).
  6. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Versteifung (608) eine abgeschiedene Schicht, insbesondere eine Oxidschicht ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Anbringung der dünnen Scheibe (605) an dem Handhabungssubstrat (602) durch Molekularbindung erzielt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend den Schritt des Polierens oder des zweiseitigen Polierens des Pseudosubstrates (109).
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend den Schritt des Abschrägens der Ränder des Pseudosubstrates (109).
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend den Schritt des Schneidens eine Abflachung oder einer Kerbe in dem Pseudosubstrat (109).
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dicke der dünnen Scheibe (105) im wesentlichen kleiner oder gleich 300 μm bei einem Durchmesser von 2 Zoll ist.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Einkristall eines eines siliziumbasierten Materials, eines germaniumbasierten Materials, eines II-VI- oder III-V-Halbleitermaterials oder eines Materials mit großem Bandabstand oder ZnO oder Saphir oder eines piezoelektronischen Materials oder LiNbO3 oder LiTaO3 ist oder aus diesem besteht.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt des Herstellens eine Halbleitervorrichtung in oder auf dem Pseudosubstrat.
  14. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, weiterhin umfassend den Schritt des Entfernens des Handhabungssubstrates (102), nachdem die Halbleitervorrichtung hergestellt worden ist.
  15. Halbleiterstruktur (109), umfassend eine Schicht eines Einkristallmaterials (105), das an einem Substrat (102) angebracht ist, wobei die Schicht des Einkristallmaterials (105) an dem Substrat (102) durch ein keramikbasiertes oder ein graphitbasiertes Haftmittel (108) und ohne einen Polierschritt der Oberfläche (107) der Schicht (105) angebracht ist, an der die Anbringung erfolgt, und die Dicke der Schicht des Einkristallmaterials (105) im wesentlichen kleiner oder gleich einer kritischen Dicke ist, unter der die Schicht (105) für sich genommen nicht mehr mechanisch stabil ist.
DE112013004330.0T 2012-09-04 2013-09-06 Pseudosubstrat mit verbesserter Nutzungseffizienz eines Einkristallmaterials Pending DE112013004330T5 (de)

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