DE19654791B4

DE19654791B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Trennen einer Halbleiterschicht von einem Substrat

Info

Publication number: DE19654791B4
Application number: DE19654791A
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Matsuno; Hiroaki Morikawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-12-31
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2017-01-01
Also published as: DE19654791A1; JPH09260342A; US6261969B1

Abstract

Verfahren zum Trennen einer Halbleiterschicht von einem Substrat, auf dem die Halbleiterschicht über einer Trennschicht gebildet ist und Durchgangsöffnungen aufweist, mit folgenden Schritten:
(a) Einführen eines Ätzmittels (130A) in die Durchgangsöffnungen (110) zum Entfernen der Trennschicht (130) durch einen Ätzvorgang; und
(b) Abtrennen der Halbleiterschicht (100) von dem Substrat (140), wobei ein Anhaften der Halbleiterschicht (100) an dem Substrat (140) dadurch verringert wird, dass dem Ätzmittel (130A) während oder nach dem Entfernen der Trennschicht (130) ein Zusatzstoff aus einer Gruppe hinzugefügt wird, die aus Carbonaten und Bicarbonaten besteht, und ohne Verringerung der Ätzrate mit dem Ätzmittel (130A) unter Bildung von Blasen (150; 170) reagiert, welche dazu beitragen, dass ein Spalt zwischen der Halbleiterschicht (100) und dem Substrat (140) sich vergrößert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen einer Halbleiterschicht von einem Substrat, auf dem die Halbleiterschicht über einer Trennschicht gebildet ist.

Aus der Druckschrift JP 7-226 528 A ist ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle bekannt, bei welcher ein dünner Halbleiterfilm auf einem Substrat über einer Zwischenschicht gebildet wird und Durchgangsöffnungen aufweist, durch welche zum anschließenden Abtrennen des Halbleiterfilms vom Substrat ein Ätzmittel zugeführt werden kann.

Aus einer Veröffentlichung von MONK, D. et al. mit dem Titel "Hydrofluoric Acid Etching of Silicon Dioxide Sacrificial Layers" in J.Electrochem.Soc., Vol. 141, No. 1, Jan. 1994, Seiten 264–269, ist es bekannt, sogenannte Opferschichten aus Siliziumdioxid zur Bildung einer Rippenstruktur in einem Plasma-Ätzverfahren zu ätzen, wobei HCl zu HF hinzugefügt wird, um die Ätzzeit zu verkürzen.

Aus einer Veröffentlichung von PROKSCHE, H., et al. mit dem Titel "The Zufhrence of NH₄F on the Etch Rates of Undoped SiO₂ Buffared Oxide Etch". in J.Electrochem.Soc., Vol. 139, No. 2, Feb. 1992, Seiten 521–524, ist es bekannt, beim Ätzen von nicht-dotiertem Siliziumdioxid zur Erhöhung der Ätzrate z. B. Aluminiumfluorid hinzuzufügen.

Des weiteren offenbart die Druckschrift JP 8-32096 A ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung und insbesondere ein Verfahren zum Trennen eines Halbleiterfilms und eines Substrats voneinander. Dieses Verfahren ist im folgenden anhand von 10, 10A, 10B, 10C und 11 der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

In 10 bezeichnet das Bezugszeichen 100 einen Halbleiterfilm, 120 eine Trennschicht, 140 ein Substrat, und 110 ein Durchgangsloch, welches bis zur Trennschicht 120 reicht. Das Bezugszeichen 130A bezeichnet ein Ätzmittel, und 130B bezeichnet Wasser.

Nunmehr wird ein Verfahren zum Trennen des Halbleiterfilms und des Substrats voneinander geschildert. Das Substrat 140 besteht aus Silizium, beispielsweise in Form eines Einkristall-Siliziumwafer. Die Dicke des Einkristall-Siliziumwafers beträgt normalerweise 625 μm, wenn der Durchmesser des Wafers 6 Zoll (1 Zoll = 25,4 mm) beträgt. Es ist eine Trennschicht vorgesehen, die aus einem Siliziumoxidfilm besteht, der beispielsweise durch Oxidieren des Substrats 140 bei einer Wärmebehandlung hergestellt wird, oder ein Siliziumoxidfilm ist, der durch CVD oder dergleichen abgelagert wird. Die Dicke der Trennschicht beträgt beispielsweise 1 μm. Der Halbleiterfilm 100 ist ein polykristalliner Polysiliziumfilm, der auf der Trennschicht mittels CVD oder dergleichen abgelagert wird. Der Halbleiterfilm 100 kann ein Halbleiterfilm sein, dessen elektrische Eigenschaften dadurch verbessert wurden, dass die Abmessungen der Kristallteilchen vergrößert wurden, durch Zonenschmelzumkristallisieren oder durch Festkörperphasenepitaxie.

Wie aus 10A hervorgeht, wird zuerst eine Halbleitervorrichtung mit dem voranstehend geschilderten Aufbau in ein Ätzmittel 130A aus beispielsweise Flusssäure eingetaucht, damit das Flusssäureätzmittel 130A durch die Durchgangslöcher 110 eingeführt werden kann, um so die Trennschicht 120 durch Ätzen zu entfernen. Dann wird die Halbleitervorrichtung mit Wasser gewaschen, und dann wird der Zwischenraum zwischen dem Halbleiterfilm 100 und dem Substrat 140 durch Wasser 130B ersetzt, wie in 10B gezeigt ist. In diesem Zustand wirkt das Wasser 130B wie ein Haftmittel zwischen dem Halbleiterfilm 100 und dem Substrat 140, und verhindert so eine einfache Abtrennung des Halbleiterfilms 100 von dem Substrat 140. Wenn Wasser 130B zwischen dem Halbleiterfilm 100 und dem Substrat 140 dadurch entfernt wird, dass die Halbleitervorrichtung einige Zeit herumsteht, oder diese mittels Wärme getrocknet wird, verhindert der Verbindungszustand, der zwischen dem Halbleiterfilm 100 und dem Substrat 140 herrscht, eine natürliche Abtrennung des Halbleiterfilms 100.

Wenn daher auf den Halbleiterfilm 100 entlang der Oberfläche des Substrats 140 eine Horizontalkraft ausgeübt wird, wie durch einen in 10B dargestellten Pfeil angedeutet ist, und zwar in dem in 10B gezeigten Zustand, in welchem das Substrat 140 festgehalten wird, dient Wasser 130B zwischen dem Halbleiterfilm 100 und dem Substrat 140 als Gleitmittel, welches es zulässt, dass der Halbleiterfilm 100 auf dem Substrat 140 gleiten kann. Wie voranstehend erwähnt wird der Halbleiterfilm 100 aus der Position oberhalb des Substrats 140 herausgezogen, so dass der Halbleiterfilm 100 von dem Substrat 140 getrennt wird (siehe 10C). Das voranstehend geschilderte Verfahren erlaubt es, den Halbleiterfilm 100 in Abschnitte zu unterteilen, die jeweils eine Dicke von 10 μm und Abmessungen von 10 cm × 10 cm aufweisen.

11 zeigt schematisch eine konventionelle Herstellungsvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung. Ähnlich wie das voranstehend geschilderte Verfahren wurde diese Vorrichtung in der Druckschrift JP 8-32096 A beschrieben. In 11 bezeichnet das Bezugszeichen 100 einen Halbleiterfilm, 110 ein Durchgangsloch, 140 ein Substrat, 210 einen ersten Behälter, und 211 einen oberen Abschnitt des ersten Behälters 210. Das Bezugszeichen 212 bezeichnet eine Verjüngung des ersten Behälters 210. Das Bezugszeichen 213 bezeichnet einen unteren Abschnitt des ersten Behälters 210. Das Bezugszeichen 300 bezeichnet einen oberen Raum, 310 einen unteren Raum, 400 einen zweiten Behälter, und 410 einen Deckel zum Verschließen des zweiten Behälters 400.

Wenn wie in 11 gezeigt der Halbleiterfilm 100 kleiner als das Substrat 140 ist, wird die Breite des unteren Raums 110 so gewählt, dass sie kleiner ist als die Breite des oberen Raums 300, so dass die Einführung des Halbleiterfilms 100 möglich ist, jedoch die Einführung des Substrats 140 gesperrt wird. Da die Kraft zur Befestigung des Halbleiterfilms 100 an dem Substrat 140 verloren geht, nachdem die Trennschicht durch Ätzen entfernt wurde, wird der Halbleiterfilm 100 infolge der Einwirkung der Schwerkraft entlang der Oberfläche des Substrat 140 zum unteren Raum 310 hin bewegt. Da das Substrat 140 solche Abmessungen hat, dass die Bewegung des Substrats 140 in den unteren Raum 310 gesperrt wird, wird nur der Halbleiterfilm 100 in den unteren Raum 310 bewegt. Hierdurch kann die Trennung des Halbleiterfilms 100 von dem Substrat 140 durchgeführt werden.

Da das konventionelle Verfahren und die konventionelle Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung den voranstehend geschilderten Aufbau aufweisen, führt die Beendigung des Vorgangs zum Ätzen der Trennschicht nicht dazu, dass der Halbleiterfilm und das Substrat vollständig voneinander getrennt sind. Da in vielen Fällen der Halbleiterfilm und das Substrat in enger Berührung miteinander stehen, war die Einwirkung einer externen Kraft dazu erforderlich, um den Halbleiterfilm und das Substrat vollständig voneinander zu trennen. Ein anderes Problem tritt in der Hinsicht auf, dass die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Zeit nicht verringert werden kann, und dass die Oberfläche des Halbleiterfilms zu stark aufgeraut wird, da der Halbleiterfilm lange in das Ätzmittel eingetaucht wird. Da die konventionelle Herstellungsvorrichtung nicht die Fähigkeit aufweist, Dampf des Flusssäureätzmittels erneut zu verflüssigen, treten in der Hinsicht Probleme auf, dass die Lebensdauer des Ätzmittels in unerwünschter Weise kurz ist, und dass eine zu hohe Menge an Ätzmittel gebraucht wird.

Unter Kostengesichtspunkten sind diese Eigenschaften daher nicht zufriedenstellend, wenn der Halbleiterfilm und das Substrat unter Massenproduktionsbedingungen voneinander getrennt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren anzugeben und eine verbesserte Vorrichtung zu schaffen, mit welchen bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung ein Abtrennen einer Halbleiterschicht von einem Substrat auf einfache, Zeit und Kosten sparende Weise auch unter Bedingungen für die Massenfertigung ermöglicht wird.

Vorzugsweise soll dabei auch eine Verringerung des Verbrauchs an Ätzmitteln angestrebt werden, um so den Kostenaufwand zu verringern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Verfahren nach dem Patentanspruch 1 bzw. mit der Vorrichtung nach dem Patentanspruch 15 gelöst.

Weiterbildungen hiervon ergeben sich aus den diesen Ansprüchen jeweils nachgeordneten Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben und erläutert, woraus auch weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung hervorgehen.

In den Zeichnungen zeigen
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
5A, 5B, 5C und 5D schematische Darstellungen einer fünften Ausführungsform im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung;
6A, 6B und 6C schematische Darstellungen einer siebten Ausführungsform im Zusammenhang mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 eine schematische Darstellung einer, Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10A, 10B und 10C schematische Darstellungen eines konventionellen Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung; und
11 eine schematische Darstellung der konventionellen Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung.
Ausführungsform 1
1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Abhängigkeit der Konzentration von HF₂ ^–-Ionen von der Konzentration von Ammoniumfluorid (NH₄F) gezeigt ist. Ein Siliziumoxidfilm (SiO₂), der eine Trennschicht bildet, reagiert mit HF₂ ^–-Ionen, so dass H₂SiF₆ und Wasser (H₂O) gebildet werden. Daher kann die Ätzrate des Siliziumfilms dadurch erhöht werden, dass die Konzentration an HF₂ ^–-Ionen in der Flusssäurelösung erhöht wird. In 1 wird nunmehr ein Fall überlegt, in welchem 6 Mol/Liter Ammoniumfluorid zu Flusssäure von 24 Mol/Liter hinzugefügt wird. In einem Fall, in welchem kein Ammoniumfluorid vorhanden ist (in dem Zustand am linken Ende des Diagramms), beträgt die Konzentration an HF₂ ^–-Ionen etwa 2,0 Mol/Liter. Wenn 6 Mol/Liter Ammoniumfluorid hinzugefügt wird, wird die Konzentration der HF₂ ^–-Ionen auf etwa 4,5 Mol/Liter angehoben. Nunmehr wird ein anderer Fall überlegt, in welchem 5 Mol/Liter bis 6 Mol/Liter Ammoniumfluorid zu einer 38%-igen Flusssäure hinzugefügt werden. Da eine 38%-ige Flusssäure etwa 19 Mol/Liter entspricht, ist der Trend zwischen einem Diagramm für 16 Mol/Liter und einem für 24 Mol/Liter dargestellt. Es wird deutlich, dass die Hinzufügung von 5 bis 6 Mol/Liter Ammoniumfluorid dazu führt, dass die Konzentration an HF₂ ^–-Ionen auf das 2-3fache erhöht wird. Die Hinzufügung von Ammoniumfluorid zur Flusssäurelösung ermöglicht eine Erhöhung der Konzentration der HF₂ ^–-Ionen in der Flusssäure, was zu einer erhöhten Ätzrate bei dem Siliziumoxidfilm führt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird Ammoniumfluorid mit 2 bis 7 Mol/Liter der Flusssäurelösung von 2 Mol/Liter oder mehr hinzugefügt. Selbst wenn mehr als 7 Mol/Liter an Ammoniumfluorid der Flusssäurelösung hinzugegeben wird, läßt sich keine weitere Erhöhung der Konzentration der HF₂ ^–-Ionen und daher keine weitere Erhöhung der Ätzrate erzielen.
Wenn das Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Trennen des Halbleiterfilms und des Substrats voneinander eingesetzt wird, können wie voranstehend geschildert der Halbleiterfilm und das Substrat glatt voneinander getrennt werden.
Ausführungsform 2
2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. In 2 bezeichnet das Bezugszeichen 100 einen Halbleiterfilm, 110 ein Durchgangsloch, 120 eine Trennschicht, 130 ein Ätzmittel und 140 ein Substrat, entsprechend dem konventionellen Aufbau. Das Bezugszeichen 150 bezeichnet CO₂, welches blasenförmig auftritt, infolge einer Reaktion zwischen Flusssäure, die ein Ätzmittel für die Trennschicht bildet und in wässriger Lösung eingesetzt wird, und Carbonat oder Bicarbonat, welches typischerweise als Zusatzstoff in Pulverform eingesetzt wird.
In vielen Fällen stehen der Halbleiterfilm und das Substrat in enger Berührung miteinander, da eine vollständige Trennung nicht erzielt werden kann, selbst nachdem die Ätzung der Trennschicht beendet ist. Daher ist eine externe Kraft dazu erforderlich, den Halbleiterfilm und das Substrat vollständig voneinander zu trennen. Bei dem in 2 gezeigten Fall wird ein Zusatzstoff, beispielsweise NaHCO₃, welches das Auftreten einer Blasenbildungsreaktion mit Flusssäure gestattet, die als Ätzmittel für die Trennschicht dient, hinzugefügt, damit Flusssäure und der Zusatzstoff zwischen dem Halbleiterfilm und dem Substrat miteinander reagieren können, damit CO₂-Blasen erzeugt werden können, und dieser Zusatzstoff kann insoweit dem Ätzmittel hinzugefügt werden, als er nicht die Ätzrate verringert. Dies führt dazu, dass der Spalt oder Abstand zwischen dem Halbleiterfilm und dem Substrat vergrößert werden kann, so dass der Halbleiterfilm und das Substrat vollständig voneinander getrennt werden.
Der Halbleiterfilm und das Substrat werden bei der soeben beschriebenen zweiten Ausführungsform erfindungsgemäß voneinander getrennt.
Ausführungsform 3
3 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. In 3 bezeichnet das Bezugszeichen 160 einen Zustand, in welchem die Benetzbarkeit verbessert wurde. Es wird darauf hingewiesen, dass gleiche oder entsprechende Elemente wie bei der zweiten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, und insoweit hier keine erneute Beschreibung erfolgt.
In 3 wird ein kohlenwasserstoffhaltiges oberflächenaktives Mittel, beispielsweise Alkylbenzolnatriumsulfonat, direkt dem Ätzmittel für die Trennschicht hinzugefügt, oder hinzugefügt, nachdem der Vorgang zum Ätzen der Trennschicht und ein Waschvorgang mit Wasser durchgeführt wurden, so dass die Lösung einfach in den Spalt zwischen dem Halbleiterfilm und dem Substrat eindringen kann. Dies führt dazu, dass der Spalt vergrößert werden kann, um so den Halbleiterfilm und das Substrat vollständig voneinander zu trennen. Daher lassen sich ähnliche Auswirkungen erzielen wie jene, die bei der zweiten Ausführungsform erreicht werden können. Obwohl der Berührungswinkel, der die freie Energie der Feststoff-Flüssigkeitsgrenzfläche angibt, normalerweise etwa 70° beträgt, verringert ihn die Hinzufügung des oberflächenaktiven Mittels auf etwa 30°, was dazu führt, dass ein vollständig benetzter Zustand erreicht wird. Das oberflächenaktive Mittel kann insoweit hinzugefügt werden, als es nicht die Ätzrate von HF verringert.
Ausführungsform 4
4 zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. In 4 bezeichnet das Bezugszeichen 170 Blasen, die erzeugt werden, wenn der Halbleiterfilm und das Substrat geätzt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass gleiche oder entsprechende Elemente wie bei der zweiten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, und daher hier keine erneute Beschreibung erfolgt.
Wenn der Halbleiterfilm und das Substrat geätzt sind, nachdem die Ätzung der Trennschicht und das Waschen mit Wasser durchgeführt wurden, bilden sich Blasen 170, wie in 4 gezeigt ist. Die Blasen 170 erweitern den Spalt zwischen dem Halbleiterfilm und dem Substrat, so dass diese vollständig voneinander getrennt sind. Dies führt dazu, dass ein ähnlicher Effekt wie jener bei der zweiten Ausführungsform erzielt werden kann. Das Ätzmittel zum Ätzen des Halbleiterfilms und des Substrats kann eine Alkalilösung aus Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid sein; eine gemischte Säure aus Flusssäure und Salpetersäure; oder eine gemischte Säure, die dadurch erhalten wird, dass zumindest entweder Weinsäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure oder Wasserstoffperoxydlösung der Säuremischung aus Flusssäure und Salpetersäure hinzugefügt wird. Dies führt dazu, dass eine Blasenbildung in Form von Stickoxid oder dergleichen hervorgerufen wird.
Wenn KOH-Lösung als Alkalilösung verwendet wird, wird eine wässrige Lösung, die 20 Gew.-% KOH enthält, auf 80°C erhitzt, wobei die Ätzrate für Silizium 1,2 μm/min beträgt, während Sauerstoffgas erzeugt wird, um die Trennung zwischen dem Halbleiterfilm und dem Substrat zu verbessern, bei folgender Reaktionsgleichung: Si + 2KOH + H₂O → KOSiO₃ + 2H₂.
Im Falle der Verwendung der Säuremischung aus HF und HNO₃ werden ein Teil aus 50%-iger Flusssäure und neun Teile aus 69%-iger Salpetersäure miteinander vermischt, wobei die Ätzrate für Silizium 3,0 μm/min bei einer Temperatur der Lösung von 40°C beträgt, und ein Stickoxidgas erzeugt wird, um die Trennung zwischen dem Halbleiterfilm und dem Substrat zu fördern. 3Si + 18HF + 4HNO₃ → 3H₂SiF₆ + 8H₂O.
Ausführungsform 5
Die 5A bis 5D zeigen schematisch eine fünfte Ausführungsform im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Materialien des Substrats sind Einkristallsiliziummaterialien. Das Bezugszeichen 141 bezeichnet ein p^–-Substrat in 5A, 142 bezeichnet ein p⁺-Substrat in 5B, 143 bezeichnet ein n^–-Substrat in 5C, 144 bezeichnet ein n⁺-Substrat in 5D, 700 bezeichnet eine Beschädigung, die bei dem p^–-Substrat in 5A hervorgerufen wird, 710 bezeichnet eine Beschädigung, die bei dem p⁺-Substrat in 5B hervorgerufen wird, 720 bezeichnet eine Beschädigung, die bei dem n^–-Substrat in 5C hervorgerufen wird, und 730 bezeichnet eine Beschädigung, die bei dem n⁺-Substrat in 5D auftritt. Die Definitionen sind so gewählt, dass das p^–-Substrat ein Substrat ist, welches Verunreinigung des p-Typs in einer Konzentration von 10¹⁷ cm-³ oder weniger enthält, das p⁺-Substrat ein Substrat ist, welches Verunreinigung des p-Typs in einer Konzentration von 10¹⁸ cm^–3 oder mehr enthält, das n^–-Substrat ein Substrat ist, welches Verunreinigung des n-Typs in einer Konzentration von 1017 cm^–3 oder weniger enthält, und das n⁺-Substrat ein Substrat ist, welches Verunreinigung des n-Typs in einer Konzentration von 1018 cm^–3 oder mehr enthält. Wenn alle vier Arten an Siliziumsubstraten etwa 8 Stunden lang in 50%-ige Flusssäure eingetaucht wurden, ergab sich das Ergebnis, dass das Ausmaß der Beschädigungen in folgender absteigender Reihenfolge auftrat: n⁺-Substrat, n^–-Substrat, p⁺-Substrat und p^–-Substrat. Die "Beschädigung" bedeutet eine Beeinträchtigung der Oberfläche des Einkristallsiliziumsubstrats auf solche Weise, dass diese Poren aufweist, nachdem das Einkristallsiliziumsubstrat längere Zeit in die Flusssäurelösung eingetaucht war. Insbesondere werden die Oberflächen des p⁺-Substrats, des n^– -Substrats und des p⁺-Substrats beträchtlich beschädigt. Wenn die dünnen Filme der voranstehend genannten Arten bei einer Energieerzeugungsschicht einer Solarzelle eingesetzt werden, bei welcher eine Mustererzeugung eines Bereichs mit einer Breite in der Größenordnung von einigen 10 um während des Vorgangs zur Ausbildung von Elektroden durchgeführt wird, der nach Abtrennung des Dünnfilms durchgeführt wird, kann infolge der zu starken Oberflächenbeschädigung der Mustererzeugungsvorgang nicht ordnungsgemäß durchgeführt werden. Andererseits kann, da das p^–-Substrat gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht wesentlich beschädigt wird, eine ordnungsgemäße Musterbildung durchgeführt werden. Daraus lässt sich ersehen, dass ein zufriedenstellender Effekt erzielt werden kann, wenn Silizium, bei welchem die Konzentration an Verunreinigungen wie beispielsweise Bor auf 10¹⁷ cm^–3 oder niedriger eingestellt wird, in einem Fall verwendet wird, wenn Silizium zur Ausbildung des Substrats und des Halbleiterfilms verwendet wird.
Wie voranstehend geschildert kann gemäß der fünften Ausführungsform eine Halbleitervorrichtung erhalten werden, die den Halbleiterfilm und das Substrat enthält, deren Oberflächen ausreichend gegen Beschädigungen geschützt werden können, und deren Musterbildung in zufriedenstellender Weise durchgeführt werden kann.
Ausführungsform 6
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird nunmehr ein Verfahren zum Entfernen der beschädigten Schicht geschildert, die bei der fünften Ausführungsform beschrieben wurde. Hierbei wird ein Halbleiterfilm, dessen Oberfläche durch das Ätzmittel für die Trennschicht beschädigt wurde, in einer Tiefe von 0,1 μm bis 4,0 μm geätzt, und dann der folgenden Behandlung unterworfen. Im vorliegenden Fall wird beispielsweise eine Kaliumhydroxidlösung mit 20% bei einer Temperatur von 18 °C als Ätzmittel zum Ätzen der beschädigten Schichten verwendet. Wenn die Dicke der beschädigten Schicht etwa 0,05 μm beträgt, kann die Ätzung in einem Zeitraum von etwa 0,1 Minuten bis 3 Minuten durchgeführt werden.
Ausführungsform 7
6A bis 6C sind schematische Darstellungen einer siebten Ausführungsform im Zusammenhang mit einem Verfahren und einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. In den 6A bis 6C bezeichnet das Bezugszeichen 200 eine Aufspannvorrichtung zur Festlegung eines Halbleiterfilms und eines Substrats in der Richtung der Dicke der Halbleitervorrichtung. Wenn die Trennschicht geätzt wird, wird die Kontaktfläche zwischen dem Halbleiterfilm und dem Substrat sowie der Trennschicht verkleinert. Dies führt dazu, dass eine kleine äußere Kraft, beispielsweise eine Verschwenkung, Blasenbildung, oder die inneren Spannungen des Halbleiterfilms, manchmal den Halbleiterfilm oder das Substrat während des Vorgangs der Ätzung der Trennschicht beschädigt, insbesondere unmittelbar vor Beendigung des Ätzvorgangs, wenn die Restfläche der Trennschicht 1 mm² oder weniger beträgt. Wenn der Halbleiterfilm und das Substrat mit einem Druck von ca. 1 bar befestigt werden, der in der Richtung der Dicke des Halbleiterfilms und des Substrats einwirkt, können der Halbleiterfilm und das Substrat voneinander getrennt werden, ohne dass während des Vorgangs der Ätzung der Trennschicht eine Beschädigung auftritt.
Wie voranstehend geschildert, können gemäß der siebten Ausführungsform der Halbleiterfilm und das Substrat dagegen geschützt werden, während des Ätzvorgangs beschädigt zu werden, und können der Halbleiterfilm und das Substrat glatt voneinander getrennt werden.
Ausführungsform 8
7 zeigt schematisch eine achte Ausführungsform der Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. In 7 bezeichnet das Bezugszeichen 100 einen Halbleiterfilm, und 110 ein in dem Halbleiterfilm 100 vorgesehenes Durchgangsloch. Das Bezugszeichen 140 bezeichnet ein Substrat, 210 einen ersten Behälter, und 211 einen oberen Abschnitt des ersten Behälters 210. Das Bezugszeichen 212 bezeichnet Innenwandung eines Verbindungsteils mit einer Verjüngung, die bei dem ersten Behälter 210 vorgesehen ist. Das Bezugszeichen 213 bezeichnet einen unteren Abschnitt des ersten Behälters 210. Das Bezugszeichen 300 bezeichnet einen oberen Raum, und 310 einen unteren Raum. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von dem konventionellen Beispiel hauptsächlich in Bezug auf die Form der Innenwandung 212 des Verbindungsteils mit der Verjüngung. Nunmehr wird der Betriebsablauf bei dieser Ausführungsform beschrieben. Wenn wie in 7 gezeigt der Halbleiterfilm 100 kleiner ist als das Substrat 140, ist die Breite des unteren Raums 310 so gewählt, dass sie kleiner ist als die Breite des oberen Raums 300, so dass die Einführung des Halbleiterfilms 100 möglich ist, jedoch die Einführung des Substrats 140 gesperrt wird. Da die Kraft zum Befestigen des Halbleiterfilms 100 an dem Substrat 140 verloren geht, nachdem die Trennschicht durch Ätzen entfernt wurde, wird der Halbleiterfilm 100 infolge der Einwirkung der Schwerkraft entlang der Oberfläche des Substrats 140 zum unteren Raum 310 hin bewegt. Da das Substrat 140 solche Abmessungen aufweist, dass die Bewegung des Substrats 140 in den unteren Raum 310 gesperrt ist, wird nur der Halbleiterfilm 100 in den unteren Raum 310 hineinbewegt. Auf diese Weise kann die Trennung des Halbleiterfilms 100 von dem Substrat 140 durchgeführt werden, ähnlich wie bei dem konventionellen Beispiel. Die Innenwandung 212 des Verbindungsteils mit der Verjüngung, welches die Verbindung zwischen dem oberen Raum 300 und dem unteren Raum 310 bildet, und bei dem konventionellen Beispiel geradlinig ist, ist bei der vorliegenden Ausführungsform kurvenförmig.
Erfindungsgemäß ist die Innenwandung 212 des Verbindungsteils konvex gekrümmt und schließt ohne Kantenbildung an die Innenwandung des zweiten Raums 310 an.
Wie voranstehend geschildert kann gemäß der achten Ausführungsform eine Vorrichtung erhalten werden, welche optimal den Halbleiterfilm und das Substrat voneinander trennt, ähnlich wie bei der ersten bis vierten Ausführungsform.
Ausführungsform 9
8 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 8 bezeichnet das Bezugszeichen 500 eine Funktionseinrichtung zur Rückverflüssigung von Dampf aus dem Ätzmittel, und 510 bezeichnet eine Einrichtung zur Verarbeitung von Abfallätzmittel. Gleiche oder ähnliche Bauteile wie bei dem konventionellen Beispiel sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und insoweit erfolgt hier keine erneute Beschreibung. 9 zeigt als Diagramm die Beziehung zwischen der Konzentration an Flusssäure und dem Dampfdurck der Flusssäure.
Flusssäurelösung zum Einsatz als Ätzmittel für die Trennschicht weist einen Dampfdruck von einigen kPa auf, selbst wenn die Temperatur etwa 40°C beträgt, in einem Fall, in welchem die Temperatur von beispielsweise 50%-iger Flusssäure wie in 9 gezeigt erhöht wurde. Es wird darauf hingewiesen, dass der Dampfdruck von H₂O bei 100°C, also der Dampfdruck beim Sieden des Wassers, 1 bar beträgt. Wie in 8 gezeigt, wird daher beispielsweise eine Kühlschlange als Funktionseinrichtung 500 zur Rückverflüssigung des Dampfs verwendet, die oberhalb des Flüssigkeitspegels des Ätzmittels angeordnet ist, und ist der zweite Behälter 400 als abgedichteter Behälter ausgebildet, so dass Dampf aus Flusssäure mit ausreichendem Wirkungsgrad rückverflüssigt wird. Die rückverflüssigte Lösung wird erneut als Ätzmittel eingesetzt, um so Ätzmittel zu sparen.
Weiterhin ist die voranstehend geschilderte Herstellungsvorrichtung mit einer Einrichtung zur Verarbeitung von Abfallätzmittel 510 zur Behandlung von Abfallätzmittel versehen, wie in 8 gezeigt ist. Da das Abfallätzmittel, welches von der Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung abgeführt wird, Staub oder feine Teilchen enthält, die von den Enden des Halbleiterfilms oder Enden des Substrats während des Vorgangs der Ätzung der Trennschicht erzeugt werden, ist die Einrichtung zur Verarbeitung von Abfallätzmittel 510 für das Ätzmittelabflussrohr zur Entsorgung des Ätzmittels vorgesehen, wobei die Einrichtung zur Verarbeitung von Abfallätzmittel 510 eine Säure oder Lauge enthält, welche den Staub bzw. die feinen Teilchen auflösen kann. Daher wird das Abfallätzmittel neutralisiert, bevor das Abfallätzmittel zur Außenseite der Vorrichtung abgeführt wird. Wenn Silizium zur Ausbildung des Substrats und des Halbleiterfilms verwendet wird, wird als Mittel zur Behandlung des Abfallätzmittels Fluorstickstoffsäurelösung oder Kaliumhydroxidlösung verwendet.
Wie voranstehend geschildert kann bei der neunten Ausführungsform eine Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung erhalten werden, durch welche das Ausmaß des Ätzmittelverbrauchs verringert werden kann, und daher die Herstellungskosten. Darüber hinaus kann eine Verstopfung des Abfallätzmittelabflussrohrs verhindert werden, die von während des Ätzvorgangs erzeugtem Staub herrühren, und kann das Abfallätzmittel neutralisiert und harmlos gemacht werden, so dass eine sichere Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung erhalten wird.
Obwohl die erste bis neunte Ausführungsform in Bezug auf eine Anordnung beschrieben wurden, bei welcher Silizium als Material für den Halbleiterfilm 100 und das Substrat 140 verwendet wird, und ein Siliziumoxidfilm als Trennschicht 120 verwendet wird, kann GaAs statt Silizium eingesetzt werden, und AlAs statt des Siliziumoxidfilms verwendet werden, wenn das Ätzmittel Flusssäure ist, um ähnliche Auswirkungen wie jene zu erhalten, die bei der ersten bis neunten Ausführungsform erzielt werden können.

Claims

Verfahren zum Trennen einer Halbleiterschicht von einem Substrat, auf dem die Halbleiterschicht über einer Trennschicht gebildet ist und Durchgangsöffnungen aufweist, mit folgenden Schritten: (a) Einführen eines Ätzmittels (130A) in die Durchgangsöffnungen (110) zum Entfernen der Trennschicht (130) durch einen Ätzvorgang; und (b) Abtrennen der Halbleiterschicht (100) von dem Substrat (140), wobei ein Anhaften der Halbleiterschicht (100) an dem Substrat (140) dadurch verringert wird, dass dem Ätzmittel (130A) während oder nach dem Entfernen der Trennschicht (130) ein Zusatzstoff aus einer Gruppe hinzugefügt wird, die aus Carbonaten und Bicarbonaten besteht, und ohne Verringerung der Ätzrate mit dem Ätzmittel (130A) unter Bildung von Blasen (150; 170) reagiert, welche dazu beitragen, dass ein Spalt zwischen der Halbleiterschicht (100) und dem Substrat (140) sich vergrößert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem als Ätzmittel (130A) zum Ätzen der Trennschicht (130) eine Flusssäurelösung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem dem Ätzmittel (130A) zum Ätzen der Trennschicht (130) Ammoniumfluorid als ein weiterer Zusatzstoff hinzugefügt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Zusatzstoff für das Abtrennen der Halbleiterschicht (100) NaHCO₃ enthält.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem dem Ätzmittel (130A) für das Abtrennen der Halbleiterschicht (100) vom Substrat (140) ein kohlenwasserstoffhaltiges oberflächenaktives Mittel hinzugefügt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend als einen weiteren Schritt ein Ätzen von Flächen der Halbleiterschicht (100) und des Substrats (140) nach dem Entfernen der Trennschicht (130) zur Förderung des Abtrennens der Halbleiterschicht (100) von dem Substrat (140).
Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem zum Ätzen von Flächen der Halbleiterschicht (100) und des Substrats (140) nach dem Entfernen der Trennschicht (130) ein alkalisches oder ein eine Säuremischung enthaltendes Ätzmittel verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch oder 7, bei welchem durch das Ätzen von Flächen der Halbleiterschicht (100) und des Substrats (140) Material in einer Dicke von 0.1 μm bis 4.0 μm entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem beim Ätzen der Trennschicht (130) die Halbleiterschicht (100) und das Substrat (140) mechanisch festgehalten werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Halbleiterschicht (100) eine Dicke von 100 μm oder weniger aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Halbleiterschicht (100) aus Silizium besteht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Trennschicht (130) durch eine Schicht aus Siliziumoxid gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das Substrat mit einer Verunreinigung vom p-Typ dotiert ist in einer Konzentration bis zu 10¹⁷ cm^–3.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend folgende Schritte: Bereitstellen eines ersten Raumes (300) einer Größe, die zum Aufnehmen des die Halbleiterschicht (100) aufweisenden Substrats (140) geeignet ist; Bereitstellen eines zweiten Raumes (310) einer Größe, die zum Aufnehmen der Halbleiterschicht (100) geeignet ist; und Bereitstellen einer Verbindung mit einer Verjüngung (212) vom ersten Raum (300) zum zweiten Raum (310) derart, dass nach dem Abtrennen der Halbleiterschicht (100) von dem Substrat (140) nur die Halbleiterschicht, welche kleinere Abmessungen aufweist als das Substrat, von dem ersten Raum (300) zum zweiten Raum (310) gelangt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Trennen einer Halbleiterschicht von einem Substrat, umfassend: (a) einen ersten Raum (300) einer Größe, die zum Aufnehmen des Substrats (140) mit der daran anhaftenden Halbleiterschicht (100) geeignet ist; (b) einen zweiten Raum (310) einer Größe, die zum Aufnehmen der Halbleiterschicht (100) geeignet ist, (b1) wobei der erste Raum (300) und der zweite Raum (310) derart angeordnet sind, dass im Zuge des Ätzvorgangs die zunächst an dem Substrat (100) anhaftende und im ersten Raum (300) angeordnete Halbleiterschicht (100) nach Abtrennen von dem Substrat (140) aufgrund ihres Eigengewichts in den zweiten Raum (310) gelangen kann; (c) ein zwischen dem ersten Raum (300) zum zweiten Raum (310) angeordnetes Verbindungsteil mit einer Verjüngung vom ersten Raum (300) zum zweiten Raum (310); (c1) wobei die Weite des Verbindungsteils in der Verjüngung. geringer ist als der Durchmesser des Substrats (140); und (c2) wobei die Innenwandung (212) des Verbindungsteils konvex gekrümmt ist und ohne Kantenbildung an die Innenwandung des zweiten Raums (310) anschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, ferner umfassend: einen ersten Behälter (210) zur Aufnahme von Ätzmittel (130A) zum Ätzen einer Trennschicht (130) und einer Halbleiterschicht (100), die auf einem Substrat (140) vorgehen sind; einen abgedichteten zweiten Behälter (400) zur Aufnahme des ersten Behälters (210) und eine Rückverflüssigungseinheit (500) zur Rückverflüssigung von Ätzmitteldampf, der in dem abgedichteten zweiten Behälter (400) erzeugt wird und als Ätzmittel (130) verwendbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher eine Einrichtung zur Verarbeitung von Abfallätzmittel (510) an ein Abflussrohr angeschlossen ist, das ein beim Ätzen der Trennschicht (130) anfallendes Abfallätzmittel aus dem das Ätzmittel (130A) enthaltenden zweiten Behälter (400) abführt.