WO2003025978A2 - Verfahren zum trennen zweier zusammengefügter materialschichten - Google Patents

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    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/185—Joining of semiconductor bodies for junction formation
    • H01L21/187—Joining of semiconductor bodies for junction formation by direct bonding

Definitions

  • the invention relates to a method for separating two joined material layers along an interface.
  • a joining method for joining two layers of material is, for example, the method known under the name "direct bonding". This takes advantage of the fact that two bodies with a sufficiently smooth and flat surface virtually “jump" into contact when they are brought together.
  • the adhesion between the joining partners can be adjusted in a wide range according to the application requirements and ranges from weak van der Waals interactions to strong chemical bonds.
  • the connection is reversible in classic wringing; reversibility is usually lost with increasing bond strength.
  • Solid, yet specifically separable connections can be useful in some areas, especially from a recycling perspective.
  • So-called silicone-on-insulator substrates are partly manufactured by direct bonding processes (ELTRAN, Smart Cut, etc.).
  • SOI substrates a thin layer is provided for the application of component structures, which is stabilized by a silicon carrier disk.
  • the thin layer is separated from the carrier disk by means of an insulator layer, typically made of silicon dioxide.
  • Such thin layers of an SOI substrate can, if necessary, be exposed again after the component structures have been applied, for example by grinding the carrier disk and / or removing it by selective etching, for example using hot potassium hydroxide solution.
  • the silicon dioxide insulator layer acts as an etch stop, which in turn could be selectively removed by aqueous hydrofluoric acid.
  • the thin layer is later to be transferred to a flexible film substrate made of plastic, this conventional approach, however, poses a number of serious process problems, on which practical implementation often fails.
  • the object of the present invention is to provide an improved method of the type mentioned at the outset, which allows the two material layers to be separated again in a simple manner, in particular without using aggressive chemistry and / or aggressive mechanics.
  • a plurality of cavities are formed at their interface and / or in the vicinity of the interface, which form a separating perforation between the material layers, along which the joined material layers can later be separated again.
  • the cavities can be created, for example, by means of a rough silicon oxide surface.
  • at least the connecting surfaces of one of the two material layers are roughened, for example by means of etching or grinding, in order to produce the cavities before connecting the two material layers.
  • fixed-size silica beads are introduced between the two layers of material before the two layers of material are joined.
  • one or a plurality of separating blades or a water jet cutting method can be used to mechanically pull the two layers of material apart, which acts laterally on the separating perforation (Mode I load).
  • the method for producing substrates to which at least one semiconductor layer or layer sequence, in particular a semiconductor layer or layer sequence with a radiation-emitting zone, is later applied is particularly preferably used.
  • the reason for this is that, in the case of radiation-emitting semiconductor components, it is often particularly desirable to at least partially remove the growth substrate on which the epitaxy of the semiconductor layer is carried out after the epitaxy, in order to avoid radiation absorption in the growth substrate.
  • radiation-emitting and / or radiation-detecting semiconductor chips based on nitride III-V compound semiconductor material includes any radiation-emitting semiconductor chip whose radiation-generating and / or radiation-detecting layer or layer sequence comprises at least one layer of nitride III-V compound semiconductor ter material, in particular from In x AlyGa ⁇ _ x -yN with O ⁇ x ⁇ l, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1.
  • the method is preferably used where at least one of the material layers contains silicon, silicon carbide or silicon oxide.
  • FIGS. 1a to 1d show a process sequence according to the invention very schematically in four successive sectional views.
  • an SiC layer or SiC substrate 1 is joined with a silicon layer 2, which on its side facing the SiC layer has a roughening 3 produced by etching or a silicon layer which produces roughness (FIG. 1 a).
  • the SiC layer 1 or both layers 1 and 2 can each have a roughening.
  • the two layers 1 and 2 are connected to one another as described, in such a way that a separating perforation 4 is formed between them by means of cavities (FIG. 1b).
  • the cavities are preferably very flat and run parallel to the layer plane or to the later fracture plane.
  • a semiconductor layer sequence 5 for radiation-emitting and / or radiation-detecting semiconductor chips based on nitride-III-V compound semiconductor material is placed on the silicon layer 2 by means of metal-organic vapor phase epitaxy , in particular on the basis of In x Al y Ga ⁇ - x - y N with O ⁇ x ⁇ l, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1, applied ( Figure lc).
  • the present method is of particular advantage in this material system because GaN-based substrates and thus substrates from the material system of the semiconductor layers are not yet readily available and in sufficient quality.
  • the method according to the invention is fundamentally for the production of semiconductor chips from a material system particularly advantageous for which there is no substrate from the same material system.
  • the SiC layer 1 can be separated along the separating perforation 4 (FIG. 1d). This is done, for example, by simply pulling it off, if necessary or only useful with the support of a laterally acting water jet or wedge.
  • the parameter roughness is of particular importance with regard to the expenditure on equipment, aspects of yield and “meterability”.
  • the excess volume which is included in the first, still reversible contact in the case of hydrophilic direct bonding remains essentially unchanged in the present method analogously to the two limit cases described.
  • the roughness can be generated by a variety of processes.
  • the roughness may already be inherent in the initial disks - and could then be slightly smoothed out by the oxidation under certain circumstances - or it could be generated before the connection.
  • the roughness can be generated by etching, be it dry or wet, by coating with quasi-monomodally distributed silica beads or aerogels, by polishing processes etc.
  • the roughness can also be generated in a more macroscopic sense by mechanical surface structuring ,
  • the selected geometry does not promote the cracking of the crack in one of the joining partners. Rather, the propagation of the crack must be kept in the "perforation plane". This is usually the case when breaking in an intermediate oxide layer. But this is also possible in an artificially produced grain boundary structure.
  • the layers can be separated in a number of ways, in particular a Mode I load being induced.
  • a crack can be driven by a laterally attacking water jet, which leads to delamination of the layers.
  • Wedge processes can also be used in this context.
  • the process can still be stabilized by keeping the Mode I load subcritical and by allowing the crack growth to proceed corrosively.
  • the perforation level with the stress concentration achieved thereby places the separation into a NEN process technically much more controllable area.
  • the active layer can be detached from the substrate after processing the wafer and placed on a replacement substrate.
  • the component-bearing layer can then be combined with a further processed wafer in order to achieve higher packing densities to reach .
  • the method according to the invention is particularly suitable for the production of ultra-thin chips for labeling systems, chip cards, mobile electronics and similar applications.
  • the method according to the invention has the advantage that the valuable substrate material can be reused at the end of the process in the thin step.
  • an SOI analogue made of silicon carbide with such a “perforation level” can be produced and used for optoelectronic components in thin-film technology.
  • the thin single-crystal layer required for epitaxy can, if necessary, be removed, for example, by etching.

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Abstract

Verfahren zum Trennen zweier zusammengefügter Materialschichten entlang einer Grenzfläche, bei dem beim Zusammenfügen der Materialschichten an deren Grenzfläche und/oder in der Nähe der Grenzfläche eine Mehrzahl von Hohlräumen ausgebildet wird, die zwischen den Materialschichten eine Perforation ausbilden.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Trennen zweier zusammengefügter Materialschichten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trennen zweier zusammengefügter Materialschichten entlang einer Grenzfläche.
Ein Fügeverfahren zum Zusammenfügen zweier Materialschichten ist beispielsweise das unter dem Namen "Direct Bonding" bekannte Verfahren. Hierbei wird ausgenutzt, daß zwei Körper mit hinreichend glatten und ebenen Oberflächen quasi in Kontakt "springen", wenn sie zusammengebracht werden.
Dieses als „Ansprengen" aus der Optik bekannte Verfahren ist seit Mitte der 80er Jahre zu einer diversen Gruppe von Verbindungstechniken weiterentwickelt worden, die vor allem in der Halbleiterindustrie genutzt werden.
Die Adhäsion zwischen den Fügepartnern kann dabei in einem weiten Bereich entsprechend den Anwendungserfordernissen eingestellt werden und reicht von schwachen van der Waals-Wechselwirkungen hin zu starken chemischen Bindungen. Beim klassischen Ansprengen ist die Verbindung reversibel, mit zunehmender Bindungsstärke geht für gewöhnlich die Reversibilität verloren.
Feste und dennoch gezielt wieder trennbare Verbindungen können in manchen Bereichen von Nutzen sein, insbesondere unter dem Recycling-Gesichtspunkt.
Im Hinblick auf die Herstellung von wieder trennbaren Verbindungen zweier Materialschichten sind folgende verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen worden:
- Ausbilden einer hochfesten Niedertemperaturverbindungen im Ultrahochvakuum, die bei höherer Temperatur entweder durch thermomechanische Spannungen oder durch die Bildung einer losen Zwischenschicht aus intermetallischen Phasen gelöst werden kann. - Wasserstoff ersprödung einer begrenzen Schicht, entlang der später die Trennung erfolgt .
In der Halbleitertechnik ist ein Verfahren nützlich, das es erlaubt, Schichten definierter gleichförmiger Dicke von einem Substrat auf ein anderes zu übertragen, ohne durch enge Temperatureinschränkungen an der Bearbeitung der Schicht mit etablierten Halbleiterprozessen gehindert zu sein.
Sogenannte Silicon-on-Insulator-Substrate, (SOI-Substrate) werden zum Teil durch Direct Bonding-Verfahren hergestellt (ELTRAN, Smart Cut, etc.). Bei SOI-Substraten ist eine dünne Schicht für das Aufbringen von Bauteilstrukturen vorgesehen, die von einer Trägerscheibe aus Silizium stabilisiert wird. Die dünne Schicht ist hierbei mittels einer Isolatorschicht, typisch aus Siliziumdioxid, von der Trägerscheibe getrennt.
Solche dünne Schichten eines SOI-Substrats können nach dem Aufbringen der Bauteilstrukturen, wenn erforderlich, wieder freigelegt werden, indem die Trägerscheibe beispielsweise abgeschliffen und/oder durch selektives Ätzen, beispielsweise mit heißer Kalilauge, entfernt wird. Die Isolatorschicht aus Siliziumdioxid wirkt dabei als Ätzstop, der wiederum selektiv durch wäßrige Flußsäure entfernt werden könnte.
Soll beispielsweise die dünne Schicht später auf ein flexibles Foliensubstrat aus Kunststoff übertragen werden, wirft dieser herkömmliche- Ansatz aber eine Reihe schwerwiegender Prozeßproblemen auf, an denen eine praktische Umsetzung oftmals scheitert.
Ein Verfahren, das bei Raumtemperatur die Trennung quasi als Umkehr der Verbindung bei der Herstellung beispielsweise eines SOI-Substrats ermöglichte, wäre hier von großem Nutzen. Damit ließen sich beispielsweise bei der Herstellung von Etikettiersystemen, Chipkarten, mobiler Elektronik etc. ultradünne Bauteile realisieren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, das es erlaubt, die beiden Materialschichten auf einfache Weise, insbesondere ohne Anwendung von aggressiver Chemie und/oder aggressiver Mechanik, wieder zu trennen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüche 1 bis 8 angegeben.
Bei dem Verfahren wird beim Zusammenfügen der Materialschichten an deren Grenzfläche und/oder in der Nähe der Grenzfläche eine Mehrzahl von Hohlräumen ausgebildet, die zwischen den Materialschichten eine Trenn-Perforation ausbilden, entlang der sich später die zusammengefügten Materialschichten wieder voneinander trennen lassen.
Bei Siliziumcarbidscheiben können die Hohlräume beispielsweise vermittels einer rauhen Siliziumoxid-Oberfläche hervorgerufen werden. Bei einem anderen beispielhaften Verfahren wird zum Herstellen der Hohlräume vor dem Verbinden der beiden Materialschichten zumindest die Verbindungsflächen von einer der beiden Materialschichten, beispielsweise mittels Ätzen oder Schleifen, aufgerauht. Bei einer anderen Methode zum Herstellen der Trenn-Perforation werden vor dem Verbinden der beiden Materialschichten Silicakügelchen fester Größe zwischen die beiden Materialschichten eingebracht.
Zum Trennen der beiden Schichten kann unterstützend zu einem mechanischen Auseinanderziehen der beiden Materialschichten eine oder eine Mehrzahl von Trennklingen oder ein Wasserstrahlschneideverfahren eingesetzt werden, die oder das seitlich auf die Trenn-Perforation einwirkt (Mode-I-Belastung) . Besonders bevorzugt wird das Verfahren zum Herstellen von Substraten verwendet, auf die später mindestens eine Halbleiterschicht oder -schichtenfolge, insbesondere eine Halbleiterschicht oder -schichtenfolge mit einer Strahlungsemittierenden Zone aufgebracht wird. Grund hierfür ist, dass es bei Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen oftmals besonders wünschenswert ist, das Aufwachssubstrat , auf dem die Epitaxie der Halbleiterschicht durchgeführt wird, nach der Epitaxie wieder zumindest teilweise zu entfernen, um eine Strahlungsabsorption im Aufwachssubstrat zu vermeiden. Dies gilt insbesondere für Strahlungsemittierende und/oder strahlungsdetektierende Halbleiterchips auf der Basis von Nitrid- III-V-Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere auf der Basis von InxAlyGaι-x_yN mit O ≤ x ≤ l, O ≤ y≤ l und x+y < 1, die auf SiC-Substraten oder Si-Substraten aufgewachsen werden.
Unter den Begriff "Strahlungsemittierende und/oder strahlungsdetektierende Halbleiterchips auf der Basis von Nitrid- III-V-Verbindungshalbleitermaterial" fällt jeder strahlungs- emittierde Halbleiterchip, dessen strahlunserzeugende und/oder strahlungsdetektierende Schicht oder Schichtenfolge mindestens eine Schicht aus Nitrid-III-V-Verbindungshalblei- ter-material, insbesondere aus InxAlyGaι_x-yN mit O ≤ x ≤ l, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1, aufweist.
Bevorzugt wird das Verfahren dort verwendet, wo mindestens eine der Materialschichten Silizium, Siliziumkarbid oder Siliziumoxid enthält.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren la bis ld erläuterten Ausführungsbeispielen. Die Figuren la bis ld zeigen ganz schematisch in vier hintereinander folgenden Schnittdarstellungen einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf.
Bei diesem wird eine SiC-Schicht oder SiC-Substrat 1 mit einer Siliziumschicht 2, die an ihrer der SiC-Schicht zugewandten Seite eine mittels Ätzen hergestellte Aufrauhung 3 oder eine eine Rauhigkeit erzeugende Siliziumschicht aufweist (Figur la) , zusammengefügt. Alternativ kann die SiC-Schicht 1 oder beiden Schicht 1 und 2 jeweils eine Aufrauhung aufweisen.
Die beiden Schichten 1 und 2 werden wie beschrieben miteinander verbunden, derart, dass zwischen ihnen mittels Hohlräumen eine Trenn-Perforation 4 ausgebildet wird (Figur lb) .
Die Hohlräume sind vorzugsweise sehr flach ausgebildet und verlaufen parallel zur Schichtenebene oder zur späteren Bruchebene .
Nach dem Zusammenfügen der beiden Schichten 1 und 2, die vorliegend ein Aufwachssubstrat 12 darstellen, wird auf die Siliziumschicht 2 mittels metallorganischer Dampfphasen-Epitaxie eine Halbleiterschichtenfolge 5 für strahlungsemittie- rende und/oder strahlungsdetektierende Halbleiterchips auf der Basis von Nitrid-III-V-Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere auf der Basis von InxAlyGaι-x-yN mit O ≤ x ≤ l, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1, aufgebracht (Figur lc) .
Bei diesem Materialsystem ist das vorliegende Verfahren von besonderem Vorteil, weil GaN-basierende Substrate und damit Substrate aus dem Materialsystem der Halbleiterschichten noch nicht ohne Weiteres und in hinreichender Qualität verfügbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insofern grundsätzlich für die Herstellung von Halbleiterchips aus einem Materialsystem besonders vorteilhaft, für das kein Substrat aus dem gleichen Materialsystem vorliegt.
Nach dem Aufbringen der Halbleiterschichtenfolge 5 oder auch später, beispielsweise nach weiteren Prozess-Schritten für die Halbleiterschichtenfolge 5 und/oder die Siliziumschicht 2 kann die SiC-Schicht 1 entlang der Trenn-Perforation 4 abgetrennt werden (Figur ld) . Dies erfolgt beispielsweise mittels einfachem Abziehen, falls erforderlich oder auch nur nützlich mit Unterstützung eines lateral angreifenden Wasserstrahls oder Keils.
Bisher hat die Direct-Bonding-Technologie die Adhäsion dadurch einzustellen versucht, daß unterschiedliche Bindungsmechanismen ganzflächig genutzt wurden. Schwache reversible Verbindungen fanden bislang nur in Randgebieten vereinzelt Anwendung. Starke Adhäsion und Lösbarkeit der Verbindung wurden als sich gegenseitig ausschließend betrachtet.
Aus den Anfängen der Bruchmechanik ist bekannt, daß mikroskopische Defekte das Versagen einer Probe fördern. Sind in einem spröden Werkstoff in einer Ebene eine Vielzahl von mikroskopischen Hohlräumen eingebracht, so reichen wegen der damit verbundenen Spannungskonzentration wesentlich geringere Kräfte, einen Bruch zu erzwingen als in einem störungsfreien Werkstoff. Die Spannungskonzentration hängt dabei wesentlich auch von der Form der Defekte ab.
Als günstig haben sich Defekte herausgestellt, die sehr flach sind und normal zur Zugbelastung für den Bruch ausgerichtet sind. Derartige Störungsebenen wurden erzeugt, indem einer der Fügepartner durch naßchemisches Ätzen porös gemacht wurde und die poröse Schicht durch Glühprozesse oder Epitaxieprozesse oberflächlich wieder eingeebnet worden ist. Dadurch ist die Störungszone aus der Verbindungsebene in einen der beiden Fügepartner verlegt. Das Porös-Ätzen ist im Wesentlichen ein für Silizium etablierter Prozeß. Gezielt in der Fügezone und praktisch unabhängig von der Dotierung, Kristallographie sowie chemischen Zusammensetzung der Fügepartner läßt sich eine solche Störungszone, die ähnlich der Perforation eines Briefmarkenbogens wirkt, durch Direct Bonding erzeugen.
Transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen haben gezeigt, daß sich in künstlichen Bikristallkorngrenzen, die durch kovalentes Raumtemperaturverbinden oder durch hydrophobes Bonden mit anschließendem Glühschritten erzeugt worden sind, eine unterschiedlich hohe Dichte an mikroskopischen Hohlräumen von wenigen Ängström Höhe aufweisen. Dabei hängt die Dichte einerseits von der Rauhigkeit der AusgangsScheiben ab, andererseits von der Art der Wechselwirkung zwischen den Fügepartner im Augenblick des Kontaktierens . Im Fall kovalen- ten Raumtemperaturverbindens im Ultrahochvakuum wird im wesentlichen jeweils die Oberflächenenergie des reinen Fügepartners frei, vermindert nur um die Grenzflächenenergie der Korngrenze. Aufgrund dieser starken Wechselwirkung können mikroskopische Restrauhigkeiten weitgehend überformt werden, so daß kaum Exzeßvolumen eingeschlossen wird.
Im anderen Grenzfall, der sogenannten hydrophoben Verbindung auf der Basis von van der Waals-Kräften, wird für Scheiben mit äquivalenter Ausgangsoberflächenbeschaffenheit ein wesentlich größeres Exzeßvolumen eingeschlossen. Bei Glühprozessen wird dieses Hohlraumvolumen nicht, oder nicht in praktisch relevanten Zeiten, annihiliert, vielmehr erfolgt ein Reifeprozeß, der einerseits zur Ausbildung kovalenter Bindungen und zur Minimierung der Grenzflächenenergie durch die Bildung von Versetzungsnetzwerken führt, die die relative Fehlorientierung der jeweiligen Kristallgitter ausgleicht, andererseits zu einem Wachsen einiger Hohlräume auf Kosten anderer. Die Form der gereiften Hohlräume wird dann durch die Kristallographie der beiden Teile des Bikristalls vorgegeben. Solche Reifeprozesse sind in der Literatur beschrieben. Ähnliche Effekte treten auch im Fall des sogenannten hydrophilen Verbindens auf, bei dem meist oxidische Oberflächen vorliegen.
Im Hinblick auf apparativen Aufwand, Ausbeutegesichtspunkte und „Dosierbarkeit" kommt dem Parameter Rauhigkeit eine besondere Bedeutung zu.
Beim Bonden von Oberflächen ist es von entscheidender Bedeutung zu wissen, wie glatt eine Oberfläche für eine bestimmte Variante der Direct Bonding-Technik sein muß, damit der Effekt des Ansprengens noch auftreten kann. Üblicherweise, wenn das Ziel eine irreversible Verbindung ist, ist man bestrebt, die Oberflächen möglichst glatt und eben zu präparieren.
Um allerdings eine die Reversibilität des klassischen Ansprengens zumindest in der Form der hier als Briefmarkenef- fekt vorgestellten mechanischen Lösbarkeit zurückzuerlangen, muß man von dieser Praxis abweichen. Für die Bestimmung der Rauhigkeiten, die noch ein Direct Bonding ermöglichen, gleichzeitig aber den Briefmarkeneffekt zum Trennen zulassen, können insbesondere die bekannten Gleichungen und Adhäsions- paramterstudien herangezogen werden, die beispielsweise aus A. Plößl und G. Kräuter, Wafer Direct Bonding: Tailoring Ad- hesion Between Brittle Materials, ϊMater. Sei . Eng. R Rep . , vol. 25, pp. 1-88, 1999 und C. Gui, M. Elwenspoek, N. Tas, and J. G. E. Gardeniers, The effect of surface roughness on direct wafer bonding, J. Appl . Phys . , vol. 85, pp . 7448-7454, 1999 bekannt sind.
Vorzugsweise bleibt das Exzeßvolumen, das beim ersten, noch reversiblen Kontakt beim hydrophilen Direct Bonding eingeschlossen wird, beim vorliegenden Verfahren analog den beiden geschilderten Grenzfällen im wesentlichen erhalten.
Zumindest bei dünnen Oxidschichten, etwa den natürlichen Oxidschichten auf Silizium, ist allerdings bei Glühprozessen mit einem teilweisen Auflösen der Oxidzwischenschicht zu Gunsten direkter Korngrenze zwischen den beiden Siliziumkristallen zu rechnen. Insbesondere für dicke Schichten, wie sie die SOI-Technologie benötigt, ist der Effekt jedoch irrelevant.
Die Rauhigkeiten lassen sich durch eine Vielzahl von Prozessen erzeugen. Die Rauhigkeit kann schon den Ausgangsscheiben anfänglich zu eigen sein - und würde dann durch die Oxidation unter Umständen leicht nachgeglättet - oder aber vor dem Verbinden generiert werden. Die Rauhigkeit kann durch Ätzen, sei es trocken oder naß, erzeugt werden, durch die Beschichtung mit quasi-monomodal verteilten Silicakügelchen bzw. Aeroge- len, durch Polierverfahren etc. Die Rauhigkeit kann auch in einem eher makroskopischen Sinn durch mechanische Oberflä- chenstrukturierung erzeugt werden.
Wichtig dabei ist, daß die gewählte Geometrie nicht das Aus- knicken des Risses in einen der Fügepartner fördert. Vielmehr muß die Ausbreitung des Risses in der „Perforationsebene" gehalten werden. Beim Bruch in einer Oxidzwischenschicht ist dies meist der Fall. Aber auch in einer künstlich hergestellten Korngrenzenstruktur ist dies möglich.
Das Trennen der Schichten kann durch eine Reihe von Möglichkeiten erfolgen, wobei insbesondere eine Mode I-Belastung induziert wird. Beispielsweise kann durch einen lateral angreifenden Wasserstrahl ein Riß getrieben werden kann, der zur Delamination der Schichten führt. Auch Keilverfahren sind in diesem Zusammenhang anwendbar.
Im Falle von Oxidzwischenschichten kann der Prozeß noch dadurch stabilisiert werden, daß man die Mode-I-Belastung unterkritisch hält und das Rißwachstum korrosiv voranschreiten läßt. Beispielsweise legt bei diesem Verfahren im Vergleich zu SOI-Scheiben ohne Exzeßvolumen die Perforationsebene mit der damit erzielten Spannungskonzentration das Trennen in ei- nen prozeßtechnisch wesentlich besser kontrollierbaren Bereich.
Anwendungen für ein derartiges Verfahren existieren in der Halbleitertechnik viele . Ist eine solche „Perforationsebene" in SOI -Scheiben integriert , kann nach dem Prozessieren der Scheibe die aktive Schicht vom Substrat abgelöst und auf ein Ersatzsubstrat gebracht werden . Beispielsweise kann die Bauteile tragende Schicht danach mit einer weiteren prozessierten Scheibe kombiniert werden, um höhere Packungsdichten zu erreichen .
Weiterhin eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Herstellung ultradünner Chips für Etikettiersysteme , Chipkarten, Mobilelektronik und ähnliche Anwendungen .
Für Anwendungen in der Anzeigentechnik ist es vorteilhaft , die elektronischen Komponenten auf einer dünnen Siliziumschicht auf Quarz auszuführen . Aufgrund des großen Unterschieds in thermischer Ausdehnung zwischen Quarz und Silizium ist es vorteilhaft , die Elektronik zuerst auf einer SOI - Scheibe zu realisieren, und erst nach dem Prozeß auf Quarz zu übertragen .
Bei Prozessen mit teuren Substraten, wie sie zum Beispiel in der Optoelektronik oder in Teilen der Leistungselektronik verwendet werden, weist das erf indungsgemäße Verfahren den Vorteil auf , das wertvolle Substratmaterial beim Dünnschritt am Prozeßende wieder verwendbar zurückzuerhalten . Beispielsweise ist ein SOI -Analogon aus Siliziumcarbid mit einer solchen „Perforationsebene" herstellbar und für optoelektronische Bauteile in Dünnschichttechnik verwendbar . Die für die Epitaxie dabei nötige dünne Einkristallschicht kann, falls erforderlich, beispielsweise durch Ätzen abgelöst werden .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Trennen zweier zusammengefügter Materialschichten entlang einer Grenzfläche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass beim Zusammenfügen der Materialschichten an deren Grenzfläche und/oder in der Nähe der Grenzfläche eine Mehrzahl von Hohlräumen ausgebildet wird, die zwischen den Materialschichten eine Perforation ausbilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Ausbildung der Hohlräume zumindest eine der Material- schichten vor dem Zusammenfügen mit einer Aufrauhung versehen ist .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen den Materialschichten eine Zwischenschicht, insbesondere aus Siliziumoxid, vorgesehen ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass vor dem Trennen auf eine der Materialschichten mindestens eine Halbleiterschicht aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Halbleiterschicht eine Strahlungsemittierende Zone umfaßt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens eine der Materialschichten Silizium, Siliziumkarbid oder Siliziumoxid enthält.
7. Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen einer Halbleiterschicht oder Halbleiterschichtenfolge für strahlungsemittie- rende und/oder strahlungsdetektierende Halbleiterchips, bei dem ein Aufwachssubstrat (12) gemäß einem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt wird, die Halbleiterschicht oder Halbleiterschichtenfolge (5) auf das derart hergestellte Aufwachssubstrat (12) aufgebracht wird und nachfolgend die Materialschichten (1,2) entlang der Perforation (4) getrennt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Halbleiterschicht oder Halbleiterschichtenfolge auf Nitrid-III-V-Verbindungs- halbleitermaterial, insbesondere auf InxAlyGaι-x.yN mit 0 < x < 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1 basiert.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008011354B3 (de) * 2008-02-27 2009-09-24 Carl Zeiss Smt Ag Verfahren zum Verbinden zweier Komponenten zu einer Verbundstruktur durch "fusion bonding" sowie damit hergestellte Verbundstruktur, optisches Element, Haltevorrichtung, Projektionsobjektiv und Projektionsbelichtungsanlage

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5981400A (en) * 1997-09-18 1999-11-09 Cornell Research Foundation, Inc. Compliant universal substrate for epitaxial growth
EP0989593A2 (de) * 1998-09-25 2000-03-29 Canon Kabushiki Kaisha Verfahren und Vorrichtung zur Zerteilung von Substrat und Substratherstellungverfahren
DE19958803C1 (de) * 1999-12-07 2001-08-30 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Vorrichtung zum Handhaben von Halbleitersubstraten bei der Prozessierung und/oder Bearbeitung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5981400A (en) * 1997-09-18 1999-11-09 Cornell Research Foundation, Inc. Compliant universal substrate for epitaxial growth
EP0989593A2 (de) * 1998-09-25 2000-03-29 Canon Kabushiki Kaisha Verfahren und Vorrichtung zur Zerteilung von Substrat und Substratherstellungverfahren
DE19958803C1 (de) * 1999-12-07 2001-08-30 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Vorrichtung zum Handhaben von Halbleitersubstraten bei der Prozessierung und/oder Bearbeitung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MALEVILLE C ET AL: "Wafer bonding and H-implantation mechanisms involved in the Smart-cut(R) technology" MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING B, ELSEVIER SEQUOIA, LAUSANNE, CH, Bd. 46, Nr. 1-3, 1. April 1997 (1997-04-01), Seiten 14-19, XP004085270 ISSN: 0921-5107 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008011354B3 (de) * 2008-02-27 2009-09-24 Carl Zeiss Smt Ag Verfahren zum Verbinden zweier Komponenten zu einer Verbundstruktur durch "fusion bonding" sowie damit hergestellte Verbundstruktur, optisches Element, Haltevorrichtung, Projektionsobjektiv und Projektionsbelichtungsanlage

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WO2003025978A3 (de) 2003-08-14
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