用于將多個薄的固體層與厚的固體分離的組合制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于制造固體層的方法。制造方法至少包括下述步驟：提供用于分離多個固體層(4)的固體(2)；在固體(2)中引入或產生缺陷，用于預設第一剝離平面(8)，沿著所述第一剝離平面將第一固體層(4)與固體(2)分離；設置容納層(10)，用于將固體層(4)保持在固體(2)上；熱加載容納層(10)用于在固體(2)中尤其機械地產生應力，其中裂縫通過應力在固體(2)中沿著剝離平面(8)擴展，所述裂縫將第一固體層(4)與固體(2)分離；接著設置第二容納層用于將另一固體層(5)保持在減小了第一固體層(4)的固體(2)上；在固體(2)中引入或產生缺陷，用于預設第二剝離平面(9)，沿著所述第二剝離平面將第二固體層(5)與固體(2)分離；熱加載第二容納層用于在固體(2)中尤其機械地產生應力，其中裂縫通過應力在固體(2)中沿著第二剝離平面(9)擴展，所述裂縫將第二固體層(5)與固體(2)分離。
【專利說明】
用于將多個薄的固體層與厚的固體分離的組合制造方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種根據權利要求1的主題的用于制造固體層的方法以及一種借助于所述方法制造的晶片(權利要求10)。
【背景技術】
[0002]在許多技術領域中(例如微電子或光伏技術)需要通常為薄的片和板形式(所謂的晶片)的材料，如硅、鎵或藍寶石。按標準，現在通過鋸割從晶棒中制造這種晶片，其中產生相對大的材料損耗(“kerf-loss(切割損失)”)。因為所使用的初始材料通常是非常昂貴的，所以極為渴求以小的材料耗費并進而更高效且成本更低地制造這種晶片。
[0003]例如，以現在常見的方法僅在制造用于太陽能電池的硅晶片時作為“kerf-loss”就損失所使用的材料的幾乎50%。在世界范圍來看，這對應于每年超過二十億歐元的損失。因為晶片的成本占制成的太陽能電池的成本的最大部分(超過40%)，所以通過相應地改進晶片制造可以顯著地降低太陽能電池的成本。
[0004]對于沒有切割損失的這種晶片制造(“kerf-free wafering”)顯得特別有吸引力的是下述方法，所述方法棄用傳統的鋸割并且例如可以通過使用溫度誘導的應力直接將薄的晶片與較厚的工件分割。尤其，如例如在PCT/US2008/012140和PCT/EP2009/067539中所描述的方法屬于這種方法，在那里為了產生應力使用涂覆到工件上的聚合物層。
[0005]在提到的方法中，聚合物層具有與工件相比高了大約兩個量級的熱膨脹系數。此夕卜，通過利用玻璃化轉變可以實現在聚合物層中的相對高的彈性模量，使得在層系統(聚合物層工件)中可以通過冷卻誘導足夠大的應力，以便實現晶片與工件的分割。
[0006]在將晶片與工件分割時，在提到的方法中相應在晶片的一側上還附著有聚合物。在此，晶片沿朝所述聚合物層的方向非常大幅度地彎曲，這使受控制的分割變得困難，并且例如會造成被分割的芯片的厚度波動。此外，大幅度的彎曲使進一步的加工變得困難并且甚至會造成晶片的折斷。
[0007]在使用根據目前的現有技術的方法時，所制造的晶片通常分別具有較大的厚度波動，其中空間上的厚度分布通常顯現為具有四重的對稱性的圖案。在整個晶片上看，總厚度波動(“total thickness variat1n”，TTV)在使用目前的方法的情況下通常大于100%的平均晶片厚度(例如平均厚度為100微米的晶片，例如晶片在其最薄的部位處為50微米厚以及在其最厚的部位處為170微米厚，具有170-50 = 120微米的TTV，這相對于其平均厚度對應于120%的總厚度波動)。具有這種大幅度厚度波動的晶片并不適合于許多應用。此外，在最經常出現的四重的厚度分布圖案中，具有最大的波動的區域不利地位于晶片的中心，在此這些波動大多數情況是礙事的。
[0008]此外，在根據當前現有技術的方法中，在分割時斷裂傳播期間在相關的層系統中甚至出現不期望的振蕩，所述振蕩會不利地影響斷裂前部的走向并且尤其會造成被分割的晶片的顯著的厚度波動。
[0009]此外，在目前的方法中困難的是，確保在聚合物層的整個面上可再現的良好的熱接觸。然而，局部不足的熱接觸由于所使用的聚合物的小的熱導率會造成在層系統中的不期望的、顯著的局部的溫度偏差，這對其而言負面地影響所產生的應力場的可控性并且進而影響所制造的晶片的質量。
[0010]一個替選的同樣不借助于鋸割實現的方法通過文獻DE 692 31 328T2描述。根據所述文獻，借助于離子注入將具有150keV的H+離子引入單晶的硅板中。在此，將H+離子受控制地引入硅板中，使得所述H+離子基本上在板之內的限定的平面上。在此注入的H+離子的劑量在此大于116CnT2，由此由于將硅板加熱到大于500°C的溫度而引起所引入的離子的聚結，這造成硅板的與所引入的離子的平面相鄰的部分的分離。
[0011]所述方法是非常成本高昂且復雜的，因為必須提供具有相應的控制裝置的極其耗費的離子炮。此外，離子的注入由于高劑量而持續相當長。此外，硅板的加熱需要高的能量施加并且防止在這樣高的溫度下受損傷的電構件在加熱之前設置在硅板上。
【發明內容】
[0012]因此，本發明的目的是，提供一種用于制造固體層的方法，所述方法實現成本低廉地制造具有均勻的厚度的、尤其具有小于120微米的TTV的固體板的或晶片。
[0013]上述的目的通過根據權利要求1的用于制造固體層的方法實現。所述方法至少包括下述步驟:提供用于分割多個固體層的固體;在固體中引入或產生缺陷，用于預設第一剝離平面，沿著所述第一剝離平面將第一固體層與固體分離;設置容納層，用于將固體層保持在固體上；熱加載容納層用于在固體中尤其機械地產生應力，其中裂縫通過應力在固體中沿著剝離平面擴展，所述裂縫將第一固體層與固體分離;接著設置第二容納層用于將另一固體層保持在減小了第一固體層的固體上;在固體中引入或產生缺陷，用于預設第二剝離平面，沿著所述第二剝離平面將第二固體層與固體分離;熱加載第二容納層用于在固體中尤其機械地產生應力，其中裂縫通過應力在固體中沿著第二剝離平面擴展，所述裂縫將第二固體層與固體分離。
[0014]產生剝離平面的步驟和施加另一容納層的步驟以及熱加載設置在固體上的聚合物層用于在固體中尤其機械地產生應力的步驟可以以任意頻率重復或執行。優選地，借助于根據本發明的方法將多于或剛好三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、十個、十五個、二十個、二十五個或三十個固體層或晶片與固體分離。在此，固體的厚度或軸向長度和被分離的層的厚度或軸向長度預設最大的重復數量的邊界。
[0015]所述解決方案是有利的，因為能夠以有利的方式將多個固體層從固體分離，尤其是分割。缺陷的引入或產生引起期望斷裂平面的產生或用于借助于應力釋放的和/或引導的裂縫的引導。通過根據本發明的方法可以降低所產生的固體層的TTV，使得可以從固體中得到更多個固體層。
[0016]其他優選的實施方式是從屬權利要求以及后續描述的主題。
[0017]根據本發明的一個優選的實施方式，通過熱加載相應的容納層、尤其相應的聚合物層由固體產生用于剝離固體層的應力。熱加載優選是:將容納層或聚合物層冷卻到環境溫度或低于環境溫度并且優選低于10°C并且特別優選低于(TC并且更優選低于-10°C。聚合物層的冷卻最優選以下述方式進行，即對優選由PDMS構成的聚合物層的至少一部分實施玻璃化轉變。在此，冷卻可以是冷卻到低于-1000C，冷卻例如可以借助于液態的氮實現。所述實施方式是有利的，因為聚合物層根據溫度變化而收縮和/或經受氣體轉變并且在此產生的力傳遞到固體上，由此可以在固體中產生機械應力，所述機械應力造成裂縫的釋放和/或造成裂縫擴展，其中裂縫首先沿著用于分割固體層的第一剝離平面擴展。
[0018]根據本發明的一個優選的實施方式，在熱加載聚合物層用于產生用于剝離第一固體層的應力的步驟之后以及在固體中引入或產生的缺陷用于預設第二剝離平面的步驟之前分別對固體的通過分離第一固體層而露出的表面進行切削加工。所述加工步驟可以始終在熱加載聚合物層以產生用于剝離固體層的應力之后并且在固體中引入或產生缺陷用于預設另一剝離平面之前進行。由于有利的根據本發明的方法，即使有，僅需要再加工或磨掉固體的非常小的組成部分。盡管如此，所述加工步驟得到非常平坦的表面并進而使得改進在固體的結構內的缺陷的引入或產生。
[0019]根據本發明的另一優選的實施方式，通過引入離子引起缺陷的引入，其中設有用于提供引入固體中的離子的輻射源，其中輻射源定向為，使得由所述輻射源放射的離子侵入固體中。所述實施方式是有利的，因為其結合通過應力誘導的裂縫擴展和裂縫釋放相對于僅基于離子注入的固體層產生明顯更有利、更快且更高能效。此外，借助于所述方法可以將由不同材料構成的固體更多分成固體層，因為工藝溫度明顯更低。本發明的另一優點是，由于注入的離子，可以在固體中產生剝離平面或缺陷層，裂縫通過所述剝離平面或缺陷層在裂縫擴展時傳導或引導，這實現非常小的TTV、尤其小于100微米或小于80微米或小于60微米或小于40微米或小于20微米或小于10微米或小于5微米的TTV。因此，離子注入在固體內部形成一種穿孔，裂縫擴展沿著所述穿孔進行或固體層沿著所述穿孔與固體分離。因此，至少一個或剛好一個輻射源優選定向為，使得由所述輻射源放射的離子侵入固體中。輻射源優選用于提供H+離子或稀有氣體離子，例如物質氦、氖、氪和氙，其中同樣可以使用其余未提到的稀有氣體的離子。此外可考慮的是，以分離的或組合的方式或者同時地或相繼地使用之前提到的物質和/或其他物質的離子。
[0020]根據本發明的另一優選的實施方式，以預設劑量的離子加載固體，其中預設劑量小于等于5+1016cm—2、小于115Cnf2或小于114Cnf2或小于1013cm—2。所述實施方式是有利的，因為雖然通過小劑量在固體內產生引起有利的裂縫引導的缺陷，但是注入時間是相對短的。附加地或替選地，對固體回火，使得防止引入固體中的離子的聚結。聚結通常表示膠質的微粒的匯合。在此，在分散介質(固體)中精細地分布的微粒或離子稱作膠體。所述實施方式是有利的，因為不僅溫度穩定的固體而且溫度臨界的固體或具有溫度臨界的組成部分的固體例如電子構件也可以被處理，所述電子構件在大于50 °C或大于100°C或大于200 °C或大于300°C或大于400°C或大于500°C的溫度下被損傷。
[0021]根據本發明的另一優選的實施方式，通過至少一個構成為激光器的輻射源引起缺陷的產生，其中由輻射源放射的射束在固體內的預定的位置處產生缺陷。所述實施方式是有利的，因為由于輻射源而可以在固體中產生剝離層或缺陷層，通過所述剝離層或缺陷層在裂縫擴展時傳導或引導裂縫，這非常精確地實現非常小的TTV，尤其小于100微米或小于80微米或小于60微米或小于40微米或小于20微米或小于10微米或小于5微米的TTV。因此，晶片的或固體層的射束加載在固體內部形成一種穿孔，沿著所述穿孔進行裂縫擴展或沿著所述穿孔將固體層與固體分離。
[0022]根據本發明的另一優選的實施方式，輻射源(例如構成離子炮或激光器)設定為，使得由所述輻射源放射的用于產生剝離平面的射束侵入固體中到限定的深度、尤其<100μm的深度。優選地，剝離平面平行地與固體的靠外的且優選平坦的表面隔開地構成。優選地，在固體內剝離平面與固體的平坦的表面隔開小于100微米并且優選小于50微米并且特別優選小于20微米、10微米、5微米或2微米地構成。
[0023]根據本發明的另一優選的實施方式，固體具有硅和/或鎵和/或陶瓷材料，尤其鈣鈦礦材料并且容納層優選由聚合物層構成，其中聚合物層和/或保持層至少部分地并且優選完全地或大于75%地由聚二甲基硅氧烷(PDMS)構成，其中保持層設置在穩定化裝置的至少部段地平坦的面上，所述穩定化裝置至少部分地由至少一種金屬構成。穩定化裝置優選是板，尤其具有鋁或由其構成的板。所述實施方式是有利的，因為通過穩定化裝置和保持層將固體限定或固定地保持，由此可以非常準確地在固體中產生應力。
[0024]根據本發明的另一優選的實施方式，在固體中的應力能夠設定或產生為，使得可以控制裂縫釋放和/或裂縫擴展以產生在裂縫平面中形成的表面的形貌。因此，優選可以在固體的不同區域中優選至少暫時不同強度地產生應力。所述實施方式是有利的，因為通過控制裂縫釋放和/或裂縫走向可以有利地影響產生的或分離的固體層的形貌。
[0025]固體優選具有元素周期表的主族3、4和5中的一個中的材料或材料組合，例如S1、SiC、SiGe、Ge、GaAs、InP、GaN、A1203(藍寶石)、A1N。特別優選地，固體具有由在周期表的第三和第五族中存在的元素構成的組合。在此，可考慮的材料或材料組合例如是砷化鎵、硅、碳化硅等。此外，固體可以具有陶瓷(例如A1203-氧化鋁)或由陶瓷構成，優選的陶瓷在此例如通常是鈣鈦礦陶瓷(例如含Pb-、含0-、含Ti/Zr的陶瓷)并且特定為鈮酸鉛鎂、鈦酸鋇、鈦酸鋰、釔鋁石榴石尤其用于固體激光器應用的釔鋁石榴石晶體，SAW陶瓷(surfaceacoustic wave表面聲波)，例如銀酸鋰、磷酸鎵、石英、鈦酸I丐等。因此，固體優選具有半導體材料或陶瓷材料或特別優選地固體由至少一個半導體材料或陶瓷材料構成。還可考慮的是，固體具有透明的材料或部分地由透明的材料、例如藍寶石構成或制成。在此考慮單獨或與其他材料組合地作為固體材料的其他材料例如是“寬帶隙”材料，InAlSb，高溫超導體，尤其稀土金屬銅酸鹽(例如YBa2Cu307)。
[0026]本發明還涉及一種晶片，所述晶片根據權利要求1至9中任一項的方法制造。
[0027]此外，文獻PCT/US2008/012140和PCT/EP2009/067539的主題全面地通過參引成為本專利申請的主題。同樣，所有其他在本專利申請的申請日由
【申請人】同樣提交的并且涉及固體層的制造的領域的其他專利申請的主題全面地成為本專利申請的主題。
【附圖說明】
[0028]根據下文對所附的附圖的描述來闡述本發明的其他優點、目的和特性，在附圖中示例地示出根據本發明的晶片制造。根據本發明的晶片制造的在附圖中至少基本上在其功能方面一致的構件或元件在此可以用相同的附圖標記表示，其中不必在所有附圖中對這些構件或元件進行標號或闡述。
[0029]在下面描述的附圖的各個示圖或所有示圖優選視為結構圖，也就是說，從附圖中得到的尺寸、比例、功能關系和/或布置優選準確地或優選基本上對應于根據本發明的設備的或根據本發明的產品的尺寸、比例、功能關系和/或布置。
[0030]其中示出:
[0031]圖1a示出用于在固體中產生缺陷的示意性結構；
[0032]圖1b示出在將固體層與固體分離之前的層布置的示意圖；
[0033]圖1c示出在將固體層與固體分離之后的層布置的示意圖；以及
[0034]圖2示出多個固體層與固體的分離。
【具體實施方式】
[0035]在圖1a中示出設置在輻射源18、尤其激光器或離子炮的區域中的固體2或襯底。固體2優選具有平坦的第一面部分14和和平坦的第二面部分16，其中平坦的第一面部分14優選基本上或準確地平行于平坦的第二面部分16地定向。平坦的第一面部分14和平坦的第二面部分16優選沿Y方向對固體2限界，所述Y方向優選豎直地或垂直地定向。平坦的面部分14和16優選分別在X-Z平面中延伸，其中X-Z平面優選水平地定向。此外，可從該示圖中獲知，輻射源18將離子6或射束7放射到固體2上。當輻射源18構成為離子源6時，離子6根據配置以限定的深度侵入固體2中并且保留在那。如果輻射源18構成為激光器，那么射束6或光波侵入固體中并且在預定的位置上產生缺陷。
[0036]在圖1b中示出多層布置，其中固體2包含剝離平面8并且在平坦的第一面部分14的區域中設有保持層12，所述保持層又優選與另一層20重疊，其中另一層20優選是穩定化裝置、尤其金屬板。在固體2的平坦的第二面部分16上優選設置有聚合物層10。聚合物層10和/或保持層12優選至少部分地且特別優選完全地由PDMS構成。
[0037]在圖1c中示出在裂縫釋放和隨后裂縫引導之后的狀態。固體層4附著在聚合物層10上并且可以與固體2的留下的剩余物隔開或可隔開。在固體2內再次引入或產生缺陷之前或之后優選再次將另一聚合物層施加到固體2的通過分割第一固體層4而露出的表面上。優選地，在每次將固體層4、5與固體2分離之后，尤其只要固體2的剩余厚度還適合于分離為兩個晶片，那么將聚合物層施加到固體2的露出的表面上。
[0038]在圖2中示出固體2的四個不同的示意圖。固體2在每個示圖中具有不同的軸向長度(沿Y方向)。固體2的長度從示圖1起朝向示圖1V變化，使得所述長度越來越短，因為從1-1V總是去除一固體層4、5、40。也就是說，在II中示出的固體2縮短了在I中示出的固體層4，因為所述第一固體層4沿著剝離平面8被分離或剝離。在IV中，固體2構成優選或基本上允許分為兩個固體層的長度，所述固體層優選具有與之前從固體2分離的固體層4、5近似的長度(沿Y方向)。
[0039]在此可考慮的是，在分離固體層4之后將固體2用磨削法處理，由此同樣進行固體的軸向的長度減少。然而，不能從示圖中獲知固體2的通過磨削實現的軸向的長度減少。
[0040]因此，本發明涉及一種用于制造固體層4的方法。在此，該制造方法優選至少包括下述步驟:提供用于分離多個固體層4的固體2;在固體2中引入或產生缺陷，用于預設第一剝離平面8，沿著所述第一剝離平面將第一固體層4與固體2分離;設置容納層10，用于將固體層4保持在固體2上;熱加載容納層10用于在固體2中尤其機械地產生應力，其中裂縫通過應力在固體2中沿著剝離平面8擴展，所述裂縫將固體層4與固體2分離;設置第二容納層用于將另一固體層5保持在固體2上;在固體2中引入或產生缺陷，用于預設第二剝離平面9，沿著所述第二剝離平面將第二固體層5與固體2分離;熱加載第二容納層用于在固體2中尤其機械地產生應力，其中裂縫通過應力在固體2中沿著第二剝離平面9擴展，所述裂縫將第二固體層5與固體2分離。
[0041 ]附圖標記列表
[0042]2固體
[0043]4第一固體層
[0044]5第二固體層
[0045]6離子
[0046]7射束
[0047]8第一剝離平面
[0048]9第二剝離平面
[0049]10聚合物層
[0050]12保持層
[0051 ]14平坦的第一面部分
[0052]16平坦的第二面部分
[0053]18輻射源
[0054]20穩定化裝置
[0055]30另一剝離平面
[0056]31又一剝離平面
[0057]40另一固體層
[0058]41又一固體層
[0059]X第一方向
[0060]Y第二方向[0061 ]Z第三方向
【主權項】
1.一種用于制造固體層的方法， 所述方法至少包括下述步驟: 提供用于分割多個固體層(4)的固體(2); 在所述固體(2)中引入或產生缺陷，用于預設第一剝離平面(8)，沿著所述第一剝離平面將第一固體層(4)與所述固體(2)分離； 設置容納層(10)，用于將所述固體層(4)保持在所述固體(2)上； 熱加載所述容納層(10)用于在所述固體(2)中尤其機械地產生應力，其中裂縫通過所述應力在所述固體(2)中沿著所述剝離平面(8)擴展，所述裂縫將所述第一固體層(4)與所述固體(2)分離； 接著設置第二容納層用于將另一固體層(5)保持在減小了所述第一固體層(4)的固體(2)上; 在所述固體(2)中引入或產生缺陷，用于預設第二剝離平面(9)，沿著所述第二剝離平面將所述第二固體層(5)與所述固體(2)分離； 熱加載所述第二容納層用于在所述固體(2)中尤其機械地產生應力，其中裂縫通過所述應力在所述固體(2)中沿著所述第二剝離平面(9)擴展，所述裂縫將所述第二固體層(5)與所述固體(2)分離。2.根據權利要求1所述的方法， 其特征在于， 在熱加載所述聚合物層以產生用于分離所述第一固體層(4)的應力的步驟之后以及在所述固體(2)中引入或產生缺陷以預設第二剝離平面(9)的步驟之前進行所述固體(2)的通過分離所述第一固體層(4)而露出的表面的切削加工。3.根據上述權利要求中任一項所述的方法， 其特征在于， 通過引入離子(6)引起缺陷的引入，其中輻射源(18)設置用于提供引入所述固體(2)中的所述離子(6)，其中所述輻射源(18)定向為，使得由所述輻射源(18)放射的所述離子(6)引入所述固體(2)中。4.根據權利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述輻射源(18)設定為，使得由所述輻射源放射的所述離子(6)為了產生所述剝離平面(8)侵入所述固體(2)中到限定的深度、尤其<100μπι的深度。5.根據權利要求3或4所述的方法， 其特征在于， 所述固體(2)加載有預設劑量的離子(6)，其中所述預設劑量小于115Cnf2并且對所述固體(2)回火，使得防止引入所述固體(2)中的離子(6)的聚結。6.根據權利要求1或2所述的方法， 其特征在于， 通過至少一個構成為激光器的輻射源(18)引起缺陷的產生，其中由所述輻射源放射的射束(7)在所述固體(2)內的預定的位置處產生所述缺陷。7.根據權利要求6的方法， 其特征在于， 所述輻射源(18)設定為，使得由所述輻射源放射的射束(6)為了產生所述剝離平面(8)侵入所述固體(2)中到小于ΙΟΟμπι并且優選小于50μπι并且特別優選小于20μπι的限定的深度。8.根據上述權利要求中任一項所述的方法， 其特征在于， 所述固體(2)具有硅和/或鎵和/或陶瓷材料并且所述容納層包含聚合物層(10)，其中所述聚合物層和/或所述保持層(12)至少部分地包含聚二甲基硅氧烷，其中所述保持層(12)設置在穩定化裝置(20)的至少部段地平坦的面上，所述穩定化裝置至少部分地包含至少一種金屬。9.根據上述權利要求中任一項所述的方法， 其特征在于， 在所述固體(2)中的應力能夠設定為，使得能夠控制裂縫釋放和/或裂縫擴展以產生在所述裂縫平面中形成的表面的限定的形貌。10.—種根據權利要求1至9中任一項的方法制造的晶片。
【文檔編號】B28D1/22GK105899716SQ201480055767
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年10月8日
【發明人】沃爾弗拉姆·德雷舍爾, 揚·黎克特
【申請人】西爾特克特拉有限責任公司