用流體分離組合元件的方法和裝置的制作方法

專利名稱：用流體分離組合元件的方法和裝置的制作方法
本申請是中國專利申請第98102954.X號的分案申請。
本發明涉及用于分離組合元件、分離元件、和半導體襯底的方法和裝置及其生產方法。
在一個襯底的絕緣表面上形成單晶Si半導體層被普遍稱為絕緣體上形成半導體(SOI)技術，由于采用SOI技術生產的器件具有用于制造普通Si集成電路的大塊Si襯底不能實現的許多優點，因此做出許多努力對該技術進行研究。
SOI技術的使用提供了以下優點(1)易于進行介電分離以達到高集成度。
(2)輻射電阻非常好。
(3)降低雜散電容以實現高速度。
(4)可省略阱形成工藝。
(5)可防止閉鎖超載。
(6)可降低厚度以提供完全耗盡的場效應晶體管。
為實現該器件的許多優點，已對形成SOI結構的方法研究了數十年。已知的方法之一是SOS(藍寶石上形成硅)，在該方法中，通過CVD(化學氣相沉積)在一單晶藍寶石襯底上異質外延地形成Si。該技術已成功地作為最成熟的SOI技術，但其應用受到因Si層和藍寶石襯底之間界面中晶格的不同軸性(misalignment)造成的大量晶體缺陷、從藍寶石襯底到Si層的鋁混合物以及特別是襯底的高成本和仍不足以增大器件面積的限制。最近，已對實施一種無藍寶石襯底的SOI結構進行了嘗試。該嘗試大致可分成下面兩種方法。
1.在Si單晶襯底的表面氧化之后，在氧化膜中做出一個窗口，以露出一部分Si襯底表面，該部分作為允許水平外延生長以便在SiO2上形成Si單晶層的一個籽晶(這種情況下，Si層沉積在SiO2上)。
2.Si單晶襯底作為一有源層，并且SiO2形成在該層下面(該方法不需要沉積硅層)。
實現上面方法1的已知手段包括采用CVD允許單晶Si層的直接水平外延生長的方法，一種沉積非晶Si并通過熱處理允許其以固相水平外延生長的方法，一種用諸如電子或激光束之類的會聚能束輻照非晶或多晶Si層，并通過熔融再結晶在SiO2上生長單晶層的方法，和采用棒形加熱器以掃掠軌跡呈現帶狀(區域熔融再結晶)的方式掃掠熔融區的方法。雖然這些方法各具優缺點，但就他們的可控制性、產量、一致性和質量而論仍有許多問題，并且它們中任何一種方法還沒有進入工業實用。例如，CVD方法需要犧牲氧化來提供平坦的膜。固相生長方法提供較差的結晶度。光束退火方法存在有關會聚光束掃描、和光束疊加控制、和聚焦所需時間的問題。在這些方法中，區域熔融再結晶方法是最成熟的，并且已用于在實驗基礎上生產相對大規模的集成電路，但它仍然造成大量的晶體缺陷，例如在器件中留有亞晶粒，因而不能制造小載流子器件和提供極好的晶體。
上面不用Si襯底作為外延生長籽晶的方法2包括下面四種方法。
(1)在帶有在Si單晶襯底表面上各向異性腐蝕的V型槽Si單晶襯底上形成氧化膜，在氧化膜上沉積多晶Si層以使其與Si襯底一樣厚，然后通過從Si襯底后面磨光在厚多晶Si層上形成由V型槽圍繞的Si單晶區，以便介電分離。該方法提供極好的結晶度，但是沉積數百微米厚的多晶Si和從其背面磨光單晶Si襯底以便僅保留分離Si有源層的步驟在可控制性和產量方面存在問題。
(2)SIMOX(離子注入氧分離)，該方法通過氧離子注入在Si單晶襯底上形成SiO2層，由于其與Si工藝極好的兼容性，該方法是目前最成熟的技術。然而，為形成SiO2層，必須注入1018離子/cm2或更多的氧離子，導致需要大量時間進行注入，從而使產量下降。另外，晶片的成本較高。此外，該方法造成大量的晶體缺陷將留在器件中，并且不能在工業上提供滿意的質量來制造小載流子器件。
(3)通過多孔Si氧化由介電分離形成SOI結構的方法。在該方法中，通過質子離子注入(參見Imai等人在J.晶體生長第63卷547頁(1983))或通過外延生長和圖形化將一N型Si層象島一樣形成在一P型Si單晶襯底的表面上。以多孔區從表面圍繞該Si島的方式用HF溶液通過陽極氧化法僅把P型Si襯底制成多孔，并高速氧化N型Si島以便介電分離。在該方法中，要在器件步驟之前確定分離Si區，從而限制了器件設計的自由度。
(4)采用熱處理或粘合將Si單晶襯底鍵合在被熱氧化的不同Si單晶襯底上形成SOI結構的方法引起注意。該方法需要形成器件有源層作為均勻薄膜。就是說，數百微米厚的Si單晶襯底的厚度必須降低到微米或更低的等級。
可使用下面兩種方法提供更薄的膜。
1)通過磨光降低厚度2)通過有選擇的腐蝕降低厚度在1)中，磨光不易提供均勻的薄膜。特別是，如果厚度降低到亞微米等級，厚度變化將是百分之幾十，導致提供均勻性的嚴重問題。實現均勻度的難度隨著襯底尺寸的增加進一步增加。
另外，在2)中，雖然腐蝕在提供均勻薄膜方面是有效的，但存在下列問題。
.選擇比最大為102并且是不夠的。
.腐蝕后獲得的表面較差。
.由于在高濃度B摻雜Si層上采用離子注入或外延或異質外延生長而造成SOI層的結晶度較差。
通過鍵合形成的半導體襯底需要兩個襯底，襯底之一主要是通過磨光和腐蝕被去掉和除去，因而浪費了有限的全球資源。因此，目前鍵合的SOI在其可控制性、均勻性、和成本方面存在許多問題。
另外，一般由于用玻璃代表的透光襯底的晶體結構的缺陷，在襯底上沉積的薄膜Si層僅能根據襯底的缺陷形成非晶體層或多晶層，因此不能生產高性能器件。其原因是由于襯底的非晶體結構是非晶體，簡單地沉積一層Si不能獲得極好的單晶層。透光襯底在生產接觸傳感器或作為接收光元件的投射液晶圖象顯示器件中是重要的。不僅是像素的改善而且高性能驅動元件都要求在傳感器或顯示器件中達到更高密度、更高分辨率、和更細的像素清晰度。因此，為在透光襯底上提供元件，需要極好結晶度的單晶層。
在這種SOI襯底生產方法中，如日本專利申請特開No5-21338中所公開的，在多孔層上形成非單晶半導體層并通過一絕緣層將該層傳送到支撐襯底上的方法因SOI層的均勻厚度非常好、易于將SOI層的晶體缺陷密度保持在較低水平的能力、SOI層表面的平坦性、不需要專門技術要求制造所需的昂貴設備、和使用相同設備制造范圍從約數百埃至10微米的各種SOI膜厚度的能力而非常優秀。
此外，通過把上述方法與日本專利申請特開No.7-302889中公開的方法組合，就是說，通過在第一襯底上形成的多孔層上形成無孔單晶半導體層、通過絕緣層將無孔單晶層鍵合到第二襯底上、在無破壞的情況下通過多孔層分離第一襯底和第二襯底和使第一襯底的表面平滑并再次形成多孔層重新使用，第一襯底可被使用多次。該方法可明顯降低生產成本和簡化生產步驟。
存在著幾種分離相互鍵合的襯底以便在不破壞的情況下分成第一襯底和第二襯底的方法。例如，方法之一是在與鍵合表面垂直的方向拉襯底。另一種方法是與鍵合表面平行施加剪切力(例如，在與鍵合表面平行的平面內以相反方向移動襯底或在圓周上以相反方向轉動襯底)。可在垂直方向向鍵合表面施加壓力。此外，可向分離區施加諸如超聲波之類的波能。也可從鍵合襯底的側面與鍵合表面平行將一個剝離元件(例如象刀那樣的利刃)插入分離區。此外，可使用穿過起分離區作用的多孔層的材料的擴展能量。也可從鍵合襯底的側面熱氧化起分離區作用的多孔層以擴大該層的體積。也可從鍵合襯底的側面有選擇地腐蝕起分離區作用的多孔層以分離襯底。最后，可使用為提供微腔而通過離子注入形成的層作為分離區，然后用激光束從鍵合表面的法線方向輻照襯底，以加熱包含用于分離的微腔的分離區。
然而，這些用于分離兩個相互鍵合襯底的方法在理想情況下非常優秀，但它們都不適用于半導體襯底的生產。困難之一是鍵合半導體襯底通常象盤一樣成形并具有較小的厚度，例如0.5至1.0mm，鍵合部分有幾個相對大的凹陷，在其上可卡住一個夾具。因此，將每個襯底的定向平坦部分卡在具有裝配定向平坦部分并與鍵合表面平行轉動襯底的凹陷部分的卡具上的方法，或將卡具卡在鍵合襯底側面中的鍵合部分中制成的一個小凹陷部分上以剝離襯底的方法受到限制。基于壓力的分離需要非常大的壓力，因此迫使設備尺寸增加。在波能方法中，必須充分改善波輻射方法，以便用波能有效地輻射鍵合襯底，并且剛好在分離之后，所分離的襯底可能部分接觸并相互損壞。在從側面分離中，可彎曲襯底以便僅使其側面被剝離，其中央部分保持不分離。在從鍵合襯底側面向分離區中插入剝離元件的方法中，剝離元件的插入因剝離元件和襯底的摩擦可能造成襯底之間的鍵合表面損壞。
避免這些問題的一種解決方法是適當地降低分離區的機械強度。然而，該方法可能會增加分離區在襯底鍵合前受外部沖擊損壞的可能性。這種情況下，損壞的分離區部分可能會變成顆粒并弄臟生產設備內部。雖然常規的分離方法具有許多優點，它們仍存在上述問題。
本發明的一個目的是提供一種改進的分離方法和設備，它能在無損壞的情況下分離相互鍵合的襯底以防止分離的襯底被損壞，并且即使在向其施加外力時在分離鍵合的襯底前不太可能毀壞分離區，從而防止生產設備被顆粒污染。
本發明的特征在于通過向組合元件噴射流體在與該多個元件的鍵合位置(分離區)不同的位置把具有相互鍵合的多個元件的組合元件分離成多個元件。
對于這種分離方法，組合元件可以是內部具有分離區的任何元件，而對于半導體襯底生產方法，它必須具有下列結構。組合元件的一個主要例子通過鍵合第一襯底和第二襯底而鍵合襯底，第一襯底是一種半導體襯底，在半導體襯底中，分離區在比半導體襯底表面深的部分形成為一個層面并與其平行，在該半導體襯底中，比其表面淺的部分沒有分離區。就是說，當本發明應用于半導體襯底生產方法時，分離后得到的元件與鍵合前的第一和第二襯底不同。
根據本發明，分離區位于與第一和第二襯底之間的鍵合界面(連接表面)不同的位置。在分離步驟中，必須在位于與鍵合界面不同位置的分離區分離襯底。
因此，分離區的機械強度應適當地比鍵合界面弱，以使分離區在鍵合界面之前被毀壞。因此，當分離區毀壞時，具有預定厚度的第一襯底表面一側的一部分從第一襯底分離，同時剩余部分鍵合在第二襯底上，從而將該部分傳送到第二襯底。分離區可以是通過陽極化氧化法形成的多孔層或通過離子注入提供微腔形成的層。這些層具有大量微腔。該區也可以是變形和缺陷集中在晶體晶格中的異質外延層。
分離區也可以是不同結構的多層。例如，它可由具有不同孔隙的多個多孔層或在與該層垂直的方向孔隙改變的多孔層構成，根據需要而定。
通過例如分離包括由絕緣層相互鍵合在一起的第一和第二襯底的組合元件而從第一襯底向第二襯底傳送的層被用作絕緣層上的半導體層(SOI層)，以制造半導體器件。
可以用所謂的噴水法執行用于分離的流體噴射，該噴水法通過一個噴嘴噴射高壓水流。除水之外，該流體也可以是有機溶劑，例如酒精，諸如氫氟酸或硝酸之類的酸，諸如氫氧化鉀之類的堿，或能夠有選擇地腐蝕分離區的液體。最好是主要包括無磨損顆粒的液體。此外，可使用由諸如空氣、氮氣、二氧化碳、或稀有氣體之類的氣體組成的流體。也可使用由氣體或可腐蝕分離區的等離子體組成的流體。
上面的分離方法可應用到半導體襯底生產方法，以使下列方法成為可能1)一種半導體襯底生產方法包括步驟制備包括多孔單晶半導體層和隨后疊在襯底上的無孔單晶半導體層的第一襯底；鍵合第一襯底和第二襯底，以提供內部具有無孔單晶半導體層的組合元件；和向組合元件中的多孔單晶半導體層附近噴射流體，以便在多孔單晶半導體層處分離組合元件，或
2)一種半導體襯底生產方法包括步驟向單晶半導體的第一襯底的預定深度注入離子以形成可提供微腔層的離子注入層；通過絕緣層鍵合第一襯底和第二襯底，以提供其中第一襯底的離子注入表面位于內部的組合元件；和向組合元件的離子注入層附近噴射流體，以使組合元件在離子注入層分離。因此本發明提供了可解決現有問題的半導體襯底生產方法。


圖1A、1B和1C是說明根據本發明分離組合元件的方法的示意圖；圖2A和2B是說明根據本發明采用流體分離組合元件的方法實例的示意圖；圖3是根據本發明的分離裝置實例的透視圖；圖4是根據本發明的分離裝置另一個實例的截面圖；圖5是根據本發明的分離裝置再一個實例的透視圖；圖6是根據本發明的分離裝置再一個實例的示意圖；圖7是根據本發明的分離裝置再一個實例的示意圖；圖8是根據本發明采用流體分離組合元件的方法另一個實例的示意圖；圖9是根據本發明的分離裝置另一個實例的示意圖；圖10A和10B是根據本發明的分離裝置再一個實例的示意圖；圖11是根據本發明的分離裝置再一個實例的示意圖；圖12是根據本發明的分離裝置再一個實例的示意圖；圖13是根據本發明的分離裝置再一個實例的示意圖；圖14是根據本發明的另一個分離裝置的頂視圖；圖15是圖14所示分離裝置的側視圖；圖16是表明分離組合元件狀態的示意圖；圖17是圖15所示分離裝置處在其備用狀態時的截面圖；圖18是圖15所示分離裝置處在其襯底夾持狀態時的截面圖；圖19是圖15所示分離裝置處在其分離操作開始狀態時的截面圖；和圖20是圖15所示分離裝置處在其分離操作結束狀態時的截面圖。
圖1A至1C是根據本發明的分離組合元件的方法示意圖。
圖1A示出第一元件1和第二元件2鍵合前的狀態。第一元件1內部有一個作為該元件分離位置的分離區3。形狀象層的分離區3比位于鍵合表面4a該側的層區5的機械強度低。
兩個元件1和2鍵合，使鍵合表面4a面對鍵合表面4b，以便形成具有鍵合界面14的盤形組合元件，如圖1B所示。從噴嘴8向位于組合元件側面(端面)6上的分離區3的端部噴射流體7。被噴射流體7的分離區3被去掉或消除。因此，組合元件在分離區3被分離兩個元件11和12，如圖1C所示。
層區5不出現在分離的元件11的分離表面13a上，層區5已傳送到原有第二元件2的鍵合表面4b上，以露出分離的表面13b。
于是，得到一個在第二元件2上具有薄層區5的元件。
通過采用不同材料形成第二元件2和層區5，可容易地生產具有異質鍵合的元件。這些材料的具體實例包括導體、半導體、和絕緣體，從中選擇兩種形成第二元件2和層區5。
特別是，最好將硅、石英、玻璃、或在其表面上形成有一絕緣膜的硅作為第二元件。
最好是將諸如硅、鍺化硅、碳化硅、砷化鎵、或磷化銦之類的半導體材料作為層區。這種材料的層區可部分地包括一個薄絕緣層。
被分成至少兩個元件的最佳組合元件是通過鍵合兩個半導體襯底，或一個半導體襯底和一個絕緣襯底得到的，并被稱為鍵合襯底或鍵合晶片。
分離該組合元件提供極好SOI結構的半導體襯底。
鍵合之前，希望在襯底內部沿鍵合表面形成分離區。
分離區可以很脆，以便通過噴射流體使組合元件在分離區分離成兩部分，并防止損壞除分離區外的其它區。
具體地說，可通過在分離區內部包含多個微腔或注入異質離子使其拉緊而將其變脆。
微腔是用多孔體的氣孔或由離子注入產生的氣泡形成的，如下所述。分離區優選為0.1至900μm，最好是1至10μm。
用來根據本發明執行分離的流體流動可通過用一個噴嘴噴射流體來實施。以高速和高壓將所噴射的流體轉換成細射束的方法可以是象″水噴射″第1卷，No.1第4頁中介紹的那樣用水作為流體的噴水方法。在可用于本發明的水噴法中，通過一個細噴嘴噴射由高壓泵加壓到數千kgf/cm2的高壓水并可切割或處理陶瓷、金屬、混凝土、樹脂、橡膠、或木材(如果材料堅硬則向水加入象SiO2這樣的磨料)，從表層去掉涂料層，或清洗元件表面。如上所述，水力噴射主要用于去掉一部分材料。就是說，執行水力噴射切割從主元件去掉切割邊緣，并且去除涂料膜和清洗元件表面以去掉不想要的部分。如果根據本發明用水力噴射來形成流體流，可向鍵合襯底側面(端面)上的鍵合界面噴射，以便至少從側面去掉一部分分離區。這種情況下，對著鍵合襯底側面露出的分離區和對著分離區附近的一部分第一和第二襯底噴射水流。然后，用水力噴射去掉或破壞低機械強度的分離區，以便把組合元件分離成兩個襯底而不毀壞每個襯底。即使分離區不暴露在側面而是因任何原因由一特定的薄層覆蓋，可用水流去掉覆蓋側面上分離區的層，然后去掉從側面露出的分離區。
雖然在現有技術中不經常使用，可對著兩個刻有槽的鍵合襯底側面上的小凹陷部分噴射水流，就是說，在襯底周圍滲透和擴展脆性結構分離區中的微腔或細孔，以分離鍵合襯底。該操作不打算進行切割或去除，從分離區出現小芯片并可分離組合元件，而不需要磨蝕顆粒或毀壞通過分離獲得的表面，即使分離區的材料不能被水流去除。這不是一種切割或磨光效果，而是由流體提供的一種楔形效果。因此，如果在鍵合襯底的側面有凹陷或窄裂縫并且在分離區剝離襯底的方向施加水流的噴射力將是非常有效的。為獲得足夠的效果，鍵合襯底側面最好凹陷而不是突出。
圖2A和2B示出該效果。在圖2A和2B中，901和911表示第一襯底，902和912表示第二襯底，903和913表示分離區，904和914表示半導體層，905和915表示絕緣層，906和916表示鍵合界面，907表示一股流體，908和918表示由流體施加到襯底上的力的方向。
圖2A概念性地示出當鍵合襯底端面側為凹陷時由水力噴射施加到襯底的力的方向。在凹陷部分擴展的方向，即鍵合襯底剝離的方向施加力。相反，圖2B概念性地示出當鍵合襯底端面側突出時由水力噴射施加到襯底的力的方向。這種情況下，不是在剝離鍵合襯底的方向施加力，因此，除非最初可去掉一部分分離區，否則襯底不能相互分離。
即使側面不露出分離區，而是因任何原因而被特定的薄層覆蓋，由于在分離區附近擴展的方向中施加力以破壞覆蓋側面上分離區的薄層并且此后擴展并破壞分離區，所以當鍵合襯底的側面如上所述凹陷時，可獲得足夠的分離效果。為有效地接受這股水力噴射，希望凹陷部分的孔徑寬度等于或大于水力噴射直徑。當用本發明制造半導體襯底時，由于第一和第二襯底的厚度小于1.0mm，鍵合襯底厚度，即組合元件的厚度小于2.0mm。由于凹陷部分的孔徑寬度通常約為該值的一半，水力噴射的直徑最好是1.0mm或更小。實際上，可利用約0.1mm直徑的水力噴射。
噴射流體的噴嘴可以是任何形狀，包括圓形。也可使用狹長噴嘴。通過經這種噴嘴噴射流體，可形成薄帶形的水流。
可根據分離區的類型或鍵合襯底側面的形狀任意選擇水力噴射的各種噴射條件。例如，噴射壓力與其掃掠速度、噴嘴直徑(約等于水流直徑)和其形狀、噴嘴與分離區之間的距離和流體的流速都是重要參數。
在實際的分離步驟中，在從與鍵合表面平行的方向噴射水流或固定水流而平行移動鍵合襯底的同時通過沿鍵合表面掃過噴嘴可實現分離。另外，可掃掠水流以便圍繞噴嘴形成扇形狀，或者如果象通常的情況，鍵合襯底為諸如具有定向平面或槽的晶片之類盤的形狀，可以繞作為轉動中心的固定噴嘴的位置轉動鍵合襯底。此外，可以根據需要從成角度的方向向分離區噴射水流，而不是將噴嘴放在與鍵合界面相同的平面中。水流的掃掠不限于這些方法，而可根據需要用任何其它方法進行。由于水力噴射的直徑很小并且噴射方向幾乎與襯底表面平行，矢量分解力表明很少向襯底施加幾千kgf/cm2的高壓。由于除分離區外水力噴射僅向鍵合襯底施加數百克的力，防止了襯底的損壞。
可使用諸如酒精之類的有機溶劑，諸如氫氟酸或硝酸之類的酸，或諸如氫氧化鉀之類的堿，或能夠有選擇地腐蝕分離區的液體來代替水。此外，可使用由諸如空氣、氮氣、二氧化碳氣、或稀有氣體之類的氣體作為流體。也可使用氣體或可腐蝕分離區的等離子體。由于將用于組合元件分離方法的水引入生產半導體襯底的工藝中，希望使用具有最少量雜質金屬和顆粒的純水和超高純度水，但由于完善的低溫處理，可沖洗襯底并在使用水力噴射分離之后去掉雜質金屬和顆粒。特別是，在本發明中，流體最好沒有磨損顆粒以便不會在襯底中留下不希望的劃痕。
根據本發明的半導體襯底可用于制造半導體器件和把絕緣層上的單晶半導體層形成為微結構，而不是電子器件。
圖3是根據本發明一個實施例的分離裝置的示意圖。
參考標號101表示作為組合元件的鍵合晶片；102表示流體噴嘴；103表示用于調節噴嘴102垂直位置的垂直移動機構；104表示用于調節噴嘴102水平位置的水平移動機構；115表示用于調節晶片水平位置的水平運動機構；105表示作為夾持器的晶片夾持器。
參考標號113、114和116表示導桿。
在圖3所示的裝置中，利用移動機構103、104、和115使噴嘴102與晶片101分離區的端部對齊并從噴嘴102向晶片101側面上的分離區端部噴射高壓流體，同時在水平和垂直方向移動噴嘴而晶片101保持固定來進行晶片分離操作。
參考標號106表示根據需要使用的支座材料并由多孔或無孔彈性體組成。
圖4是用于本發明的分離裝置另一個實例的透視圖。圖4中，401表示作為組合元件鍵合成整體的兩個Si半導體晶片，該組合元件內部具有作為分離區的多孔層。參考標號403和404表示使用真空吸盤吸住和固定半導體晶片401并在同一旋轉軸上可旋轉地安裝的夾持器。夾持器404裝配在軸承408中并由支柱409支撐，其后端直接耦合到速度控制電機410的轉軸。于是，控制電機410可使夾持器404以任何速度旋轉。另一個夾持器403裝配在軸承411中并由支柱409支撐，壓縮彈簧412設置在夾持器403的后端和支柱409之間，在夾持器403離開半導體晶片401的方向施加力。
設定半導體晶片401以使其與定位支桿413的凹陷部分對應并由夾持器404吸住和固定。夾持器404利用支桿413夾持半導體晶片401中部以調節晶片401的垂直位置。向左對著彈簧412移動夾持器403到其吸住和夾持半導體晶片401的位置。這種情況下，壓縮彈簧412向夾持器403施加向右的力。由壓縮彈簧412施加的反作用力和夾持器403吸住半導體晶片401的力平衡，因此壓縮彈簧412的力不使夾持器403離開晶片401。
從噴射泵414向噴嘴402輸送流體并繼續輸出直到噴射的流體穩定。一旦流體的流動穩定，移動噴嘴，打開擋板406，流體從噴嘴402對著半導體晶片401的厚度中心噴向襯底101側面。此刻，由電機410轉動夾持器404以轉動半導體晶片401和夾持器403。通過對著厚度方向的中心周圍噴射流體，半導體晶片401延伸，使半導體晶片401中相對弱的多孔層損壞，并且最終分離成兩部分。
如上所述，流體均勻地施加到半導體晶片401，向右的力施加到夾持半導體晶片401的夾持器403，因此分離后所分開的半導體晶片401不會滑脫。
也可通過平行于鍵合晶片401的鍵合界面(表面)掃掠噴嘴402而不是轉動晶片401來分離鍵合晶片401。然而，當通過掃掠噴嘴402而不是轉動鍵合晶片401進行分離時，0.15mm直徑的噴嘴需要2000kgf/cm2的高壓水，而在通過轉動鍵合晶片401而固定噴嘴402時僅需要200kgf/cm2的壓力。
這是由于與掃掠噴嘴相比，水噴射到鍵合晶片401中心，使水壓有效地起到擴展力的作用。
降低水壓可獲得下面的效果。
1)可分離晶片而不造成損傷。
2)由于增加了泵的可用容量可同時使用大量噴射。
3)可減小泵的尺寸和重量。
4)可供泵和管道使用的材料范圍較寬，以使該裝置易于利用純水。
5)泵，特別是噴射的聲音降低，便于采用防聲測量。
圖4所示的晶片夾持裝置利用夾持器403和404夾持晶片以從兩側吸住晶片，但也可從夾持器403和404的兩側對其加壓來夾持晶片。這種情況下，在延伸鍵合晶片401以在它們中形成小縫隙時高壓水也推進，并最終將它們分成兩部分。
夾持器403和404與鍵合晶片401之間的接觸部分越小，高壓水擴散到晶片401時鍵合晶片401越可靈活地移動。由過量高壓造成的應力集中和鍵合晶片401的分離界面中出現的水起到防止斷裂和使晶片易于擴展的作用。這些點能促進有效分離。例如，當夾持器403和404與鍵合晶片401之間的接觸部分的直徑為30mm或更小時，在噴嘴直徑為0.2mm和壓力為400kgf/cm2的條件下，鍵合晶片401不會斷裂并在鍵合晶片401轉動一圈期間可分成兩部分。
另外，夾持器403和404與鍵合晶片401之間的接觸部分越大，當高壓水擴散到晶片401時對鍵合晶片401后表面的支撐越堅固，從而防止在分離期間斷裂。在夾持器403和404與鍵合晶片401之間的接觸部分的直徑為100mm或更大時，在噴嘴直徑為0.2mm和壓力為400kgf/cm2的條件下，鍵合晶片401可分成兩部分而不會斷裂。
如果在夾持器403和404與鍵合晶片401之間夾雜著諸如顆粒之類的雜質，鍵合晶片401不再被夾持在垂直方向，使噴嘴402朝向鍵合晶片401頂部的其垂直方向向縱向或橫向偏離，因而不能使高壓流體有效地沖擊晶片401中的分離界面。為防止這種情況，可用大量細小的隆起形成與鍵合晶片401接觸的夾持器403和404的表面來減小接觸面積，以減小可能夾有雜質的效果。
在圖4所示的支撐裝置中，轉動夾持器404以使夾持器403隨其轉動，以便在使旋轉停止的方向中作用微小的力，并可在分離界面出現扭矩，直到鍵合晶片401完全分離。這種情況下，夾持器403和404可同步旋轉以防止分離界面中的扭矩。下面將詳細描述該方法。
圖5示出根據本發明的另一種分離裝置。在該圖中，標號204表示晶片水平驅動機構，205表示晶片載體，206表示晶片傳送臂。如該圖所示，晶片盒205放置在盒座207上以使晶片201在水平方向排列。利用晶片裝載機械手206將晶片201裝載在晶片支撐座204上。利用諸如傳送帶之類的支撐座移動機構把裝有晶片201的晶片支撐座204傳送到高壓噴嘴202和203的位置。通過位于晶片側面的流體噴射裝置的噴嘴202和203從與鍵合晶片中的鍵合界面(表面)平行的方向向通過斜削形成的晶片中凹陷部分中的分離區噴射高壓流體。這種情況下，噴嘴固定而鍵合晶片在水平方向掃掠以便沿通過斜削形成的凹陷部分接受高壓流體。可根據需要采用一個或兩個噴嘴202和203。
該操作使晶片在多孔Si層被分成兩部分。雖然圖中未示出，另一個裝載機械手存放作為第一和第二襯底分離的晶片。
在水平噴射法中，不需要固定晶片，并且分離后不會因其自身重量從晶片支撐座204跳出。作為替換，晶片裝載到晶片支撐座后，可在晶片頂部插入防跳銷，以便從晶片支撐座204伸出蓋住晶片或輕輕地壓在晶片頂部。
此外，可放置多個鍵合晶片并設定在相對于其表面的垂直方向，然后可通過水平掃掠分離鍵合晶片的一個分離區。晶片套件夾具可在垂直方向依次移過與晶片間隔相等的距離，以便隨后與鍵合晶片的第一次分離類似通過水平掃掠分離鍵合晶片的第二分離區。
圖6示意性地示出根據本發明的另一種裝置。該圖從原理上示出該實施例中使用的水力噴射裝置的噴嘴及其移動。如圖6所示，由夾持器310夾持鍵合晶片301以便豎立在垂直方向。通過位于晶片上方的噴射裝置的噴嘴302，從與鍵合晶片的鍵合界面(表面)平行的方向對著通過斜削形成的晶片的凹陷部分噴射高壓流體。這種情形下，噴嘴302和使噴嘴在一平面內擺動以形成扇形面的支撐點303放置在與晶片中的鍵合表面同一個平面內。在晶片中的鍵合表面內擺動噴嘴以便在該表面內擺動噴射的流體。該操作使高壓噴射沿鍵合晶片邊緣中鍵合部分中的凹陷部分或縫隙移動并噴射。這樣又使流體對著寬分離區噴射，而不需要在鍵合表面內準確地移動噴嘴的機械手或更復雜的機械機構來移動或轉動鍵合晶片。
圖7從原理上示出根據本發明的另一種分離裝置，即對著鍵合晶片501的周邊噴射一束水流503的另一種方法。用夾持器510固定鍵合晶片501，并且可繞晶片轉動噴嘴502，以允許在晶片的整個邊緣上對著鍵合部分噴射水流503。夾持晶片中心并繞晶片501安裝與晶片同心的橫梁(圖中未示出)，噴嘴502固定在其上的夾具512可在橫梁上滑動，以使水流503繞晶片501對著鍵合部分噴射。
圖8示出根據本發明的分離裝置的另一個實例。在該圖中，601是第一晶片，602是第二晶片，603是鍵合表面，604是水流，605是由流體噴射施加到晶片的力的方向，參考標號606表示流體噴射和鍵合表面之間的角度。根據該實施例，設定噴嘴611和夾持器610的位置，以使從噴嘴611噴射的水流方向從與晶片中分離表面平行的方向傾斜α角。
用圖4中所示的裝置夾持晶片并如圖8所示設置噴嘴，以便對著晶片的側面噴射流體。由于水流604從鍵合表面傾斜α角(606)，對兩個晶片601和602施加不同的壓力。在圖8所示的實例中，水流向其傾斜的晶片602被施加相對小的力，而向相對的晶片601施加較大的力。當水流在與其中形成多孔Si的晶片相對的側面傾斜時，容易破壞多孔Si或微腔層。因此，希望安裝鍵合晶片，以使晶片601包含多孔Si。
圖9示出根據本發明的另一種分離裝置。在該圖中，705和706是流體噴射裝置噴嘴702和703的垂直驅動機構，707是水流裝置噴嘴704的水平驅動機構，708是晶片夾持器。
如圖9所示，用晶片夾持器708夾持鍵合晶片701兩側以豎立在垂直方向。這種情況下，具有一個定向平坦部分的晶片的側面朝上。通過位于晶片上方或側面的多個(在該實例中是三個)噴射裝置的噴嘴702、703、和704，從與鍵合晶片中的鍵合界面(表面)平行的方向對著通過斜削形成的晶片701中的凹陷部分或縫隙噴射高壓流體。每個噴嘴的結構與圖3中的相同。這種情況下，該多個噴嘴702、703和704在高壓流體沿通過斜削形成的縫隙移動的方向沿導桿711、712、和713掃掠。
這樣，鍵合晶片被分成兩部分。
僅使用一個噴嘴時，需要足以在與其直徑對應的距離分離晶片的高壓。當壓力僅足以在與其半徑對應的距離內分離晶片時，必須將晶片上側向下翻轉以便再次在與其半徑對應的距離分離。可用多個噴嘴使每個噴嘴僅在對應其半徑的距離內分離晶片，省略了在其上側向下翻轉后對著晶片再次噴射高壓流體的要求，可在一個步驟過程中可分離晶片的整個表面。
圖10A和10B示出根據本發明的另一種分離裝置。在該圖中，801是作為組合元件的鍵合晶片，802是流體噴射的噴嘴，803是流體。通過位于晶片上方或側面帶有噴射裝置狹縫形開口的噴嘴，從與鍵合晶片中的鍵合界面(表面)平行的方向對著通過斜削形成的晶片中的縫隙噴射高壓純水，同時使鍵合晶片與夾持器811垂直豎立，如圖10A和10B中所示。與鍵合晶片中的鍵合界面(表面)平行設置狹縫并定位，以便對著通過斜削形成的晶片中的縫隙準確地噴射線狀水流。多個噴嘴在高壓流體沿通過斜削形成的縫隙移動的方向掃過。
通過在晶片的直徑上增加狹縫的長度省略掃掠噴嘴的需要。
這種狹縫形噴嘴的效果是可在比帶有非常小直徑的單個噴嘴低的壓力下分離晶片。雖然壓力較低，通過增加噴射高壓流體的面積，可增加用來分離晶片的能量以使其易于分離。
不僅可使用具有狹縫形開口的噴嘴，而且可將如圖11所示排成一排對著鍵合晶片1201噴射流體的多個噴嘴1202用于本發明以獲得相似結果。參考標號1211表示晶片夾持器。
圖12示出根據本發明的另一種分離裝置，可同時使用多個水流分離多個晶片。在圖12裝置的基本結構中，與圖3中相似的部件是獨立安裝的。在夾持器1005a上設定晶片1001a，從噴嘴1002a噴射的高壓流體沖擊晶片1001a的斜削部分。噴嘴1002a可在與由水平移動機構1004a拉動的片垂直的方向移動，而同時對著斜削部分噴射高壓流體。由圖右側具有噴嘴1002b、水平移動機構1004b、和夾持器1005b的裝置執行相似的操作。該結構使產量加倍。雖然該圖示出兩套噴射裝置，可安裝三套或更多這種裝置。
另外，當高壓泵不具有大容量時，可在噴射左高壓流體的同時更換右晶片，反之亦然。這樣只要求有一套裝載和卸載機械手。
圖13示出根據本發明的另一種分離裝置，其中在晶片夾持裝置1105上放置晶片1101a、1101b、1101c、1101d、和1101e。在一組噴嘴移動機構1103和1104中裝配多個噴嘴1102a至1102e。噴嘴間隔與晶片固定間隔相同。夾持機構和噴嘴的移動方法與圖3中的相似。
通過使每個晶片的中心軸對齊，在夾持器1115a和1115b之間、夾持器1115b和1115c之間、夾持器1115c和1115d之間、夾持器1115d和1115e之間、或夾持器1115e和1115f之間分別固定五個晶片，所有晶片可在導桿1114上沿水平方向移動。
作為公用流體供液管和噴嘴垂直移動機構的可移動供液管經分配器1113連接到五個噴嘴1102a至1102e。
在噴嘴備用位置使每個噴嘴噴射的流體的量和壓力穩定后，所有噴嘴1102a至1102e沿導桿1111移動到晶片分離位置，然后進一步沿導桿1111前進以分離晶片。
一旦完成分離，減少流體噴射量或停止噴射，以使噴嘴返回到其備用位置。
在圖10A至13所示的裝置中，可通過噴射流體并同時轉動晶片夾持器來轉動晶片進行分離。
圖14和15是表示用于本發明的組合元件分離裝置的頂視圖和側視圖。
該分離裝置具有轉動同步機構，并可在相同方向以相同角度轉動夾持組合元件第一表面的第一夾持器和夾持組合元件第二表面的第二夾持器。
當轉動驅動力僅施加到組合元件的一個表面或未提供如上所述的同步時，可能出現下面的現象。
剛好在作為組合元件的晶片的整個晶片上完成分離之前，存在一個最后被分離的非常小的區域在分離表面上某個地方仍未被分離的時刻。根據該非常小的未分離區域的位置可假設以下兩種狀態。
第一種狀態是未分離區幾乎保留在分離表面中心的情況，第二種狀態是微分離區保留在除中心之外區域的情況。圖16在原理上示出這些狀態。
如果從晶片周邊向其中心的分離過程均勻或如果靠近分離表面中心的強度高，則出現第一種狀態。這種情況下，如果轉動驅動力僅施加到晶片一側的夾持器21之一，該轉動使非常小的未分離區擰斷并分離。
如果在流體噴射的初始步驟期間，斷裂在晶片半徑范圍延伸或從某一周邊部分延長導致快速分離或除分離表面中心附近外的區域的強度高，則出現第二種分離狀態。這種情況下，如果轉動驅動力僅施加到晶片一側的夾持器21之一，該轉動使應力共享，從而使非常小的未分離區分離。
這是由于相對的夾持器22未受到無關的驅動力并且僅通過晶片轉動，即使一個軸承輕輕地夾持夾持器21，造成在停止夾持器22轉動的方向作用輕微的力。
該扭力或剪力在除施加到分離表面垂直方向之外的方向上產生合力，導致除分離表面外的不希望的分離區分離。
于是當在轉動的同時分離晶片并且如果轉動地驅動晶片而不使其兩側相互同步時，可在除所希望的晶片分離表面外的表面出現分離，或可能損壞晶片或有源層。這些現象大大降低了產量。
用于支撐可控制速度的電機32的電機托架36和用于可轉動地支撐電機軸31的一對軸托架37固定在支座40上。
此外，用于可轉動地支撐夾持器21的第一夾持器托架33和用于可轉動地支撐夾持器22的第二夾持器托架34固定在支座40上。
安裝在電機軸31上的定時皮帶輪29和安裝在夾持器21的轉動軸23后端的定時皮帶輪25以借助定時皮帶27在相同方向轉動的方式連接在一起。
同樣，安裝在電機軸31上的定時皮帶輪30和安裝在夾持器22的轉動軸24后端的定時皮帶輪26以借助定時皮帶28在相同方向轉動的方式連接在一起。
皮帶輪25和26具有相同驅動半徑，皮帶輪29和30具有相同驅動半徑。
定時皮帶27和28相同。
來自電極32的驅動力經皮帶輪和皮帶從軸31傳送到夾持器21和22，以便在相同方向相同定時以相同角速度轉動夾持器21和22。
在圖15中，60是噴射流體的噴嘴，61是擋板。為清楚起見，簡化對噴嘴和擋板的說明。
用固定夾具(未示出)將噴嘴60固定在支座40上，在支座40上設置晶片定位部件35以便與噴嘴60對齊。
圖17是分離裝置的夾持器夾持晶片20之前的局部截面圖。
夾持器21和22是準確吸住和夾持晶片的夾持部分45a或46a；使夾持部分45a或46a與轉動軸23或24一起轉動的固定部分45b或46b；和制動器41和42或43和44的一個組件。
使用管道52和通過增壓通道56的增壓氣體，夾持部分45a可在其離開轉動軸23(圖中向右)的方向克服壓縮彈簧(螺旋彈簧)移動。
在夾持部分45a中心附近設置一個開口op并與轉動軸中的減壓通道55相通。使用經減壓管51與開口op相連的真空泵(未示出)，向開口op中抽真空以減小氣壓。
通過由轉動軸23引導使夾持器21或22的架持部分45a直接吸住晶片，如圖17所示，并用從增壓管52引入的空氣壓力使夾持器21或22向前(圖中向右)移動。由壓縮彈簧47使夾持器21或22向后(圖中向左)移動。使用制動器41和42使夾持部分45a隨轉動軸轉動。夾持器22與夾持器21基本上鏡像對稱并具有相同的機構。當鍵合晶片20被定位和夾持在夾持器22上時，為使鍵合晶片20和噴嘴60總是設置在規定位置，控制和調節壓力，以便在向前操作期間向夾持器21施加比向夾持器22更強的力，而在向后操作期間向夾持器22施加比向支架21更強的力。
下面描述該裝置的使用，即根據本發明分離組合元件的方法。設置鍵合晶片20以使其裝在定位座35的凹口中，如圖17所示。然后引入加壓空氣以使夾持部分45a前進，從而使夾持器21吸住并夾持晶片，如圖18所示。夾持器21可將鍵合晶片20裝在定位支座35的凹口上以夾持鍵合晶片20的中心。當鍵合晶片20被夾持在準確位置時，噴嘴60垂直地位于鍵合晶片20的頂部，鍵合晶片20和噴嘴60之間的距離是10至30mm。夾持器22的夾持部分46a向前移動(圖中向左)吸住和夾持鍵合晶片20，并停止供給夾持部分46a加壓空氣。鍵合晶片20因圖中向右作用的力是由壓縮彈簧作用的力和真空吸引力的組合而停止。由壓縮彈簧產生的力不超過夾持部分46a吸住鍵合晶片20所需的力，因此不會出現對減壓通道55或57內部真空的破壞，真空破壞又會消除吸引力以使晶片20脫落。
然后在一特定的時間周期從泵62向噴嘴60輸送流體直到噴射的流體穩定。一旦流體達到穩定，打開擋板61，從噴嘴60對著鍵合晶片20厚度方向的中心噴射高壓流體。此刻，轉動速度控制電機32，以便同步地轉動夾持器21和22，從而轉動晶片20。通過對著晶片20厚度方向的中心噴射高壓流體，高壓流體也可進入分離區以擴展鍵合晶片20，從而最終將其分成兩部分。
由于對著鍵合晶片20均勻地施加高壓流體，并且夾持器21和22分別在拉動鍵合晶片20方向施加力，如上所述，分離件進一步相互離開并防止滑動。
另外，在圖17至20中所示的晶片支撐裝置中，晶片在夾持器從晶片向后移動的方向受力時被夾持器21和22支撐，但夾持器21和22可在向前的方向作用力，該壓力可用于夾持晶片。這種情況下，在擴展鍵合晶片20以產生小縫隙的同時高壓流體也前進，從而最終使晶片分成兩部分。在該方法中，如果夾持器21和22不相互同步，分離件的鍵合表面因滑動而相互損壞，如果夾持器同步轉動，則不發生損壞。此外，當在夾持器21和22向后移動的方向施加力時，在分離期間晶片20被夾持器21和22吸住向后移動，并且在已分離部分和未分離部分之間可能出現位移量的差異，使鍵合晶片20不平衡，從而在噴射高壓流體時產生裂縫。然而，如果在夾持器21和22向前移動的方向向夾持器21和22施加力，鍵合晶片20將保持平衡以使晶片穩定分離。
可對著整個分離晶片噴射高壓或氣壓流體，以便在其向后移動的方向作用力，從而截斷進入的水的表面張力，從而將其完全分離成兩部分。
如上所述，根據本發明的分離裝置使用流體依次或同時分離一個或多個組合元件。組合元件可在表面的法線方向或與表面平行并列。
作為替換，組合元件可轉動或與表面平行移動，以接受流體，或該束流體可與表面平行移動以沖擊組合元件側面，或者組合元件和流體可一起移動。(實例1)(一個多孔層和噴嘴掃掠)將具有0.01Ω·cm電阻率的第一P型(或N型)單晶Si襯底放置在HF溶液中陽極氧化。下面列出陽極氧化條件電流密度7(mA·cm-2)陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間11(分鐘)多孔Si層的厚度12(μm)多孔Si層也作為分離層以形成高質量外延Si層，就是說，單一的多孔Si層提供多種功能。
多孔Si層的厚度不限于上面的值，但可在0.1和數百μm之間。
在400℃的氧氣中將該襯底氧化一小時。氧化使多孔Si層中孔的內壁被熱氧化膜覆蓋。用氫氟酸處理多孔Si層的表面以便僅除去多孔Si層表面上的氧化膜而保留孔內壁上的氧化膜，然后使用CVD以使單晶Si層在多孔Si層上外延生長0.3μm。生長條件列出如下源氣體SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180l/min.氣壓80 Torr溫度950℃生長速度0.3μm/min.
此外，使用熱氧化在外延Si層上形成200nm厚的氧化膜(一層SiO2層)作為一絕緣層。
將分開準備的第二Si襯底的表面放置在SiO2層的表面以使它們相互接觸。然后在1180℃對這些襯底進行五分鐘的熱處理以便鍵合。
為使用圖3所示裝置分離以這種方式形成的鍵合襯底，由晶片夾持器從兩側支撐該鍵合晶片，以使其垂直豎立。從位于晶片上方的水力噴射裝置0.15mm的噴嘴從與鍵合晶片中的鍵合界面(表面)平行的方向向通過斜削形成的晶片中的縫隙噴射2000kgf/cm2無磨損物質的高壓純水。用噴嘴水平驅動機構在高壓純水沿通過斜削形成的縫隙移動的方向掃掠噴嘴。這種情況下，當在晶片和夾持器相互接觸的部分使用合成橡膠106(例如合成橡膠，氟橡膠或硅橡膠)時，晶片將在相對于其表面的垂直方向打開，以使高壓水進入由晶片夾持器所夾持的該部分多孔Si層，從而使晶片分離。
結果是，SiO2層、外延Si層和最初在第一襯底表面上形成的多孔Si層部分被傳送到第二襯底。僅有剩余的多孔Si層部分保留在第一襯底表面上。
接下來，用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕傳送到第二襯底的多孔Si層。不腐蝕保留的單晶Si層，從而采用單晶Si層作為腐蝕阻擋材料通過有選擇地腐蝕將多孔Si層整個去掉。
用腐蝕溶液腐蝕無孔Si單晶的速度很慢，該腐蝕速度與多孔層腐蝕速度的選擇比是1∶105或更大。因此，無孔層的腐蝕部分的量(約數十埃)對應的厚度減少實際上可忽略。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的單晶Si層。該單晶Si層不受多孔Si層有選擇地腐蝕的影響。當在所形成的單晶Si層整個表面100個點測量厚度時，得到的值是201nm±4nm。
用電子透射顯微鏡觀察截面表明在Si層中不出現新晶體缺陷并保持極好結晶度。
在1100℃的氫氣中進一步進行1小時的熱處理并用原子間力顯微鏡評估表面粗糙度。50-μm平方區的均方粗糙度約為0.2nm，與可買到的Si晶片的相似。
通過在第二襯底的表面上而不是在外延層上形成氧化膜或將其形成在兩個表面上可獲得相似的效果。
另外，使用40％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕保留在第一襯底上的多孔Si層。接下來，利用氫氣退火或諸如表面磨光之類的表面處理可針對上面的過程重新使用第一或第二襯底。(實例2)(雙多孔層和噴嘴掃掠)對具有0.01Ω·cm電阻率的第一P型單晶Si襯底在HF溶液中進行兩步陽極氧化以形成雙多孔層。下面列出陽極氧化條件。第一步驟電流密度7(mA·cm-2)陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間5(分鐘)第一多孔Si層的厚度4.5(μm)第二步驟電流密度30(mA·cm-2)陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間10(秒)第二多孔Si層的厚度0.2(μm)形成雙多孔Si層，并使用由低電流陽極氧化的表面多孔Si層以形成高質量外延Si層，而使用高電流陽極氧化的下面多孔Si層作為分離層。就是說，不同的層被分配不同功能。因此，低電流多孔Si層的厚度不限于上面的值，但可在0.1至數百μm之間。
另外，可以在第二多孔Si層上形成第三和后面的層。
在400℃的氧氣中將該襯底氧化一小時。氧化使多孔Si層中的孔的內壁被熱氧化膜覆蓋。用氫氟酸處理多孔Si層的表面以便僅除去多孔Si層表面上的氧化膜而保留孔內壁上的氧化膜，然后使用CVD使單晶Si層在多孔Si層上外延生長0.3μm。生長條件列出如下源氣體SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180l/min.氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.3μm/min.
此外，使用熱氧化在外延Si層上形成200nm后的氧化膜(一層SiO2層)作為絕緣層。
將分開準備的第二Si襯底的表面放置在SiO2層表面以使它們相互接觸。然后在1180℃對這些襯底進行五分鐘的熱處理以便鍵合。
使用圖3所示裝置分離以這種方式形成的鍵合襯底，分離過程與實施例1中采用的相同。結果是，SiO2層、外延Si層和最初在第一襯底表面上形成的多孔Si層部分被傳送到第二襯底。僅有剩余的多孔Si層部分保留在第一襯底表面上。
接下來，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕傳送到第二襯底的多孔Si層。不腐蝕保留的單晶Si層，從而采用單晶Si層作為腐蝕阻擋材料通過有選擇地腐蝕將多孔Si層整個去掉。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的單晶Si層。該單晶Si層不受多孔Si層有選擇地腐蝕的影響。當在所形成的單晶Si層的整個表面測量100個點測量厚度時，得到的值是200nm±4nm。
用電子透射顯微鏡觀察截面表明在Si層中不出現新晶體缺陷并保持極好的結晶度。
接下來在1100℃的氫氣中進行1小時的熱處理并用原子間力顯微鏡評估表面粗糙度。50μm平方區的均方粗糙度約為0.2nm，與可買到的Si晶片的相似。
通過在第二襯底的表面上而不是在外延層的表面上形成氧化膜或將其形成在兩個表面上可獲得相似的效果。
另外，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕保留在第一襯底上的多孔Si層。接下來，利用氫氣退火或諸如表面磨光之類的表面處理，重新使用第一或第二襯底以重復上面的過程。(實例3)(多孔Si層+通過離子注入形成的分離層和噴嘴掃掠)在HF溶液中對具有0.01Ω·cm電阻率的第一P型單晶Si襯底進行陽極氧化。
下面列出陽極氧化條件。電流密度7(mA·cm-2)陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間11(分鐘)多孔Si層的厚度12(μm)在400℃的氧氣中將該襯底氧化一小時。氧化使多孔Si層中孔的內壁被熱氧化膜覆蓋。用氫氟酸處理多孔Si層表面以便僅除去多孔Si層表面上的氧化膜而保留孔內壁上的氧化膜，然后使用CVD使單晶Si層在多孔Si層上外延生長0.3μm。生長條件列出如下源氣體SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180l/min.氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.3μm/min。
此外，使用熱氧化在外延Si層上形成200nm的氧化膜(一層SiO2層)作為一絕緣層。
以使離子的投射行程存在于外延層/多孔Si界面、多孔Si/襯底界面、或多孔Si層中的方式從第一襯底表面注入離子。這樣允許作為分離層的層形成在與投射行程對應的深度，作為由微腔或濃縮注入離子形成的應力層。
在諸如N2等離子體處理之類的預處理之后，將分開準備的第二Si襯底的表面放置在SiO2層表面以使它們相互接觸。然后在600℃對這些襯底進行10小時熱處理以便鍵合。
使用圖3所示裝置分離以這種方式形成的鍵合襯底，分離過程與實施例1中采用的相同。結果是，SiO2層、外延Si層和最初在第一襯底表面上形成的多孔Si層部分被傳送到第二襯底。僅有剩余的多孔Si層部分保留在第一襯底的表面上。
接下來，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕傳送到第二襯底的多孔Si層。不腐蝕保留的單晶Si層，從而采用單晶Si層作為腐蝕阻擋材料通過有選擇地腐蝕將多孔Si層整個去掉。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的單晶Si層。該單晶Si層不受多孔Si層有選擇腐蝕的影響。當在所形成的單晶Si層的整個表面100個點測量厚度時，得到的值是201nm±4nm。
用電子透射顯微鏡觀察截面表明在Si層中不出現新晶體缺陷并保持極好的結晶度。
接下來在1100℃的氫氣中進行1小時的熱處理并用原子間力顯微鏡評估表面粗糙度。50-μm平方區的均方粗糙度約為0.2nm，與可買到的Si晶片的相似。
通過在第二襯底的表面上而不是在外延層的表面上形成氧化膜或將其形成在兩個表面上可獲得相似的效果。
另外，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕保留在第一襯底上的多孔Si層。接下來，利用氫氣退火或諸如表面磨光之類的表面處理，重新使用第一或第二襯底以重復上面的過程。
根據該實例，在外延層形成之后進行離子住入，但在外延生長前可將離子注入多孔Si層或多孔Si/Si襯底界面。(實例4)(通過離子注入形成的氣泡層和噴嘴掃掠)使用熱氧化在第一單晶Si層上形成200nm的氧化膜(一層SiO2層)作為一絕緣層。
以使離子的投射行程存在于Si襯底中的方式從第一襯底表面注入離子。這樣允許作為分離層的層形成在與投射行程對應的深度，作為由微腔或集總注入離子形成的應力層。
在諸如N2等離子體處理之類的預處理之后，將分開準備的第二Si襯底的表面放置在SiO2層表面以使它們相互接觸。然后在600℃對這些襯底進行10小時熱處理以便鍵合。
使用圖3所示裝置分離以這種方式形成的鍵合襯底，分離過程與實施例1中采用的相同。
結果是，SiO2層、表面單晶層、和最初在第一襯底表面上形成的分離層部分被傳送到第二襯底。僅有剩余的多孔Si層部分保留在第一襯底的表面上。
接下來，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕傳送到第二襯底的分離層。不腐蝕保留的單晶Si層，從而采用單晶Si層作為腐蝕阻擋材料通過有選擇地腐蝕將分離層整個去掉。
如果保留的分離層足夠薄則可省略該腐蝕步驟。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的單晶Si層。該單晶Si層不受分離層有選擇腐蝕的影響。當在所形成的單晶Si層的整個表面100個點測量厚度時，得到的值是201nm±4nm。
用電子透射顯微鏡觀察截面表明在Si層中不出現新晶體缺陷并保持極好的結晶度。
接下來在1100℃的氫氣中進行1小時的熱處理并用原子間力顯微鏡評估表面粗糙度。50-μm平方區的均方粗糙度約為0.2nm，與可買到的Si晶片的相似。
通過在第二襯底的表面上而不是在外延層表面上形成氧化膜或將其形成在兩個表面上可獲得相似的效果。
另外，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕保留在第一襯底上的分離層。接下來，利用氫氣退火或諸如表面磨光之類的表面處理，重新使用第一或第二襯底以重復上面的過程。
根據該實例，經由借助離子注入形成的分離層將Si晶片的表面區傳送到第二襯底，但外延晶片可用來經由通過離子注入形成的分離層將外延層傳送到第二襯底。下面的處理也是可能的。根據該實例進行離子注入后，去掉表面Si2O并形成外延層然后是Si2O層，接下來是鍵合步驟。然后經由通過離子注入形成的分離層將外延層傳送到第二襯底。在后一種情況下，還傳送Si晶片的表面區。(實例5)(晶片的水平錯位和移動)在HF溶液中對具有0.01Ω·cm電阻率的第一P型單晶Si襯底進行陽極氧化 下面列出陽極氧化條件。電流密度7(mA·cm-2)陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間11(分鐘)多孔Si層的厚度12(μm)用多孔Si形成高質量外延Si層并作為分離層。
多孔Si層的厚度不限于上面的值，但可在0.1至數百μm之間。
在400℃的氧氣中將該襯底氧化一小時。氧化使多孔Si層中孔的內壁被熱氧化膜覆蓋。用氫氟酸處理多孔Si層表面以便僅除去多孔Si層表面上的氧化膜而保留孔內壁上的氧化膜，然后使用CVD使單晶Si層在多孔Si層上外延生長0.3μm。生長條件列出如下源氣體SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180l/min.氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.3μm/min.
此外，使用熱氧化在外延Si層上形成200nm的氧化膜(一層SiO2層)作為絕緣層。
將分開準備的第二Si襯底的表面放置在SiO2層表面以使它們相互接觸。然后在1180℃對這些襯底進行五分鐘的熱處理以便鍵合。
使用圖5所示裝置分離以這種方式形成的鍵合襯底。如圖5所示，以使晶片201在水平方向延伸的方式將晶片盒放置在盒座207上。從位于晶片側面的水力噴射裝置0.15mm的噴嘴202和203從與鍵合晶片中的鍵合界面(表面)平行的方向向其中通過斜削形成有縫隙的鍵合晶片中的鍵合區噴射2000kgf/cm2的高壓純水。固定噴嘴并在水平方向掃掠鍵合晶片，以便沿通過斜削形成的間隙接受高壓純水。
該操作使晶片經多孔Si層分成兩部分。然后，用另一個裝載機械手存放和收集作為第一和第二襯底的分離晶片。
SiO2層、外延Si層、和最初在第一襯底表面上形成的多孔Si層部分被傳送到第二襯底。僅有剩余的多孔Si層部分保留在第一襯底的表面上。
接下來，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕傳送到第二襯底的多孔Si層。不腐蝕保留的單晶Si層，從而采用單晶Si層作為腐蝕阻擋材料通過有選擇地腐蝕將多孔Si層整個去掉。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的單晶Si層。該單晶Si層不受多孔Si層有選擇腐蝕的影響。當在所形成的單晶Si層的整個表面100個點測量厚度時，得到的值是200nm±5nm。
用電子透射顯微鏡觀察截面表明在Si層中不出現新晶體缺陷并保持極好的結晶度。
接下來在1100℃的氫氣中進行1小時的熱處理并用原子間力顯微鏡評估表面粗糙度。50-μm平方區的均方粗糙度約為0.2nm，與可買到的Si晶片的相似。
通過在第二襯底的表面上而不是在外延層表面上形成氧化膜或將其形成在兩個表面上可獲得相似的效果。
另外，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕保留在第一襯底上的多孔Si層。接下來，利用氫氣退火或諸如表面磨光之類的表面處理，重新使用第一或第二襯底以重復上面的過程。(實例6)(噴嘴的擺動)在HF溶液中對具有0.01Ω·cm電阻率的第一P型單晶Si襯底進行陽極氧化下面列出陽極氧化條件。電流密度7(mA·cm-2)陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間11(分鐘)多孔Si層的厚度12(μm)用多孔Si形成高質量外延Si層并作為分離層。
在400℃的氧氣中將該襯底氧化一小時。氧化使多孔Si層中孔的內壁被熱氧化膜覆蓋。用氫氟酸處理多孔Si層表面以便僅除去多孔Si層表面上的氧化膜而保留孔內壁上的氧化膜，然后使用CVD使單晶Si層在多孔Si層上外延生長0.3μm。生長條件列出如下源氣體SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180l/min。氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.3μm/min。
此外，使用熱氧化在外延Si層上形成200nm的氧化膜(一層SiO2層)作為一絕緣層。
將分開準備的第二Si襯底的表面放置在SiO2層的表面以使它們相互接觸。然后在1180℃對這些襯底進行五分鐘的熱處理以便鍵合。
使用圖6所示裝置分離以這種方式形成的鍵合襯底。如該圖所示，使鍵合晶片301豎立在垂直方向，從位于晶片上方的水力噴射裝置0.15mm的噴嘴302從與鍵合晶片中的鍵合界面(表面)平行的方向向其中通過斜削形成有縫隙的鍵合晶片中的鍵合區噴射2000kgf/cm2的高壓純水。然后，在與晶片中的鍵合表面同一平面內擺動噴嘴302以形成扇形，從而在該平面內擺動噴射的水流。
該操作使晶片借助多孔Si層分成兩部分。結果是，SiO2層、外延Si層、和最初在第一襯底表面上形成的多孔Si層部分被傳送到第二襯底。僅有剩余的多孔Si層部分保留在第一襯底的表面上。
接下來，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕傳送到第二襯底的多孔Si層。不腐蝕保留的單晶Si層，從而采用單晶Si層作為腐蝕阻擋材料通過有選擇地腐蝕將多孔Si層整個去掉。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的單晶Si層。該單晶Si層不受多孔Si層有選擇腐蝕的影響。當在所形成的單晶Si層的整個表面100個點測量厚度時，得到的值是201nm±4nm。
用電子透射顯微鏡觀察截面表明在Si層中不出現新晶體缺陷并保持極好的結晶度。
接下來在1100℃的氫氣中進行1小時的熱處理并用原子間力顯微鏡評估表面粗糙度。50-μm平方區的均方粗糙度約為0.2nm，與可買到的Si晶片的相似。
通過在第二襯底的表面上而不是在外延層表面上形成氧化膜或將其形成在兩個表面上可獲得相似的效果。
另外，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕保留在第一襯底上的多孔Si層。接下來，利用氫氣退火或諸如表面磨光之類的表面處理，重新使用第一或第二襯底以重復上面的過程。
通過對其中根據實例2至4形成分離層的晶片進行分離獲得相似結果。(實例7)(晶片的轉動)在HF溶液中對具有0.01Ω·cm電阻率的第一P型單晶Si襯底進行陽極氧化下面列出陽極氧化條件。電流密度7(mA·cm-2)陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間11(分鐘)多孔Si層的厚度12(μm)用多孔Si形成高質量外延Si層并作為分離層。
在400℃的氧氣中將該襯底氧化一小時。氧化使多孔Si層中孔的內壁被熱氧化膜覆蓋。用氫氟酸處理多孔Si層表面以便僅除去多孔Si層表面上的氧化膜而保留孔內壁上的氧化膜，然后使用CVD使單晶Si層在多孔Si層上外延生長03μm。生長條件列出如下源氣體SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180l/min.氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.3μm/min.
此外，使用熱氧化在外延Si層上形成200nm的氧化膜(一層SiO2層)作為一絕緣層。
將分離準備的第二Si襯底的表面放置在SiO2層的表面以使它們相互接觸。然后在1180℃對這些襯底進行5分鐘的熱處理以便鍵合。
使用圖4所示裝置分離以這種方式形成的鍵合襯底。
使鍵合晶片401在垂直方向豎立。
設置鍵合晶片401以便將其裝配在定位支桿413上并由夾持器404吸住和夾持。將鍵合晶片401夾持在準確位置以裝配在定位支桿413上后，移動噴嘴402直到其垂直地位于鍵合晶片401頂部，并且晶片401和噴嘴402之間的距離設定為15mm。然后，借助軸承411向前(圖中向左)移動夾持器403直到其吸住并夾持晶片401。
然后，在規定時間周期從水力噴射泵414向噴嘴402提供無磨損材料顆粒的水，直到注入的流體穩定，打開擋板406從噴嘴402向鍵合晶片401側面厚度方向的中心注入高壓純水。此刻，轉動夾持器404以便轉動鍵合晶片401和夾持器403。高壓水還進入多孔Si層以擴展鍵合晶片401，從而使其最終分成兩部分。
接下來，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕傳送到第二襯底的多孔Si層。不腐蝕保留的單晶Si層，從而采用單晶Si層作為腐蝕阻擋材料通過有選擇地腐蝕將多孔Si層整個去掉。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的單晶Si層。該單晶Si層不受多孔Si層有選擇腐蝕的影響。當在所形成的單晶Si層的整個表面100個點測量厚度時，得到的值是200nm±3nm。
用電子透射顯微鏡觀察截面表明在Si層中不出現新晶體缺陷并保持極好的結晶度。
接下來在1100℃的氫氣中進行1小時的熱處理并用原子間力顯微鏡評估表面粗糙度。50-μm平方區的均方粗糙度約為0.2nm，與可買到的Si晶片的相似。
通過在第二襯底的表面上而不是在外延層表面上形成氧化膜或將其形成在兩個表面上可獲得相似的效果。
另外，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕保留在第一襯底上的多孔Si層。接下來，利用氫氣退火或諸如表面磨光之類的表面處理，重新使用第一或第二襯底以重復上面的過程。
通過對其中根據實例2至4形成分離層的晶片進行分離獲得相似結果。(實例8)(對角注入)在HF溶液中對具有0.01Ω·cm電阻率的第一P型單晶Si襯底進行陽極氧化。下面列出陽極氧化條件。電流密度7(mA·cm-2)陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間11(分鐘)多孔Si層的厚度12(μm)用多孔Si形成高質量外延Si層并作為分離層。
多孔Si層的厚度不限于上面的值，而是可以在0.1至數百μm之間。
在400℃的氧氣中將該襯底氧化一小時。氧化使多孔Si層中孔的內壁被熱氧化膜覆蓋。用氫氟酸處理多孔Si層表面以便僅除去多孔Si層表面上的氧化膜而保留孔內壁上的氧化膜，然后使用CVD使單晶Si層在多孔Si層上外延生長0.3μm。生長條件列出如下源氣體SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180l/min.氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.3μm/min.
此外，使用熱氧化在外延Si層上形成200nm的氧化膜(一層SiO2層)作為一絕緣層。
將分開準備的第二Si襯底的表面放置在SiO2層的表面以使它們相互接觸。然后在1180℃對這些襯底進行5分鐘的熱處理以便鍵合。
使鍵合晶片301豎立在垂直方向，從位于晶片上方的水力噴射裝置0.15mm直徑的噴嘴302從與鍵合界面(表面)傾斜α角的方向向其中通過斜削形成有縫隙的鍵合晶片中的鍵合區噴射2000kgf/cm2的高壓純水。
用圖4所示的裝置夾持晶片并如圖8所示設置噴嘴，以便對著晶片側面注射流體。
接下來，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕傳送到第二襯底的多孔Si層。不腐蝕保留的單晶Si層，從而采用單晶Si層作為腐蝕阻擋材料通過有選擇地腐蝕將多孔Si層整個去掉。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的單晶Si層。該單晶Si層不受多孔Si層有選擇腐蝕的影響。當在所形成的單晶Si層的整個表面100個點測量厚度時，得到的值是201nm±4nm。
用電子透射顯微鏡觀察截面表明在Si層中不出現新晶體缺陷并保持極好的結晶度。
接下來在1100℃的氫氣中進行1小時的熱處理并用原子間力顯微鏡評估表面粗糙度。50-μm平方區的均方粗糙度約為0.2nm，與可買到的Si晶片的相似。
通過在第二襯底的表面上而不是在外延層表面上形成氧化膜或將其形成在兩個表面上可獲得相似的效果。
另外，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕保留在第一襯底上的多孔Si層。接下來，利用氫氣退火或諸如表面磨光之類的表面處理，重新使用第一或第二襯底以重復上面的過程。
通過對其中根據實例2至4形成分離層的晶片進行分離獲得相似結果。(實例9)(多束噴射)在HF溶液中對具有0.01Ω·cm電阻率的第一P型單晶Si襯底進行陽極氧化。下面列出陽極氧化條件。電流密度7(mA·cm-2)陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間11(分鐘)多孔Si層的厚度12(μm)用多孔Si形成高質量外延Si層并作為分離層。
多孔Si層的厚度不限于上面的值，而是可以在0.1至數百μm之間。
在400℃的氧氣中將該襯底氧化一小時。氧化使多孔Si層中孔的內壁被熱氧化膜覆蓋。用氫氟酸處理多孔Si層表面以便僅除去多孔Si層表面上的氧化膜而保留孔內壁上的氧化膜，然后使用CVD使單晶Si層在多孔Si層上外延生長0.3μm。生長條件列出如下源氣體SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180l/min.氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.3μm/min.
此外，使用熱氧化在外延Si層上形成200nm的氧化膜(一層SiO2層)作為絕緣層。
將分開準備的第二Si襯底的表面放置在SiO2層的表面以使它們相互接觸。然后在1180℃對這些襯底進行5分鐘的熱處理以便鍵合。
使用圖9所示的裝置分離以這種方式形成的鍵合襯底。
如圖9所示，用晶片夾持器708夾持鍵合晶片701兩側，以使其豎立在垂直方向，通過位于晶片上方或側面的三個水力噴射裝置0.15mm的噴嘴702至704從與鍵合晶片中的鍵合界面(表面)平行的方向向通過斜削形成在晶片701中的縫隙噴射2000kgf/cm2的高壓純水。多個噴嘴在高壓純水沿通過斜削形成的縫隙移動的方向掃掠。
該操作使晶片借助多孔Si層被分離成兩部分。
結果是，SiO2層、外延Si層、和最初在第一襯底表面上形成的多孔Si層部分被傳送到第二襯底。僅有剩余的多孔Si層部分保留在第一襯底的表面上。
接下來，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕傳送到第二襯底的多孔Si層。不腐蝕保留的單晶Si層，從而采用單晶Si層作為腐蝕阻擋材料通過有選擇地腐蝕將多孔Si層整個去掉。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的單晶Si層。該單晶Si層不受多孔Si層有選擇地腐蝕的影響。當在所形成的單晶Si層的整個表面100個點測量厚度時，得到的值是201nm±4nm。
用電子透射顯微鏡觀察截面表明在Si層中不出現新晶體缺陷并保持極好的結晶度。
接下來在1100℃的氫氣中進行1小時的熱處理并用原子間力顯微鏡評估表面粗糙度。50-μm平方區的均方粗糙度約為0.2nm，與可買到的Si晶片的相似。
通過在第二襯底的表面上而不是在外延層表面上形成氧化膜或將其形成在兩個表面上可獲得相似的效果。
另外，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕保留在第一襯底上的多孔Si層。接下來，利用氫氣退火或諸如表面磨光之類的表面處理，重新使用第一或第二襯底以重復上面的過程。
通過對其中根據實例2至4形成分離層的晶片進行分離獲得相似結果。
在根據實例5至8的水力噴射注入法中使用多個噴嘴也可有效地分離鍵合晶片。(實例10)(狹縫噴射)在HF溶液中對具有0.01Ω·cm電阻率的第一P型單晶Si襯底進行陽極氧化。下面列出陽極氧化條件。電流密度7(mA·cm-2)陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間11(分鐘)多孔Si層的厚度12(μm)用多孔Si形成高質量外延Si層并作為分離層。
多孔Si層的厚度不限于上面的值，而是可以在0.1至數百μm之間。
在400℃的氧氣中將該襯底氧化一小時。氧化使多孔Si層中孔的內壁被熱氧化膜覆蓋。用氫氟酸處理多孔Si層表面以便僅除去多孔Si層表面上的氧化膜而保留孔內壁上的氧化膜，然后使用CVD使單晶Si層在多孔Si層上外延生長0.3μm。生長條件列出如下源氣體SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180l/min.氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.3μm/min.
此外，使用熱氧化在外延Si層上形成200nm的氧化膜(一層SiO2層)作為絕緣層。
將分開準備的第二Si襯底的表面放置在SiO2層的表面以使它們相互接觸。然后在1180℃對這些襯底進行5分鐘的熱處理以便鍵合。
使用圖10A和10B所示的裝置分離以這種方式形成的鍵合襯底。
如圖10A和10B所示，使鍵合晶片豎立在垂直方向，通過位于晶片上方或側面的水力噴射裝置0.15mm寬和50mm長的狹縫形噴嘴，從與鍵合晶片中的鍵合界面(表面)平行的方向對著通過斜削形成在晶片中的縫隙噴射800kgf/cm2的高壓純水。該狹縫與鍵合晶片中的鍵合界面(表面)平行設置，并且對著通過斜削形成在晶片中的縫隙準確地注射線狀水流。多個噴嘴在高壓純水沿通過斜削形成的縫隙移動的方向掃掠。
該操作使晶片借助多孔Si層被分離成兩部分。
結果是，SiO2層、外延Si層、和最初在第一襯底表面上形成的多孔Si層部分被傳送到第二襯底。僅有剩余的多孔Si層部分保留在第一襯底的表面上。
接下來，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕傳送到第二襯底的多孔Si層。不腐蝕保留的單晶Si層，從而采用單晶Si層作為腐蝕阻擋材料通過有選擇地腐蝕將多孔Si層整個去掉。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的單晶Si層。該單晶Si層不受多孔Si層有選擇地腐蝕的影響。當在所形成的單晶Si層的整個表面100個點測量厚度時，得到的值是201nm±4nm。
用電子透射顯微鏡觀察截面表明在Si層中不出現新晶體缺陷并保持極好的結晶度。
接下來在1100℃的氫氣中進行1小時的熱處理并用原子間力顯微鏡評估表面粗糙度。50-μm平方區的均方粗糙度約為0.2nm，與可買到的Si晶片的相似。
通過在第二襯底的表面上而不是在外延層表面上形成氧化膜或將其形成在兩個表面上可獲得相似的效果。
另外，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕保留在第一襯底上的多孔Si層。接下來，利用氫氣退火或諸如表面磨光之類的表面處理，重新使用第一或第二襯底以重復上面的過程。
通過對其中根據實例2至4形成分離層的晶片進行分離獲得相似結果。(實例11)(石英襯底)制備石英透光襯底作為第二襯底。
在鍵合和在400℃進行100小時熱處理前對石英表面施用N2等離子體處理。然后，在低于1000℃的氫氣下進行熱處理以弄平分離后的SOI表面，這種情況下，在970℃進行4小時熱處理。
其它處理與實例1至10中的相同。
如果用絕緣材料的透明襯底作為第二襯底，在實例1至10中在外延Si層表面上形成氧化膜(絕緣層)不一定很重要。然而，為使上面將依次形成諸如晶體管之類元件的外延Si層離開鍵合界面以減少界面中雜質的影響，最好形成氧化膜(絕緣層)。(實例12)(Si上的GaAs)通過形成由GaAs代表的化合物半導體的外延層可同樣實施實例1至10。
這種情況下，水力噴射壓力保持在500至3500kgf/cm2，并且噴嘴直徑為0.1mm或更大(鍵合晶片總厚度的一半)。
使GaAs外延層在多孔Si層上生長的方法不限于CVD法，而是可通過諸如MBE、濺射、和液相生長法之類的各種方法實現。該層的厚度在數nm和數百nm之間。
在這些實例的每一個中，用于離子注入層或多孔層的選擇腐蝕液不限于49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物，但由于其巨大的表面積，可使用下列液體腐蝕多孔Si層氫氟酸氫氟酸+酒精；氫氟酸+酒精+過氧化氫溶液；緩沖氫氟酸緩沖氫氟酸+酒精；緩沖氫氟酸+過氧化氫溶液；緩沖氫氟酸+酒精+過氧化氫溶液；氫氟酸、硝酸、和乙酸。
其它步驟不限于這些實例中的條件，而是可使用各種其它條件。(實例13)(晶片轉動)制備具有0.01Ω·cm電阻率的盤形P型單晶Si晶片并使其表面在HF溶液中進行陽極氧化。
下面列出陽極氧化條件。電流密度7(mA·cm-2)陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間11(分鐘)多孔Si層的厚度12(μm)在400℃的氧氣中將該晶片氧化一小時。氧化使多孔Si層中孔的內壁被熱氧化膜覆蓋。用氫氟酸處理多孔Si層表面以便僅除去多孔Si層表面上的氧化膜而保留內壁上的氧化膜，然后使用CVD使單晶Si層在多孔Si層上外延生長0.3μm。生長條件列出如下源氣體SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180l/min.氣壓80 Torr溫度950℃生長速度0.3μm/min.
此外，使用熱氧化在外延Si層上形成200nm的氧化膜(一層SiO2層)作為一絕緣層。
除了以這種方式形成的第一襯底外，制備一個盤形Si晶片作為第二Si襯底。
將第二Si襯底的表面放置在第一Si襯底的SiO2層的表面以使它們相互接觸。然后在1180℃對這些襯底進行5分鐘的熱處理以便鍵合。
接下來，做好準備以便用圖14、15、和17至20所示裝置分離由鍵合晶片組成的組合元件。
定位作為組合元件的晶片以使其在垂直方向豎立，同時裝配在定位座35中的凹口上。
從管道52和54向增壓通道56提供增壓空氣，夾持部分45a和46a分別向晶片前表面和后表面移動，以使晶片前和后表面分別與各具有開口op的夾持部分45a和46a相鄰，如圖18所示。
使用管道51和53，將晶片吸住并固定到夾持部分45a和46a。停止提供增壓空氣，并使用彈簧47和48在晶片前和后表面相反的法線方向向晶片提供壓力。
隨著擋板61的關閉，無磨損顆粒的純水從泵62強有力地輸送到直徑0.15mm的噴嘴，泵62工作，以約200kgf/cm2的壓力注射水。
定位座35移到其備用位置，接通電機32的電力，經軸31以及皮帶27和28傳送轉動驅動力，以轉動夾持器21和22。
由于夾持部分45a和46a吸住晶片，它開始與夾持器21和22在相同方向以相同角速度同時轉動。
打開擋板61以對著晶片側面的分離部分噴射水流，如圖19所示。
來自水力噴射裝置的水進入分離部分中的孔，以便在作為分離部分的多孔層周圍分離晶片。
隨著水力噴射的注入和晶片的連續轉動，通過分離形成的縫隙從晶片周邊逐漸向其轉動中心擴大并最終將晶片分離，如圖20所示。
由于晶片在圖20中所示的箭頭TA和TB方向受力，該晶片與晶片轉動中心的最后分離處同時分離，如圖20所示。
接下來，停止強制供水并從夾持部分45a和46a移去分離的晶片。
接下來，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕傳送到第二襯底的剩余多孔Si層。不腐蝕保留的單晶Si層，從而采用單晶Si層作為腐蝕阻擋材料通過有選擇地腐蝕將多孔Si層整個去掉，從而露出薄單晶Si層。
于是，獲得在第二襯底的Si氧化膜上具有0.2μm厚的單晶Si層的第一SOI襯底。該單晶Si層不受多孔Si層有選擇地腐蝕的影響。當在所形成的單晶Si層整個表面100個點測量厚度時，得到的值是201nm±2nm。
用電子透射顯微鏡觀察截面表明在Si層中不出現新晶體缺陷并保持極好的結晶度。
接下來在1100℃的氫氣中進行50分鐘的熱處理并用原子間力顯微鏡評估表面粗糙度。50-μm平方區的均方粗糙度約為0.2nm。
另外，使用49％的氫氟酸和30％的過氧化氫溶液的混合物通過攪拌有選擇地腐蝕保留在第一襯底上的多孔Si層。接下來，進行諸如磨光之類的表面處理，重新使用第一或第二襯底以重復上面的過程。
對已磨光的第一襯底再次進行陽極氧化以形成多孔Si層，并使無孔單晶Si在其上生長。氧化已外延生長的無孔單晶Si層表面。然后，將作為第三襯底分開制備的Si晶片表面鍵合到第一襯底的單晶Si層的氧化表面上。
上面的處理條件與第一鍵合晶片生產中的相同。
以與上面描述的第一分離方法中相同的方式再次分離晶片，以得到在第三襯底的絕緣表面上具有單晶Si層的第二SOI襯底。
重復上述過程，循環第一襯底以制造第三和第四SOI襯底。
如上所述，本發明能使內部具有分離區的組合元件在分離區周圍分離成多個更小的元件，而除分離區外不損壞或破壞那些部分。因此，本發明使半導體襯底具有比常規半導體更高的質量，制造容易并可靠，并具有高產量。
權利要求
1.一種分離設備，用于分離一種組合元件，包括一個保持裝置，用于保持一個組合元件；以及一個噴射裝置，用于把高壓流體噴射到所述組合元件的一個側表面上從而對所述組合元件進行機械分離。
2.一種分離設備，用于分離一種組合元件，包括一個保持裝置，用于保持一個組合元件；一個噴射裝置，用于把高壓流體從一個噴嘴噴射到所述組合元件的一個側表面從而對所述組合元件進行機械分離；一個運動機構裝置，用于使所述組合元件沿著該組合元件的一個分離平面相對于所述噴嘴作相對運動，其中當噴射所述流體時所述流體所噴射到的所述側表面的位置是移動的。
3.根據權利要求2的分離設備，其中所述噴射裝置從所述噴嘴噴射高壓水流。
4.根據權利要求2的分離設備，其中所述組合元件是固定的且所述噴嘴是移動的以使所述組合元件相對于所述噴嘴作相對運動。
5.根據權利要求2的分離設備，其中所述組合元件被轉動以使所述組合元件相對于所述噴嘴作相對運動。
6.根據權利要求2的分離設備，還包括一個保持器，用于保持所述組合元件；一個噴嘴水平運動機械裝置，用于沿著所述組合元件的所述分離平面并沿著水平方向移動所述噴嘴；以及一個噴嘴縱向運動機械裝置，用于調節所述組合元件與所述噴嘴之間的一個縱向距離。
7.根據權利要求2的分離設備，還包括用于以繞一個支撐點劃出一個扇形的方式對所述噴嘴進行掃描的裝置。
8.根據權利要求2的分離設備，其中所述噴嘴繞所述組合元件轉動。
9.根據權利要求2的分離設備，包括多個噴嘴。
10.根據權利要求2的分離設備，其中所述組合元件得到掃描以在所述噴嘴被固定的情況下對所述水流進行掃描。
11.根據權利要求2的分離設備，其中所述組合元件以可轉動的方式得到保持，且所述流體在所述組合元件繞所述組合元件的所述分離平面的中心轉動的同時被噴射到所述組合元件上。
12.根據權利要求2的分離設備，其中所述組合元件的一個第一表面被所述第一保持器所吸收，所述組合元件的一個第二表面被所述第二保持器所吸收，且所述第一和第二保持器之一借助一個驅動裝置而繞其本身的軸轉動。
13.根據權利要求2的分離設備，其中所述組合元件的一個第一表面被所述第一保持器所吸收，所述組合元件的一個第二表面被所述第二保持器所吸收，且所述第一和第二保持器借助一個驅動裝置而繞它們自己的軸作同步轉動。
14.根據權利要求2的分離設備，其中所述保持裝置對所述組合元件進行保持從而使所述組合元件的所述分離平面處于一個水平位置。
15.用于對一種組合元件進行分離的方法，包括以下步驟借助一個保持裝置保持一個組合元件；以及把高壓流體噴射到所述組合元件的一個側表面上從而對所述組合元件進行機械分離。
16.分離一種組合元件的一種方法，包括以下步驟借助一個保持裝置而保持一個組合元件；把高壓流體從一個噴嘴噴射到所述組合元件的一個側表面從而對所述組合元件進行機械分離；使所述組合元件沿著該組合元件的一個分離平面相對于所述噴嘴作相對運動，其中當噴射所述流體時所述流體所噴射到的所述側表面的位置是移動的。
17.根據權利要求16的分離方法，其中所述流體是高壓水流。
18.根據權利要求16的分離方法，其中所述組合元件是固定的且所述噴嘴是移動的以使所述組合元件相對于所述噴嘴作相對運動。
19.根據權利要求16的分離方法，其中所述組合元件被轉動以使所述組合元件相對于所述噴嘴作相對運動。
20.根據權利要求16的方法，其中所述噴嘴以繞一個支撐點劃出一個扇形的方式得到掃描。
21.根據權利要求16的方法，其中所述噴嘴沿著所述組合元件的所述側表面繞所述組合元件轉動。
22.根據權利要求16的方法，其中所述流體從多個噴嘴噴射。
23.根據權利要求16的方法，其中所述組合元件得到掃描以在所述噴嘴被固定的情況下對所述水流進行掃描。
24.根據權利要求16的方法，其中所述組合元件以可轉動的方式得到保持，且所述流體在所述組合元件繞所述組合元件的所述分離平面的中心轉動的同時被噴射到所述組合元件上。
25.根據權利要求16的方法，其中所述組合元件的一個第一表面被所述第一保持器所吸收，所述組合元件的一個第二表面被所述第二保持器所吸收，且所述第一和第二保持器之一借助一個驅動裝置而繞其本身的軸轉動。
26.根據權利要求16的方法，其中所述組合元件的一個第一表面被所述第一保持器所吸收，所述組合元件的一個第二表面被所述第二保持器所吸收，且所述第一和第二保持器借助一個驅動裝置而繞它們自己的軸作同步轉動。
27.根據權利要求16的方法，其中所述組合元件被保持從而使所述組合元件的所述分離平面處于一個水平位置。
28.根據權利要求16的方法，其中所述組合元件，是通過對具有用于提供所述分離平面的一個分離區的一個第一元件和一個第二元件進行接合，而形成的。
29.根據權利要求16的方法，其中所述組合元件，是通過對具有用于提供所述分離平面的一個多孔層或一個離子注入層的一個第一元件和一個第二元件進行接合，而形成的。
30.根據權利要求16的方法，其中在所述組合元件的所述側表面上形成有一個凹陷部分或一個窄的間隙。
31.根據權利要求16的方法，其中所述流體是不含研磨顆粒的純水。
全文摘要
為分離由多個鍵合元件組成的組合元件而不將其破壞或損壞，從噴嘴對著組合元件噴射流體，以便在與鍵合位置不同的位置將組合元件分離成多個元件。
文檔編號H01L21/683GK1444252SQ0310755
公開日2003年9月24日 申請日期1998年3月27日 優先權日1997年3月27日
發明者近江和明, 米原隆夫, 坂口清文, 柳田一隆 申請人:佳能株式會社