專利名稱：用于使基片裂開的工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種為了從基片剝離膜而使所述基片裂開的工藝。
背景技術：
特別地在半導體工業中執行從基片剝離厚膜。早已知并廣泛采用各種剝離工藝。某些工藝包括在基片內形成限定待剝離的膜的弱化區，然后將應力施加至基片或弱化區從而使基片在弱化區中裂開。這些應力可以基于熱源和/或機械源等。因此，SmartCut (智能剝離)工藝包括通過注入原子物種而在供體基片中形成限定待轉移的膜的弱化區，然后將供體基片結合到受體基片并且使弱化區中的供體基片裂開，而導致膜被轉移到受體基片上。然而，該工藝更適于轉移薄膜，也就是說通常具有小于1微米厚度的膜。工業離子注入機通常具有達至200keV的能量，從而得到能夠達至大約2微米的注入深度，這取決于材料和注入的離子種類。例如，通過將H+離子注入硅中，可以得到大約1.8微米的深度。但是得到的深度在致密的GaN中將較小。存在高能離子注入機，即，以大約IMeV操作，這將允許得到達至20微米的深度，但是該工藝在經濟上不可行，因為這些機器的高成本。專利申請US 2007/0M9140描述了一種從硅基片剝離層的方法，其中金屬層，具體是銀膠和/或鋁膠沉積在基片的表面上。將熱應力施加在覆蓋有金屬層的基片上而在基片中的與想要剝離的層的厚度對應的深度處產生裂開應力，導致基片的裂開和希望層的剝離。得到的裂開應力取決于金屬層的材料和基片的材料之間的熱膨脹系數(TEC)的差。因此，例如，硅的熱膨脹系數是4. 6X KT6IT1,而銀的熱膨脹系數是20X KT6IT1,并且鋁的熱膨脹系數是MX ιο—κΛ然而，在硅基片上沉積金屬具有污染半導體層的風險，這對由該層制造的裝置的操作不利。而且，應力產生層的熱膨脹系數取決于采用的材料的性質。結果，本領域技術人員必定受限于市場上可買到的材料的工藝的限定。具體地，他必定不能形成具有希望的熱膨脹系數的應力產生層。最后，為了使應力產生層根據前述方法膨脹，通常必須將該層加熱到高溫，也就是說通常大約800°C。然而，在該溫度范圍中硅是可延展的，使得不利于使基片裂開。因此，本發明的目的之一是提供一種用于從基片(通常具有1至100微米之間的厚度)剝離膜的工藝，該工藝避免了前述方法的缺點。
更確切地說，本發明的目的是使膜能夠從基片剝離而沒有污染該基片的材料的風險。本發明的另一個目的是限制使基片裂開所需的溫度。此外，特別是為了最優地使基片裂開，本發明也必須提供應力產生結構的熱膨脹系數的更大的選擇自由。
發明內容
根據本發明，提出一種為了從基片剝離膜而使該基片裂開的工藝，其包括下列連續步驟(i)形成所謂的應力產生結構，該應力產生結構局部結合到所述基片的表面，并且設計成在熱處理的作用下在平行于該基片的平面中膨脹或收縮；和(ii)向所述應力產生結構施加熱處理，該施加步驟設計成使所述應力產生結構膨脹或收縮從而在所述基片中產生多個局部應力，這些局部應力的結合在平行于所述基片的表面的裂開平面中產生比所述基片的機械強度大的應力，所述平面限定待剝離的所述膜， 所述應力導致所述基片在所述平面范圍內裂開。術語“結合”在本文本中被理解為是指所述應力產生結構和所述基片的表面之間的內聚力必須大于在所述應力產生結構的膨脹或收縮期間施加的應力，使得在界面處沒有裂縫，并且通過使所述應力產生結構變形而產生的應力被傳遞到所述基片以便使其裂開。術語“局部地”被理解為是指所述應力產生結構和所述基片之間的結合僅存在于所述基片的表面的限定區域中而不是該基片的表面上所有點處。特別有利地，所述應力產生結構是蜂窩狀結構，該蜂窩狀結構的隔室的壁垂直于所述基片的表面，并且包括具有設計成允許所述壁在所述熱處理的作用下變形的不同熱膨脹系數的至少兩種材料，而提供雙材料條作用。表達“提供雙材料條作用”在本文本中被理解為是指具有不同熱膨脹系數的兩種材料被放置成相互結合，使得組件在熱處理的作用下并且可選地假如其中一種材料還是磁致伸縮的則在磁場的作用下通過膨脹或收縮而變形。根據下述實施方式，所述兩種材料可以采取結合在一起的兩個條的形式，所述兩種材料之間的界面具有大體上垂直于所述基片的表面的表面。廣義來說，術語“雙材料條”也被理解為是指呈結合在一起的多條形式的具有不同膨脹系數的兩種或多種材料的任何布置，所述材料中的每一種之間的界面呈大體上與所述基片的表面垂直的表面的形式。因此，該定義包括三材料條，該三材料條包括例如分別由具有正熱膨脹系數(TEC) 的材料制成的條和具有負熱膨脹系數的材料制成的條圍繞的硅制成的中央條。根據本發明的一個實施方式，所述隔室的壁是由第一材料和第二材料形成的雙材料條，所述第一材料和所述第二材料的熱膨脹系數不同，比值至少為2。例如，所述應力產生結構包括由下列材料對形成的雙材料條Si/Ag、Si/Al、Si/ CiuSi/SiOyGe/AgAGe/ALGe/CiuGe/i^^e/SiA、藍寶石 /Ag、藍寶石 /Al、藍寶石 /Cu 和 / 或藍寶石/Si02。根據另一個實施方式，所述隔室的壁是由第一材料和第二材料形成的雙材料條，其中一種材料具有正熱膨脹系數而另一種材料具有負熱膨脹系數。例如，所述雙材料條由下列材料對形成Si/ZrW208、Cu/ZrW208、Al/Zrff208和/或 AgzM2O8。根據另一個實施方式，所述雙材料條的所述第一材料和所述第二材料由空隙或者第三材料條分開，具體地所述雙材料條由Ag/ZrW208形成，并且所述第三材料條是硅。特別有利地，步驟(ii)的所述熱處理在20至500°C之間的溫度下施加。根據本發明的一個特別有利的實施方式，所述應力產生結構還設計成在磁場的作用下在平行于所述基片的表面的平面中膨脹或收縮。為了這個目的，所述應力產生結構是蜂窩狀結構，該蜂窩狀結構的隔室的壁垂直于所述基片的表面并且包括至少兩種材料，所述材料具有設計成允許所述壁在所述熱處理的作用下變形的不同熱膨脹系數，并且所述材料中的一種是磁致伸縮材料。優選地，所述磁致伸縮材料是諸如terfenol-D、SmFe2, DyFe2或TWe2的稀土 /鐵合金，并且另一種材料是硅、SiC或鍺。在該情況下，優選地所述熱處理在所述磁致伸縮材料的居里溫度以下的溫度下施力口，并且還向所述應力產生結構施加磁場，以適于導致所述磁致伸縮材料伸長或收縮。假如所述基片具有細長形狀，則施加的所述磁場優選地是靜態的并且平行于所述基片的最大尺寸取向。假如所述基片呈圓盤形式，則所施加的磁場是旋轉場，從而使所述應力產生結構沿垂直于與所述基片的表面平行的所述平面的兩個方向膨脹或收縮。根據本發明的一個具體實施方式
，所述應力產生結構通過結合層被結合至所述基片的表面。在被結合至所述基片之前，所述應力產生結構可以通過以下方式制造在所述第一材料形成的層中蝕刻出槽，用所述第二材料填充所述槽，掩蔽所述第一材料制成的所述層的形成所述雙材料條的部分，并且選擇性地蝕刻所述層從而去除所述第一材料的未掩蔽部分。另選地，通過以下方式將所述應力產生結構結合至所述基片在所述基片的表面上沉積所述第一材料層，然后在所述層中蝕刻出槽，用所述第二材料填充所述槽，掩蔽所述第一材料形成的層的待用于形成雙材料條的部分，并且選擇蝕刻所述層從而去除所述第一材料的未掩蔽部分。從所述基片剝離的所述膜的厚度介于1至100微米之間，優選地介于30至70微米之間，例如大約為50微米。通常，待剝離的所述膜的厚度與所述應力產生結構的厚度的比在0. 1于10之間。根據一個具體實施方式
，在步驟(ii)之前，在所述基片中形成弱化區從而在所述弱化區的范圍內產生所述裂開。例如，通過在所述基片中的所述裂開平面的深度處以5 X IO15和5 X IO"5原子/厘米2的劑量進行離子注入而形成所述弱化區。另選地，所述基片和待剝離的所述膜由硅制成，并且所述弱化區是SixGei_x層，其中0 < χ < 0. 8，在該SixGei_x層中，鍺的比例在界面處的最小值和中央處的最大值之間逐漸變化。
根據一個實施方式，在步驟(ii)之前，在所述基片中的所述裂開平面的深度處產生起裂部。在步驟(i)之前，可以在與所述基片剝離的所述膜中或膜上形成電子器件，所述電子器件用于光電子應用、光伏應用和/或動力應用，和/或用于電子電路和/或用于微系統。在所述膜已被從所述基片剝離之后，可以從所述膜去除所述應力產生結構。例如，所述應力產生結構在被從所述剝離的膜去除之后，其可以被重復利用，以再次利用所述應力產生結構裂開基片。通常，所述基片由半導體材料制成。根據本發明的一個具體實施方式
，所述基片是錠料，并且所述步驟(i)和步驟 (ii)被實施若干次以從所述基片連續地剝離將多個膜。本發明的另一個主題是一種包括基片和結合至所述基片的表面的應力產生結構的組件，其特征在于，所述應力產生結構是蜂窩狀結構，該蜂窩狀結構的隔室的壁垂直于所述基片的表面，并且包括至少兩種材料，所述至少兩種材料具有適于允許所述壁在熱處理的作用下變形的不同的熱膨脹系數。最后，本發明的另一個主題是用于光伏應用、光電子應用或電子應用的半導體裝置，該半導體裝置包括半導體材料形成的膜和支撐件，該支撐件是結合至所述膜的表面的蜂窩狀結構，該蜂窩狀結構的隔室的壁垂直于所述膜的表面并且包括至少兩種材料，所述至少兩種材料具有適于允許所述壁在熱處理的作用下變形的不同熱膨脹系數。
參照附圖從下列詳細描述中將清楚本發明的其它特征和優點，其中圖1是根據本發明的基片和應力產生結構的剖視圖；圖2是圖1的裂開的基片和所述結構的剖視圖；圖3是本發明的一個具體實施方式
的俯視圖，其中所述結構由多個隔室形成，所述隔室的壁是雙材料條；圖4A至4E示出了用于生產圖3的結構的工藝的步驟；圖5是示意地示出將磁場施加于應力產生結構的剖視圖；圖6是本發明的一個實施方式的剖視圖，其中待裂開的基片已被預弱化，以及圖7是另選實施方式的剖視圖，其中在待裂開的基片中產生起裂部。為了使更易于查看圖示，不必考慮各種層的厚度的比。
具體實施例方式裂開工藝參看圖1，在基片1的表面上形成適于在施加熱處理的情況下變形的結構2。基片可以是任何材料(半導體、金屬等)并且不管其晶體結構(單晶、多晶、非結晶的)。優選地，基片由半導體材料，諸如Si、SiC或Ge，IV、II/VI或III/V類型的基片， 諸如GaN、InGaN, GaAs或hP，和這些元素的其它二元、三元或四元合金制成。
根據一個具體實施方式
，已被從基片剝離的膜是由多重半導體材料形成的活性膜，和/或包括用于光電子應用(例如用于LED或激光器)和/或光伏應用(諸如用于陸地和空間應用的多結電池)的電子器件。膜還可以包括具體是用于動力應用和/或微系統的電子電路。在將應力產生結構結合至基片之前，在待剝離的膜中或膜上形成所述器件。該結構必須被結合至基片的表面從而向其傳遞應力，這導致基片的裂開。因此選擇了結構和基片之間結合的適當方法。根據具有的材料，可以通過分子粘附(通常稱為直接結合)、通過焊接或者通過適當的粘合劑(尤其是對將為了導致基片裂開而進行的熱處理的溫度有良好抵抗性的一種粘合劑)進行結合。當所述結構必須被從待與基片剝離的膜去除時，優選地是提供可逆地結合的粘合劑，即，將允許結構能被非破壞性地去除的一種粘合劑。 例如，所采用的粘合劑是環氧樹脂粘合劑。這種粘合劑具有可水解的優點，因此它能通過100°C蒸汽的作用被去除。在圖1所示的實施方式中，結構2借助結合層3被結合至基片1的表面。然而，結合層是可選的，并且根據所涉及的材料，通過使應力產生結構與基片的表面直接接觸可以進行直接結合操作。如例如圖3中所示，結構2是蜂窩狀結構，稍后詳細地說明用于生產所述結構的一種工藝。隔室2’的壁2”包括具有顯著不同的熱膨脹系數的材料制成的雙材料條(或者甚至是三材料條)，所述壁垂直于基片的表面。術語“顯著不同”被理解為是指，例如在兩個材料的熱膨脹系數之間存在大約2以上的比值，或者所述材料的熱膨脹系數是異號的。應力產生結構和基片之間的界面限于隔室的壁和基片接觸的區域，使得應力產生結構被局部結合至基片。為了使基片裂開，在適于導致結構2沿平行于基片1的表面的平面的兩個方向變形的溫度下施加熱處理。由于蜂窩狀結構的幾何形狀(該幾何形狀賦予該結構非常高的熱膨脹系數)，因此20至500°C之間的溫度通常足以使結構變形。還根據將結構結合至基片的任何粘合劑的性質選擇溫度，而不使其降解。因此，假如粘合劑是環氧樹脂結合劑，則優選地它在300°C以下的溫度應用。因為結構2被結合至基片1，所以該變形在基片中產生比基片的材料的機械強度大的應力，導致基本在平面C中裂開，該平面C平行于基片的表面并且位于某一深度處。基片越薄，其越柔軟，則基片中的裂口越深。相反，較厚的基片將導致裂開較淺。如圖2可見，裂開平面C限定了膜1’，該膜1’則能為了隨后的使用而被剝離，可以通過施加機械力使膜1’與基片的其余部分分離。—旦膜1’已被剝離，則已經用于裂開的結構2能被去除。假如結構2不想要被再使用，則它可以例如通過機械和/或化學去除材料而被破壞性地去除。然而，也可以使結構2被再使用，在該情況下，結構2被非破壞性地從膜1’去除 (例如通過蝕刻用于將結構結合至基片的粘合劑)，然后準備好(例如通過溫和拋光)為了再使用它。特別是當結構2昂貴時是有利的。另一個可能性是結構2不與已被剝離的膜1’分離，特別是假如所述結構在隨后使用剝離的膜期間已經履行了功能。因此，例如，結構2可以被保存并且用作用于光伏薄膜的支撐件，具有的優點是其透明結構能夠在光伏薄膜的背面上形成電觸點。結構2還可以用于加強剝離的膜1’，特別是當膜1’具有太小的厚度以致不能自支撐(即，能被獨立地操縱)時，也就是說典型地當其厚度小于50微米時。如果適當的話，基片的剩余部分可以準備用于結合至新的應力產生結構以便從其剝離另一個膜。因此該工藝可以使坯料被逐漸切割成多個膜。該工藝的第一個優點在于所采用的結構允許限定其熱膨脹系數的大的選擇自由。具體是，用于限定熱膨脹系數的標準不僅是所采用的材料，而且是隔室的形狀和尺寸。第二個優點在于所采用的結構具有比組成其的材料的單個熱膨脹系數高得多的熱膨脹系數。而且，通過審慎地選擇材料和結構的幾何形狀，根據要求可以形成具有正或負熱膨脹系數的結構。因此，加熱到比現有技術低的溫度足以在基片中產生比其機械強度高的應力。因此，當基片由硅制成時，它在室溫下是脆的。因此經由基片施加應力導致比假如它處于500°C以上，即硅的脆韌轉變以上的溫度更易于使基片裂開。而且，該較低溫度下的熱處理更有利于將形成在剝離的膜中或膜上的任何裝置， 因為沒有破壞它們或影響它們性能的風險。蜂窩狀結構根據呈俯視圖形式的圖3所示的一個實施方式，應力產生結構是包括多個隔室2’ 的蜂窩狀結構，該隔室2’的壁2”是垂直于基片1的表面的雙材料條h、2b。每個雙材料條均包括具有第一熱膨脹系數的第一材料加和具有顯著不同于第一熱膨脹系數的第二熱膨脹系數的第二材料2b。有利地，隔室是相同的并且在平行于基片的表面的平面中以限定的圖案重復。隔室2’具有能夠在平行于基片的表面的平面中的兩個方向上變形的適當形狀。在圖3所示的實施例中，隔室具有大體上的六角形形狀，具有連續的凹入壁和凸起壁，并且位于隔室的內側的材料交替地是材料加和材料2b。然而，因此在沒有脫離本發明的范圍的情況下，可以設想隔室的其它形狀(諸如八角形或其它形狀)。科學文獻中公布的數學方法用來限定隔室的形狀和尺寸。CN 102543678 A
參照圖4A至4E描述制造這種結構的工藝，圖4A至4E為圖3所示的截面A-A的線上的視圖。圖4A所示的第一步驟以第一材料加形成的層開始。例如，所述層是厚度為50 μ m的硅層。該層被深深地蝕刻從而產生槽Tl、T2、T3，這些槽的路徑限定這些隔室的壁。根據所需的熱膨脹特性將預先限定隔室的形狀和尺寸。為此，尺寸可以基于下列出版物由R. Lakes著的“Cellular solid structures with unbounded thermal expansion，，，Journal of Material Science Letters, 15, 475-477(1996)；禾口由 Τ. Ε. Bruns 禾口 0. Sigmund 著的“Toward the topology design of mechanisms that exhibit snap-through behaviour", Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 193, Issues 36-38，2004 年 9 月 10 日，第 3973 至 4000 頁。槽的寬度例如是ΙΟμ 。在圖4Β所示第二步驟中，在所謂的金屬連接層(例如大約IOmm的鈦)已經通過真空蒸發或濺射在槽的壁上被沉積之后，沉積第二材料2b。例如，第二材料是具有比硅的熱膨脹系數大的金屬(諸如鋁或銀)。該沉積操作用于將第二材料2b填充于槽Tl、T2、T3并且還用第二材料2b形成的層覆蓋第一材料加的表面。在圖4C所示的第三步驟中，覆蓋第一材料加的表面的過剩的第二材料通過 CMP (化學機械拋光)被去除。在該階段，可選地在惰性環境中在低溫(例如典型地在鋁的情況下大約為200°C ) 下進行加溫退火操作，以便使如此沉積的金屬致密。接著，參看圖4D，將抗蝕劑掩模4沉積在第一材料加形成的層上。該掩模被選擇性地沉積從而覆蓋第一材料加的希望保存在最后的蜂窩狀結構2 中的部分。所述部分靠近填充有第二材料2b的槽，從而與其一起構成雙材料條。典型地，它們具有大約10 μ m的寬度。抗蝕劑掩模旨在于緊接著的蝕刻步驟期間保護靠近第二材料2b的第一材料加。參看圖4E，蝕刻不被掩模4保護的第一材料加，所述蝕刻被相對于第二材料2b選擇。在最后的步驟中，這里未示出，掩模4被去除。因此，獲得包括多個隔室2’的蜂窩狀結構，這些隔室的壁2”是雙材料條h、2b。然后通過任何適當的結合方法將所述結構結合至基片1的表面。在所述的情況下，所述結構被與基片無關地制造，然后被結合至基片。然而，還可以結合至或沉積在第一材料加形成的層的基片的表面上，并且還可以向該層應用類似于用于制造蜂窩狀結構的上述工藝的工藝。因此，在進行將允許形成蜂窩狀結構的蝕刻操作之前，通過濺射，或者優選地通過 CVD(化學蒸汽沉積)或者通過電化學方法可以將第一材料加形成的層沉積在基片1的表面上。
在結合蜂窩狀結構或者用于沉積將形成蜂窩狀結構的第一材料加之前，有利地是制備基片的表面，以便促進結合至應力產生結構和/或通過構成應力產生結構的材料保護其不受任何污染。例如，可以形成具有大約500納米厚的氧化硅的保護層，該保護層通過CVD技術沉積或者假如基片由硅制成則通過熱氧化形成。還可以通過閃蒸步驟在所述側層上形成具有100至300埃(ingstrom)厚的鈦連接
層，以促進結合至應力產生結構的金屬。而且，在待剝離的膜中或膜上形成器件，基片的表面不再平坦并且適于結合至應力產生結構。因此，SiO2層在表面上沉積到器件的高度之上，然后所述層通過例如拋光被平坦化，以結合至應力產生結構。在裂開操作之后，可以通過蝕刻去除氧化層，從而使得更易于去除應力產生結構。圖3示出了所獲得的直的/蜂窩狀結構組件的俯視圖(即，沿著垂直于基片1的表面的方向)。當施加熱處理時，雙材料條的第二材料2b延伸大于第一材料，因為其熱膨脹系數較高，從而產生張力，并且每個隔室2’的壁伸展直到變得大體上是直的。因為隔室的壁被結合至基片的表面，因此伸長導致在基片內施加應力，致使它被裂開。因此應力不被均勻地傳遞到基片，而是通過每個雙材料條以局部方式被傳輸。換言之，每個雙材料條2a、2b在其結合的基片上施加離散的應力，并且如此施加的所有離散應力組合以產生比裂開平面C中的基片的材料的機械強度高的總應力。所采用的材料對的實施例構成雙材料條的材料必須具有盡可能不同的膨脹系數。兩種材料的熱膨脹系數之間的大約2以上的比值是所希望的。因此，當雙材料條中的材料中的一種是硅(在25°C下其TEC大約是4. 6X KT6IT1), 另一種材料有利地從銀(TEC大約為ISXlO-6K-1Km (TEC大約為ΖβΧΚ^Γ1)或者甚至銅 (TEC大約為16. 5 X IOD中選擇。在這些情況下，獲得其中硅膨脹得小于其他材料的結構。還可以設計表現相反方式的結構，使用硅和具有基本上低于硅的熱膨脹系數的材料形成雙材料條。這是具體地用于氧化硅(SiO2)和氮化硅(SixNy)的情況。還可以將鍺(TEC大約為6. 1 X ΙΟ^Γ1)用于雙材料條的材料中的一種并且將上述金屬中的一種或者甚至是鐵(TEC大約為ILSXKT6Ir1)用于另一種材料。作為變型，可以選擇藍寶石(sapphire)用于雙材料條的材料中的一種并且選擇上述金屬中的一種用于另一種材料。最后，可以將與具有正熱膨脹系數的材料(例如銀)結合的具有負熱膨脹系數的材料(諸如鎢酸鋯ZrW2O8)用于雙材料條的材料中的一種。這種雙材料條的優點在于，不必為獲得大變形而強烈地加熱它，從而使其具體適于在500°C以下的溫度范圍內(其中硅是脆的)使硅裂開。
還可以生產其壁是三材料條的蜂窩狀結構，其中形成雙材料條的第一材料和第二材料分別是具有高的正熱膨脹系數的金屬(諸如銀)和具有負熱膨脹系數的材料，這些材料由諸如硅的第三材料分離。具有中間熱膨脹系數的硅賦予這種結構穩定性和機械強度。另選地，蜂窩狀結構可以用三材料條的壁形成，其中形成雙材料條的第一材料和第二材料由空腔分離。在以下出版物中描述了這種結構由0. Sigmund和S. Torquato著的“Composites with extremal thermal expansion coefficients，，，Appl. Phys. Lett. 69 (21), 1996 年 11 月 18 日；禾口由 J. Mech 著的"Design of materials with extreme thermal expansion using a three-phase topology optimization method，，，Phys. Solids, Vol. 45, No. 6,第 1037 至 1067 頁，1997。磁致伸縮的峰窩狀結構根據本發明的一個特別有利的實施方式，應力產生結構還設計成在磁場的作用下變形。為此，雙材料條的構成材料中的一種是磁致伸縮材料，同時仍具有顯著不同于雙材料條的另一種構成材料的熱膨脹系數。優選地，磁致伸縮材料選自于具有絕對值大于0. 02 %的伸長率的材料，并且優選地展示所謂的“巨大”磁致伸縮，即，具有絕對值大于50ppm的磁致伸縮系數的材料。已知基于稀土 /鐵合金的材料呈現這種特性。非常適于實施本發明的磁致伸縮材料的一個實施例是terfenol-D，其是具有分子式Tba3Dya7Fe19的稀土 /鐵合金，其能以多晶形或非結晶質使用。磁致伸縮系數對于每種形式(晶狀的和非結晶的)是不同的，但是保持大于 50ppmo在其晶形中，在磁場作用下的伸長率可以達至0.2%并且產生大約lkN/cm的壓縮應力場。其它稀土 /鐵合金(諸如具有負伸長率的SmFe2,以及具有正伸長率的DyF^和 TbFe2)也非常適于實施本發明。雙材料條的另一種材料則典型地是硅、SiC或鍺。蜂窩狀結構可以通過與上述相同的工藝來制造。為了給出實施例，結構可以形成為具有包括硅/terfenol-D雙材料條的壁，其中硅條的厚度是50微米并且terfenol-D條的厚度是15微米。如此形成的結構能夠在溫度(其因此可以低于僅使用熱處理來使該結構變形的情況)和磁場的結合作用下變形。這種蜂窩狀結構的整體變形大于在磁場的作用下磁致伸縮材料的內在變形。例如，結構的尺寸的相對增大可以比磁致伸縮材料的相對伸長大10到100倍。該放大系數取決于隔室的幾何設計和它們的晶格排列。與其中結構僅由于溫度的作用而膨脹或收縮的前述實施方式相比，該放大使對于應力產生結構的給定膨脹或收縮可以施加與對基片中或基片上的溫度非常敏感的電子器件的存在不矛盾的較低溫熱處理。
為了使具有這種結構的基片裂開，同時施加熱處理和磁場。所施加的溫度必須保持顯著低于磁致伸縮材料的居里溫度T。，從而不會削弱應力產生結構的磁性。在terfenol-D的情況下，居里溫度是380°C，使得熱處理將不會在350°C以上的溫度下施加并且優選地將在300°C以下的溫度下施加。至于Dyi^e2、SmFii2和TWe2,居里溫度在630至710°C之間，因此熱處理將在優選地 600°C以下的溫度下被施加。參看圖5，通過圍繞應力產生結構2的磁路fe施加磁場，所述磁路由導電線圈恥圍繞。如由水平箭頭所示，該裝置產生平行于基片的表面的磁感應。假如基片具有細長形狀，即，基片的沿著平行于表面的平面中的兩個垂直方向的尺寸的比(基片因此可能被認為是一維的)至少是10，所施加的磁場優選地是靜態的并且平行于基片的最長尺寸取向。假如沿著平行于基片的表面的平面中的兩個垂直方向的基片的尺寸是相同數量級的(例如當基片采取圓盤的形式時)，則磁場以在基片的平面中產生旋轉磁感應的可變場的組合的形式施加，從而導致沿著應力產生結構的兩個方向的膨脹。所需的磁感應典型地在0. 1至1特斯拉之間。磁處理的一個優點在于，它可以在不與應力產生結構或待裂開的基片接觸的情況下進行，從而便于其執行。基片的預弱化根據本發明的一個具體實施方式
，基片可以在施加熱處理(并且，適當時施加磁場)之前被弱化，以便于其裂開。如圖6所示，在基片的與裂開平面對應的平面中形成弱化區10。弱化可以由可選地與熱處理結合的離子注入引起，而可以導致在與裂開平面對應的平面中產生氣孔和/或微泡。在該情況下，注入的離子劑量比在SmartCut 技術中斷裂縫所需的劑量小大約10倍。例如，在硅中的20微米的深度處用于SmartCut 裂縫的H+離子注入劑量大約為 IO17原子/cm2，然而根據本發明用于預弱化的劑量大約為5X IO15至5X IO16原子/cm2。所述弱化處理也可以在基片的生產期間進行。因此，例如，弱化區可以由硅基片上的2 μ m厚的SixGei_x (其中0<x< 0.8)的外延生長層形成，該層具有位于層中心的最大鍺含量(達至20% )并且在接近上界面和下界面時減小至大約5%。在所述層上外延生長的是例如厚度為20 μ m的另一個硅層。SixGei_x層中的鍺梯度被選擇為允許外延生長具有下面的Si層的足夠的晶體質量 (即，較低的錯位密度和沒有裂縫)，該Si層旨在隨后被剝離。該濃度梯度事實上可以待與下面的硅連續地匹配的SixGei_x晶格常數，而沒有通過形成位錯而在層中產生應力松弛。SixGei_x層比在下面和在上面的硅層機械地更脆，并且裂開將發生在所述SixGei_x層內。基片中的起裂部另選地，通過在基片中的希望深度處提供起裂部可以便于裂開操作。如圖7所示，起裂部可以采取凹口 11 (典型地深度為幾十微米)的形式，該凹口 11形成在在基片1的側面上，在基本上與應力產生結構必須導致裂縫的深度對應的深度處 (上述平面C)。這種起裂可以在應力非常高的深度范圍內精確定位裂縫在基片中的位置。還可以減小待為裂開而施加的應力場并且因此減小溫度，并且適當時減小磁感應。起裂部可以通過利用切削工具的機械方式和/或通過化學方法制造。例如，對于包括厚度大約2微米(與希望的裂縫深度對應)的P+摻雜硅層的N型硅的晶片，可以在P+摻雜硅層的外周進行利用鄰苯二酚的選擇性蝕刻以便形成凹口。該凹口的深度取決于化學蝕刻的持續時間。通常，當通過攪拌在溶液中蝕刻10分鐘時，可以形成具有大約50微米的深度的凹□。實施例為了使硅基片裂開，形成如圖3中的俯視圖所示的蜂窩狀結構。隔室的壁由硅2a/銀2b的雙材料條形成。硅條和銀條的寬度大約是10微米。蜂窩狀結構的厚度(沿垂直于基片的表面的方向)大約是40微米。每個隔室均被刻成直徑為100微米的圓，隔室的每一側均具有大約50微米的長度并且被彎曲成具有大約10微米的垂度。為了避免由來自雙材料條的銀潛在污染基片，優選地是在將結構結合至基片之前在硅基片的表面上形成保護氧化層，所述氧化層可以在裂開基片并從剝離的膜去除結構之后被去除。通過從室溫就能夠提供高粘附能量密度的直接結合工藝，例如具有通過等離子處理制備的表面的粘附工藝，將該蜂窩狀結構結合至基片的表面。已知該類型的處理能獲得幾百mj/m2的粘附能量密度。為了使粘附工藝在蜂窩狀結構的變形的任何寄生效應能基本上被施加在結合界面處之前被完全完成，則通過利用足夠慢(典型地5°C/min)的升溫速率使組件的溫度升高來進行粘附工藝，即，增大粘附能。然后組件被加熱到大約450°C的溫度。該溫度對于通過前述保護層使雙材料條的銀不會污染基片是足夠合適的。在該加熱的作用下，銀條大于硅條延伸，從而使彎曲的壁伸展直到它們基本上是直的。該變形在硅基片中產生使該硅基片能在50至100微米之間的深度處被裂開的應力。
權利要求
1.一種為了從基片(1)剝離膜(1’)而使該基片裂開的工藝，該工藝包括下列連續步驟(i)形成所謂的應力產生結構O)，該應力產生結構局部地結合至所述基片(1)的表面，并且設計成在熱處理的作用下在平行于所述基片(1)的所述表面的平面中膨脹或收縮；和(ii)向所述應力產生結構施加熱處理，該施加步驟被設計成使所述應力產生結構(2) 膨脹或收縮從而在所述基片(1)中產生多個局部應力，這些局部應力的組合在平行于所述基片的所述表面的裂開平面(C)中產生比所述基片的機械強度大的應力，所述平面(C)限定待剝離的所述膜(1’)，所述應力導致所述基片(1)在所述平面(C)的范圍內裂開。
2.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于，所述應力產生結構(2)是蜂窩狀結構，該蜂窩狀結構的隔室(2’ )的壁O”)垂直于所述基片的所述表面，并且包括至少兩種材料 Oa，2b)，所述至少兩種材料具有設計成允許所述壁在所述熱處理的作用下變形的不同的熱膨脹系數。
3.根據權利要求2所述的工藝，其特征在于，所述隔室(2’)的所述壁O”)是由第一材料和第二材料( ，2b)形成的雙材料條，所述第一材料和所述第二材料的熱膨脹系數不同，比值至少為2。
4.根據權利要求3所述的工藝，其特征在于，所述應力產生結構包括由下列材料對形成的雙材料條Si/Ag、Si/Al、Si/Cu、Si/Si02、Ge/Ag、Ge/Al、Ge/Cu、Ge/i^e、Ge/Si02、藍寶石 /Ag、藍寶石/Al、藍寶石/Cu和/或藍寶石/Si02。
5.根據權利要求2所述的工藝，其特征在于，所述隔室(2’)的所述壁是由第一材料和第二材料( ，2b)形成的雙材料條，其中一種材料具有正熱膨脹系數而另一種材料具有負熱膨脹系數。
6.根據權利要求5所述的工藝，其特征在于，所述雙材料條由下列材料對形成Si/ Zrff2O8, Cu/Zrff208, Al/Zrff208 和 / 或 Ag/&W208。
7.根據權利要求3至6中的任一項所述的工藝，其特征在于，所述雙材料條的所述第一材料和所述第二材料通過空隙或者通過第三材料條分離，具體地所述雙材料條由Ag/ZrW208 對形成，并且所述第三材料條是硅。
8.根據權利要求1至7中的任一項所述的工藝，其特征在于，所述熱處理在20至500°C 之間的溫度下施加。
9.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于，所述應力產生結構(2)還設計成在磁場的作用下膨脹或收縮。
10.根據權利要求9所述的工藝，其特征在于，所述應力產生結構(2)是蜂窩狀結構， 該蜂窩狀結構的隔室O’)的壁O”)垂直于所述基片的所述表面，并且包括至少兩種材料 Oa，2b)，所述材料具有設計成允許所述壁在所述熱處理的作用下變形的不同的熱膨脹系數，并且所述材料中的一種是磁致伸縮材料。
11.根據權利要求10所述的工藝，其特征在于，所述磁致伸縮材料是諸如terfenol-D、 SmFe2, DyFe2或TWe2的稀土 /鐵合金，所述另一種材料是硅、SiC或鍺。
12.根據權利要求10或11所述的工藝，其特征在于，所述熱處理在所述磁致伸縮材料的居里溫度以下的溫度下施加，并且還向所述應力產生結構施加磁場，以適于使所述磁致伸縮材料伸長或收縮。
13.根據權利要求12所述的工藝，其特征在于，所述基片(1)具有細長形狀，并且施加的所述磁場是靜態的并且平行于所述基片(1)的最大尺寸取向。
14.根據權利要求12所述的工藝，其特征在于，所述基片(1)呈圓盤的形狀并且施加的所述磁場是旋轉場。
15.根據權利要求1至14中的任一項所述的工藝，其特征在于，所述應力產生結構(2) 通過結合層(3)結合至所述基片(1)的所述表面。
16.根據權利要求2至15中的任一項所述的工藝，其特征在于，在所述應力產生結構 (2)被結合至所述基片(1)的所述表面之前，通過以下方式來制造所述應力產生結構O) 在所述第一材料Oa)形成的層中蝕刻出槽，用所述第二材料Ob)填充所述槽，掩蔽所述第一材料Qa)形成的層的旨在形成所述雙材料條的部分，并且選擇性地蝕刻所述層從而去除所述第一材料Oa)的未掩蔽部分。
17.根據權利要求2至15中的任一項所述的工藝，其特征在于，通過以下方式將所述應力產生結構( 結合至所述基片(1)在所述基片(1)的所述表面上沉積所述第一材料 (2a)形成的層，然后在所述層中蝕刻出槽，用所述第二材料Ob)填充所述槽，掩蔽所述第一材料Qa)形成的層的旨在用于形成所述雙材料條的部分，并且選擇性地蝕刻所述層從而去除所述第一材料Oa)的未掩蔽部分。
18.根據權利要求1至17中的任一項所述的工藝，其特征在于，從所述基片(1)剝離的所述膜(1’ )的厚度介于1至100微米之間，優選地介于30至70微米之間，例如大約為 50微米。
19.根據權利要求1至18中的任一項所述的工藝，其特征在于，待剝離的所述膜(1’) 的厚度與所述應力產生結構O)的厚度的比率在0. 1至10之間。
20.根據權利要求1至19中的任一項所述的工藝，其特征在于，在步驟(ii)之前，在所述基片(1)中形成弱化區(10)，從而在所述弱化區(10)的范圍內產生所述裂開。
21.根據權利要求20所述的工藝，其特征在于，通過在所述基片中的所述裂開平面(C) 的深度處以5 X IO15至5 X IO16原子/cm2之間的劑量進行離子注入而形成所述弱化區(10)。
22.根據權利要求20所述的工藝，其特征在于，所述基片(1)和待剝離的所述膜(1’) 由硅制成，并且所述弱化區(10)是SixGei_x層，其中O < χ < 0. 8，在該SixGei_x層中，鍺的比例在界面處的最小值和中心處的最大值之間逐漸變化。
23.根據權利要求1至19中的任一項所述的工藝，其特征在于，在步驟(ii)之前，在所述基片(1)中的所述裂開平面(C)的深度處產生起裂部(11)。
24.根據權利要求1至23中的任一項所述的工藝，其特征在于，在步驟(i)之前，在待從所述基片(1)剝離的所述膜(1’)中或在該膜上形成電子器件，所述電子器件用于光電子應用、光伏應用和/或動力應用，和/或用于電子電路和/或用于微系統。
25.根據權利要求1至對中的任一項所述的工藝，其特征在于，在所述膜(1’)已被從所述基片(1)剝離之后，從所述膜(1’)去除所述應力產生結構O)。
26.根據權利要求25所述的工藝，其特征在于，所述應力產生結構(2)在被從剝離的所述膜(1’ )去除之后，被重復利用，以再次利用該應力產生結構裂開基片。
27.根據權利要求1至沈中的任一項所述的工藝，其特征在于，所述基片(1)由半導體材料制成。
28.根據權利要求1至27中的任一項所述的工藝，其特征在于，所述基片(1)是錠料， 并且所述步驟(i)和(ii)被實施若干次以從所述基片(1)連續地剝離多個膜(1’)。
29.—種包括基片(1)和結合至所述基片(1)的表面的應力產生結構(2)的組件，該組件的特征在于，所述應力產生結構(2)是蜂窩狀結構，該蜂窩狀結構的隔室O’)的壁O”) 垂直于所述基片(1)的所述表面，并且包括至少兩種材料Oa、2b)，所述至少兩種材料具有適于允許所述壁在熱處理的作用下變形的不同的熱膨脹系數。
30.一種用于光伏應用、光電子應用或電子應用的半導體裝置，該半導體裝置包括支撐件( 和半導體材料形成的膜(1’)，所述支撐件( 是結合至所述膜的表面的蜂窩狀結構，該蜂窩狀結構的隔室(2’ )的壁O”)垂直于所述膜(1’ )的所述表面并且包括至少兩種材料Oa，2b)，所述至少兩種材料具有適于允許所述壁在熱處理的作用下變形的不同的熱膨脹系數。
全文摘要
本發明涉及一種為了從基片(1)剝離膜(1’)而使該基片裂開的工藝，該工藝包括下列連續步驟(i)形成所謂的應力產生結構(2)，該應力產生結構局部結合至所述基片(1)的表面，并且設計成在熱處理的作用下在平行于所述基片(1)的表面的平面中膨脹或收縮；和(ii)向所述結構施加熱處理，該施加步驟設計成導致所述結構(2)膨脹或收縮從而在所述基片(1)中產生多個局部應力，這些局部應力的結合在平行于所述基片的表面的裂開平面(C)中產生比所述基片的機械強度大的應力以限定待剝離的所述膜(1’)，所述應力導致所述基片(1)在所述平面(C)的范圍內的裂開。
文檔編號H01L21/02GK102543678SQ20111043326
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月21日 優先權日2010年12月22日
發明者M·布魯爾 申請人:索泰克公司