用于制造固体层的方法和设备以及根据该方法制造的晶片技术

本发明专利技术涉及一种用于制造固体层的方法。根据本发明专利技术的方法优选至少包括下述步骤：提供固体(2)用于分开至少一个固体层(4)；借助于至少一个辐射源(18)的辐射、尤其激光器的辐射在所述固体的内部结构中产生缺陷以预设剥离平面(8)，所述固体层(4)沿着所述剥离平面从所述固体(2)处分开，借助于沿着所述剥离平面(8)引导的裂纹将所述固体层(4)从所述固体(2)处分开，由此所述固体(2)处露出表面并且在所述固体层(4)处露出表面，其中在将所述固体层(4)分开之后借助于回火装置执行射束处理以使被分开的所述固体层(4)的露出的表面的表面结构和/或所述固体(2)的露出的表面的表面结构平滑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种相关类型的用于制造固体层的方法、一种借助于该方法制造的晶片以及涉及一种相关类型的用于制造固体层的设备。
技术介绍
在许多
(例如微电子技术或者光伏技术)中使用例如硅、锗或者蓝宝石的材料，通常呈薄片和板的形式(所谓的晶片)。符合标准地，这种晶片目前通过锯割由晶锭来制造，其中产生相对大的材料损耗(“锯口损失”)。因为所使用的初始材料通常是非常昂贵的，所以强烈希望制造具有小的材料耗费从而更有效且更成本适宜地制造这种晶片。例如，借助于目前常用的方法，仅在制造用于太阳能电池的硅晶片时，所使用的材料的几乎50％作为“锯口损失”损失。在全球范围来看，这对应于每年超过20亿欧元的损失。因为晶片的成本占制成的太阳能电池的成本的最大份额(超过40％)，所以能够通过相应地改进晶片制造来显著地降低太阳能电池的成本。对于这种不具有锯口损失的晶片制造(“无锯口切片”)而言如下方法是特别有吸引力的，所述方法弃用传统的锯割并且例如能够通过使用温度诱导的应力直接将薄的晶片从较厚的工件处分离出来。其中尤其包括例如在PCT/US2008/012140和PCT/EP2009/067539中所描述的方法，在所述文献中为了产生这种应力使用涂镀到工件上的聚合物层。聚合物层在所提到的方法中具有相比于工件高大约两个数量级的热膨胀系数。此外，能够通过利用玻璃转化实现聚合物层中的相对高的弹性模量，使得在层系统中聚合物层-工件能够通过冷却诱导产生足够高的应力，以便实现从工件处分离晶片。在从工件处分离晶片时，在所提到的方法中分别在晶片的一侧上仍附着有聚合物。晶片在此极其强烈地沿着朝向该聚合物层的方向弯曲，这使得受控的分离变得困难，并且例如会引起所分离的晶片的厚度波动。此外，强烈的弯曲使得进一步的加工变得困难并且甚至会引起晶片的破碎。在使用根据迄今为止的现有技术的方法时，所制造的晶片通常分别具有较大的厚度波动，其中空间的厚度分布通常显示出具有四重对称性的图案。总的厚度波动在整个晶片上来看(“total thickness variation”，TTV)在使用迄今为止的方法时通常大于平均的晶片厚度的100％(平均厚度例如为100微米的晶片，所述晶片例如在其最薄的部位处为50微米厚并且在其最厚的部位处为170微米厚，具有170-50＝120微米的TTV，这相对于其平均厚度对应于120％的总厚度波动)。具有如此大的厚度波动的晶片对于许多应用而言都是不适合的。此外，在最常出现的四重的厚度分布图案中，具有最大的波动的区域偏偏位于晶片的中心中，在该处所述波动干扰性最强。此外，在根据当前的现有技术的方法中，在分离时引起的裂纹扩展期间甚至在所参与的层系统中产生所不期望的振荡，所述振荡不利地影响裂纹前沿的走向并且尤其会导致分离的晶片的显著的厚度波动。此外，在迄今为止的方法中困难的是，保证在聚合物层的整个面上可重现的良好的热接触。但是局部不足的热接触由于所使用的聚合物的低的导热性会引起层系统中的所不期望的、显著的局部温度偏差，这就其而言对所产生的应力场的可控制性起负面影响从而对所制造的晶片的质量起负面影响。此外，从文献DE 196 40 594 A1中已知一种用于借助于光诱导的边界面分解来分割半导体材料和借助所述方法制造的设备、如结构化的和独立式的半导体层和器件的方法。根据DE 196 40 594 A1的方法包括照亮在衬底和半导体层之间的或者在多个半导体层之间的边界面，由此在边界面处的或者在为此设置的吸收层中的光吸收引起材料分解。进入分解的边界面或者半导体层的选择通过对光波长和光强度的选择、入射方向或者在材料制造期间装入薄的牺牲层进行。该方法具有如下缺点：为了破坏全部层必须使用高的能量剂量，由此能量需求是非常高的从而所述方法的成本是非常高的。此外，通过文献EP000002390044B1、EP000001498215B1、EP000001494271B1、EP000001338371B1公开了如下方法，其中使用激光用于竖直地分割工件。此外，用于在晶片内部产生受损部位的激光辅助的方法是已知的。在此借助于聚焦的激光在一定深度中实现多光子激发，借助于所述多光子激发，在一定深度处的损伤是可行的而在材料进入时没有损伤。通常，在此使用具有ns-脉冲持续时间(纳秒脉冲持续时间)的激光，由此会引起加热的材料与激光的强的相互作用。通常，这经由光子-声子相互作用发生，所述光子-声子相互作用与多光子激发相比具有明显更高的吸收。这种方法例如通过Ohmura等(Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering,2006,第17卷,第381页ff)已知。由Ohmura等所提出的晶片处理用于通过在晶片内部产生缺陷来产生裂纹引导线，如其在切割晶片板的晶片元件时部分地所设置的那样。在该方法中产生的缺陷在此沿着竖直方向延伸，由此在各个晶片元件之间的连接结构垂直于晶片元件的主表面发现长形的弱化部。长形的弱化部在此具有>50μm的延展部。对于切割晶片元件而言所利用的优点、即产生具有>50μm的竖直延展部的延展部，防止这种类型的缺陷产生转移给用于从固体处分离一个或多个晶片层的方法。一方面，在晶片面上以分布的方式产生这种长形的缺陷时，在固体的内部中产生如下材料层，所述材料层仅能够用于引导裂纹，然而对于稍后的使用是不适合的从而是废品。另一方面，该废品例如必须通过抛光法去除，由此可能产生附加的耗费。由此本专利技术的目的是提供一种用于制造固体层或者固体的方法，所述方法能够实现成本适宜地制造固体板或者具有所期望的厚度分布的不平坦的固体，其中将围绕裂纹平面的竖直的损伤部减小到最小程度。
技术实现思路
由此，本专利技术的目的是提供一种用于制造固体层的方法，所述方法能够实现成本适宜地制造具有均匀的厚度和平滑的表面的固体板或者晶片、尤其具有小于120微米的TTV的固体板或者晶片。根据本专利技术的另一方面产生如下目的，提出一种用于制造一个或多个固体层的方法，其中借助于激光在固体内部产生裂纹扩展平面，其中形成裂纹扩展平面的各个缺陷应具有小于50μm的竖直延展部。之前所提到的目的通过下述用于制造固体层的方法实现。根据本专利技术的方法优选至少包括下述步骤：提供固体用于分开至少一个固体层；借助于至少一个辐射源的辐射、尤其激光器的辐射在固体的内部结构中产生缺陷以预设剥离平面，沿着所述剥离平面将固体层从固体处分开；借助于沿着剥离平面引导的裂纹将固体层从固体分处开，由此在固体处露出表面并且在固体层处露出表面，其中在分开固体层之后借助于回火装置执行射束处理，以使被分开的固体层的露出的表面的表面结构和/或固体的露出的表面的表面结构平滑。该解决方案是有利的，因为由于辐射源可在固体中产生剥离层或缺陷层，通过所述剥离层或缺陷层，裂纹在裂纹扩展部中传导或引导，这能够实现非常小的TTV、尤其小于200微米或者100微米或者小于80微米或者小于60微米或者小于40微米或者小于20微米或者小于10微米或者小于5微米、尤其4微米、3微米、2微米、1微米的TTV。晶片的射束加载因此在第一步骤中实现固体的内部中的一种穿孔，沿着所述穿孔，在第二步骤中实现裂纹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造固体层的方法，至少包括下述步骤：提供固体(2)用于分开至少一个固体层(4)；借助于至少一个辐射源(18)的辐射、尤其激光器的辐射在所述固体(2)的内部结构中产生缺陷以预设剥离平面(8)，所述固体层(4)沿着所述剥离平面从所述固体(2)处分开，借助于沿着所述剥离平面(8)引导的裂纹将所述固体层(4)从所述固体(2)处分开，由此在所述固体(2)处露出表面并且在所述固体层(4)处露出表面，其中在将所述固体层(4)分开之后借助于回火装置(44)执行射束处理，以使被分开的所述固体层(4)的露出的表面的表面结构和/或所述固体(2)的露出的表面的表面结构平滑。

【技术特征摘要】
2015.04.09 DE 102015004603.91.一种用于制造固体层的方法，至少包括下述步骤：提供固体(2)用于分开至少一个固体层(4)；借助于至少一个辐射源(18)的辐射、尤其激光器的辐射在所述固体(2)的内部结构中产生缺陷以预设剥离平面(8)，所述固体层(4)沿着所述剥离平面从所述固体(2)处分开，借助于沿着所述剥离平面(8)引导的裂纹将所述固体层(4)从所述固体(2)处分开，由此在所述固体(2)处露出表面并且在所述固体层(4)处露出表面，其中在将所述固体层(4)分开之后借助于回火装置(44)执行射束处理，以使被分开的所述固体层(4)的露出的表面的表面结构和/或所述固体(2)的露出的表面的表面结构平滑。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，附加的激光处理以超短期回火的方式实行，其中将被分开的所述固体层在毫秒和微秒的范围中加载激光射束。3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述固体层(4)分开包括：设置容纳层(10)用于将所述固体层(4)保持在所述固体(2)上；和以热学的方式加载所述容纳层(10)以在所述固体(2)中尤其机械地产生应力，其中通过所述应力使所述裂纹在所述固体(2)中沿着所述剥离平面(8)扩展，所述裂纹将所述固体层(4)从所述固体(2)处分开。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少一个所述辐射源(18)配置用于提供待引入到所述固体(2)中的辐射(6)，使得由所述辐射源射出的射束(6)在所述固体(2)内部预定的地点处产生所述缺陷。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述辐射源(18)设置为，使得由所述辐射源射出的所述射束(6)为了产生所述剥离平面(8)以小于200μm的、优选小于100μm的并且进一步优选小于50μm的并且尤其优选小于20μm的限定的深度引入到所述固体(2)中，或者所述辐射源设置为，使得由所述辐射源射出的所述射束(6)为了产生所述剥离平面(8)以大于100μm的、优选大于200μm的并且进一步优选大于400μm的并且尤其优选大于700μm的限定的深度引入到所述固体(2)中。6.根据上述权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述固体(2)具有碳化硅和/或砷化镓和/或陶瓷材料，并且所述容纳层包含聚合物层(10)，其中所述聚合物层至少部分地包含PDMS。7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述辐射源是飞秒激光器和/或所述辐射源、尤其激光器具有小于10ps的、优选小于1ps并且尤其优选小于500fs的脉冲持续时间，和/或所述激光射束的能量、尤其飞秒激光器的激光射束的能量选择为，使得所述固体中的损伤扩展部比瑞利长度小三倍、...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬·黎克特，沃尔弗拉姆·德雷舍尔，
申请(专利权)人：西尔特克特拉有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE