CN107438581A - 用于低损耗地制造多组分晶片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造多组分晶片,尤其MEMS晶片的方法。本发明的方法在此至少包括以下步骤:提供结合晶片(2),其中所述结合晶片(2)的至少一个表面部分(4)通过氧化物层形成;提供供体晶片(6),其中所述供体晶片(6)比所述结合晶片(2)厚;使所述供体晶片(6)与所述结合晶片(2)的通过所述氧化物层形成的表面部分(4)接触;通过所述供体晶片(6)和所述结合晶片(2)在接触区域中连接来形成多层结构(8);在所述供体晶片(6)的内部中产生修改部(18)以预设分离区域(11),所述分离区域用于将所述多层结构(8)分为分开部分(14)和连接部分(16),其中在形成所述多层结构(8)之前进行或者在形成所述多层结构(8)之后进行所述修改部(18)的产生;由于通过产生足够数量的所述修改部而引起的所述多层结构的弱化或者由于在所述多层结构中产生机械应力,沿所述分离区域将所述多层结构分开,其中所述连接部分(16)保留在所述结合晶片(2)上,并且其中被***出来出的所述分开部分(14)与所述连接部分(16)相比具有更大的厚度。
Description
技术领域
本发明根据权利要求1涉及一种用于制造多组分晶片,尤其MEMS晶片的方法,根据权利要求14涉及一种在多组分晶片制造法中,尤其在MEMS镜片制造法中将衬底作为供体晶片和结合晶片的应用,并且根据权利要求15涉及一种多组分晶片,尤其MEMS晶片。
背景技术
在许多技术领域(例如微电子仪器或者光伏技术)中,材料,例如硅、锗或者蓝宝石常常以薄盘和薄板的形式(所谓的晶片)来使用。作为标准,这种晶片现今通过锯割从铸块中制造,其中产生相对大的材料损耗(截口损失)。因为所使用的初始材料通常是非常昂贵的,所以极其致力于以低的材料耗费从而更有效并且成本更低地制造这种晶片。
例如,借助于现今常用的方法仅仅在制造用于太阳能电池的硅晶片时就作为截口损失产生所使用的材料的几乎50%的损失。在世界范围内来看,这对应于每年超过20亿欧元的损失。因为晶片的成本占已制成的太阳能电池的成本的最大份额(超过40%),所以能够通过对晶片制造的相应改进来显著降低太阳能电池的成本。
对于不具有截口损失的这种晶片制造(无截口的切片)而言,如下方法显现为是尤其有吸引力的,所述方法弃用传统的锯割并且例如能够通过使用温度引起的应力直接将薄的晶片从较厚的工件分离出来。所述方法尤其包括下述方法,例如在PCT/US2008/012140和PCT/EP2009/067539中所描述的方法,其中为了产生这些应力使用涂覆到工件上的聚合物层。
尤其高的材料损耗在制造多组分晶片时出现,所述多组分晶片例如是所谓的MEMS晶片(微机电***晶片)。制造这种晶片以使用多个非常厚的初始晶片为前提,所述初始晶片的制造通常已经引起显著的材料损耗。初始晶片的大的厚度是需要的,因为仅这样才能够将弯曲和翘曲保持得足够小。在MEMS晶片中,初始晶片通常用于在进入材料配合的连接的条件下覆盖另一初始晶片上的氧化物层。在产生材料配合的连接之后,始终进行初始晶片的切削处理,以便显著地将其厚度减小到对于应用所需要的较小的尺寸上,由此又产生材料损耗。
发明内容
由此,本发明的目的是,在多组分晶片制造中,尤其在MEMS晶片制造中降低材料消耗。
之前所提到的目的根据本发明通过根据权利要求1所述的方法来实现。根据本发明的用于制造多组分晶片,尤其MEMS晶片的方法在此优选至少包括下述步骤:
根据本发明的方法在此优选至少包括下述步骤:提供结合晶片,其中结合晶片的至少一个表面部分通过氧化物层构成;提供供体晶片,其中所述供体晶片比结合晶片厚;使供体晶片与结合晶片的通过氧化物层形成的表面部分接触;通过将供体晶片和结合晶片在接触区域中连接形成多层结构(Mehrschichtanordnung);在供体晶片的内部中产生修改部以预设分离区域,所述分离区域用于将多层结构分成分开部分和连接部分,其中在形成多层结构之前或者在形成多层结构之后产生修改部;由于通过产生足够数量的修改部而引起的多层结构的弱化或者由于在多层结构中产生机械应力,沿着分离区域将多层结构分开,其中连接部分保留在结合晶片上,并且其中被分离出来的分开部分与连接部分相比具有更大的厚度。附加地或者替选地,能够通过接下来提到的步骤来代替或者补充之前所提及的方法的单个或者多个步骤:提供结合晶片,其中结合晶片的至少一个表面部分通过氧化物层构成;提供供体晶片,其中所述供体晶片比结合晶片厚;使供体晶片与结合晶片的通过氧化物层形成的表面接触;通过在接触区域中使供体晶片和结合晶片连接形成多层结构;在多层结构的至少一个露出的、平坦的表面上设置或产生应力产生层;对应力产生层进行热加载以在多层结构内部产生机械应力,其中所述应力在多层结构的通过供体晶片形成的部分中变得这样大,使得在供体晶片中构成裂纹,通过所述裂纹,供体晶片***成分开部分和连接部分,其中连接部分保留在结合晶片上,并且其中被分离出来的分开部分与连接部分相比具有更大的厚度。
该解决方案是有利的,因为供体晶片不通过切削加工减小到连接部分上,而是通过裂纹分成两个部分从而产生分开部分,所述分开部分能够继续使用。这实现了:彼此连接的初始晶片或结合晶片和供体晶片,虽然分别能够具有大的厚度,但是在此不会产生从现有技术中已知的材料损耗。
其它优选的实施方式是接下来的说明书部分的和/或从属权利要求的主题。
根据本发明的一个优选的实施方式,根据本发明的方法具有如下步骤:清洁分开部分和/或通过处理分开部分的至少一个表面部分并且优选整个表面将分开部分转化为另一结合晶片。如此产生的结合晶片随后尤其优选作为其它结合晶片被提供用于与另一供体晶片接触。该实施方式是有利的,因为初始晶片依次作为供体晶片和结合晶片使用,也就是说,首先作为供体晶片使用,并且在作为供体晶片使用之后作为结合晶片使用。
根据本发明的另一优选的实施方式,所述处理包括SiOx工艺,由此引起结合晶片的至少一个表面部分的氧化。该实施方式是有利的,因为简单地、以限定的方式产生对于多组分晶片,尤其MEMS晶片所需要的氧化物层。在此可以设想,在一个处理空间中依次或者同时处理多个晶片或分开部分以产生一个/多个氧化物层。
根据本发明的另一优选的实施方式,供体晶片具有第一厚度D1,结合晶片具有第二厚度D2,分离部分具有第三厚度D3,而连接部分具有第四厚度D4,其中厚度D1大于厚度D3和D4的总和,并且其中厚度D3和D4的总和大于厚度D3的总和,并且其中厚度D3比厚度D2大厚度DL。厚度D2在此优选大于300μm并且优选大于400μm或者500μm或者600μm或者700μm。该实施方式是有利的,因为能够使用非常稳定的元件,如结合晶片、供体晶片和/或分开部分,由此这些元件例如承受在可选的抛光步骤中所产生的机械负荷。此外,这种厚的元件或晶片与较薄的晶片相比形成明显更少的翘曲和弯曲。
根据本发明的另一优选的实施方式,厚度DL小于200μm,尤其小于100μm,例如小于90μm或者小于80μm或者小于70μm或者小于60μm或者小于50μm,并且优选由于抛光步骤和/或刻蚀步骤被移除,或所述厚度DL与借助于抛光和/或刻蚀处理所移除的材料部分一样大。该实施方式是有利的,因为提供对于表面处理所需要的厚度,所述厚度足以实现平坦的表面并且在此仅引起极其小的材料损耗。
根据本发明的另一优选的实施方式,根据本发明的方法包括如下步骤:产生修改部以预设裂纹走向。优选地,在形成多层结构之前或者在形成多层结构之后产生修改部。所述修改部在此优选借助于激光射束或者离子辐射在供体晶片的内部中产生。激光射束在此优选由激光装置发射,其中激光装置优选是皮秒激光器或者飞秒激光器。附加地或者替选地,可以考虑的是,修改部是晶格中的局部的裂纹和/或是在供体晶片内部中由于处理而转化为另一相的材料部分。
根据本发明的另一优选的实施方式,激光装置包括飞秒激光器(fs激光器),并且fs激光器的激光射束的能量优选被选择为,使得每个修改部在耐磨层(Nutzschicht)和/或牺牲层中的损伤扩展小于瑞利长度的三倍,优选小于瑞利长度并且尤其优选小于瑞利长度的三分之一,和/或fs激光器的激光射束的波长被选择为,使得耐磨层和/或牺牲层的吸收小于10cm-1并且优选小于1cm-1并且尤其优选小于0.1cm-1,和/或各个修改部分别由于通过fs激光器所引起的多光子激发而产生。
根据本发明的另一优选的实施方式,用于产生修改部的激光射束经由表面引入到供体晶片中,所述表面是连接部分的组成部分或者所述表面属于如下部分,该部分在供体晶片由于裂纹引导部而分为两个部分之后而比另一部分薄。该实施方式是有利的,因为与当激光射束必须运动穿过所述另一部分时相比,所述激光射束只需更小距离地运动穿过固体。由此,尤其可以在激光器侧节省能量,并且优选减小由于修改部产生而引起的供体衬底所不期望的加热。
根据本发明的方法优选包括下述步骤:在多层结构的至少一个露出的表面上设置或者产生应力产生层;并且对应力产生层进行热加载以在多层结构内部产生机械应力,其中所述应力在多层结构的通过供体晶片形成的部分中变得这样大,使得在供体晶片中构成沿着分离区域的裂纹,通过所述裂纹,供体晶片***成分开部分和连接部分,其中应力产生层具有聚合物,尤其聚二甲基硅氧烷(PDMS)或者由聚合物,尤其聚二甲基硅氧烷构成,其中进行热加载,使得聚合物经受玻璃化转变,其中应力产生层的温度尤其借助于液氮被调节到低于室温或低于0℃或者低于-50℃或者低于-100℃或者低于-110℃的温度上,尤其被调节到低于应力产生层的玻璃化转变温度的温度上。
该实施方式是有利的,因为已经知道,通过对应力产生层进行热加载,尤其通过利用应力产生层的材料在玻璃化转变时出现的特性改变,能够在供体衬底中产生对于裂纹触发和裂纹引导所需要的力。此外,能够通过对应力产生层的热加载在时间上非常精确地控制何时进行固体层片或固体层的分开或者何时进行多层结构的分割。
附加地或者替选地,机械应力能够通过整体机械振动和/或温度改变和/或压力改变,尤其空气压力改变产生。
衬底或供体晶片优选具有出自元素周期表的第3、4和5主族的材料或材料组合,例如Si、SiC、SiGe、Ge、GaAs、InP、GaN、Al2O3(蓝宝石)、AlN,或由这些材料中的一种或多种构成。尤其优选地,衬底或供体晶片具有由元素周期表的第三和第五族的元素构成的组合。可以考虑的材料或者材料组合在此例如是砷化镓、硅、碳化硅等。此外,衬底或供体晶片能够具有陶瓷(例如Al2O3-氧化铝)或者由陶瓷构成,优选的陶瓷在此例如通常是钙钛矿陶瓷(例如含Pb、含O、含Ti/Zr的陶瓷)并且具体是铅-镁-铌酸盐、钛酸钡、钛酸锂、钇铝石榴石、尤其用于固体激光器应用的钇铝石榴石晶体、SAW(surface acoustic wave:表面声波)陶瓷、例如铌酸锂、磷酸镓、石英、钛酸钙等。衬底或供体晶片由此优选具有半导体材料或者陶瓷材料,或尤其优选衬底或供体晶片由至少一种半导体材料或者陶瓷材料构成。还可以考虑的是,衬底或供体晶片具有透明的材料或者部分地由透明的材料构成或制成,所述透明的材料例如是蓝宝石。在此单独地作为固体材料或者与其它材料组合地考虑作为固体材料的另外的材料例如是“宽带隙”材料、InAlSb、高温超导体,尤其稀土酮酸盐(例如YBa2Cu3O7)。
此外,本发明根据权利要求9涉及在多组分晶片制造法中,尤其在MEMS晶片制造法中将衬底作为供体晶片和结合晶片的应用。衬底在此优选作为供体晶片设置在另一结合晶片上,所述另一结合晶片具有氧化层,其中供体晶片在***的条件下由于裂纹扩展被分为连接部分和分开部分,并且其中分开部分在以氧化工艺,尤其以SiOx工艺处理之后用作结合晶片,其中该结合晶片与另一供体衬底连接以构成多层装置。
本发明根据权利要求10此外涉及一种多组分晶片,尤其MEMS晶片。根据本发明的多组分晶片在此包括:至少一个接合晶片,其中结合晶片的至少一个表面部分通过氧化层构成;从供体晶片由于裂纹扩展而***出来的连接部分,其中所述连接部分材料配合地设置在通过氧化层构成的表面部分上,并且其中结合晶片是从供体晶片分离出来的分开部分的借助于氧化处理,尤其借助于SiOx处理的加工处理过的部分。
替选地,根据本发明的多组分晶片例如能够称为MEMS晶片或者绝缘硅晶片或者多层晶片或者具有位于内部的结合层的晶片。在此重要的仅仅是,在两个其它层或材料部分之间实现或者产生或者构成或者引起或者设置氧化层作为绝缘层或者结合层或刻蚀停止层。其它层或材料部分在此尤其优选一方面构成结合晶片而另一方面构成供体晶片。优选地,结合晶片和供体晶片在邻接于绝缘层或结合层或者刻蚀停止层的部分中由同一材料构成或者由半导体材料构成。然而同样可以考虑的是,结合晶片和供体晶片在邻接于绝缘层或结合层或者刻蚀停止层的部分中由不同的材料构成,尤其由一种或多种半导体材料构成或者具有这些材料。优选地,尤其优选用作为绝缘层或者结合层或者刻蚀停止层的氧化物层具有如下厚度,尤其平均厚度或者最小厚度或者最大厚度,所述厚度为至少或者恰好或者最大1.25μm或者1.5μm或者1.75μm或者2μm或者2.25μm或者2.5μm或者2.75μm或者3μm或者4μm或者5μm或者6μm或者7μm或者7.5μm或者8μm或者9μm或者10μm。
根据本发明的方法优选包括在接下来所提及的步骤中的一个或多个:提供供体衬底或者多层结构;借助于激光射束在供体衬底或多层结构的内部产生修改部,其中通过修改部预设分离区域,沿着所述分离区域从供体衬底或多层结构将固体层片分出来;从沿着供体衬底的环周方向延伸的表面起朝向供体衬底或多层结构的中心去除供体衬底的或多层结构的材料,尤其用于产生环绕的凹部,其中通过材料去除使分离区域露出;将固体层片从供体衬底或多层结构分出来,其中供体衬底或多层结构在分离区域通过修改部弱化,使得固体层片由于材料去除而从供体衬底或多层结构分离,或者在材料去除之后产生这种数量的修改部,使得供体衬底或多层结构在分离区域中被弱化为,使得固体层片从供体衬底或多层结构处分离或者在供体衬底或多层结构的倾斜于环绕的表面定向的、尤其是平坦的表面上产生或者设置应力产生层,并且通过对应力产生层进行热加载在供体衬底中或在多层结构中产生机械应力,其中通过机械应力产生裂纹以将固体层片分出来,所述裂纹从供体衬底或多层结构的通过材料去除而露出的表面起沿着修改部扩展。
该解决方案是有利的,因为可移除或减小或修改供体衬底或多层结构的边缘,在所述供体衬底/多层结构的区域中仅可非常耗费地产生修改部以进一步构成分离区域。由此,进行径向的材料去除,通过所述材料去除,减小环绕的表面距分离区域的距离。
其它优选的实施方式是从属权利要求和/或接下来的说明书部分的主题。
根据本发明的另一优选的实施方式,通过修改部预设的分离区域在材料去除之前与在材料去除之后相比与供体衬底的环周表面间隔得更远。该实施方式是有利的,因为分离区域由此可简单地产生并且尽管如此在材料去除之后仍优选邻接于供体衬底的外部的环绕的表面。
根据本发明的另一优选的实施方式,用于预设分离区域的修改部在材料去除之前产生,并且通过材料去除至少局部地将分离区域的间距减小到小于10mm,尤其减小到小于5mm并且优选减小到小于1mm,或者用于预设分离区域的修改部在材料去除之后产生,其中所述修改部如此产生:分离区域至少局部地以小于10mm,尤其小于5mm并且优选小于1mm的距离与通过材料去除露出的表面间隔开。尤其优选地,至少分离区域的各个修改部是供体衬底的通过材料去除而露出的并且至少部分地并且优选完全环绕的表面的组成部分。
根据本发明的另一优选的实施方式,所述材料借助于烧蚀射束、尤其烧蚀激光射束或者烧蚀流体被移除,或者通过材料去除产生具有不对称的造型的凹部,或者材料去除至少部段地沿着供体衬底的环周方向在供体衬底的分离区域和与分离区域均匀地间隔开的表面之间的整个区域中进行,作为对供体衬底的径向延伸部的减小。
替选地或者附加地,之前所提到的目的能够通过用于从供体衬底将固体片分离出来的方法来实现,所述方法在此优选至少包括下述步骤:提供供体衬底;从沿着供体衬底的环周方向延伸的表面起朝向供体衬底的中心去除供体衬底的材料以产生凹部,其中所述材料借助于烧蚀激光射束移除,和/或所述凹部不对称地产生;借助于其它激光射束在供体衬底的内部中产生修改部,其中所述修改部定位为,使得所述修改部连接到凹部上,其中固体片通过所产生的修改部从供体衬底脱离,或者在倾斜于环绕的表面定向的、尤其平坦的表面上产生或设置应力产生层,并且通过对应力产生层的热加载在供体衬底中产生机械应力,其中通过机械应力产生裂纹以将固体层分离出来,所述裂纹从凹部起沿着修改部扩展。
所述修改部在此优选借助于尽可能短的脉冲在尽可能小的竖直范围中通过以高数值孔径在材料中聚焦来实现。
在烧蚀中,烧蚀激光射束以较低数值的孔径并且通常以由材料线性吸收的波长聚焦在材料的表面上。烧蚀激光射束在材料表面处的线性吸收导致材料蒸发、烧蚀,即材料去除,不仅仅是结构改变。
该解决方案是有利的,因为供体衬底的边缘区域借助于去除材料的处理来加工,通过所述处理,供体衬底的外边缘在裂纹扩展的平面的区域中朝向供体衬底的中心转移。所述转移朝向中心优选这样程度地进行:根据激光射束的引入深度和/或根据激光射束彼此间的角度,所有激光射束能够经由同一平坦的表面引入到供体衬底中。
根据本发明的另一优选的实施方式,所述凹部沿着环周方向完全地围绕供体衬底。该实施方式是有利的,因为裂纹能够以在供体衬底的整个环周上被限定的方式导入到供体衬底中。
根据本发明的另一优选的实施方式,所述凹部朝向中心伸展直至朝向凹部端部变得更窄,尤其楔形地或者沟槽状地伸展,其中凹部端部位于裂纹扩展的平面中。该实施方式是有利的,因为通过凹部端部实现沟槽,通过所述沟槽预设裂纹的扩展方向。
根据本发明的另一优选的实施方式,不对称的凹部借助于相对于凹部至少部段地负成形的研磨工具产生。该实施方式是有利的,所述研磨工具可根据待产生的棱边或凹部来制造。
根据本发明的另一优选的实施方式,研磨工具具有至少两个不同地成形的加工部分,其中第一加工部分被确定用于在待分离出来的固体片的下侧的区域中加工供体衬底,而第二加工部分被确定用于在待从供体衬底分离出来的固体片的上侧的区域中加工供体衬底。该实施方式是有利的,因为借助于研磨工具,除了用于引起改进的裂纹引导的变形之外,同样能够同时或者在时间上错开地在供体衬底处或在供体衬底的构成一个或多个固体片的部分处引起用于更好的加工的变形。
根据本发明的另一优选的实施方式,第一加工部分与第二加工部分相比在供体衬底中产生更深或者在体积方面更大的凹部,其中所述第一加工部分和/或第二加工部分具有弯曲的或者直的研磨面。优选地,第一加工部分具有弯曲的主研磨面而第二加工部分优选同样具有弯曲的副研磨面,其中主研磨面的半径大于副研磨面的半径,优选地,主研磨面的半径是副研磨面的半径的至少两倍,或者第一加工部分具有直的主研磨面而第二加工部分具有直的副研磨面,其中借助于主研磨面与借助于副研磨面相比,从供体衬底移除更多的材料,或者第一加工部分具有直的主研磨面而第二加工部分具有弯曲的副研磨面,或者第一加工部分具有弯曲的主研磨面而第二加工部分具有直的副研磨面。
优选地,研磨工具具有多个,尤其多于2、3、4、5、6、7、8、9或者10个加工部分,以便以切削的方式或者移除材料的方式加工供体衬底的相应数量的、可与不同的固体片相关联的部分。
根据本发明的另一优选的实施方式,波长在300nm(借助于三倍频率的Nd:YAG激光器或者其它固体激光器的UV烧蚀)和10μm(通常用于雕刻和切割工艺的CO2气体激光器)之间的范围中的烧蚀激光射束,以小于100微秒并且优选小于1微秒并且尤其优选小于1/10微秒的脉冲持续时间并且以大于1μJ并且优选大于10μJ的脉冲能量产生。该实施方式是有利的,因为可借助于激光装置而不借助于磨耗的研磨工具产生凹部。
供体衬底中的修改部与材料相关优选通过接下来列举的配置或激光参数产生:如果由硅构成供体衬底或者供体衬底具有硅,那么优选使用纳秒脉冲或者更短的脉冲(<500ns),使用在微焦范围中的脉冲能量(<100μJ)和>1000nm的波长。
在所有其它材料和材料组合中,优选使用<5皮秒的脉冲、在微焦范围(<100μJ)中的脉冲能量并且可在300nm和2500nm之间改变的波长。
在此重要的是,设置大的孔径,以便深地进入到材料中。用于在供体衬底的内部中产生修改部的孔径由此优选大于用于借助于烧蚀激光射束来烧蚀材料以产生凹部的孔径。优选地,所述孔径至少是用于借助于烧蚀激光射束来烧蚀材料以产生凹部的孔径的数倍,尤其至少2、3、4、5、6倍。用于产生修改部的焦点大小尤其关于其直径优选小于10μm,优选小于5μm并且尤其优选小于3μm。
替选地,本发明能够涉及一种用于从供体衬底将固体片分离出来的方法。根据本发明的方法在此优选至少包括下述步骤:提供供体衬底;借助于激光射束在供体衬底的内部中产生修改部,其中激光射束经由供体衬底的平坦的表面引入到供体衬底中,其中激光射束整体上相对于供体衬底的表面倾斜,使得激光射束的第一部分相对于供体衬底的表面以第一角度引入到供体衬底中而至少另一部分相对于供体衬底的表面以第二角度引入到供体衬底中,其中第一角度的量值与第二角度的量值不同,其中激光射束的第一部分和激光射束的第二部分在供体衬底中聚焦以产生修改部,其中固体片通过所产生的修改部从供体衬底脱离,或者在供体衬底的平坦的表面上产生或设置应力产生层,并且通过对应力产生层进行热加载在供体衬底中产生机械应力,其中通过机械应力产生用于将固体层分离出来的裂纹,所述裂纹沿着修改部扩展。优选地,供体晶片和/或发射激光射束的激光装置在产生修改部期间围绕转动轴线转动。尤其优选地,附加于或者替选于供体晶片的转动,改变激光射束距供体晶片的中心的距离。
根据本发明的另一优选的实施方式,激光射束整体上为了在供体衬底的中心的区域中产生修改部并且为了在供体衬底的沿着径向方向产生的边缘的区域中产生修改部在同一定向中相对供体衬底的平坦的表面定向。
该解决方案是有利的,因为激光射束的整个横截面在入射到固体中时碰到一个平坦的面,因为随后在所述深度中出现均匀的损伤。该均匀的损伤可产生直至供体衬底的外部的,尤其正交于所述平坦的表面延伸的边缘。由此,修改部可借助于一个加工步骤围绕供体衬底的边缘区域产生并且在供体衬底的中心的区域中产生。
根据本发明的另一优选的实施方式,激光射束的第一部分相对于供体衬底的表面以第一角度引入到供体衬底中,而激光射束的第二部分以第二角度引入以在供体衬底的中心的区域中产生修改部并且在供体衬底的沿着径向方向产生的边缘的区域中产生修改部,其中所述第一角度的量值始终与第二角度的量值不同。优选地,第一角度和第二角度在产生修改部期间是恒定的或者不变的或者不被改变。该实施方式是有利的。
根据本发明的另一优选的实施方式,激光装置包括飞秒激光器(fs激光器)或者皮秒激光器(ps激光器),并且激光器(fs激光器或者ps激光器)的激光射束的能量优选被选择为,使得在耐磨层和/或牺牲层中的每个修改部的损伤扩展小于瑞利长度的三倍,优选小于瑞利长度并且尤其优选小于瑞利长度的三分之一,和/或fs激光器的激光射束的波长被选择为,使得耐磨层和/或牺牲层的吸收小于10cm-1并且优选小于1cm-1并且尤其优选小于0.1cm-1,和/或各个修改部分别由于通过fs激光器引起的多光子激发而产生。
根据本发明的另一优选的实施方式,用于产生修改部的激光射束经由表面引入到供体晶片中,所述表面是待分离出来的固体片的组成部分。该实施方式是有利的,因为进行对供体衬底的更小程度的加热,由此该供体衬底仅经受小的热应力。
根据本发明的另一优选的实施方式,烧蚀辐射包括加速的离子和/或等离子体和/或激光射束,和/或所述烧蚀辐射通过电子射束加热(Elektronenstrahlheizen)或者超声波形成,和/或所述烧蚀辐射是光刻法(电子射束、UV、离子、等离子体)的组成部分,所述光刻法具有在之前进行的光刻胶覆层之后的至少一个刻蚀步骤,和/或烧蚀流体是液体射束,尤其水射束切割工艺的水射束。
根据本发明的另一优选的实施方式,应力产生层具有聚合物,尤其聚二甲基硅氧烷(PDMS)或者由其构成,其中优选如此进行热加载,使得聚合物经受玻璃化转变,其中应力产生层的温度,尤其借助于液氮被调节到低于室温的温度上(即低于20℃的温度上)或低于0℃或者低于-50℃或者低于-100℃或者低于-110℃的温度上,尤其被调节到低于应力产生层的玻璃化转变温度的温度上。
该实施方式是有利的,因为已经知道,通过对应力产生层进行热加载,尤其通过利用应力产生层的材料在玻璃化转变时出现的特性改变,能够在供体衬底中产生对于裂纹触发和裂纹引导所需要的力。
供体衬底优选具有出自元素周期表的第3、4和5主族的材料或材料组合,例如Si,SiC,SiGe,Ge,GaAs,InP,GaN,Al2O3(蓝宝石),AlN或由这些材料中的一种或多种构成。尤其优选地,供体衬底具有由元素周期表的第三和第五族的元素构成的组合。可以考虑的材料或者材料组合在此例如是砷化镓、硅、碳化硅等。此外,供体衬底能够具有陶瓷(例如Al2O3-氧化铝)或者由陶瓷构成,优选的陶瓷在此例如通常是钙钛矿陶瓷(例如含Pb、含O、含Ti/Zr的陶瓷)并且具体是铅-镁-铌酸盐、钛酸钡、钛酸锂、钇铝石榴石、尤其用于固体激光器应用的钇铝石榴石晶体、SAW(表面声波)-陶瓷、例如铌酸锂、磷酸镓、石英、钛酸钙等。供体衬底由此优选具有半导体材料或者陶瓷材料,或尤其优选供体衬底由至少一种半导体材料或者陶瓷材料构成。还可以考虑的是,供体衬底具有透明的材料或者部分地由透明的材料构成或制成,所述透明的材料例如是蓝宝石。在此单独地或者与另一材料组合地考虑作为固体材料的另外的材料例如是“宽带隙”材料、InAlSb、高温超导体,尤其稀土酮酸盐(例如YBa2Cu3O7)。
专利申请DE 2013 205 720.2的具有名称为“用于倒圆由半导体初始材料产生的半导体子件的边棱的方法和借助于该方法制造的半导体产品”的主题就此通过参引完全并入本文。
词语“基本上”的使用优选在该词语在本发明的范畴中使用的所有情况中限定在不使用该词语的情况下所提供的确定值的在1%至30%的范围中,尤其在1%至20%的范围中,尤其在1%至10%的范围中,尤其在1%至5%的范围中,尤其在1%至2%的范围中的偏差。
附图说明
本发明的其他优点、目标和特性根据附图的下述描述来阐述,在所述附图中示例地示出根据本发明的解决方案。在附图中至少在其功能方面基本上一致的根据本发明的解决方案的构件或元件或方法步骤,在此能够以相同的附图标记表示,其中这些构件或者元件不必在所有附图中设有附图标记或者阐明。
其中示出:
图1示出多组分晶片制造工艺;
图2示出根据本发明的多组分晶片制造工艺的一个替选的子工艺,
图3示出另一个或者补充的多组分晶片制造工艺,
图4示出在本发明的范畴中用于边缘处理的第一实例;
图5示出如能够根据在图4中所示出的方法来使用的研磨工具的轮廓的实例;
图6示出在本发明的范畴中用于边缘处理的第二实例;并且
图7a至7d示出在本发明的范畴中的用于边缘处理的第三实例,以及
图8a至8b示出借助于激光射束在供体衬底或者多层结构的边缘区域中产生修改部时所出现的问题的视图,
图9示出在根据本发明的固体片制造或固体层片制造的范畴中用于边缘处理的一个实例,
图10示出在根据本发明的固体片制造或固体层片制造的范畴中用于边缘处理的另一实例,
图11示出表现如下问题的视图,当借助于激光射束产生修改部时,在固体中产生修改部时出现所述问题,
图12示出如下视图,所述视图示出不同的激光射束角度,
图13a/13b示出修改部产生步骤的视图和所产生的修改部的示意图,
图14a/14b示出修改部产生步骤的两个视图,以及
图15示出具有偏差调整的修改部产生。
具体实施方式
图1示出用于制造多组分晶片1,尤其MEMS晶片的根据本发明的方法的多个步骤。
根据该视图,在第一步骤I中首先提供结合晶片2,其中结合晶片2的至少一个表面部分4通过氧化层构成。此外在第一步骤I中提供供体晶片6,其中供体晶片6比结合晶片厚。
在第二步骤II中,供体晶片6与结合晶片2的通过氧化物层形成的表面部分4接触。这引起:通过供体晶片6和结合晶片2在接触区域中连接而形成多层结构8。
在第三步骤III中,在供体晶片6的内部中产生修改部18以预设分离区域11,所述分离区域用于将多层结构8分为分开部分14和连接部分16,其中在形成多层结构8之前或者在形成多层结构8之后产生修改部18。
步骤IV示出步骤:由于通过产生足够量的修改部而引起的多层结构的弱化,沿着分离区域11将多层结构8分开,其中连接部分16保留在结合晶片2上,并且其中被分离出来的分开部分14与连接部分16相比具有更大的厚度。
分开部分14随后在另一步骤中被输送给处理装置24。处理装置24通过材料施加和/或通过材料转换产生氧化物层,通过所述氧化物层,构成分开部分14的至少一个优选平坦的表面。
在产生氧化物层之前或之后,优选进行材料去除步骤,尤其抛光、研磨、刻蚀和/或化学机械的抛光,通过所述材料去除步骤,分开层14的或结合晶片2的至少一个表面或表面部分被平滑,也就是说,至少部分地经受粗糙度降低。
通过粗糙度降低和氧化物层产生,尤其SiOx工艺,分开部分14被重新配置为另一结合晶片3。该另一结合晶片3随后根据通过步骤I至IV所描述的方法用作为结合晶片2。
图2示出修改部18的一个替选的产生方式。根据该变型形式,在产生多层结构8之前产生修改部18。该实施方式是有利的,因为激光射束20能够经由供体晶片6的表面引入到供体晶片6中,所述表面在将供体晶片6分开之后是连接部分16的组成部分。
图3示出另一或者进一步补充的根据本发明的多组分晶片制造工艺,尤其MEMS晶片制造工艺。根据该多组分晶片制造工艺,在第一步骤I中提供结合晶片2和供体晶片6。结合晶片2在此在优选至少一个表面上,尤其在至少一个平坦的表面4上具有氧化物层。氧化物层在此能够通过转化结合晶片2的初始材料产生或者通过沉积或覆层产生。供体晶片6优选不具有氧化物层。
在步骤II中使结合晶片2和供体晶片6彼此连接,尤其彼此材料配合地连接。结合晶片2的氧化物层或氧化物层的至少一部分在此直接被供体晶片6叠合或覆盖。在此彼此连接的氧化物层的表面和供体晶片6的表面均尤其优选具有通过抛光、研磨、刻蚀和/或化学机械的抛光而加工的表面质量。平均粗糙度Ra在此优选小于76μm,或者小于38μm或者小于12.5μm或者小于6μm或者小于3μm或者小于2.5μm或者小于1.25μm或者小于0.5μm。
在步骤III中,多层结构8,尤其供体衬底6,被加载激光装置22的激光射束20。激光射束20尤其由于多光子激发在供体晶片6的内部中引起:形成或产生形成供体晶片6的材料的修改部18。优选地,产生多个修改部18,其中各个修改部18优选位于同一平面中。由此,修改部18整体上表示供体晶片6的可精确产生的弱化,所述弱化就穿孔而言预设用于将供体晶片6分为两部分的裂纹引导部走向。根据所示出的实例,激光射束20经由供体晶片6的表面引入到供体晶片6中,所述表面是在将供体晶片6***为两部分之后较厚的那部分的组成部分。
修改部18的替选的产生方式通过图2示出。
在步骤IV中,在结合晶片2的优选另一露出的并且尤其优选平坦的表面上和/或在供体晶片6的优选另一露出的并且尤其优选平坦的表面上设置或产生应力产生层10。应力产生层10在此优选是聚合物层,尤其是由PDMS构成的或者具有PDMS的层。
在步骤V中,设置在结合晶片2上和/或设置在供体晶片6上的应力产生层10经受热加载,由此应力产生层10收缩从而将机械应力导入到多层结构8中,使得在修改部18的区域中形成裂纹并且使裂纹扩展。所述热加载优选经由冷却装置26进行,所述冷却装置尤其优选输出能流动的物质28,所述能流动的物质冷却应力产生层10。能流动的物质28在此优选是流体并且尤其优选是液氮。通过裂纹将供体晶片6***为两部分,即连接部分16和分开部分14,其中连接部分16由于与结合晶片2的材料配合的连接而保留在结合晶片2上,而分开部分14被分离出来。分开部分14和连接部分16均具有晶片状的造型。分开部分14优选比连接部分16厚,优选地,分开部分14是连接部分16的至少1.25倍厚,或者至少1.5倍厚,或者至少1.75倍厚,或者至少2倍厚,或者至少2.25倍厚,或者至少2.5倍厚,或者至少2.75倍厚,或者至少3倍厚,或者至少3.25倍厚,或者至少3.5倍厚,或者至少3.75倍厚,或者至少4倍厚,或者至少4.25倍厚,或者至少4.5倍厚,或者至少4.75倍厚,或者至少5倍厚,或者至少5.25倍厚,或者至少5.5倍厚,或者至少5.75倍厚,或者至少6倍厚,或者至少6.25倍厚。连接部分16的厚度优选通过连接部分16的平坦的表面彼此间的平均间距来确定。分开部分14的厚度优选通过分开部分14的平坦的表面彼此间的平均间距来确定。
在步骤VI中,应力产生层10通过清洁从所产生的多组分晶片1、尤其MEMS晶片1处移除,并且优选同样从分开部分14处移除。
分开部分14随后在另一步骤中被输送给处理装置24。处理装置24通过材料施加和/或通过材料转化产生氧化物层,通过所述氧化物层,构成分开部分14的至少一个优选的平坦的表面。
在产生氧化物层之前或之后,优选进行材料去除步骤,尤其抛光、研磨、刻蚀和/或化学机械抛光,通过所述材料去除步骤,分开层14的或结合晶片2的至少一个表面或表面部分被平滑,也就是说,至少部分地经受粗糙度降低。
通过粗糙度降低和氧化物层产生,分开部分14被重新配置为另一结合晶片3。该另一结合晶片3随后根据通过步骤I至VI所描述的方法用作为结合晶片2。
本发明由此涉及一种用于制造多组分晶片1,尤其MEMS晶片1的方法。根据本发明的方法在此优选至少包括下述步骤:提供结合晶片2,其中结合晶片2的至少一个表面部分4通过氧化物层构成;提供供体晶片6,其中供体晶片6比结合晶片2厚;使供体晶片6与结合晶片2的通过氧化物层形成的表面部分4接触;通过使供体晶片6和结合晶片2在接触区域中连接形成多层结构8;在多层结构8的至少一个露出的平坦的表面12上设置或产生应力产生层10;对应力产生层10进行热加载以在多层结构8内部产生机械应力,其中所述应力在多层结构8的通过供体晶片6形成的部分中变得这样大,使得在供体晶片6中构成裂纹,通过所述裂纹,供体晶片6被***为分开部分14和连接部分16,其中连接部分16保留在结合晶片2上,并且其中被***出来的分开部分14与连接部分16相比具有更大的厚度。
本发明由此涉及一种用于制造多组分晶片1,尤其MEMS晶片1的方法。根据本发明的方法在此至少包括下述步骤:提供结合晶片2,其中结合晶片2的至少一个表面部分4通过氧化物层构成;提供供体晶片6,其中供体晶片6比结合晶片2厚;使供体晶片6与结合晶片2的通过氧化物层形成的表面部分4接触;通过使供体晶片6和结合晶片2在接触区域中连接形成多层结构8;在供体晶片6的内部中产生修改部18以预设分离区域11,所述分离区域用于将多层结构8分为分开部分14和连接部分16,其中在形成多层结构8之前或者在形成多层结构8之后产生修改部18;由于通过产生足够量的修改部而引起的多层结构的弱化或者由于在多层结构中产生机械应力,沿着分离区域将多层结构分开,其中连接部分16保留在结合晶片2上,并且其中被***出来的分开部分14与连接部分16相比具有更大的厚度。
图4示出五个视图,通过所述视图示出根据本发明的固体片制造或晶片制造的实例。视图1在此示出研磨工具122,所述研磨工具具有两个彼此间隔开的加工部分24,所述加工部分分别构成主研磨面132。主研磨面132在此构成为,使得主研磨面在供体衬底12中产生凹部16。研磨工具122优选构成为旋转式研磨工具或者带式研磨工具。
图4的视图2示出供给衬底12,在所述供给衬底中已经借助于研磨工具122产生凹部16。凹部16在此沿着供体衬底12的纵向方向优选均匀地彼此间隔开,其中也可以考虑的是,所述间距是不同大小的。根据图5中的第二视图,此外借助于激光装置146在供体衬底12中产生修改部110。激光装置146为此发射激光射束112,所述激光射束经由供体衬底12的优选平坦的表面116引入到供体衬底12中并且在焦点148处尤其通过多光子激发产生或引起固体或供体衬底12的晶格结构的修改部110。修改部110在此优选表示材料转化,尤其材料转化为另一相,或者表示材料破坏。
第三视图示出:应力产生层114已经在如下表面116上产生或设置,经由所述表面,激光射束112引入到供体衬底12中以产生修改部110。应力产生层114被热加载或调温,尤其被冷却,以在供体衬底12中产生机械应力。通过对应力产生层114进行热加载,应力产生层114收缩,由此在供体衬底12中产生机械应力。之前所产生的凹部16在此构成沟槽,通过所述沟槽能够引导机械应力,使得通过所述应力产生的裂纹120有针对性地在通过修改部110预设的裂纹引导区域中扩展。凹部端部118因此优选邻接于相应的通过修改部110预设的裂纹引导区域。优选地,总是仅精确地将固体层11***出来,所述固体层的凹部16至少与应力产生层114间隔开。
视图4示出在进行裂纹扩展之后的状态。固体片11从供体衬底12***出来而应力产生层114首先继续保留在固体片11的表面116上。
附图标记128表示,固体片11的哪一侧在此表示为固体片11的下侧,而附图标记130表示,固体片11的哪一侧在此表示为固体片11的上侧。
视图5示出如下方法,在所述方法中,在没有应力产生层114的情况下引起固体层11从供体衬底12脱离。在此,优选在产生凹部16之后,借助于激光射束112产生如此多的修改部110,使得固体层11从供体衬底12脱离。虚线Z在此优选表示供体衬底12的中心或转动轴线。供体衬底12优选可围绕转动轴线Z转动。
图5示出两个视图,其中每个视图示出具有特定轮廓的研磨工具122。如果关于研磨工具提及平坦的、直的或者弯曲的部分,那么总是将其理解为所示出的轮廓的一部分。显然,研磨工具122例如能够构成为旋转式研磨工具,由此沿着环周方向连接到所述轮廓上的部分在环周方向上优选可能弯曲地延伸。在图5的第一视图中所示出的研磨工具122具有第一加工部分124并且具有第二加工部分126,所述第一加工部分具有弯曲的主研磨面132,所述第二加工部分具有弯曲的副研磨面134,其中主研磨面132的半径大于副研磨面134的半径,优选地,主研磨面132的半径是副研磨面134的半径的至少两倍、三倍、四倍或者五倍大。
根据图5的第二视图,研磨工具122的第一加工部分124具有直的主研磨面132而第二加工部分126具有直的副研磨面134,其中借助于主研磨面132与借助于副研磨面134相比,从供体衬底12移除更多的材料。
在图5中示出的研磨工具122和通过所示出的研磨工具122所产生的凹部,同样能够在图4中所示出的视图方面被使用。
图6示出根据本发明的方法的另一变型形式。能够通过比较第一视图和第五视图认识到,借助于激光射束12产生的修改部100在表面116平坦的情况下与当表面116的棱边117被移除时相比能够更靠近边缘144产生,如在第五视图中所示出的那样。激光射束112在此类似于关于图4所阐述的修改部产生引入到供体衬底12中。
图6的第二视图示出:从环绕的表面14起朝向供体衬底12的中心产生凹部16,其中所述凹部借助于(未示出的)烧蚀激光器的烧蚀激光射束18产生。优选地,烧蚀激光射束18在此蒸发供体衬底12的材料以产生凹部16。
图6的视图3基本上对应于图5的视图3,其中仅凹部的形状在此并非不对称的,而是对称地产生。由此,根据该视图,应力产生层114同样在供体衬底12上产生或者设置并且尤其借助于液氮被热加载以产生机械应力,所述机械应力用于触发裂纹120。
图6的视图4示出从供体衬底12***出来的固体片11,应力产生层继续设置在所述固体片上。
从图6的视图5中可进一步看到,在供体衬底12中其棱边117被加工,与当棱边117不被加工时相比,所述棱边必须借助于用于产生凹部16的烧蚀激光射束18更远地朝向供体衬底12的中心伸展。然而,在此同样可设想的是,凹部并非借助于烧蚀激光射束18产生,而是借助于研磨工具122(例如其从图4和5中已知)产生。
图7a示出根据本发明的用于将固体层11或固体层片11从供体衬底12分离出来的附加的或者替选的解决方案。根据图7a,在供体衬底2的内部中产生分离区域111。修改部110在此优选与供体衬底12的环绕的限界面150间隔开。优选地,修改部110类似于图4的视图2地产生。在此可以考虑的是,激光射束112从下方或者从上方,即经由表面116导入到供体衬底12中。
图7b示意性地示出借助于烧蚀工具122,尤其用于以切削的方式加工供体衬底12的工具如研磨工具122对供体衬底12的加工。通过所述加工,至少部段地沿着供体衬底12的环周方向将位于供体衬底12的分离区域和相对分离区域优选均匀地,尤其平行地间隔开的表面之间的整个区域中的材料去除,以减小供体衬底12的径向延伸部。优选地,材料环形地被移除,尤其以恒定的或者基本上恒定的径向伸展量被移除。
图7c示出在去除材料之后的一个状态的实例。在此例如可以考虑的是,沿着供体衬底12的轴向方向去除材料直到分离平面上或者直到分离平面下方或上方。
图7d示出在将固体层片11从供体衬底12分出来或者分离之后的状态。
图8a和8b示出在供体衬底12的边缘区域中在借助于激光射束112产生修改部时出现的问题。由于空气中和供体衬底中的不同的折射率,激光射束112的激光射束部分138、140无法精确地相遇,由此引起所不期望的效应,如在所不期望的地点处产生缺陷,进行所不期望的局部加热或者阻止修改部的产生。
图8b示出:仅当待产生的修改部110离供体衬底12的环绕的表面这样远使得这两个激光射束部分138、140分别通过具有相同折射率的材料并且优选在相同的路径长度上折射时,才能够毫无问题地产生修改部110。然而这导致:修改部的产生,如在与边缘区域间隔开的区域中所进行的那样,无法容易地延伸到边缘区域上。
本发明由此涉及一种用于从供体衬底12将固体片11分离出来的方法。根据本发明的方法在此包括下述步骤:
提供供体衬底12;从沿着供体衬底2的环周方向延伸的表面14起朝向供体衬底12的中心Z去除供体衬底12的材料以产生凹部16,其中借助于烧蚀激光射束18移除材料,和/或凹部16不对称地产生;借助于其它激光射束112在供体衬底12的内部中产生修改部110,其中修改部10被定位为,使得所述修改部连接到凹部16上,其中固体片11通过所产生的修改部110从供体衬底12脱离,或者在供体衬底12的相对于环绕的表面倾斜地定向的,尤其是平坦的表面116上产生或设置应力产生层114,并且通过对应力产生层114进行热加载在供体衬底12中产生机械应力,其中通过机械应力产生裂纹以将固体层11分出来,所述裂纹从凹部16起沿着修改部110扩展。
本发明由此涉及一种用于将固体片11从供体衬底12分出来的方法。根据本发明的方法在此包括下述步骤:
在供体衬底12的内部中借助于激光射束112产生修改部110,其中通过修改部110预设分离区域,沿着所述分离区域将固体层片11从供体衬底12或多层结构分出来;
从沿着供体衬底12的环周方向延伸的表面14起朝向供体衬底12的中心Z去除供体衬底12的材料,尤其用于产生环绕的凹部16,其中通过材料去除使分离区域露出;将固体层片从供体衬底分离出来,其中供体衬底在分离区域中通过修改部弱化,使得固体层片11由于材料去除而从供体衬底12脱离或者在材料去除之后产生如下数量的修改部,使得供体衬底在分离区域中被弱化为,使得固体层片11从供体衬底12脱离或者在供体衬底12的相对于环绕的表面倾斜地定向的,尤其是平坦的表面16上产生或者设置应力产生层114,并且通过对应力产生层114进行热加载在供体衬底12中产生机械应力,其中通过机械应力产生裂纹120,所述裂纹用于将固体层片11分出来,所述裂纹从供体衬底的通过材料去除而露出的表面起沿着修改部110扩展。
图9示出四个视图。在图9的第一视图中示出供体衬底22,所述供体衬底被加载激光射束212。激光射束212整体上相对于表面216倾斜,使得倾斜度不同于90°的角度,其中激光射束经由所述表面引入到供体衬底22中。优选地,激光射束212的第一部分236相对于表面216以第一角度238取向,而激光射束212的另一部分240相对于表面216以第二角度242取向。激光射束部分236和240优选为了产生所有修改部212而相对于表面216优选始终相同地倾斜,所述修改部为了将特定的固体层21分出来而产生,激光射束部分236、240经由所述表面引入到供体衬底22中。此外能够从图12的第一视图中看到,用于产生修改部210的焦点248由于倾斜的激光射束部分236、240能够在供体衬底22中引导直至边缘244或者直接引导至边缘244。
此外可从图9的视图2中看到,根据倾斜地定向的激光射束部分236、240,不需要以去除材料的方式处理供体衬底22的边缘244,或者仅以明显减少的程度需要以去除材料的方式处理供体衬底的边缘。在表面216上设置或产生的应力产生层214引起机械应力在供体衬底22中的产生,由此由于产生直至边缘244的修改部210使裂纹220以极其精确地被引导的方式从边缘244扩展到供体衬底22中。
图9的视图3示出完全从供体衬底22***出来的固体片21,其中根据该实施方式,固体片21优选还未经受棱边处理。
图9的视图4表明:(在不具有应力产生层214的情况下)同样可通过借助于激光射束236、240产生修改部来将固体片21从供体衬底22处移除。
本发明由此涉及一种用于将固体片21从供体衬底22分出来的方法。根据本发明的方法在此包括下述步骤:
提供供体衬底22;借助于激光射束212在供体衬底22的内部中产生修改部210,其中激光射束212经由供体衬底22的平坦的表面216引入到供体衬底22中,其中激光射束212整体上相对于供体衬底22的平坦的表面216倾斜为,使得激光射束212的第一部分236相对于供体衬底22的平坦的表面216以第一角度238引入到供体衬底22中,而激光射束212的至少另一部分240相对于供体衬底22的平坦的表面216以第二角度242引入到供体衬底22中,其中第一角度238的量值与第二角度242的量值不同,其中激光射束212的第一部分236和激光射束212的另一部分240被聚焦以在供体衬底22中产生修改部210,其中固体片21通过所产生的修改部210从供体衬底22处脱离,或者在供体衬底22的平坦的表面216上产生或者设置应力产生层214,并且通过对应力产生层214进行热加载在供体衬底22中产生机械应力,其中通过所述机械应力产生裂纹220,所述裂纹用于将固体层21分出来,所述裂纹沿着修改部210扩展。
图10示出根据本发明的方法的另一变型形式。通过比较第一视图和第五视图能够认识到,借助于激光射束212产生的修改部210在表面216平坦的情况下与当表面216的棱边217被移除时相比能够更靠近边缘244产生,表面的棱边被移除如在第五视图中所看到的那样。激光射束212在此类似于关于图9所阐述的修改部产生地引入到供体衬底22中。
图10的第二视图示出:从环绕的表面24起朝向供体衬底22的中心产生凹部26,其中所述凹部借助于(未示出的)烧蚀激光器的烧蚀激光射束28产生。优选地,烧蚀激光射束28在此蒸发供体衬底22的材料以产生凹部26。
图10的视图3基本上对应于图9的视图3,其中仅凹部的形状在此并非不对称地产生,而是对称地产生。由此,同样根据该视图在供体衬底22上产生或者设置应力产生层214并且尤其借助于液氮对该应力产生层进行热加载以产生机械应力,所述机械应力用于触发裂纹220。
图10的视图4示出从供体衬底2***出来的固体片21,应力产生层继续设置在所述固体片上。
从图10的视图5中进一步看到,在供体衬底22中其棱边217被加工,所述棱边与当棱边217不被加工时相比必须借助于用于产生凹部26的烧蚀激光射束28更远地朝向供体衬底22的中心伸展。然而,在此同样可设想的是,凹部并非借助于烧蚀激光射束28产生,而是借助于研磨工具222(例如其从图9中已知)产生。
图11示出一种设置,根据所述设置,激光射束212平行于纵轴线L定向。此外,该视图附加地或者替选地示出激光射束260,所述激光射束相对于纵轴线L以角度α1倾斜。这两个激光射束212和260在此能够用于产生修改部210,通过所述修改部预设分离区域211。在此可以考虑的是,通过相对于纵轴线L不倾斜的激光射束212产生多个修改部210,并且在边缘区域中,即在距环绕的表面(环周表面)小于10mm,尤其小于5mm或者小于2mm或者小于1mm或者小于0.5mm的距离中,修改部210通过相对于纵轴线L倾斜的激光射束260产生。
替选地,此外可以考虑的是,分离区域的所有修改部210或者分离区域211的所述多个修改部210通过相对于纵轴线L以角度α1倾斜的激光射束260产生。
附加地或者替选地,就本发明而言,在边缘区域中的修改部210能够通过另一相对于供体衬底22的纵轴线L倾斜的激光射束262、264产生,其中该激光射束优选经由供体衬底22的环绕的表面引入到供体衬底22中。从所述视图中能够看到,激光射束262例如可相对于分离区域211以大于0°并且小于90°的角度α2经由环绕的表面导入到供体衬底22中以在边缘区域中产生修改部210。此外能够从该视图中看到,激光射束264可沿着分离区域211的延伸方向经由供体衬底22的环绕的表面导入到供体衬底22中以产生修改部210。激光射束264在此优选相对于供体衬底22的纵轴线L以在80°和100°之间的,尤其90°或者基本上90°的角度α3倾斜。
由此能够通过激光射束260、262、264中的一个在边缘区域中进行修改部产生210。
此外,根据本发明,关于图9的陈述能够类似地应用于或者转用于在图211中示出的对象并且反之亦然。
图13a示出所产生的直至边缘区域上的分离区域211。此外,图13a示出借助于激光射束264的修改部产生。通过激光射束264优选沿着径向方向尤其在一条线上以相对于供体晶片22的中心或转动轴线变得更大的距离产生多个修改部210(所述转动轴线优选与供体衬底22的平坦的表面216正交地延伸)。
图13b示意性地示出在产生修改部210之后的状态。分离区域211根据该视图以全面地在供体晶片22的内部中延伸的修改部层的形式构成。
图14a和14b示出用于借助于经由环绕的表面导入的激光射束产生修改部210的两个变型形式。
根据图14a,经由同一引入部位产生多个修改部210,激光射束264通过所述引入部位引入到供体衬底22中。激光射束沿着径向方向聚焦到供体衬底22中以在不同的深度上产生修改部210。优选地,修改部210通过激光射束的逐渐减小的引入深度或通过焦点距引入部位变得更短的距离产生。
图14b示出丝状的修改部产生。以丝的形式产生的修改部210在此比其横截面延伸部的数倍,尤其例如10倍、20倍或者50倍更长。
图15示出激光装置246、像差机构247和供体衬底2的剖视图。图15的细节视图示出经由供体晶片22的弯曲的环绕的表面引入到供体晶片22中的激光射束212,其中通过虚线示出借助于像差机构247调整的辐射走向。
本发明由此涉及一种用于将固体片21从供体衬底22分出来的方法。根据本发明的方法在此包括下述步骤:提供供体衬底22;借助于至少一个激光射束212在供体衬底22的内部中产生至少一个修改部10,其中激光射束212经由供体衬底22的平坦的表面216引入到供体衬底22中,其中激光射束212相对于供体衬底22的平坦的表面216倾斜,使得所述激光射束相对于供体衬底的纵轴线以不等于0°或180°的角度引入到供体衬底中,其中激光射束212在供体衬底22中聚焦以产生修改部210,其中固体片21通过所产生的修改部210从供体衬底22脱离,或者在供体衬底22的平坦的表面216上产生或设置应力产生层214,并且通过对应力产生层214进行热加载在供体衬底22中产生机械应力,其中通过机械应力产生用于将固体层21分离出来的裂纹220,所述裂纹沿着修改部210扩展。
Claims (15)
1.一种用于制造多组分晶片(1),尤其MEMS晶片的方法,所述方法至少包括以下步骤:
提供结合晶片(2),其中所述结合晶片(2)的至少一个表面部分(4)通过氧化物层形成;
提供供体晶片(6),其中所述供体晶片(6)比所述结合晶片(2)厚;
使所述供体晶片(6)与所述结合晶片(2)的通过所述氧化物层形成的表面部分(4)接触;
通过所述供体晶片(6)和所述结合晶片(2)在接触区域中连接来形成多层结构(8);
借助至少一个激光射束在所述供体晶片(6)的内部中产生修改部(18)以预设分离区域(11),所述分离区域用于将所述多层结构(8)分为分开部分(14)和连接部分(16),
其中在形成所述多层结构(8)之前进行或者在形成所述多层结构(8)之后进行所述修改部(18)的产生;
由于通过产生足够数量的所述修改部而引起的所述多层结构的弱化,
或者由于在所述多层结构中产生机械应力,
沿所述分离区域将所述多层结构分开,
其中所述连接部分(16)保留在所述结合晶片(2)上,并且
被***出来出的所述分开部分(14)与所述连接部分(16)相比具有更大的厚度。
2.根据权利要求1所述的方法,还包括以下步骤:
清洁所述分开部分(14),和/或
通过处理所述分开部分(14)的至少一个表面部分,将所述分开部分(14)转换成另一结合晶片(3),并且
提供所述另一结合晶片(3)用于与另一供体晶片接触。
3.根据权利要求2所述的方法,
其特征在于,
所述处理包括氧化工艺,尤其SiOx工艺,由此引起所述至少一个表面部分的氧化。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
其特征在于,
所述供体晶片(6)具有第一厚度D1,
所述结合晶片(2)具有第二厚度D2,
所述分开部分(14)具有第三厚度D3,并且
所述连接部分(16)具有第四厚度D4,
其中所述厚度D1大于所述厚度D3和D4的总和,
其中所述厚度D3和D4的总和大于所述厚度D3,
其中所述厚度D3比所述厚度D2大一个厚度DL。
5.根据权利要求4所述的方法,
其特征在于,
所述厚度DL小于200μm,尤其小于100μm,并且所述厚度由于抛光步骤和/或刻蚀步骤被移除。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
其特征在于,所述激光射束(20)由激光装置(22)发射,
其中所述激光装置(22)优选是皮秒激光器或者飞秒激光器,
或者
其中所述修改部(18)是在所述供体晶片(6)的内部中晶格中的局部裂纹和/或转化为另一相的材料部分。
7.根据权利要求6所述的方法,
其特征在于,
将所述fs激光器的激光射束(20)的能量选择为,使得每个修改部(18)在所述供体衬底中的损伤扩展小于瑞利长度的三倍,优选小于瑞利长度并且尤其优选小于瑞利长度的三分之一,
和/或
将所述fs激光器的激光射束(20)的波长选择为,使得所述供体衬底(6)的吸收小于10cm-1并且优选小于1cm-1并且尤其优选小于0.1cm-1,
和/或
各个所述修改部(18)分别由于通过所述fs激光器引起的多光子激发而产生。
8.根据权利要求6或7所述的方法,
其特征在于,
用于产生所述修改部(18)的所述激光射束(20)经由如下表面引入到所述供体晶片(6)中,所述表面是所述连接部分(16)的组成部分。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
还包括下述步骤:
从沿着所述多层结构的环周方向延伸的表面(14)起,朝向所述多层结构的中心去除所述多层结构的材料,尤其用于产生环绕的凹部(16),
其中通过材料去除使所述分离区域露出;
将固体层片从所述多层结构分出来,
其中通过所述修改部使所述多层结构在所述分离区域中弱化,使得所述固体层片(11)由于所述材料去除而从所述多层结构分离,
或者
在所述材料去除之后,产生如此数量的修改部,使得所述供体衬底在所述分离区域中弱化,使得所述固体层片(11)从所述供体衬底(1)分离,或者
在所述供体衬底(12)的倾斜于所述环绕的表面定向的,尤其是平坦的表面(116)上产生或者设置应力产生层(114),并且通过对所述应力产生层(114)进行热加载在所述供体衬底(12)中产生机械应力,其中通过所述机械应力形成用于将固体层片(11)分出来的裂纹(120),所述裂纹从所述供体衬底的通过所述材料去除而露出的表面起沿着所述修改部(110)扩展。
10.根据权利要求9所述的方法,
其特征在于,
通过所述修改部(110)预设的所述分离区域在所述材料去除之前与在所述材料去除之后相比与所述供体衬底(12)的所述环绕的表面间隔得更远,
和/或
用于预设所述分离区域的所述修改部(110)在所述材料去除之前产生,并且通过所述材料去除至少局部地将所述分离区域的间距减小到小于10mm,尤其小于5mm并且优选小于1mm,或者
用于预设所述的分离区域的所述修改部在所述材料去除之后产生,其中所述修改部(110)如此产生,使得所述分离区域至少局部地与通过所述材料去除而露出的表面以小于10mm,尤其小于5mm并且优选小于1mm的间距间隔开,
和/或
所述材料借助于烧蚀射束(8),尤其烧蚀激光射束或者烧蚀流体移除,
或者
通过所述材料去除产生具有不对称的造型的凹部(6),
或者
所述材料去除至少部段地沿着所述供体衬底(12)的环周方向在所述供体衬底(12)的所述分离区域和与所述分离区域均匀地间隔开的表面之间的整个区域中进行,作为对所述供体衬底(12)的径向延伸部的减小,
和/或
所述凹部(16)沿着环周方向完全地围绕所述供体衬底(12),
和/或
所述凹部(16)以变窄的方式,尤其楔形地朝向中心(Z)延伸直至凹部端部(118),其中所述凹部端部(118)位于所述裂纹(120)扩展的平面中,
和/或
不对称的所述凹部(16)借助于相对于所述凹部(16)至少部段地负成形的研磨工具(122)产生,
和/或
所述研磨工具(122)具有至少两个不同成形的加工部分(124,126),其中第一加工部分(124)被确定用于在待分出来的固体片(11)的下侧(128)的区域中加工所述供体衬底(12),而第二加工部分(126)被确定用于在待从所述供体衬底(12)分出来的所述固体片(11)的上侧(130)的区域中加工所述供体衬底(12),
和/或
所述第一加工部分(124)与所述第二加工部分(126)相比在所述供体衬底(12)中产生更深的或者在体积方面更大的凹部(16),其中所述第一加工部分(124)和/或所述第二加工部分(126)具有弯曲的或者直的研磨面(132,134),
和/或
所述第一加工部分(124)具有弯曲的主研磨面(132),而所述第二加工部分(126)具有弯曲的副研磨面(134),其中所述主研磨面(132)的半径大于所述副研磨面(134)的半径,优选地,所述主研磨面(132)的半径是所述副研磨面(134)的半径的至少两倍大,
或者
所述第一加工部分(124)具有直的主研磨面(132),而所述第二加工部分(126)具有直的副研磨面(134),其中借助于所述主研磨面(132)与借助于所述副研磨面(134)相比从所述供体衬底(12)处移除更多的材料,
或者
所述第一加工部分(124)具有直的主研磨面(132),而所述第二加工部分(126)具有弯曲的副研磨面(134),
或者
所述第一加工部分(124)具有弯曲的主研磨面(132),而所述第二加工部分(126)具有直的副研磨面(134),
和/或
以在300nm和10μm之间的范围中的波长,以小于100微秒并且优选小于1微秒并且尤其优选小于1/10微秒的脉冲持续时间并且以大于1μJ并且优选大于10μJ的脉冲能量产生所述烧蚀激光射束(18),
和/或
在所述分离区域和与所述分离区域均匀地间隔开的表面之间的整个区域中待去除的材料表现出环形的,尤其圆筒形的造型,
和/或
其中所述激光射束(112)由激光装置(146)发射,
其中所述激光装置(146)是皮秒激光器或者飞秒激光器,
和/或
将所述激光射束(112)的,尤其所述fs激光器的激光射束的能量选择为,使得每个修改部(110)在所述供体衬底(12)中的损伤扩展小于瑞利长度的三倍,优选小于瑞利长度并且尤其优选小于瑞利长度的三分之一,
和/或
将所述激光射束(112)的,尤其所述fs激光器的激光射束的波长选择为,使得所述供体衬底(12)的吸收小于10cm-1并且优选小于1cm-1并且尤其优选小于0.1cm-1,
和/或
各个所述修改部(110)分别由于由所述激光射束(112),尤其所述fs激光器的激光射束引起的多光子激发而产生,
和/或
用于产生所述修改部(110)的所述激光射束(112)经由如下表面(116)引入到所述供体晶片(12)中,所述表面是待分出来的所述固体片(11)的组成部分,
和/或
所述应力产生层(114)具有聚合物,尤其聚二甲基硅氧烷(PDMS)或者由聚合物,尤其聚二甲基硅氧烷构成,其中进行所述热加载,使得所述聚合物经受玻璃化转变,其中所述应力产生层(114)的温度,尤其借助于液氮被调节到低于室温或低于0℃或者低于-50℃或者低于-100℃或者低于-110℃的温度上,尤其被调节到低于所述应力产生层(114)的玻璃化转变温度的温度上,
和/或
所述烧蚀辐射包括被加速的离子和/或等离子体和/或激光射束,和/或所述烧蚀辐射通过电子射束加热或者超声波形成,和/或所述烧蚀辐射是光刻法(电子射束、UV、离子、等离子体)的组成部分,所述光刻法具有在之前进行的光刻胶覆层之后的至少一个刻蚀步骤,和/或所述烧蚀流体是液体射束,尤其水射束切割工艺的水射束。
11.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
其特征在于,
一个或多个所述激光射束(212)相对于所述供体衬底(22)的所述平坦的表面(216)倾斜,使得所述激光射束相对于所述供体衬底的纵轴线以不等于0°或者180°的角度引入到所述供体衬底中,其中所述激光射束(212)在所述供体衬底(22)中聚焦以产生所述修改部(210),
其中优选地,所述激光射束(212)的第一部分(236)相对于所述供体衬底(22)的所述平坦的表面(216)以第一角度(238)引入所述供体衬底(22)中,而所述激光射束(212)的至少另一部分(240)相对于所述供体衬底(22)的所述平坦的表面(216)以第二角度(242)引入到所述供体衬底(22)中,其中所述第一角度(238)的量值与所述第二角度(242)的量值不同,其中所述激光射束(212)的所述第一部分(236)和所述激光射束(212)的所述另一部分(240)在所述供体衬底(22)中聚焦以产生所述修改部(210)。
12.根据权利要求11所述的方法,
其特征在于,
为了在所述供体衬底(22)的中心(Z)的区域中产生所述修改部(210),并且为了在所述供体衬底(22)的沿着径向方向产生的边缘(44)的区域中产生修改部(210),尤其以距所述边缘小于10mm的并且优选小于5mm的并且尤其优选小于1mm的距离产生修改部(210),所述激光射束(212)整体上在同一定向中相对于所述供体衬底(22)的所述平坦的表面(216)定向,
和/或
所述激光射束(212)的所述第一部分(236)相对于所述供体衬底(22)的所述平坦的表面(216)以第一角度(238)引入到所述供体衬底(22)中,而为了在所述供体(22)的中心(Z)的区域中产生修改部(210)并且为了在所述供体衬底(22)的沿着径向方向产生的边缘(244)的区域中产生修改部(210)以第二角度(242)引入所述激光射束(212)的所述另一部分(240),其中所述第一角度(238)的量值与所述第二角度(242)的量值始终不同,
和/或
其中所述激光射束(212)由激光装置(246)发射,
其中所述激光装置(246)是皮秒激光器或者飞秒激光器,
和/或
将所述激光射束(212)的,尤其所述fs激光器的激光射束的能量选择为,使得每个修改部(210)在所述供体衬底(22)中的损伤扩展小于瑞利长度的三倍,优选小于瑞利长度并且尤其优选小于瑞利长度的三分之一,
和/或
将所述激光射束(212)的,尤其所述fs激光器的激光射束的波长选择为,使得所述供体衬底(22)的吸收小于10cm-1并且优选小于1cm-1并且尤其优选小于0.1cm-1,
和/或
各个所述修改部(210)分别由于通过所述激光射束(212),尤其所述fs激光器的激光射束引起的多光子激发产生,
和/或
用于产生所述修改部(210)的所述激光射束(212)经由如下表面(216)引入到所述供体衬底(22)中,所述表面是待分出来的所述固体片(21)的组成部分,
和/或
所述激光射束(212)经由所述供体衬底(22)的环绕的表面,尤其沿着所述供体衬底(22)的径向方向引入到所述供体衬底(22)中,
和/或
经由所述环绕的表面导入到所述供体衬底(22)中的所述激光射束(212)产生长形地,尤其丝状地构成的修改部(210),
和/或
在所述供体衬底(22)的所述环绕的表面的一个位置处导入的所述激光射束(212)在不同的引入深度上聚焦以产生多个修改部(210),其中所述修改部(210)在此优选从最深的深度起朝向最浅的深度产生,
和/或
设有用于进行像差调整的机构,并且通过所述机构在经由所述环绕的表面引入的所述激光射束中引起像差调整。
13.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
所述方法此外包括下述步骤:
在所述多层结构(28)的至少一个露出的表面(212)上设置或产生应力产生层(210),
对所述应力产生层(210)进行热加载以在所述多层结构(28)内部产生机械应力,
其中所述应力在所述多层结构(28)的通过所述供体晶片(26)形成的部分中变得如此大,使得在所述供体晶片(26)中沿着所述分离区域(211)构成裂纹,通过所述裂纹,所述供体晶片(26)被***为所述分开部分(214)和所述连接部分(216),其中
所述应力产生层(210)具有聚合物,尤其聚二甲基硅氧烷(PDMS)或者由聚合物,尤其聚二甲基硅氧烷构成,其中进行所述热加载,使得所述聚合物经受玻璃化转变,其中所述应力产生层(210)的温度,尤其借助于液氮被调节到低于室温或低于0℃或者低于-50℃或者低于-100℃或者低于-110℃的温度上,尤其被调节到低于所述应力产生层(210)的玻璃化转变温度的温度上。
14.一种衬底在多组分晶片制造法中,尤其在MEMS晶片制造法中作为供体晶片(6)和结合晶片(2)的应用,
其中所述衬底作为供体晶片(6)设置到另一结合晶片(3)上,所述另一结合晶片具有氧化层,
其中所述供体晶片(6)在***的条件下由于裂纹扩展被分为连接部分(16)和分开部分(14),并且
其中所述分开部分(14)在以SiOx工艺进行处理之后用作为结合晶片(2),
其中所述结合晶片(2)与另一供体衬底连接以构成多层结构(8)。
15.一种多组分晶片(1),尤其MEMS晶片,
所述多组分晶片至少包括:
结合晶片(2),
其中所述结合晶片(2)的至少一个表面部分通过氧化物层构成;
由于裂纹扩展而从供体晶片(6)***出来的连接部分(16),
其中所述连接部分(16)材料配合地设置在通过所述氧化物层构成的表面部分上,并且
其中所述结合晶片(2)是从供体晶片分出来的分开部分(14)的借助于氧化处理,尤其借助于SiOx处理的加工处理过的部分。
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