DE102012213649A1

DE102012213649A1 - Mechanisch abgelöste Dünnschichten

Info

Publication number: DE102012213649A1
Application number: DE102012213649A
Authority: DE
Inventors: Stephen W. Bedell; Keith E. Fogel; Paul A. Lauro; Xiao Hu Liu; Devendra K. Sadana
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: GlobalFoundries US Inc
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2032-08-03
Also published as: GB2494014A; US20140147988A1; CN102956568A; US8969174B2; DE102012213649B4; CN102956568B; US20130052798A1; GB201209766D0; US8679943B2; GB2494014B

Abstract

Ein Ablösungsverfahren umfasst das Aufbringen einer Stressorschicht auf die Oberfläche eines Basissubstrats und das Kontaktieren der Stressorschicht mit einer planaren Übertragungsoberfläche. Die planare Übertragungsoberfläche wird anschließend entlang einer Ebene bewegt, die parallel zu der oberen Oberfläche des Basissubstrats ist und gegenüber dieser einen vertikalen Versatz aufweist. Die planare Übertragungsoberfläche wird in einer Richtung von einem ersten Rand des Basissubstrats zu einem gegenüberliegenden zweiten Rand des Basissubstrats bewegt, um das Basissubstrat zu spalten und einen abgelösten Teil des Basissubstrats auf die planare Übertragungsoberfläche zu übertragen. Der vertikale Versatz zwischen der Ebene, entlang der die planare Übertragungsoberfläche bewegt wird, und der oberen Oberfläche des Basissubstrats ist ein feststehender Abstand. Der feststehende Abstand des vertikalen Versatzes sorgt für eine einheitliche Ablösekraft. Ein Ablösungsverfahren, das eine Übertragungswalze enthält, wird ebenfalls beschrieben.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung elektrischer Bauelemente und insbesondere Verfahren zur schichtweisen Ablösung.
Ein Verfahren zum Übertragen dünner kristalliner Schichten von einem Basissubstrat auf ein anderes Substrat (Kunststoff, Glas, Metall usw.) ist die kontrollierte Substratablösung. Bei diesem Verfahren wird die Oberfläche eines Substrats durch Aufbringen eines gestressten Materials (z. B. Metall) auf die zu spaltende Oberfläche, d. h. das Basissubstrat, entfernt, wobei die Dicke und die Spannungswerte des gestressten Materials unter denen für eine spontane Ablösung des Basissubstrats erforderlichen liegen, aber hoch genug sind, um die Ablösung nach der Brucheinleitung zu ermöglichen. Kontrollierte Ablösung stellt einen kostengünstigen, einfachen Ansatz für das Entfernen vieler dünner Halbleiterschichten von einem vergleichsweise teuren dicken Basissubstrat dar.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Steuerung des Bruches eines Basissubstrats bei der schichtweisen Ablösung bereit. Bei einer Ausführungsform umfasst das Ablösungsverfahren das Aufbringen einer Stressorschicht auf eine Oberfläche eines Basissubstrats und das Kontaktieren der Stressorschicht mit einer planaren Übertragungsoberfläche an einem ersten Rand des Basissubstrats. Nach dem Kontakt der planaren Übertragungsoberfläche mit der Stressorschicht wird die planare Übertragungsoberfläche entlang einer parallel zu der oberen Oberfläche des Basissubstrats liegenden und gegenüber dieser vertikal versetzten Ebene in einer Richtung von dem ersten Rand des Basissubstrats zu einem gegenüberliegenden zweiten Rand des Basissubstrats bewegt. Der vertikale Versatz zwischen der Ebene, entlang der die planare Übertragungsoberfläche bewegt wird, und der oberen Oberfläche des Basissubstrats ist entlang der Breite des Basissubstrats von dem ersten Rand des Basissubstrats zu dem gegenüberliegenden zweiten Rand des Basissubstrats ein feststehender Abstand. Durch das Bewegen der planaren Übertragungsoberfläche von dem ersten Rand des Basissubstrats zu einem zweiten Rand des Basissubstrats wird das Basissubstrat gespalten und ein abgelöster Teil des Basissubstrats auf die planare Übertragungsoberfläche übertragen. Der feststehende Abstand, der den vertikalen Versatz zwischen der Ebene, entlang der die planare Übertragungsoberfläche bewegt wird, und der oberen Oberfläche des Basissubstrats ausmacht, trägt zu einer einheitlichen Ablösekraft (spalling force) bei. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Ablösungsverfahren darüber hinaus Walzen, um eine im Wesentlichen hohlraumfreie Verbindung des abgelösten Teils des Basissubstrats mit der planaren Übertragungsoberfläche sicherzustellen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Übertragen einer Materialschicht, das Folgendes umfasst:
Aufbringen einer Stressorschicht auf eine obere Oberfläche eines Basissubstrats;
Kontaktieren der Stressorschicht mit einer Übertragungswalze an einem ersten Ende des Basissubstrats, wobei ein Radius der Übertragungswalze so gewählt ist, dass eine Walzenkrümmung gleich einer Gleichgewichtskrümmung der Materialschicht ist, die von dem Basissubstrat auf die Übertragungswalze übertragen wird, und
Bewegen der Übertragungswalze von dem ersten Rand des Basissubstrats zu einem zweiten Rand des Basissubstrats, um das Basissubstrat in einen verbleibenden Teil und einen abgelösten Teil zu spalten, wobei der abgelöste Teil des Basissubstrats die auf die Übertragungswalze übertragene Materialschicht ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Stressorschicht ein Metall, ein Polymer, ein Ablösung bewirkendes Band oder eine Kombination von diesen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst diese weiter das Ausbilden einer Klebeschicht zwischen der Stressorschicht und dem Basissubstrat.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei das Bewegen der Übertragungswalze von dem ersten Rand des Basissubstrats zu einem zweiten Rand eine konstante Geschwindigkeit von 1 Zentimeter/Sekunde bis zu 1000 Meter/Sekunde umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei der abgelöste Teil des Basissubstrats eine Dicke von weniger als 100 Mikrometern aufweist.
Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Übertragen einer Materialschicht, beispielsweise durch Ablösung (spalling) bereitgestellt, das das Aufbringen einer Stressorschicht auf die Oberfläche eines Basissubstrats umfasst. Die Stressorschicht kann anschließend an einem ersten Rand des Basissubstrats mit einer Übertragungswalze kontaktiert werden, wobei der Radius der Übertragungswalze so gewählt ist, dass eine Walze mit einer Krümmung bereitgestellt wird, die gleich einer Gleichgewichtskrümmung der Materialschicht ist, die von dem Basissubstrat auf die Übertragungswalze übertragen wird. Nach dem Kontakt der Überragungswalze mit der Stressorschicht wird die Übertragungswalze von dem ersten Rand des Basissubstrats zu einem gegenüberliegenden zweiten Rand des Basissubstrats bewegt. Durch das Bewegen der Übertragungswalze von dem ersten Rand des Basissubstrats zu einem zweiten Rand des Basissubstrats wird das Basissubstrat gespalten und ein abgelöster Teil des Basissubstrats auf die Übertragungswalze übertragen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden werden eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung ausschließlich beispielhaft beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, die Folgendes zeigen:
1 ist eine seitliche Schnittdarstellung und zeigt das Aufbringen einer Stressorschicht auf eine Oberfläche eines Basissubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine seitliche Schnittdarstellung und zeigt eine Ausführungsform des Kontaktierens der Stressorschicht mit einer planaren Übertragungsoberfläche an einem ersten Rand des Basissubstrats;
Die 3 und 4 sind seitliche Schnittdarstellungen und zeigen eine Ausführungsform des Bewegens der planaren Übertragungsoberfläche entlang einer Ebene, die zu der oberen Oberfläche des Basissubstrats parallel ist und gegenüber dieser einen vertikalen Versatz aufweist, in einer Richtung von dem ersten Rand des Basissubstrats zu einem gegenüberliegenden zweiten Rand des Basissubstrats, um das Basissubstrat zu spalten und einen abgelösten Teil des Basissubstrats auf die planare Übertragungsoberfläche zu übertragen;
5 ist eine seitliche Schnittdarstellung und zeigt den auf die planare Übertragungsoberfläche übertragenen abgelösten Teil des Basissubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine seitliche Schnittdarstellung und zeigt Walzen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die dazu dienen, die Stressorschicht auf die planare Übertragungsoberfläche zu drücken;
7 ist eine seitliche Schnittdarstellung und zeigt eine Übertragungswalze zum Übertragen einer Materialschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden hier detaillierte Ausführungsformen beschrieben. Allerdings versteht sich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich zur Veranschaulichung der hier beschriebenen Strukturen und des hier beschriebenen Verfahrens dienen, die auf unterschiedliche Weise verkörpert werden können. Überdies sollen alle in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung angeführten Beispiele veranschaulichend und nicht einschränkend sein. Darüber hinaus sind die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, sondern einige Merkmale können übertrieben sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten darzustellen. Daher sollen hier offenbarte spezifisch strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend verstanden werden, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage dienen, um Fachleute zu lehren, die offenbarten Verfahren und Strukturen auf verschiedene Weise anzuwenden.
Verweise in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform”, „eine beispielhafte Ausführungsform” usw. weisen darauf hin, dass die beschriebene Ausführungsform eine bestimmte Eigenschaft, Struktur oder ein bestimmtes Merkmal umfassen kann, dass aber nicht jede Ausführungsform notwendigerweise diese bestimmte Eigenschaft, Struktur oder dieses bestimmte Merkmal umfasst. Derartige Sätze beziehen sich zudem nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform. Für den Fall, dass eine bestimmte Eigenschaft, Struktur oder ein bestimmtes Merkmal in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben werden, wird außerdem vorgebracht, dass Fachleute über die Kenntnisse verfügen, eine derartige Eigenschaft, Struktur oder ein derartiges Merkmal in Verbindung mit anderen Ausführungsformen zu beeinflussen, unabhängig davon, ob diese ausdrücklich beschrieben werden.
In der folgenden Beschreibung sollen sich die Begriffe „obere”, „untere”, „rechts”, „links”, „vertikal”, „horizontal”, „oben”, „unten” sowie deren Ableitungen auf die Ausrichtung der Erfindung in den Zeichnungen beziehen. Die Begriffe „darüberliegend”, „auf”, „angeordnet auf” oder „angeordnet oberhalb” bedeuten, dass ein erstes Element, beispielsweise eine erste Struktur, auf einem zweiten Element vorhanden ist, beispielsweise auf einer zweiten Struktur, wobei dazwischen liegende Elemente wie eine Grenzflächenstruktur zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element vorhanden sein können. Der Begriff „direkter Kontakt” bedeutet, dass ein erstes Element wie beispielsweise eine erste Struktur, und ein zweites Element, beispielsweise eine zweite Struktur, ohne dazwischen liegende leitende, isolierende oder Halbleiterschichten an der Grenzfläche der beiden Elemente miteinander verbunden sind.
Die 1 bis 6 zeigen eine Ausführungsform eines Ablösungsverfahrens, das Folgendes enthält: Aufbringen einer Stressorschicht 5 auf eine obere Oberfläche S1 eines Basissubstrats 10, Kontaktieren der Stressorschicht 5 mit einer planaren Übertragungsoberfläche 15 an einem ersten Rand E1 des Basissubstrats 10 und Bewegen der planaren Übertragungsoberfläche 15 entlang einer Ebene P1, die parallel zu der oberen Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 ist und gegenüber dieser einen vertikalen Versatz aufweist, in einer Richtung von dem ersten Rand E1 des Basissubstrats 10 zu einem gegenüberliegenden zweiten Rand E2 des Basissubstrats 10, um das Basissubstrat 10 zu spalten und einen abgelösten Teil 11 des Basissubstrats 10 auf die planare Übertragungsoberfläche 15 zu übertragen. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, ist der vertikale Versatz D1 zwischen der Ebene P1, entlang der die planare Übertragungsoberfläche 15 bewegt wird, und der oberen Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 ein feststehender Abstand, der die planare Übertragungsoberfläche 15 von der oberen Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 trennt, während die planare Übertragungsoberfläche 15 über die gesamte Breite W1 des Basissubstrats 10 bewegt wird, was für eine einheitliche Ablösekraft sorgt. Mit „einheitlicher Ablösekraft” ist gemeint, dass die Kraft, die die Rissausbreitung aufrechterhält, die das Basissubstrat 10 spaltet, über die gesamte Breite W1 des Basissubstrats 10 im Wesentlichen gleich ist. Mit „im Wesentlichen gleich” ist gemeint, dass der Unterschied in der Kraft, die den Riss über das Basissubstrat hin ausbreitet, ein Unterschied von weniger als 10% ist.
1 zeigt eine Ausführungsform des Aufbringens einer Stressorschicht 5 auf eine obere Oberfläche S1 eines Basissubstrats 10. Das bei der vorliegenden Offenbarung verwendete Basissubstrat 10 kann ein Halbleitermaterial, ein Glas, einen Keramikwerkstoff oder ein beliebiges anderes Material umfassen, dessen Bruchzähigkeit geringer ist als die der anschließend auszubildenden Stressorschicht 5. Bruchzähigkeit ist eine Eigenschaft, die die Fähigkeit eines Materials mit einem Riss beschreibt, einem Bruch zu widerstehen. Wenn das Basissubstrat 10 ein Halbleitermaterial umfasst, kann das Halbleitermaterial unter anderem Si, Ge, SiGe, SiGeC, SiC, Ge-Legierungen, GaSb, GaP, GaN, GaAs, InAs, InP, Al₂O₃ sowie ein beliebiger anderer III–V- oder II–VI-Verbundhalbleiter sein, sowohl einzeln oder als Kombination. Bei einigen Ausführungsformen ist das Basissubstrat 10 ein massives Halbleitermaterial. Bei anderen Ausführungsformen kann das Basissubstrat 10 ein geschichtetes Halbleitermaterial wie beispielsweise einen Halbleiter-auf-Isolator oder auf einem Einkristallsubstrat aufgewachsene heteroepitaktische Schichten enthalten. Zu den dargestellten Beispielen für Halbleiter-auf-Isolator-Substrate, die als Basissubstrat 10 verwendet werden können, gehören Silicium-auf-Isolator-Substrate und Silicium-Germanium-auf-Isolator-Substrate. Wenn das Basissubstrat 10 ein Halbleitermaterial enthält, kann das Halbleitermaterial dotiert oder undotiert sein oder dotierte und undotierte Bereiche umfassen.
Bei einer Ausführungsform kann das Halbleitermaterial, das als das Basissubstrat 10 verwendet werden kann, einkristallin sein (d. h. ein Material, bei dem das Kristallgitter der gesamten Probe bis zu den Rändern der Probe durchgehend und ungebrochen ist, ohne Korngrenzen). Bei einer anderen Ausführungsform kann das Halbleitermaterial, das als das Basissubstrat 10 verwendet werden kann, polykristallin sein (d. h. ein Material, das aus zahlreichen Kristalliten unterschiedlicher Größe und Ausrichtung besteht; die Richtungsunterschiede können zufällig (als Zufallstextur bezeichnet) oder gelenkt sein, möglicherweise aufgrund von Wachstums- und Verarbeitungsbedingungen). Bei noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Halbleitermaterial, das als das Basissubstrat 10 verwendet werden kann, amorph sein (d. h. ein nichtkristallines Material, das nicht wie ein Kristall über das Merkmal der Fernordnung verfügt). Üblicherweise ist das Halbleitermaterial, das als das Basissubstrat 10 verwendet werden kann, ein einkristallines Material.
Wenn das Basissubstrat 10 ein Glas umfasst, kann das Glas ein Glas auf SiO₂-Basis sein, das undotiert oder mit einem geeigneten Dotierstoff dotiert sein kann. Zu den Beispielen für Glaswerkstoffe auf SiO₂-Basis, die als das Basissubstrat 10 verwendet werden können, gehören undotiertes Silicatglas, Borsilicatglas, Phosphosilicatglas, Fluorsilicatglas und Borphosphosilicatglas.
Wenn das Basissubstrat 10 einen Keramikwerkstoff umfasst, ist der Keramikwerkstoff ein beliebiger anorganischer, nichtmetallischer Feststoff, beispielsweise ein Oxid, wie unter anderem Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Cerdioxid und Zirkoniumdioxid, ein Nichtoxid wie unter anderem ein Carbid, ein Borid, ein Nitrid oder ein Silicid, oder es sind Verbundstoffe, die Kombinationen von Oxiden und Nichtoxiden enthalten.
Bei einigen Ausführungsformen kann die obere Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 vor der weiteren Verarbeitung gereinigt werden, um Oberflächenoxide und/oder andere Verunreinigungen von dieser zu entfernen. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird das Basissubstrat 10 gereinigt, indem auf das Basissubstrat 10 ein Lösungsmittel wie beispielsweise Aceton und Isopropanol aufgetragen wird, das in der Lage ist, Verunreinigungen und/oder Oberflächenoxide von der oberen Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 zu entfernen.
Bei einigen Ausführungsformen kann eine optionale metallhaltige Klebeschicht (nicht gezeigt) bei Ausführungsformen angewendet werden, bei denen die anschließend auszubildende Stressorschicht 5 über mangelhafte Haftung an dem Material des Basissubstrats 10 verfügt. Üblicherweise wird die optionale metallhaltige Klebeschicht verwendet, wenn eine Stressorschicht 5 aus einem Metall besteht. Die optionale metallhaltige Klebeschicht, die bei der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann, enthält ein beliebiges Metall-Klebematerial wie beispielsweise unter anderem Ti/W, Ti, Cr, Ni oder eine beliebige Kombination von diesen. Die optionale metallhaltige Klebeschicht kann eine Einzelschicht umfassen oder eine mehrschichtige Struktur enthalten, die mindestens zwei Schichten unterschiedlicher Metall-Klebematerialien umfasst. Die optionale metallhaltige Klebeschicht kann bei Raumtemperatur (15°C bis 25°C) oder darüber ausgebildet werden. Bei einer Ausführungsform wird die optionale metallhaltige Klebeschicht bei einer Temperatur von 20°C bis 180°C ausgebildet. Bei einer anderen Ausführungsform wird die optionale metallhaltige Klebeschicht bei einer Temperatur von 20°C bis 60°C ausgebildet.
Die optionale metallhaltige Klebeschicht kann mithilfe von Abscheidetechniken ausgebildet werden, wie beispielsweise Sputtern, chemische Gasphasenabscheidung, plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung, chemische Lösungsabscheidung, physikalische Gasphasenabscheidung sowie Plattierung. Wenn Sputter-Abscheidung eingesetzt wird, kann der Sputter-Abscheidungsprozess vor der Abscheidung weiter einen in-situ Sputter-Reinigungsprozess umfassen. Wenn sie verwendet wird, weist die optionale metallhaltige Klebeschicht üblicherweise eine Dicke von 5 nm bis 200 nm auf, wobei eine Dicke von 100 nm bis 150 nm eher üblich ist. Andere Dicken der metallhaltigen Klebeschicht, die unter- und/oder oberhalb des zuvor erwähnten Dickebereichs liegen, können bei der vorliegenden Offenbarung ebenfalls verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform befindet sich die Stressorschicht 5 auf und in direktem Kontakt mit der oberen Oberfläche S1 des Basissubstrats 10. Bei einer anderen Ausführungsform, und wenn eine metallhaltige Klebeschicht vorhanden ist, befindet sich die Stressorschicht 5 in direktem Kontakt mit der oberen Oberfläche der metallhaltigen Klebeschicht. Die Stressorschicht 5, die auf der oberen Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 ausgebildet wird, verfügt über eine kritische Dicke und einen Spannungswert, die bewirken, dass in dem Basissubstrat 10 ein Ablösungsbruch (spalling mode fracture) auftritt. Mit „Ablösungsbruch” ist gemeint, dass in dem Basissubstrat 10 ein Riss gebildet wird und durch die Kombination von Belastungskräften eine Rissbahn in einer Tiefe unterhalb der Stressor-/Substrat-Grenzfläche aufrechterhalten wird. Mit „kritischer Bedingung” ist gemeint, dass bei einer gegebenen Kombination von Stressormaterial und Substratmaterial für die Stressorschicht ein Dickewert und ein Stressorwert gewählt werden, die einen Ablösungsbruch möglich machen (einen K_I Wert bewirken können, der größer ist als der K_IC des Substrats).
Insbesondere wird die Dicke der Stressorschicht 5 so gewählt, dass sie die gewünschte Bruchtiefe in dem Basissubstrat 10 liefert. Wird beispielsweise als Stressorschicht 5 Ni gewählt, dann tritt der Bruch unterhalb der Stressorschicht 5 in einer Tiefe von etwa dem 2- bis 3-fachen der Ni-Dicke auf. Der Spannungswert für die Stressorschicht 5 wird dann so gewählt, dass er die kritische Bedingung für einen Ablösungsbruch erfüllt. Dies lässt sich durch Umkehren der folgenden empirischen Gleichung schätzen: t* = {(2,5 × 10⁶(K_IC ^3/2)}/σ², wobei t* die kritische Stressorschichtdicke (in Mikrometern) ist, K_IC die Bruchzähigkeit (in Einheiten von MPa·m^1/2) des Basissubstrats 10 und σ der Spannungswert der Stressorschicht (in MPa). Der obige Ausdruck ist ein Orientierungswert, in der Praxis kann schichtweise Ablösung bei Spannungs- oder Dickewerten auftreten, die bis zu 20% geringer als die durch den obigen Ausdruck vorhergesagten sind.
Gemäß den beschriebenen Ausführungsformen steht die Stressorschicht 5 unter Zugspannung, während sie sich bei Ablösetemperatur auf dem Basissubstrat 10 befindet. Veranschaulichende Beispiele für Materialien, die als die Stressorschicht 5 verwendet werden können, sind unter anderem ein Metall, ein Polymer, beispielsweise eine Schicht eines Ablösung bewirkenden Bandes, oder eine beliebige Kombination von diesen. Die Stressorschicht 5 kann eine einzelne Stressorschicht umfassen, oder es kann eine mehrschichtige Stressorstruktur mit mindestens zwei Schichten aus unterschiedlichem Stressormaterial verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform besteht die Stressorschicht 5 aus einem Metall. Wird ein Metall als die Stressorschicht 5 verwendet, kann das Metall beispielsweise Ni, Ti, Cr, Fe oder W sein. Legierungen dieser Metalle können ebenfalls verwendet werden. Bei einer Ausführungsform enthält die Stressorschicht 5 mindestens eine aus Ni bestehende Schicht. Bei einer anderen Ausführungsform enthält die Stressorschicht 5 ein Polymer. Wenn die Stressorschicht 5 ein Polymer enthält, ist das Polymer ein großes Makromolekül, das aus wiederkehrenden Struktureinheiten besteht. Diese Untereinheiten sind üblicherweise durch kovalente chemische Bindungen verbunden. Veranschaulichende Beispiele für Polymere, die in der Stressorschicht 5 enthalten sein können, sind unter anderem Polyimide, Polyester, Polyolefine, Polyacrylate, Polyurethan, Polyvinylacetat und Polyvinylchlorid.
Bei noch einer anderen Ausführungsform enthält die Stressorschicht 5 ein Ablösung bewirkendes Band. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Stressorschicht 5 beispielsweise eine zweiteilige Stressorschicht mit einem unteren Teil und einem oberen Teil umfassen. Der obere Teil der zweiteiligen Stressorschicht kann aus einer Schicht eines Ablösung bewirkenden Bandes bestehen. Wird ein Ablösung bewirkendes Band als die Stressorschicht 5 verwendet, kann das Ablösung bewirkende Band ein beliebiges druckempfindliches Band sein. Mit „druckempfindliches Band” ist ein Klebeband gemeint, das bei Anwendung von Druck haftet, ohne dass ein Lösungsmittel, Wärme oder Wasser zur Aktivierung benötigt würden.
Üblicherweise enthält das druckempfindliche Band, das bei der vorliegenden Offenbarung zu der Stressorschicht 5 gehört, mindestens eine Klebeschicht und eine Basisschicht. Materialien für die Klebeschicht und die Basisschicht des druckempfindlichen Bandes enthalten unter anderem polymerische Materialien wie beispielsweise Acryle, Polyester, Olefine und Vinyle mit oder ohne geeignete Weichmacher. Weichmacher sind Zusatzstoffe, die die Plastizität des polymerischen Materials erhöhen, dem sie hinzugefügt werden.
Bei einer Ausführungsform wird die bei der vorliegenden Offenbarung verwendete Stressorschicht 5 bei Raumtemperatur ausgebildet (15°C bis 40°C). Bei einer anderen Ausführungsform mit einer Bandschicht kann die Bandschicht bei einer Temperatur von 15°C bis 60°C ausgebildet werden.
Besteht die Stressorschicht 5 aus einem Metall oder Polymer, kann die Stressorschicht 5 mithilfe von Abscheidetechniken ausgebildet werden, die Fachleuten gut bekannt sind, wie beispielsweise Tauchbeschichtung, Rotationsbeschichtung, Bürstenstreichverfahren, Sputtern, chemische Gasphasenabscheidung, plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung, chemische Lösungsabscheidung, physikalische Gasphasenabscheidung sowie Plattieren.
Enthält die Stressorschicht 5 eine Schicht aus Ablösung bewirkendem Band, kann die Bandschicht manuell oder mithilfe mechanischer Mittel auf die Struktur aufgebracht werden. Einige Beispiele für Ablösung bewirkende Bänder, die bei der vorliegenden Offenbarung als die Stressorschicht 5 verwendet werden können, sind beispielsweise das durch Wärme lösbare Band Nitto Denko 3193MS, Kapton KPT-1 und CLEAR-170 von Diversified Biotech (Acryl-Klebstoff, Vinylbasis). Bei einer Ausführungsform kann eine zweiteilige Stressorschicht auf der oberen Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 ausgebildet werden, wobei ein unterer Teil der zweiteiligen Stressorschicht bei einer ersten Temperatur auf Raumtemperaturniveau oder geringfügig darüber (beispielsweise von 15°C bis 60°C) ausgebildet wird, wobei ein oberer Teil der zweiteiligen Stressorschicht eine Schicht aus einem Ablösung bewirkenden Band umfasst, die bei einer Hilfstemperatur auf Raumtemperaturniveau ausgebildet wird. Die Schicht aus dem Ablösung bewirkenden Band wird üblicherweise in Kombination mit einer Stressorschicht metallischer Art verwendet.
Ist die Stressorschicht 5 metallischer Art, weist sie üblicherweise eine Dicke von 3 μm bis 50 μm auf, wobei eine Dicke von 4 μm bis 8 μm eher üblich ist. Andere Dicken der metallischen Stressorschicht, die unter und/oder über den zuvor erwähnten Dickebereichen liegen, können bei der vorliegenden Offenbarung ebenfalls verwendet werden. Ist die Stressorschicht 5 polymerischer Art, weist sie üblicherweise eine Dicke von 10 μm bis 200 μm auf, wobei eine Dicke von 50 μm bis 100 μm eher üblich ist. Andere Dicken für eine polymerische Stressorschicht, die unter und/oder über den zuvor erwähnten Dickebereichen liegen, können bei der vorliegenden Offenbarung ebenfalls verwendet werden.
2 zeigt eine Ausführungsform des Kontaktierens der Stressorschicht 5 mit einer planaren Übertragungsoberfläche 15 an einem ersten Rand E1 des Basissubstrats 10. Die planare Übertragungsoberfläche 15 ist die Oberfläche, auf die der abgelöste Teil des Basissubstrats 10 übertragen wird. Mit „planar” ist gemeint, dass die Oberfläche eben ist, d. h., sie liegt in einer Ebene. Die planare Übertragungsoberfläche 15 kann durch ein Handhabungssubstrat mit einer Klebeoberfläche bereitgestellt werden. Bei einer Ausführungsform kann das Handhabungssubstrat, das als Grundmaterial der planaren Übertragungsoberfläche 15 dient, ein Halbleitermaterial, ein Glaswerkstoff, ein Keramikwerkstoff, ein Metall, ein Polymer oder eine Kombination von diesen umfassen. Wenn das Handhabungssubstrat ein Halbleitermaterial umfasst, kann das Halbleitermaterial unter anderem Si, Ge, SiGe, SiGeC, SiC, Ge-Legierungen, GaSb, GaP, GaAs, GaN, Al₂O₃, InAs, InP sowie ein beliebiger anderer III–V- oder II–VI-Verbundhalbleiter sein, sowohl einzeln oder als Kombination. Bei einigen Ausführungsformen ist das Handhabungssubstrat ein massives Halbleitermaterial. Bei anderen Ausführungsformen kann das Handhabungssubstrat ein geschichtetes Halbleitermaterial wie beispielsweise einen Halbleiter-auf-Isolator oder auf einem Einkristallsubstrat aufgewachsene heteroepitaktische Schichten umfassen. Wenn das Handhabungssubstrat ein Halbleitermaterial umfasst, kann das Halbleitermaterial dotiert oder undotiert sein oder dotierte und undotierte Bereiche enthalten.
Bei einer Ausführungsform kann das Halbleitermaterial, das als das Handhabungssubstrat verwendet werden kann, einkristallin sein (d. h. ein Material, bei dem das Kristallgitter der gesamten Probe bis zu den Rändern der Probe durchgehend und ungebrochen ist, ohne Korngrenzen). Bei einer anderen Ausführungsform kann das Halbleitermaterial, das als das Handhabungssubstrat verwendet werden kann, polykristallin sein (d. h. ein Material, das aus zahlreichen Kristalliten unterschiedlicher Größe und Ausrichtung besteht; die Richtungsunterschiede können zufällig (als Zufallstextur bezeichnet) oder ausgerichtet sein, möglicherweise aufgrund von Wachstums- und Verarbeitungsbedingungen). Bei noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Halbleitermaterial, das als das Handhabungssubstrat verwendet werden kann, amorph sein (d. h. ein nichtkristallines Material, das nicht wie ein Kristall über das Merkmal der Fernordnung verfügt). Üblicherweise ist das Halbleitermaterial, das als das Handhabungssubstrat verwendet werden kann, ein einkristallines Material.
Wenn das Handhabungssubstrat ein Glas umfasst, kann das Glas ein Glas auf SiO₂-Basis sein, das undotiert oder mit einem geeigneten Dotierstoff dotiert sein kann. Zu den Beispielen für Glaswerkstoffe auf SiO₂-Basis, die als das Handhabungssubstrat verwendet werden können, gehören undotiertes Silicatglas, Borsilicatglas, Phosphosilicatglas, Fluorsilicatglas und Borphosphosilicatglas.
Wenn das Handhabungssubstrat einen Keramikwerkstoff umfasst, ist der Keramikwerkstoff ein beliebiger anorganischer, nichtmetallischer Feststoff wie beispielsweise ein Oxid, wie unter anderem Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Cerdioxid und Zirkoniumdioxid, ein Nichtoxid wie unter anderem ein Carbid, ein Borid, ein Nitrid oder ein Silicid, oder es sind Verbundstoffe, die Kombinationen von Oxiden und Nichtoxiden enthalten.
Wenn das Handhabungssubstrat ein Metall umfasst, kann das Metall ein starres Metallsubstrat oder eine dünne Metallfolie sein. Derartige metallische Handhabungssubstrate können unter anderem Edelstähle, Kupfer, Aluminium, Molybdän, Invar, Kovar wie auch andere Metalle und deren Legierungen sein
Wenn das Handhabungssubstrat ein Polymer umfasst, kann das Polymer ein starres Substrat oder eine dünne Polymerfolie sein, mit oder ohne eine Klebeoberfläche zum Haften an der Stressorschicht 5, die sich auf dem Basissubstrat 10 befindet. Der Klebstoff kann mithilfe eines Klebebands bereitgestellt werden, beispielsweise eines druckempfindlichen Bands. Üblicherweise umfasst das druckempfindliche Band, das als Klebekomponente der planaren Übertragungsoberfläche 15 verwendet wird, mindestens eine Klebeschicht und eine Basisschicht. Materialien für die Klebeschicht und die Basisschicht des druckempfindlichen Bandes sind unter anderem polymerische Materialien wie beispielsweise Acryle, Polyester, Olefine und Vinyle mit oder ohne geeignete Weichmacher. Neben dem bereits erwähnten Klebeband/druckempfindlichen Band kann der auf dem Handhabungssubstrat der planaren Übertragungsoberfläche 15 vorhandene Klebstoff mithilfe eines Leims bereitgestellt werden, der mithilfe von Pinselauftrag, Spritzauftrag, Tauchbeschichtung, Vorhangabscheidung sowie deren Kombinationen auf das Handhabungssubstrat aufgebracht werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass die zuvor erwähnten Beispiele für Klebstoffe lediglich zu Veranschaulichungszwecken dienen und die vorliegende Offenbarung nicht einschränken sollen, da jedes Klebematerial geeignet ist, das auf das Handhabungssubstrat aufgebracht werden kann und die Verbindungsfähigkeit zwischen der planaren Übertragungsoberfläche 15 und dem Basissubstrat 10, beispielsweise der Stressorschicht 5, während der Brucheinleitung und Rissausbreitung beim Ablösungsprozess aufrechterhalten kann.
Bei einigen Ausführungsformen enthält das Handhabungssubstrat einen Klebstoff zum Haften an der Stressorschicht 5, die sich auf dem Basissubstrat 10 befindet. Der Klebstoff kann mithilfe eines Klebebands bereitgestellt werden, beispielsweise einem druckempfindlichen Band. Üblicherweise umfasst das druckempfindliche Band, das als Klebekomponente der planaren Übertragungsoberfläche 15 verwendet wird, mindestens eine Klebeschicht und eine Basisschicht. Materialien für die Klebeschicht und die Basisschicht des druckempfindlichen Bandes sind unter anderem polymerische Materialien wie beispielsweise Acryle, Polyester, Olefine und Vinyle mit oder ohne geeignete Weichmacher. Neben dem bereits erwähnten Klebeband/druckempfindlichen Band kann der auf dem Handhabungssubstrat der planaren Übertragungsoberfläche 15 vorhandene Klebstoff mithilfe eines Leims bereitgestellt werden, der mithilfe von Pinselauftrag, Spritzauftrag, Tauchbeschichtung, Vorhangabscheidung sowie deren Kombinationen auf das Handhabungssubstrat aufgebracht werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass die zuvor erwähnten Beispiele für Klebstoffe lediglich zu Veranschaulichungszwecken dienen und die vorliegende Offenbarung nicht einschränken sollen, da jedes Klebematerial geeignet ist, das auf das Handhabungssubstrat aufgebracht werden kann und die Verbindungsfähigkeit zwischen der planaren Übertragungsoberfläche 15 und dem Basissubstrat 10, beispielsweise der Stressorschicht 5 während der Brucheinleitung und Rissausbreitung beim Ablösungsprozess aufrechterhalten kann.
Bei einigen Ausführungsformen kann die planare Übertragungsoberfläche 15 ein Handhabungssubstrat ohne einen Klebstoff zum Haften an der Stressorschicht 5 enthalten, die sich auf dem Basissubstrat 10 befindet. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen, bei denen sich auf der planaren Übertragungsfläche 15 kein Klebstoff befindet, ein Klebstoff auf der Stressorschicht 5 vorhanden sein, oder die Stressorschicht 5 selbst kann ein Klebstoff sein. Der Klebstoff, der sich auf der Stressorschicht 5 befindet, kann den Klebstoffen ähneln, die im Vorangehenden mit Bezug darauf beschrieben wurden, dass die planare Übertragungsoberfläche 15 beispielsweise Klebeband und Leim enthält. Wie im Vorangehenden festgestellt, kann bei einigen Ausführungsformen die Stressorschicht 5 als der Klebstoff fungieren, der für das Haften an der planaren Übertragungsoberfläche 14 sorgt. Bei dieser Ausführungsform kann die Stressorschicht 5 ein Ablösungsband umfassen, Metall oder Polymer mit Klebeeigenschaften und ausreichender Stärke, um die Verbindungsfähigkeit zwischen der planaren Übertragungsoberfläche 15 und dem Basissubstrat 10 während der Brucheinleitung und der Rissausbreitung beim Ablösungsprozess aufrechtzuerhalten.
Nach der Verbindung der planaren Übertragungsoberfläche 15 mit der Stressorschicht 5 wird die planare Übertragungsoberfläche 15 entlang einer Ebene P1 angeordnet, die parallel zu der oberen Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 und gegenüber dieser D1 versetzt D1 ist. Mit „parallel” ist gemeint, dass die Ebene P1 und die obere Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 gleich weit voneinander entfernt sind, d. h. vertikal versetzt D1, mindestens entlang dem Maß der Breite W1 des Basissubstrats 10. Üblicherweise sind die Ebene P1 und die obere Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 ebenfalls gleich weit voneinander entfernt, d. h. vertikal versetzt, mindestens entlang dem Längenmaß des Basissubstrats 10. Das Längenmaß (nicht gezeigt) des Basissubstrats 10 ist senkrecht zu der Breite W1 des Basissubstrats 10, wie auch senkrecht zu dem Maß, das durch den vertikalen Versatz D1 definiert ist und in die Seite herein und aus der Seite hinaus verläuft.
Bei einer Ausführungsform ist die Ebene P1 um ein Maß von 0,1 cm bis 20 cm vertikal versetzt D1. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Ebene P1 um ein Maß von 0,2 cm bis 10 cm vertikal versetzt. Bei noch einer anderen Ausführungsform ist die Ebene P1 um ein Maß von 0,5 cm bis 5 cm vertikal versetzt. Es wird darauf hingewiesen, dass die im Vorangehenden angegebenen Maße nur zu Veranschaulichungszwecken angeführt werden und die vorliegende Offenbarung nicht einschränken sollen, da ein beliebiges Maß für den vertikalen Versatz D1 in Betracht gezogen wird, der zwischen der oberen Oberfläche S1 des Basissubstrats und der Ebene P1 vorhanden ist, entlang der die planare Übertragungsoberfläche 15 bewegt werden sollte, sofern das Maß des vertikalen Versatzes D1 eine einheitliche Ablösekraft zulässt.
Die 2 bis 5 zeigen eine Ausführungsform der Bewegung der planaren Übertragungsoberfläche 15 entlang einer Ebene P1, die parallel zu der oberen Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 und gegenüber dieser vertikal versetzt D1 ist, in einer Richtung von dem ersten Rand E1 des Basissubstrats zu einem gegenüberliegenden zweiten Rand E2 des Basissubstrats 10. Durch das Bewegen der planaren Übertragungsoberfläche 15 von dem ersten Rand E1 des Basissubstrats 10 bis zu einem gegenüberliegenden zweiten Rand E2 des Basissubstrats 10 wird das Basissubstrat 10 gespalten und ein abgelöster Teil 11 des Basissubstrats 10 auf die planare Übertragungsoberfläche 15 übertragen.
2 zeigt den Ablösungsprozess nach dem Einleiten des Substratbruchs, der das Spalten des Basissubstrats 10 einleitet. 2 zeigt die Ausbreitung des Risses bis auf circa ¼ des Maßes der Breite W1 des Basissubstrats 10. In diesem Stadium wurde circa ¼ der Breite W1 des Basissubstrats 10 gespalten, und circa ¼ der endgültigen Abmessungen des abgelösten Teils 11 des Basissubstrats 10 wurde auf die planare Übertragungsoberfläche 15 übertragen. 3 zeigt das Bewegen der planaren Übertragungsoberfläche 15 entlang circa der Hälfte des Maßes der Breite W1 des Basissubstrats 10, und 4 zeigt das Bewegen der planaren Übertragungsoberfläche 15 größer als ¾ des Maßes der Breite W1 des Basissubstrats 10. Während die planare Übertragungsoberfläche 15 über die Breite W1 des Basissubstrats 10 bewegt wird, wie beispielsweise in den 2 bis 4 gezeigt, wird eine einheitliche Ablösekraft auf das Basissubstrat 10 aufgebracht. 5 zeigt die planare Übertragungsoberfläche 15, nachdem die planare Übertragungsoberfläche über den zweiten Rand E2 des Basissubstrats 10 hinaus bewegt wurde, wobei ein vollständig übertragener abgelöster Teil 11 des Basissubstrats 10 als an der planaren Übertragungsoberfläche 15 haftend dargestellt ist.
Mit Bezug auf die 2 bis 5: Das Bewegen der planaren Übertragungsoberfläche 15 entlang der Ebene P1, die parallel zu der oberen Oberfläche des Basissubstrats 10 ist, kann eine Abweichung um einen Winkel α von 5 Grad von der Ebene P1 ermöglichen, die parallel zu der oberen Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 ist. Die Abweichung von der parallelen Ebene P1 kann von einer Prozessabweichung in den mechanischen Strukturen herrühren, die die planare Übertragungsoberfläche 15 über die Breite W1 des Basissubstrats 10 bewegen. Mit dem Bewegen der planaren Übertragungsoberfläche 15 „vollständig auf” der Ebene, die parallel zu der oberen Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 verläuft, ist gemeint, dass sobald die planare Übertragungsoberfläche 15 das Basissubstrat 10 kontaktiert, d. h. die Stressorschicht 5 auf dem Basissubstrat 10, und die Ebene P1 erreicht, die parallel zu der oberen Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 ist, die planare Übertragungsoberfläche 15 genau entlang der Ebene P1 bewegt wird, die ohne irgendeine Abweichung parallel zu der oberen Oberfläche S1 ist.
Während die planare Übertragungsoberfläche 15 quer über die Breite W1 des Basissubstrats 10 von dem ersten Rand E1 des Basissubstrats 10 zum zweiten Rand E2 des Basissubstrats 10 bewegt wird, ist der vertikale Versatz D1 zwischen der Ebene P1, auf der die planare Übertragungsoberfläche 15 bewegt wird, und der oberen Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 ein feststehender Abstand. Mit „feststehend” ist gemeint, dass der Abstand D1 zwischen der Ebene P1, entlang der die planare Übertragungsoberfläche 15 bewegt wird, und der oberen Oberfläche S1 des Substrats 10 an jedem Punkt der Breite W1 des Basissubstrats 10 von dem ersten Rand E1 des Basissubstrats 10 bis zum zweiten Rand E2 des Basissubstrats 10 derselbe ist. Durch Beibehalten des Abstands D1 zwischen der Ebene P1, entlang der die planare Übertragungsoberfläche 15 bewegt wird, und der oberen Oberfläche S1 des Substrats 10 wird durch die planare Übertragungsoberfläche 15 an jedem Punkt der Breite W1 des Basissubstrats 1 während der Ablösung eine einheitliche Ablösekraft auf das Basissubstrat 10 aufgebracht. Auf diese Weise und da die Ablösekraft über die gesamte Breite W1 des Basissubstrats 1 einheitlich ist, bietet das offenbarte Verfahren einen Mechanismus für eine einheitliche und konstante Ablösekraft, die während des gesamten auf die Brucheinleitung folgenden Schichtübertragungsprozesses aufgebracht werden kann.
Die konstante Ablösekraft ist das Ergebnis der Bedingung der konstanten Krümmung, der die verspannte Doppelschicht unterliegt, die durch den abgelösten Teil 11 und den Stressor 5 unter der mechanischen Zwangsbedingung des feststehenden Abstands D1 ausgebildet wird. Bei einer Ausführungsform kann der Abstand D1 so gewählt werden, dass sichergestellt ist, dass die Krümmung des abgelösten Teils 11 sich ihrem Gleichgewichtswert (der natürlichen Krümmung der Doppelschicht aus dem verspannten abgelösten Teil 11 und der Stressor 5-Doppelschicht) annähert. Die Krümmung K einer verspannten Doppelschicht ist gegeben durch:
Wobei E₁ und h₁ der Youngsche Elastizitätsmodul und die Dicke eines Materials in der Doppelschicht (z. B. der Stressor 5) sind, E₂ und h₂ der Youngsche Elastizitätsmodul und die Dicke des anderen Materials sind, und ε die Fehlpassung der Dehnung ist. Die Fehlpassung der Dehnung ε ist die Differenz der Dehnung der jeweiligen Schichten; ε = (ε₁ – ε₂). Die Restdehnung in dem abgelösten Teil 11 und dem darüber liegenden Stressor 5 kann durch Anwenden von „Energieerhaltung” und „Gleichgewicht von Kräften in der Ebene” abgeleitet werden. Die Dehnung in dem abgelösten Teil 11 und dem darüber liegenden Stressor 5 ist gegeben durch:
Wobei κ_x durch (E_x/(1 – ν_x)) gegeben ist und ν_x die Poissson-Zahl der Schicht x ist, M_x durch (E_x/(1 – ν_x ²)) gegeben ist, εⁱ die Anfangsdehnung in dem Stressor 5 vor der Ablösung ist, 2γ die bei der Ausbildung von 2 neuen Oberflächen verlorene Energie ist, und die tiefgestellten Zeichen die in den 2 bis 5 definierten Schichten bezeichnen. Die Fehlpassung ist dann durch die Differenz ε₅ – ε₁₁ gegeben. Der Krümmungsradius R ist durch den Kehrwert der Krümmung gegeben, R = K^–1. Der Oberflächenenergieterm ändert den Krümmungsradius um ca. 10% (im Fall von Si als Basissubstrat 10). Gleichermaßen würden auf den Stressor 5 vor der kontrollierten Ablösung aufgebrachte Polymer-Handhabungsschichten den Krümmungsradius tendenziell vergrößern. Der vertikale Versatz D1, der der Gleichgewichtskrümmung des abgespaltenen Teils 11 entspricht, ist daher das Doppelte des Krümmungsradius.
Da der vertikale Abstand D1 zwischen der Ebene P1, entlang der die planare Übertragungsoberfläche 15 und der oberen Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 feststeht, befindet sich die aufgebrachte Kraft in Bezug auf die obere Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 immer in einem konstanten Ablösungs-Krümmungsradius R1. Ein konstanter Ablösungs-Krümmungsradius R1 sorgt für eine feststehende Krümmungskraftbelastung, während der abgelöste Teil 11 des Basissubstrats 10 von dem Basissubstrat 10 getrennt und auf die planare Übertragungsfläche 15 übertragen wird. Bei einigen Ausführungsformen besteht der Vorteil der Bruchausbreitung unter der Bedingung einer feststehenden Krümmungskraftbelastung darin, dass sie die Bahn der Rissspitze stabilisiert und dadurch die Bruchtiefe (Einheitlichkeit der Dünnschichtdicke) und die Schwingungsstabilität (Rauheit der Dünnschicht) verbessert. Bei einer Ausführungsform beträgt der konstante Ablösungs-Krümmungsradius R1 0,1 cm bis 20 cm. Bei einer anderen Ausführungsform beträgt der konstante Ablösungs-Krümmungsradius R1 0,5 cm bis 10 cm. Bei einigen Ausführungsformen trägt der konstante Ablösungs-Krümmungsradius R1 zu einer konstanten und einheitlichen Ablösekraft bei.
Das Bewegen der planaren Übertragungsfläche 15 entlang der Ebene P1, die parallel zu der oberen Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 ist, in der Richtung von dem ersten Rand E1 des Basissubstrats 10 zu dem gegenüberliegenden zweiten Rand E2 des Basissubstrats 10, umfasst das Bewegen der planaren Übertragungsfläche 15 mit einer Geschwindigkeit von 1 Zentimeter/Sekunde bis 1000 Meter/Sekunde. Bei einer anderen Ausführungsform wird die planare Übertragungsfläche 15 mit einer Geschwindigkeit von 0,1 Meter/Sekunde bis 100 Meter/Sekunde quer über die Breite W1 des Basissubstrats 10 bewegt. Bei noch einer anderen Ausführungsform wird die planare Übertragungsfläche 15 mit einer Geschwindigkeit von 0,2 Meter/Sekunde bis 50 Meter/Sekunde quer über die Breite W1 des Basissubstrats 10 bewegt.
Der Ablösungsprozess kann bei Raumtemperatur oder bei einer Temperatur unterhalb der Raumtemperatur eingeleitet werden. Bei einer Ausführungsform wird die Ablösung bei Raumtemperatur (d. h. 20°C bis 40°C) ausgeführt. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Ablösung bei einer Temperatur von weniger als 20°C ausgeführt. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Ablösung bei einer Temperatur von 77°K oder weniger ausgeführt. Bei noch einer anderen Ausführungsform tritt die Ablösung bei einer Temperatur von weniger als 206°K auf. Bei noch einer anderen Ausführungsform tritt die Ablösung bei einer Temperatur von 175°K bis 130°K auf.
Bei Verwendung einer Temperatur unterhalb der Raumtemperatur kann der Ablösungsprozess bei weniger als Raumtemperatur durch Abkühlen der Struktur mithilfe beliebiger Kühlmittel auf unter Raumtemperatur erreicht werden. Kühlung kann beispielsweise durch Platzieren der Struktur in einem Flüssig-Stickstoff-Bad, einem Flüssig-Helium-Bad, einem Eisbad, einem Trockeneisbad, einem Bad aus superkritischem Fluid oder einer beliebigen Tieftemperaturumgebungs-Flüssigkeit bzw. einem Tieftemperaturumgebungs-Gas erreicht werden.
Wird die Ablösung bei einer Temperatur unter Raumtemperatur ausgeführt, wird die abgelöste Struktur wieder auf Raumtemperatur gebracht, indem ermöglicht wird, dass die abgelöste Struktur langsam bis auf Raumtemperatur abkühlen kann, indem die Struktur der Raumtemperatur ausgesetzt wird. Alternativ kann die abgelöste Struktur mithilfe beliebiger Heizmittel bis auf Raumtemperatur erwärmt werden.
5 zeigt den abgelösten Teil 11 des Basissubstrats 10, der auf die planare Überragungsoberfläche 15 übertragen wurde. Die Dicke des abgelösten Teils 11 des in 5 gezeigten Basissubstrats 10 variiert in Abhängigkeit von dem Material der Stressorschicht 5 und dem Material des Basissubstrats 10 selbst. Bei einer Ausführungsform weist der abgelöste Teil 11 des Basissubstrats 10 eine Dicke von weniger als 100 Mikrometern auf. Bei einer anderen Ausführungsform weist der abgelöste Teil 5 des Basissubstrats 10 eine Dicke von weniger als 50 Mikrometern auf. Obwohl dies in 5 nicht gezeigt wird, kann die Stressorschicht 5 nach dem Übertragen des abgelösten Teils des Basissubstrats 10 auf die planare Übertragungsoberfläche 15 entfernt werden. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform Königswasser (HNO₃/HCl) zum Entfernen der Stressorschicht 5 von dem abgelösten Teil 11 des Basissubstrats 10 verwendet werden.
6 zeigt eine Ausführungsform der Walzen 30a, 30b, die dazu dienen, den abgelösten Teil 11 des Basissubstrats 10 auf die planare Übertragungsoberfläche 15 zu drücken. Die Walzen 30a, 30b sind so positioniert, dass sie eine Kraft aufbringen, um die Bildung von Hohlräumen zwischen der planaren Übertragungsoberfläche 15 und dem abgelösten Teil 11 des Basissubstrats 10 zu vermeiden. Eine erste Walze 30a kann in direktem Kontakt mit einer Oberfläche der planaren Übertragungsoberfläche 15 stehen, die der Oberfläche der planaren Übertragungsoberfläche 15 gegenüberliegt, mit der der abgelöste Teil 11 des Basissubstrats 10 verbunden ist. Eine zweite Walze 30b kann mit der Stressorschicht 5 in Kontakt stehen. Die erste und die zweite Walze 30a, 30b bringen einander entgegengesetzte Kräfte auf, die die Bildung von Hohlräumen zwischen der planaren Übertragungsoberfläche 15 und dem abgelösten Teil 11 des Basissubstrats 10 im Wesentlichen verringern, wenn nicht sogar beseitigen. Die erste und die zweite Walze 30a, 30b können aus einem beliebigen Material bestehen, darunter unter anderem aus Metallen, Polymeren, Elastomeren und Keramikwerkstoffen. Bei einer Ausführungsform bestehen die erste und die zweite Walze 30a, 30b aus Edelstahl mit Gummibeschichtung.
7 ist eine seitliche Schnittdarstellung und zeigt eine Übertragungswalze 50 zum Übertragen einer Materialschicht (im Folgenden als ein abgelöster Teil 11 des Basissubstrats 10 bezeichnet) gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform bringt eine Übertragungswalze 30 eine Ablösekraft auf das Basissubstrat 10 auf, um das Basissubstrat 10 in einem Ablösungsprozess zu spalten. Ähnlich wie bei den in den 1–5 gezeigten Ausführungsformen, wird auf das in 7 gezeigte Basissubstrat 10 eine Stressorschicht 5 aufgebracht. Die Beschreibung der Stressorschicht 5 und des Basissubstrats 10, die in den 1–5 gezeigt werden, gilt ebenfalls für die Stressorschicht 5 und das Basissubstrat 10, die in 7 gezeigt werden.
Das in 7 gezeigte Verfahren zum Übertragen des abgelösten Teils 11 des Basissubstrats 10 umfasst das Kontaktieren der Stressorschicht 5 mit einer Übertragungswalze 30 an einem ersten Rand E1 des Basissubstrats 10 und das Rollen der Stressorschicht 5 quer über die Breite W1 des Basissubstrats 10, wobei gleichzeitig eine Kraft aufgebracht wird, um die Ablösung zu erreichen. Während der Ablösung bringt die Übertragungswalze 30 eine mechanische Kraft auf die Stressorschicht 5 auf, so dass die Richtung der aufgebrachten Kraft sich in einem konstanten Krümmungsradius R2 befindet. Mindestens eine der Übertragungswalzen 30 und/oder die Stressorschicht 5 enthalten eine Klebeoberfläche, so dass die Übertragungswalze 30 und die Stressorschicht 5 beim Kontakt aneinander haften. Der Klebstoff kann mithilfe eines Klebebands bereitgestellt werden, beispielsweise eines druckempfindlichen Bandes, oder kann Vakuumspannen oder elektrostatisches Spannen enthalten. Bei einigen Ausführungsformen kann das druckempfindliche Band eine Klebeschicht und eine Basisschicht enthalten. Materialien für die Klebeschicht und die Basisschicht des druckempfindlichen Bandes sind unter anderem polymerische Materialien wie beispielsweise Acryle, Polyester, Olefine und Vinyle mit oder ohne geeignete Weichmacher.
Einige Beispiele für Klebebänder, die bei der vorliegenden Offenbarung als ein Klebstoff zwischen der Stressorschicht 5 und der Übertragungswalze 30 verwendet werden können, sind beispielsweise das durch Wärme lösbare Band Nitto Denko 3193MS, Kapton KPT-1, und CLEAR-170 von Diversified Biotech (Acryl-Klebstoff, Vinylbasis). Neben dem bereits erwähnten Klebeband/druckempfindlichen Band kann der Klebstoff durch einen Leim bereitgestellt werden, der mithilfe von Pinselauftrag, Spritzauftrag, Tauchbeschichtung, Vorhangabscheidung sowie deren Kombinationen auf die Stressorschicht 5 und/oder die Übertragungswalze 30 aufgebracht wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die zuvor erwähnten Beispiele für Klebstoffe lediglich zu Veranschaulichungszwecken dienen und die vorliegende Offenbarung nicht einschränken sollen, da jedes Klebematerial geeignet ist, das auf die Stressorschicht 5 und/oder die Übertragungswalze 30 aufgebracht werden kann und die Verbindungsfähigkeit zwischen der Stressorschicht 5 und der Übertragungswalze 30 während der Risseinleitung und Rissausbreitung aufrechterhalten kann.
Bei einigen Ausführungsformen wird die einheitliche Ablösekraft durch Bewegen einer Übertragungswalze 30 mit einem feststehenden Radius R3 erreicht, wobei der abgelöste Teil 11 des Basissubstrats 10 auf die Übertragungswalze 30 abgezogen wird. Bei einigen Ausführungsformen unterliegt die Rissausbreitung, die durch das Rollen der Übertragungswalze 30 quer über die Breite W1 des Basissubstrats 10 bewirkt wird, einer Bedingung der feststehenden Krümmungskraftbelastung, die die Bahn der Rissspitze stabilisiert, da der abgelöste Teil 11 des Basissubstrats 10 mithilfe einer Übertragungswalze 30 mit einem feststehenden Radius R3 abgezogen wird. Mit „feststehender Krümmungskraft” ist gemeint, dass die aufgebrachte Kraft, die die Rissausbreitung bewirkt, sich in Bezug auf die obere Oberfläche S1 des Basissubstrats 10 immer in einem konstanten Ablösungs-Krümmungsradius R2 befindet. Der konstante Ablösungs-Krümmungsradius R2 beträgt 0,1 cm bis 20 cm. Bei einer anderen Ausführungsform beträgt der konstante Ablösungs-Krümmungsradius R2 0,5 cm bis 10 cm.
Bei einer Ausführungsform wird der Radius R3 der Übertragungswalze 30 so gewählt, dass er für eine Krümmung sorgt, die gleich einer Gleichgewichtskrümmung des abgelösten Teils 11 des Basissubstrats 10 ist, der auf die Übertragungswalze übertragen wird. Bei einer Ausführungsform ist, wenn die Stressorschicht 5 und der abgelöste Teil 11 des Basissubstrats 10 sich auf eine Weise ablösen können, dass die Krümmung der Kombination von Stressorschicht 11 und abgelöstem Teil 11 des Basissubstrats 10 sich ihrem Krümmungsgleichgewicht annähert, das Ergebnis eine glatte Oberfläche und eine konsistente und stabile Bruchgeometrie. Bei einer Ausführungsform wird der Radius R3 der Übertragungswalze 30 so gewählt, dass der Durchmesser der Übertragungswalze 30 im Wesentlichen größer gleich der Breite W1 des Basissubstrats 10 ist. Auf diese Weise kann ein abgelöster Teil 11 des Basissubstrats 10 mit einer Abmessung, die gleich der Gesamtbreite W1 des Basissubstrats 10 ist, auf die Übertragungswalze 30 übertragen werden, ohne dass der abgelöste Teil 11 sich selbst auf der Übertragungswalze 30 überlagert. Bei einer Ausführungsform beträgt der Radius R3 der Übertragungswalze 30 0,1 cm bis 50 cm. Bei einer anderen Ausführungsform beträgt der Radius R3 der Übertragungswalze 30 0,2 cm bis 20 cm. Bei noch einer anderen Ausführungsform beträgt der Radius R3 der Übertragungswalze 30 0,5 cm bis 10 cm. Die Übertragungswalze 30 kann aus einem beliebigen Material bestehen, darunter unter anderem aus Metallen, Polymeren und Keramikwerkstoffen. Bei einer Ausführungsform besteht die Übertragungswalze 30 aus Edelstahl.
Das Bewegen der Übertragungswalze 30 von dem ersten Rand E1 des Basissubstrats 10 zu einem zweiten Rand E2 des Basissubstrats 10 kann mit einer konstanten Geschwindigkeit von 0,1 Meter/Sekunde bis zu 100 Meter/Sekunde erfolgen. Bei einer Ausführungsform verfügt der abgelöste Teil 11 des Basissubstrats 10, der auf die Übertragungswalze 30 übertragen wird, über eine Dicke von 10 nm bis 100 um.
Während die vorliegende Offenbarung insbesondere mit Bezug auf deren bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass die vorstehenden und andere Änderungen von Formen und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die beschriebenen und dargestellten genauen Formen und Einzelheiten beschränkt sein soll, sondern auf die, die in den Schutzumfang der angefügten Ansprüche fallen.

Claims

Ablösungsverfahren, das Folgendes umfasst: Aufbringen einer Stressorschicht auf eine obere Oberfläche eines Basissubstrats; Kontaktieren der Stressorschicht mit einer planaren Übertragungsoberfläche an einem ersten Rand des Basissubstrats und Bewegen der planaren Übertragungsoberfläche entlang einer Ebene, die zu der oberen Oberfläche des Basissubstrats parallel ist und gegenüber dieser einen vertikalen Versatz aufweist, in einer Richtung von dem ersten Rand des Basissubstrats zu einem gegenüberliegenden zweiten Rand des Basissubstrats hin, um das Basissubstrat zu spalten und einen abgelösten Teil des Basissubstrats auf die planare Übertragungsoberfläche zu übertragen, wobei der vertikale Versatz zwischen der Ebene, entlang der die planare Übertragungsoberfläche bewegt wird, und der oberen Oberfläche des Basissubstrats von dem ersten Rand des Basissubstrats zu dem zweiten Rand des Basissubstrats ein feststehender Abstand ist, wobei der feststehende Abstand des vertikalen Versatzes für eine einheitliche Ablösekraft sorgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Basissubstrat ein Halbleitermaterial umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Basissubstrat eine Bruchzähigkeit aufweist, die niedriger als die der Stressorschicht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stressorschicht ein Metall, ein Polymer, ein Ablösung bewirkendes Band oder eine Kombination von diesen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiter Folgendes umfasst: Ausbilden einer Klebeschicht zwischen der Stressorschicht und dem Basissubstrat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die planare Übertragungsoberfläche ein Band auf einem Handhabungssubstrat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der feststehende Abstand zwischen der planaren Übertragungsoberfläche und der oberen Oberfläche des Basissubstrats so gewählt ist, dass eine Gleichgewichtskrümmung des abgelösten Teils des Basissubstrats bei der Rissausbreitung entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiter Folgendes umfasst: Walzen, um den abgelösten Teil des Basissubstrats auf die planare Übertragungsoberfläche zu drücken.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bewegen der planaren Übertragungsoberfläche entlang der Ebene, die parallel zu der oberen Oberfläche des Basissubstrats ist, in der Richtung von dem ersten Rand des Basissubstrats zu dem gegenüberliegenden zweiten Rand des Basissubstrats das Bewegen der planaren Übertragungsoberfläche mit einer Geschwindigkeit von 1 Zentimeter/Sekunde bis zu 1000 Meter/Sekunde umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der abgelöste Teil des Basissubstrats eine Dicke von unter 100 Mikrometern aufweist.
Verfahren zum Übertragen einer Materialschicht, das Folgendes umfasst: Aufbringen einer Stressorschicht auf eine obere Oberfläche eines Basissubstrats; Kontaktieren der Stressorschicht mit einer Übertragungswalze an einem ersten Rand des Basissubstrats, wobei ein Radius der Übertragungswalze so gewählt ist, dass eine Krümmung der Walze gleich einer Gleichgewichtskrümmung der Materialschicht ist, die von dem Basissubstrat auf die Übertragungswalze übertragen wird, und Bewegen der Übertragungswalze von dem ersten Rand des Basissubstrats zu einem zweiten Rand des Basissubstrats, um das Basissubstrat in einen verbleibenden Teil und einen abgelösten Teil zu spalten, wobei der abgelöste Teil des Basissubstrats die auf die Übertragungswalze übertragene Materialschicht ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Basissubstrat ein Halbleitermaterial umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Basissubstrat eine Bruchzähigkeit aufweist, die niedriger als die der Stressorschicht ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Übertragungswalze weiter einen Klebstoff umfasst, um an der Stressorschicht zu haften.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bewegen der Übertragungswalze von dem ersten Rand des Basissubstrats zu einem zweiten Rand des Basissubstrats, um das Basissubstrat zu spalten, für eine einheitliche Ablösekraft sorgt.