Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung mehrschichtiger
Platten und der Herstellung dünner Plättchen.
Auf dem Gebiet der Nanotechnologie, insbesondere der mikroelektronischen
und optoelektronischen Mikrotechnologie, ist es üblich, Siliziumplättchen,
die an eine isolierende Schicht angefügt sind, und insbesondere Strukturen
zu verwenden, die eine isolierende Schicht enthalten, die zwischen einem auf Silizium
basierenden Substrat und einem auf Silizium basierenden Superstrat eingefügt
ist.
Die US 6.417.075 B1
beschreibt ein Herstellungsverfahren für eine derartige mehrschichtige Struktur,
die Hohlräume aufweist, die die Trennung durch Gravieren einer der Schichten
erlauben.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die nach dem Stand der Technik
vorhandenen Verfahren und Strukturen zu verbessern, deren Leistung zu steigern und
deren Anwendungen vielseitiger zu gestalten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist zunächst ein Verfahren
zur Herstellung einer plattenförmigen Struktur, die mindestens ein Substrat,
ein Superstrat und wenigstens eine zwischen dem Substrat und dem Superstrat eingefügte
Zwischenschicht enthält.
Gemäß der vorliegenden Erfindung gehören zu dem vorliegenden
Verfahren die Schritte: Auswählen einer Zwischenschicht, die mindestens ein
Basismaterial enthält, in dem als Störstellen bezeichnete Atome oder Moleküle
verteilt sind, die sich von Atomen oder Molekülen des Basismaterials unterscheiden,
und Unterziehen der Struktur einer Wärmebehandlung, so dass die Zwischenschicht
in dem Temperaturbereich dieser Wärmebehandlung plastisch verformbar ist, und
die Anwesenheit der ausgewählten Störstellenatome oder -moleküle
in dem ausgewählten Basismaterial irreversibel die Entstehung von Mikroblasen
oder Mikrohohlräumen in der Zwischenschicht hervorruft.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ruft die Wärmebehandlung
vorzugsweise schwächende Mikroblasen oder Mikrohohlräume der Zwischenschicht
hervor.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ruft die Wärmebehandlung
vorzugsweise einen Bruch der Zwischenschicht und infolgedessen eine Trennung des
Substrats und des Superstrats hervor.
Eine weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
zur Trennung des Substrats und des Superstrats mittels der durch das oben erwähnte
Verfahren gewonnenen Struktur.
Gemäß einer Abwandlung der vorliegenden Erfindung kann dieses
Verfahren zur Trennung den Schritt aufweisen, Kräfte zwischen dem Substrat
und dem Superstrat auszuüben, um infolge der Anwesenheit der Mikroblasen oder
Mikrohohlräume den Bruch in der zwischen dem Substrat und dem Superstrat angeordneten
Zwischenschicht hervorzurufen.
Gemäß noch einer Abwandlung der vorliegenden Erfindung kann
dieses Trennungsverfahren den Schritt aufweisen die Zwischenschicht chemisch zu
ätzen, um infolge der Anwesenheit der Mikroblasen oder Mikrohohlräume
die zumindest teilweise Entfernung dieser zwischen dem Substrat und dem Superstrat
angeordneten Zwischenschicht zu erzielen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können das Substrat
und das Superstrat vorteilhafterweise auf einkristallinem Silizium basieren, und
die Zwischenschicht kann vorteilhafterweise auf dotiertem Siliziumdioxid basieren.
Noch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur
Herstellung von Siliziumplättchen, mit den Schritten: Erzeugen einer Struktur,
die ein auf Silizium basierendes Substrat, ein auf Silizium basierendes Superstrat
und eine dielektrische Zwischenschicht aufweist, die mindestens ein Basismaterial
umfasst, in dem als Störstellen bezeichnete Atome oder Moleküle verteilt
sind, die sich von Atomen oder Molekülen des Basismaterials unterscheiden;
anschließendes Unterziehen der Struktur unter eine Wärmebehandlung, so
dass die Zwischenschicht in dem Temperaturbereich der Wärmebehandlung plastisch
verformbar ist, und dass die Anwesenheit der ausgewählten Störstellenatome
oder -moleküle in dem ausgewählten Basismaterial irreversibel die Entstehung
von Mikroblasen oder Mikrohohlräumen in der Zwischenschicht hervorruft.
Gemäß der vorliegenden Erfindung basiert das Basismaterial
vorzugsweise auf Siliziumdioxid und die Störstellenatome basieren vorzugsweise
auf Phosphor- und/oder Boratomen, die auf diese Weise eine Zwischenschicht von Phosphorsilikatglas
(P.S.G.) oder von Bor-Phosphorsilikatglas (B.P.S.G.) bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Phosphoranteil
vorteilhafterweise zwischen 6 und 14% betragen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Boranteil vorteilhafterweise
zwischen 0 und 4% betragen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Wärmebehandlung
vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 900°C und 1200°C durchgeführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren vorteilhafterweise
den Schritt aufweisen, vor der Wärmebehandlung einen Schritt der Aufbringung
der Zwischenschicht auf dem Substrat bzw. auf dem Superstrat auszuführen, und
das Superstrat bzw. das Substrat mittels Haftung durch molekulare Adhäsion
auf der Zwischenschicht anzubringen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren vorteilhafterweise
einen zusätzlichen Schritt einer Reduzierung der Dicke des Substrats aufweisen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können das Substrat
und das Superstrat vorteilhafterweise auf der der Zwischenschicht zugewandten Seite
jeweils ein thermisches Siliziumoxid aufweisen.
Gemäß einer Abwandlung der vorliegenden Erfindung kann das
Verfahren vorteilhafterweise den Schritt aufweisen, Kräfte auf die Struktur
auszuüben, um einen Bruch der Zwischenschicht, und infolgedessen dank der Anwesenheit
der Mikroblasen oder Mikrohohlräume eine Trennung des Substrats von dem Superstrat
hervorzurufen, um ein durch das Substrat gebildetes Plättchen und/oder ein
durch das Superstrat gebildetes Plättchen zu erhalten.
Gemäß einer Abwandlung der vorliegenden Erfindung kann das
Verfahren vorteilhafterweise den Schritt beinhalten, die Zwischenschicht der Struktur
chemisch zu ätzen, um infolge der Anwesenheit der Mikroblasen oder Mikrohohlräume
eine Trennung des Substrats von dem Superstrat hervorzurufen, um ein durch das Substrat
gebildetes Siliziumplättchen und/oder ein durch das Superstrat gebildetes Siliziumplättchen
zu erhalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren vorteilhafterweise
den Schritt beinhalten, in dem Substrat und/oder in dem Superstrat auf der der Zwischenschicht
zugewandten Seite erhabene Abschnitte zu realisieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die erhabenen Abschnitte
vorzugsweise geradlinig und erstrecken sich bis zu den Rändern der Struktur.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind wenigstens einige
der Mikroblasen oder Mikrohohlräume vorzugsweise offene Zellen und bilden zumindest
für bestimmte unter diesen Kanäle.
Weiter besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in einer Verwendung
des Verfahrens zur Herstellung von Platten aus Silizium auf einem Isolator (S.O.I.)
mit Blick auf die Herstellung von elektronischen integrierten Schaltkreisen und/oder
optoelektronischen integrierten Schaltkreisen.
Noch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine plattenförmige
Struktur, die mindestens ein Substrat, ein Superstrat und wenigstens eine zwischen
dem Substrat und dem Superstrat eingefügte Zwischenschicht enthält.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Zwischenschicht
mindestens ein Basismaterial, in dem als Störstellen bezeichnete Atome oder
Moleküle verteilt sind, die sich von Atomen oder Molekülen des Basismaterials
unterscheiden, so dass die Zwischenschicht unter der Wirkung einer Wärmebehandlung
plastisch verformbar wird, und die Anwesenheit der ausgewählten Störstellenatome
oder -moleküle in dem ausgewählten Basismaterial irreversibel die Entstehung
von Mikroblasen oder Mikrohohlräumen in der Zwischenschicht hervorruft.
Gemäß der vorliegenden Erfindung basieren das Substrat und
das Superstrat vorzugsweise auf einkristallinem Silizium, und die Zwischenschicht
basiert auf dotiertem Siliziumdioxid.
Gemäß der vorliegenden Erfindung basiert das Basismaterial
vorzugsweise auf Siliziumdioxid, und die Störstellenatome basieren vorzugsweise
auf Phosphor- oder Boratomen, die auf diese Weise eine Zwischenschicht von Phosphorsilikatglas
(P.S.G.) oder von Bor-Phosphorsilikatglas (B.P.S.G.) bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt der Phosphoranteil
vorzugsweise zwischen 8 und 14%.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt der Boranteil
vorzugsweise zwischen 0 und 4%.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weisen das Substrat und/oder
das Superstrat in der Zwischenschicht vorzugsweise erhabene Abschnitte auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die erhabenen Abschnitte
vorzugsweise geradlinig und erstrecken sich bis zu den Rändern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind wenigstens gewisse
der Mikroblasen oder Mikrohohlräume offene Zellen und bilden, zumindest für
bestimmte unter diesen Kanäle.
Die vorliegende Erfindung wird verständlicher nach dem Studium
von Strukturen und Herstellungsverfahren derartiger Strukturen, die nicht beschränkend
zur Veranschaulichung beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt sind:
1 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen
Struktur in einem Ausgangszustand;
2 zeigt eine aufgebrochene Schnittansicht der Struktur
nach 1 in der Fertigung;
3 repräsentiert einen Schnitt der Struktur nach
1 in einer späteren Herstellungsphase;
4 und 5 zeigen eine Schnittansicht
der Struktur nach 1 in einer sekundären Herstellungsphase;
und 6 zeigt eine Abwandlung der Herstellung
der Struktur nach 1.
In 1 ist eine plattenförmige Struktur
1 gezeigt, die beispielsweise einen Durchmesser von etwa zweihundert Millimeter
aufweist.
Diese Struktur enthält ein scheibenförmiges Substrat
2, ein scheibenförmiges Superstrat 3 und eine zwischen dem
Substrat 2 und dem Superstrat 3 eingefügte Zwischenschicht
4.
Im Allgemeinen basiert die Zwischenschicht 4 auf wenigstens
einem Basismaterial, in dem als Störstellen bezeichnete Atome oder Moleküle
verteilt sind, die sich von den Atomen oder Molekülen des Basismaterials unterscheiden,
und sie weist eine Zusammensetzung auf, so dass, wenn die Struktur 1 einer
angemessenen Wärmebehandlung unterzogen wird, irreversibel eine Entstehung
von insbesondere gashaltigen Mikroblasen oder Mikrohohlräumen hervorgerufen
wird, wodurch sich diese Zwischenschicht 4 verändert und schwammartig
wird, um dementsprechend zum Dickerwerden neigt.
Unter Bezugnahme auf 2 wird im Folgenden
ein Ausführungsbeispiel einer Struktur 1 beschrieben.
Das Substrat 2 kann auf einer Scheibe aus monokristallinem
Silizium basieren, deren Dicke einige hundert Mikrometer betragen kann, beispielsweise
zwischen 500 und 1000 Mikrometer.
Optional, allerdings vorzugsweise, wird als Nächstes die Erzeugung
eines Films 5 aus thermischem Siliziumoxid auf einer Fläche des Substrats
2 durchgeführt.
Dieser Film 5 kann bei einer Temperatur zwischen 950 und
1100°C in einem Oxidationsofen erzeugt werden und kann eine Dicke von etwa
0,5 Mikrometer aufweisen.
Anschließend wird auf der oxidierten Oberfläche
5 des Superstrats 2 die Abscheidung einer Siliziumschicht durchgeführt,
die einen hohen Prozentsatz an Phosphor und/oder Bor enthält oder damit dotiert
ist, um die Zwischenschicht 4 zu erhalten, die auf einem Material des Typs
Phosphorsilikatglas (PSG) oder Bor-Phosphorsilikatglas (BPSG) basiert.
Beispielsweise kann der Prozentsatz an Phosphor in dem die Zwischenschicht
4 bildenden Material zwischen 6 und 14% liegen. Eine derartige Abscheidung
kann gemäß bekannten Techniken in Abscheidungsvorrichtungen wie CVD, LPCVD
oder PECVD verwirklicht werden.
Die Dicke der auf diese Weise geschaffenen Zwischenschicht
4 kann im Bereich von 5 Mikrometer liegen.
Optional, allerdings vorzugsweise, kann die Fläche der Zwischenschicht
4 einer an sich bekannten chemischen Reinigungsbehandlung, beispielsweise
einer chemischen Reinigung des Typs RCA unterworfen werden.
Optional, allerdings vorzugsweise, kann vor oder nach der Reinigungsbehandlung
ein mechanisch-chemischer Polierschritt (CMP) an der Zwischenschicht 4
durchgeführt werden.
Gleichermaßen kann das Superstrat 3 auf einer Siliziumscheibe
basieren, die optional einen Film 6 aus thermischem Siliziumoxid aufweist
und optional einer chemischen Reinigungsbehandlung RCA und optional einem mechanisch-chemischen
Polierschritt (CRP) unterworfen wurde.
In entsprechender Weise könnte die Zwischenschicht
4 auf der oxidierten Oberfläche 6 des Superstrats
3 erzeugt werden.
Daran anschließend wird als Nächstes das Zusammenfügen
des Substrats 2 und des Superstrats 3 durchgeführt, indem
die oxidierte Oberfläche 3 des Superstrats 3, möglicherweise
durch die Ausübung von vorzugsweise punktuellen Andruckkräften zwischen
dem Substrat 2 und dem Superstrat 3 unterstützt, mit der
Zwischenschicht 4 in Kontakt gebracht wird, um eine Haftung durch molekulare
Adhäsion zu erzielen.
Um die Stärke der Zwischenverbindung eventuell zu steigern, kann
die auf diese Weise zusammengesetzte Struktur 1 unter Bedingungen einer
verfestigenden Wärmebehandlung unterworfen werden, die nicht eine Umwandlung
der Zwischenschicht 4, d.h. die Ausbildung von Mikroblasen oder Mikrohohlräumen,
wie sie weiter unten erläutert werden, bewirken.
Danach entsteht eine Struktur 1, die aus einem auf Silizium
basierenden Substrat 2 und einem auf Silizium basierenden Superstrat
3 aufgebaut ist, die durch eine Zwischenschicht 4 aus einem elektrisch
isolierenden Material getrennt sind.
Unter Bezugnahme auf ist zu sehen, dass die Dicke des Superstrats
3 viel geringer als die Dicke des Substrats 2 sein kann und zwischen
dem Bruchteil eines Mikrometers und einigen Dutzenden von Mikrometern betragen kann.
Ein derartiges dünnes Substrat 3 kann zunächst
für die Herstellung der Struktur 1 verwendet werden, wie sie mit Bezug
auf 2 beschrieben ist.
Indessen kann ein derartiges dünnes Superstrat 3 in
einer Abwandlung durch Reduzierung der Dicke eines dicken Superstrats
3 gewonnen werden, das zunächst für die Herstellung der Struktur
1 herangezogen wird, wie sie mit Bezug auf 2
beschrieben ist. Eine solche Reduzierung der Dicke lässt sich mittels bekannter
Techniken wie Schleifen, chemisches Ätzen oder mechanisch-chemisches Polieren
durchführen und kann auch durch eine spanabhebende Technik erreicht werden,
beispielsweise durch das gegenwärtig im Handel unter dem Namen SMART-CUT®
bekannte Verfahren, das eine ionische Dotierung von Protonen in einer Dosierung
in der Größenordnung von 516 C m-2 in dem Superstrat
3 voraussetzt, bevor die nach dem Stand der Technik vorgesehenen Haftung
durch molekulare Adhäsion verwirklicht wird.
Es könnte auch ein Arbeitsschritt einer Reduzierung der Dicke
des Substrats 2 durchgeführt werden.
Wie in 4 gezeigt, kann die Struktur
1 anschließend einer Wärmebehandlung in einem Ofen, beispielsweise
bei einer Temperatur zwischen 900 und 1100°C, unterworfen werden.
Aufgrund der im Vorausgehenden erwähnten ausgewählte Materialien,
bewirkt die Durchführung einer solchen Wärmebehandlung in dem ausgewählten
Temperaturbereich, dass die Zwischenschicht 4 plastisch verformbar wird,
und ruft irreversibel die Entstehung einer gashaltigen Phase, die Mikroblasen oder
Mikrohohlräume 7 in der Zwischenschicht 4 enthält, und
dementsprechend eine Steigerung der Dicke dieser Schicht 4 hervor.
Die Menge und das Volumen der Mikroblasen oder Mikrohohlräume
7 hängen von der Zusammensetzung der Zwischenschicht 4 und
von den Bedingungen der Wärmebehandlung ab, der die Struktur 1 unterworfen
wird.
Beispielsweise ausgehend von 5 Mikrometern kann die Dicke der Zwischenschicht
nach der Behandlung Werte im Bereich zwischen 15 und 20 Mikrometern erreichen.
Wie in 5 gezeigt, können die Mikroblasen
oder Mikrohohlräume 7 ein geeignetes Volumen aufweisen, so dass sie
auf der dem Substrat 2 und/oder dem Superstrat zugewandten Seite offen
sind, und dass sie darüber hinaus möglicherweise, untereinander Durchgänge
aufweisen, um an den Außenkanten der Zwischenschicht 4 offene Kanäle
zu bilden.
Wie in 6 gezeigt, kann es besonders vorteilhaft
sein, beispielsweise durch Gravur in dem Substrat 2 und/oder in dem Superstrat
3 vorzugsweise geradlinige erhabene Abschnitte 8 auszubilden,
so dass diese erhabenen Abschnitte 8 rechteckige Zinnen bilden. Diese Anordnung
kann die Entstehung Mikroblasen oder Mikrohohlräumen 7 fördern,
die miteinander verbundene Kanäle bilden.
Die oben beschriebene Struktur 1, die in ihrer Zwischenschicht
4 Mikroblasen oder Mikrohohlräume 7 enthält, lässt
sich vielseitig einsetzen.
Sie kann unverändert für die Ausbildung elektronischer oder
optoelektronischer integrierter Schaltkreise auf dem auf Silizium basierenden Superstrat
3 verwendet werden, das über die Zwischenschicht 4, die einen
elektrischen Isolator bildet, auf einem dicken Substrat 2 angebracht ist,
wobei die Kapazität zwischen der durch das Superstrat 3 gebildeten
Oberflächenschicht und der durch das Substrat 2 gebildeten Trägerschicht
aufgrund der Anwesenheit der Mikroblasen oder Mikrohohlräume 7 besonders
gering ist.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die
Kanäle, die möglicherweise, jedoch beabsichtigt in der Zwischenschicht
4 durch Mikroblasen oder Mikrohohlräume 7 erzeugt sind, genutzt,
um ein Kühlfluid zwischen dem Substrat 2 und dem Superstrat
3 strömen zu lassen, um die Struktur 1 zu kühlen.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Anwendung basiert die Mikroblasen
oder Mikrohohlräume 7 enthaltende Struktur 1 auf einer Struktur,
die aufgrund der Tatsache, dass die Anwesenheit von Mikroblasen oder Mikrohohlräumen
7 in der Zwischenschicht 4 die physikalische oder chemische Beständigkeit
dieser Schicht schwächt, zerlegbar ist.
In der Praxis kann durch Ausübung von Kräften zwischen dem
Substrat 2 und dem Superstrat 3 durch ein beliebiges bekanntes
Mittel, beispielsweise, indem zwischen das Substrat 2 und das Superstrat
3 eine dünne Klinge oder unter hohem Druck ein Wasserstrahl eingeführt
wird, durch Brechen des Materials der Zwischenschicht 4 zwischen den Mikroblasen
oder Mikrohohlräumen 7 der Bruch der Zwischenschicht 4 hervorgerufen
und dementsprechend die Trennung des dann eine Scheibe bildenden Substrats
2 und des dann ein Scheibe bildenden Superstrats 3 herbeigeführt
werden.
Ferner kann, beispielsweise mittels einer Fluorwasserstoffsäurelösung,
die dank der vorhandenen Mikroblasen oder Mikrohohlräume 7 ohne weiteres
in der Lage ist, zwischen das Substrat 2 und das Superstrat 3
einzudringen, ausgehend von den Rändern der Zwischenschicht 4 ein
chemisches Ätzen derselben durchgeführt werden.
Dementsprechend wird ausgehend von der mit Bezug auf 3
beschriebenen Struktur 1 schließlich ein durch das dünnes Superstrat
3 gebildete dünne Siliziumscheibe erzeugt werden.
Das auf diese Weise gewonnene dünne Siliziumplättchen
3 kann über eine seiner Seiten an einem beispielsweise aus Kunststoff
hergestellten beliebigen endgültigen Nutzträger befestigt werden, um flexible
elektronische und/oder optoelektronische Schaltkreise zu verwirklichen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielfältige Abwandlungen der Verwirklichung sind möglich,
ohne den in den beigefügten Ansprüchen definierten Schutzbereich zu verlassen.
