專利名稱：分離合成件的方法和用來生產(chǎn)薄膜的過程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分離(分割)合成件的方法和一種用來生產(chǎn)薄膜的過程。具體地說，本發(fā)明屬于最好用來生產(chǎn)在太陽能電池和半導(dǎo)體晶片中使用的薄膜的過程的技術(shù)領(lǐng)域。
在絕緣體上的單晶半導(dǎo)體層的形成叫作SOI，即絕緣體上的硅或絕緣體上的半導(dǎo)體。對其已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，因?yàn)槔肧OI技術(shù)的裝置具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)不能由其上要制造硅集成電路的通常的大體積硅基片實(shí)現(xiàn)。特別是，SOI技術(shù)的采用產(chǎn)生如下優(yōu)點(diǎn)，即，SOI技術(shù)在例如如下幾點(diǎn)上是優(yōu)越的。
(1)它使借助于容易分離的電介質(zhì)能實(shí)現(xiàn)高度集成。
(2)它保證優(yōu)越的輻射電阻。
(3)能減小寄生電容，以使高速性能成為可能。
(4)能省去適當(dāng)?shù)牟襟E。
(5)能防止鎖住。
(6)通過薄膜形成能實(shí)現(xiàn)全耗盡型電場效應(yīng)晶體管。
在用來生產(chǎn)SOI硅晶片的過程中，日本專利申請公開No.5-21338或美國專利No.5,371,037公開了一種用來在一個(gè)多孔層上形成一個(gè)非單晶半導(dǎo)體層且把該半導(dǎo)體層經(jīng)絕緣層轉(zhuǎn)換為支撐基片的過程，這從優(yōu)點(diǎn)看來是非常優(yōu)越的，從而SOI層具有良好的層厚度均勻性，SOI層的晶體缺陷密度能容易地控制到低水平，SOI層具有良好的表面光滑度，在其生產(chǎn)中不需要任何專門設(shè)計(jì)的昂貴設(shè)備，及使用相同的設(shè)備能生產(chǎn)層厚度范圍從幾nm至約10μm廣的SOI。
在日本專利申請公開No.7-302889或美國專利No.5,856,229中公開的過程是一種用來在形成在第一基片上的多孔層上形成一個(gè)無孔單晶半導(dǎo)體層、把無孔單晶層粘結(jié)到一個(gè)第二基片上、及此后把第一基片與第二基片在多孔層處分離而不折斷第一和第二基片的過程。然后，使第一基片的表面光滑，并且再次在其上形成多孔層，由此第一基片能重新使用多次。因而，能大大地降低生產(chǎn)成本，并且也能簡化生產(chǎn)過程本身。
作為分離諸如粘結(jié)基片之類的合成件而不折斷第一基片和第二基片的方法，適用的有一種在垂直于粘結(jié)表面方向上拉開合成件的方法；一種平行于粘合表面施加剪應(yīng)力的方法(即，一種在平行于粘結(jié)表面的平面處在彼此相反的方向上運(yùn)動相應(yīng)基片的方法、或一種在相反方向上轉(zhuǎn)動相應(yīng)基片的方法)；一種在垂直于粘結(jié)表面的方向上施加壓力的方法；一種把諸如超聲波之類的振動能量施加到分離層上的方法；一種把一個(gè)分離件(例如，諸如刀之類的鋒利刀片)從平行于粘結(jié)表面的粘結(jié)基片(合成件)的側(cè)表面插入到分離層的方法；一種利用使之浸入到起分離層作用的多孔層中的物質(zhì)的膨脹能量的方法；一種從合成件的側(cè)表面熱氧化起分離層作用的多孔層以引起多孔層的體積膨脹、由此分離合成件的方法；一種從粘結(jié)基片(合成件)的側(cè)表面選擇性地蝕刻起分離層作用的多孔層以分離合成件的方法；及一種把能夠產(chǎn)生通過離子注入形成的微腔用作分離層并且通過用激光照射加熱以分離合成件的方法。
為了具體地描述，以兩級陽極氧化諸如硅晶片之類的無孔基片的表面，同時(shí)改變陽極氧化溶液的氫氟酸濃度或改變陽極氧化電流以形成多個(gè)多孔層。多孔層在干燥的氧氣氛中在400℃下經(jīng)受熱處理1小時(shí)，以在多孔層的孔表面處形成約1nm氧化硅層。在多孔層的層表面上，通過CVD(化學(xué)蒸汽沉積)實(shí)現(xiàn)外延生長以形成一個(gè)無孔層。氧化無孔層的表面，并且此后把無孔層粘結(jié)到準(zhǔn)備分離的硅晶片上。為了把生成的粘結(jié)晶片(合成件)分離成兩部分，一個(gè)楔形物插入到粘結(jié)晶片的側(cè)表面，由此使具有較低機(jī)械強(qiáng)度的多孔層斷裂，以分離粘結(jié)的晶片。
然而，在合成件的分離中，如果分離層具有高的機(jī)械強(qiáng)度，在完全分離合成件之前合成件趨向于折斷。另一方面，如果分離層具有低的機(jī)械強(qiáng)度，顆粒勢必會出現(xiàn)。
即使已經(jīng)能夠形成具有適當(dāng)機(jī)械強(qiáng)度的分離層，對于分離層在分離時(shí)斷裂的位置，分離層也可能沒有可再生性。在這種情況下，顆粒勢必會出現(xiàn)，或者用于分離件或薄膜的以后處理的條件不可能是均勻的，導(dǎo)致例如生產(chǎn)成本的增大。
本發(fā)明的第一目的在于提供一種借此使分離層能總是在固定位置處裂開而分離(分開)合成件的方法、和一種用來通過這樣一種方法生產(chǎn)薄膜的過程。
本發(fā)明的第二目的在于提供一種分離合成件的方法，借此能降低折斷概率和顆粒出現(xiàn)率且能容易地設(shè)置用于分離后處理的條件、和一種用來通過這樣一種方法生產(chǎn)薄膜的過程。
本發(fā)明提供了一種分離合成件的方法，包括步驟形成合成件內(nèi)的一個(gè)分離層；在分離層內(nèi)形成一個(gè)其中平面應(yīng)力集中產(chǎn)生到本身不會引起分離的程度的應(yīng)力上升層；及增大平面應(yīng)力以裂開應(yīng)力上升層。
本發(fā)明還提供了一種分離合成件的方法，包括步驟在第一基片的表面處形成一個(gè)具有至少1μm厚度的多孔層；此后氧化多孔層的孔內(nèi)壁表面以形成氧化膜；在離多孔層層表面至少1μm的深度中，除去在孔內(nèi)壁表面處形成的氧化膜，以便在多孔層的下部處留下氧化膜；在多孔層的表面上形成一個(gè)無孔層；把無孔層粘結(jié)到一個(gè)第二基片上，以形成一個(gè)內(nèi)部帶有一個(gè)分離層的合成件；及在分離層中引起裂紋以分離合成件。
本發(fā)明又提供了一種分離合成件的方法，包括步驟在一個(gè)第一基片的表面上形成一個(gè)第一多孔層、和一個(gè)比第一多孔層具有更高孔隙度的第二多孔層；氧化第二多孔層以使第二多孔層為非晶體；
在第一多孔層的層表面上形成一個(gè)無孔層；把無孔層粘結(jié)到第二基片上，以形成一個(gè)內(nèi)部具有一個(gè)分離層的合成件；及在分離層中引起裂紋以分離合成件。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種分離合成件的方法，包括步驟在一個(gè)內(nèi)部具有一個(gè)分離層的合成件中產(chǎn)生溫度差；及使分離層裂開以分離合成件。
本發(fā)明又進(jìn)一步提供了一種分離合成件的方法，包括步驟制備一個(gè)內(nèi)部具有一個(gè)分離層的合成件；粘結(jié)合成件；及在分離層中引起裂紋以分離合成件。
本發(fā)明又進(jìn)一步提供了一種通過上述分離方法的任一種生產(chǎn)薄膜的過程。
本發(fā)明基于這樣一種發(fā)現(xiàn)只要能把應(yīng)力集中在分離層中的固定位置處，分離就沿其中已經(jīng)集中應(yīng)力的位置進(jìn)行。例如，包含微腔的層，例如具有彼此不同的多孔率的兩個(gè)多孔層形成為分離層。然后，在兩個(gè)多孔層之間的界面處集中產(chǎn)生預(yù)定平面應(yīng)力以形成一個(gè)應(yīng)力上升層(應(yīng)力集中層)。此后，以這樣一種方式從外部施加分離能量，從而平面應(yīng)力增大，直到它超過屈服應(yīng)力(一個(gè)高得足以使分離層裂開的應(yīng)力)，由此沿界面(即在較高孔隙度的多孔層中的應(yīng)力上升層處)引起裂開或斷裂。因而，能使分離層中要裂開的位置穩(wěn)定，并因此能使剩余分離層的厚度總是均勻的，并且能使暴露表面(分離表面)的不均勻性受到控制。因而，在以后的步驟，在相同的處理?xiàng)l件下能進(jìn)行各種處理，從而能使顆粒大大地較少出現(xiàn)。
以幾種方法實(shí)施的本發(fā)明的分離方法，能提供一種定位在分離層中限制部分中的裂紋的合成件分離方法、和一種通過這樣一種方法生產(chǎn)薄膜的過程。


圖1A、1B、1C、1D和1E是示意剖視圖，表明根據(jù)本發(fā)明的一種分離方法和一種薄膜生產(chǎn)過程。
圖2A和2B是曲線圖，表明在本發(fā)明中使用的帶有分離層的基片的兩根X射線衍射波動曲線。
圖3A和3B是示意剖視圖，表示在分離層中引起裂紋的狀態(tài)。
圖4是曲線圖，表示由Raman光譜測定法測量的在本發(fā)明中使用的多孔層中內(nèi)部應(yīng)力深度輪廓的一個(gè)例子。
圖5A和5B是曲線圖，表示根據(jù)本發(fā)明在用于薄膜生產(chǎn)的步驟中的多孔層的X射線衍射波動曲線的例子。
圖6是示意剖視圖，表示本發(fā)明分離方法的一個(gè)例子。
圖7A、7B和7C是示意剖視圖，表示在本發(fā)明中使用的分離層形成步驟。
圖8是曲線圖，表示在本發(fā)明中使用的帶有分離層的基片的X射線衍射波動曲線的例子。
圖9A和9B是示意剖視圖，表示在本發(fā)明中使用的其他分離層形成步驟。
圖10A、10B、10C和10D是示意剖視圖，表示根據(jù)本發(fā)明的一種合成件分離方法。
圖11A、11B、11C和11D是示意剖視圖，表示根據(jù)本發(fā)明分離合成件的另一種方法。
圖12A、12B、12C和12D是示意剖視圖，表示根據(jù)本發(fā)明分離合成件的又一種方法。
圖13A、13B、13C、13D、13E、13F和13G是示意剖視圖，表明根據(jù)本發(fā)明的一種分離方法和一種薄膜生產(chǎn)過程。
下面參照附圖將描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
(實(shí)施例1)圖1A至1E是示意圖，表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種合成件分離方法、和一種利用該方法的薄膜生產(chǎn)過程。
如圖1A中所示，制備諸如硅晶片之類的第一基片11，并且在其表面上形成諸如多孔單晶硅層之類的分離層12。
之后，按以后描述的方式處理多孔層，以在打算裂開的位置處產(chǎn)生集中的應(yīng)力，由此形成應(yīng)力上升層16。
在其中已經(jīng)產(chǎn)生平面應(yīng)力的多孔層的層表面上，形成諸如無孔單晶硅層之類的無孔層(薄膜)13(見圖1B)。
無孔層13粘結(jié)到諸如準(zhǔn)備分離的硅晶片之類的第二基片14上，如有必要，把諸如氧化硅層之類的絕緣層15插入在其之間，以得到包括多層結(jié)構(gòu)的合成件1(見圖1C)。
把分離能量從外部施加到多層結(jié)構(gòu)(合成件)1上，以增大在其中產(chǎn)生的平面應(yīng)力。該分離能量是大得足以超過分離層的屈服應(yīng)力的能量。因此分離層在其中已經(jīng)集中產(chǎn)生應(yīng)力的位置處裂開，即在應(yīng)力上升層16處裂開，從而合成件分離成兩部分(見圖1D)。
已經(jīng)形成在第一基片11上的無孔層13被這樣轉(zhuǎn)移到第二基片14上。圖1E表示剩余的多孔層12被去除后無孔層13的狀態(tài)。
以這種方式，能生產(chǎn)薄膜，即無孔層13。該方法與用于支撐無孔層13的基片14的材料無關(guān)。因而，例如，在絕緣層15上的該無孔層13能用作一個(gè)SOI層。
使用一個(gè)表示X射線衍射波峰的層可以形成應(yīng)力上升層16，該波峰的至少兩個(gè)偏離基準(zhǔn)波峰，并且在其之間具有0.01度或更大的距離。
圖2A和2B表示在本發(fā)明中使用的帶有應(yīng)力上升層16的分離層12的X射線衍射波動曲線的典型例子。
曲線12A是當(dāng)形成兩個(gè)具有彼此不同性質(zhì)的多孔層且氧化他們時(shí)觀察到的X射線衍射波動曲線。標(biāo)號2指示一個(gè)基準(zhǔn)波峰。站位偏離基準(zhǔn)波峰2的波峰3A和3B分別是由低孔隙度多孔層造成的波峰和由高孔隙度多孔層造成的波峰。通過單獨(dú)控制每個(gè)多孔層的孔隙度和厚度、氧化步驟中的溫度和時(shí)間等等，能控制在波峰3A與3B之間的距離(波峰角度差)。
曲線12B是當(dāng)形成兩個(gè)具有彼此不同性質(zhì)的多孔層且氧化他們、接著是約1000℃下的熱處理時(shí)觀察到的X射線衍射波動曲線。
由相應(yīng)多孔層造成的波峰3A與3B在正方向站位偏離基準(zhǔn)波峰2。
在任一種情況下，可以控制用于每個(gè)多孔層的孔隙度、厚度、氧化條件和熱處理?xiàng)l件，從而在波峰3A與3B之間的距離到0.01度或更大。
為了如此產(chǎn)生集中應(yīng)力，通過下面描述的任何方法可以形成應(yīng)力上升層。
其中之一是這樣一種方法其中在形成具有至少1μm厚度的一個(gè)多孔層之后，氧化多孔層的孔內(nèi)壁表面以形成氧化膜，并且以離開多孔層的層表面至少1μm的深度除去在孔內(nèi)壁表面上形成的氧化膜，以便僅在多孔層的下部留下氧化膜。另一種是這樣一種方法其中使形成在多孔層的孔內(nèi)壁表面處的氧化膜具有一種在多孔層厚度方向上不同的結(jié)構(gòu)。
這里將描述使要裂開的位置穩(wěn)定的意義。
圖3A和3B是示意圖，分別表示當(dāng)不集中產(chǎn)生應(yīng)力而分離時(shí)裂開的分離層的狀態(tài)CE、和當(dāng)在已經(jīng)集中產(chǎn)生應(yīng)力之后分離時(shí)裂開的分離層的狀態(tài)PI。
這些圖表示帶有由具有彼此不同機(jī)械強(qiáng)度的兩層組成的雙層分離層的合成件在兩層之間的界面處分離的狀態(tài)。
在當(dāng)不集中產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)的情況CE的情況下，當(dāng)施加分離能量時(shí)，應(yīng)力分散在具有較低機(jī)械強(qiáng)度的第二分離層12B中，并且一個(gè)裂紋20隨機(jī)地貫通。因此，分離后暴露的表面表示不平度，在與第二分離層12B的層厚度相對應(yīng)的高度方面有差別，并且分離層在一些部分處打碎成顆粒。
另一方面，在當(dāng)應(yīng)力已經(jīng)集中產(chǎn)生到不引起分離層分離的程度時(shí)的情況下，當(dāng)應(yīng)力增大時(shí)，一條裂紋20貫穿靠近第一分離層12A和第二分離層12B之間的界面的限制部分，并且分離后暴露的兩個(gè)表面都具有平表面。
通過例如已知的、檢測在構(gòu)成原子之間如何產(chǎn)生應(yīng)力的Raman光譜測定法，能證實(shí)應(yīng)力是否集中存在于分離層中。
圖4表示當(dāng)通過Raman光譜測定法從合成件的橫截面測量在已經(jīng)處理以集中產(chǎn)生應(yīng)力的合成件中的應(yīng)力分布時(shí)得到的結(jié)果。作為在該光譜測定法中使用的樣品的合成件是一種通過以下步驟得到的合成件在兩種陽極氧化條件下依次陽極氧化一個(gè)硅晶片(第一基片)以在其表面處形成一個(gè)雙層結(jié)構(gòu)的多孔硅層，氧化多孔硅層的孔內(nèi)壁表面，此后在多孔層的表面上通過CVD外延生長一個(gè)無孔單晶硅層，在單晶硅層的表面上形成氧化膜，及把帶有氧化膜的單晶硅層粘結(jié)到單獨(dú)準(zhǔn)備的另一個(gè)硅晶片(第二基片)上。
在圖4中的橫坐標(biāo)上，當(dāng)把在第一與第二多孔層之間的界面當(dāng)作基準(zhǔn)時(shí)，在從2μm至5.5μm深度處觀察到的Raman表示小變化，其中在第二多孔層與第一基片之間的應(yīng)力看起來較小。另一方面，在從-3μm至1μm的深度處觀察到的Raman位移在第二多孔層中是-0.27cm-1至-0.26cm-1，而在第一多孔層中是-0.12cm-1至-0.11cm-1。更具體地說，在低孔隙度區(qū)域(第一多孔層)與高孔隙度區(qū)域(第二多孔層)之間的界面處Raman位移相差-0.14至-0.16cm-1，并且在其附近，因而有-0.1cm-1或更大的差別。如能從該事實(shí)看到的那樣，在該界面處集中產(chǎn)生應(yīng)力。在Raman光譜測定法具有較高分辨率地場合，在0μm深度處的Raman位移將成為在負(fù)側(cè)較大。在這種情況下，在第二多孔層中其中集中應(yīng)力的部分處的厚度是約1μm，這比第一和第二多孔層的任一厚度小。
進(jìn)一步的詳細(xì)分析揭示在這樣一種分離層內(nèi)部的應(yīng)力可以依據(jù)用于合成件生產(chǎn)的步驟而變化。
圖5A表示通過X射線衍射測量的一個(gè)例子，X射線衍射表示在用來生產(chǎn)SOI基片的過程中每個(gè)步驟中改變一個(gè)多孔單晶層在其(004)平面方向上的晶格間距的狀態(tài)，在該SOI基片中把具有帶有不同孔隙度的雙層結(jié)構(gòu)的多孔單晶硅用作分離層。在0度處的波峰是由(004)平面無孔單晶硅造成的波峰(基準(zhǔn)波峰)。這樣一種變化對應(yīng)于作用在多孔單晶硅內(nèi)部中的應(yīng)力。
在圖5A中的標(biāo)號31表示在剛好在多孔層形成后的一條曲線。在多孔單晶層中的晶格應(yīng)變通過在第一基片上僅形成帶有具有不同性質(zhì)的雙層結(jié)構(gòu)的多孔單晶硅不會變化。這是因?yàn)樵?0.01至-0.02度附近的波峰歸因于多孔單晶層，而偏離基準(zhǔn)波峰的波峰只是這一個(gè)。
標(biāo)號32表示剛好在熱氧化之后的曲線。偏離基準(zhǔn)波峰的兩個(gè)波峰出現(xiàn)。波峰30A歸因于具有低孔隙度的第一多孔層，而波峰30B歸因于具有高孔隙度的第二多孔層?？吹綗嵫趸呀?jīng)導(dǎo)致兩層內(nèi)部應(yīng)變的差別。該差別引起至界面的應(yīng)力集中。在這種情況下，看到要給出的拉(膨脹)應(yīng)力。
與波峰30A對應(yīng)的應(yīng)力是約-2.25×109dyne(達(dá)因)/cm2(-2.25×108Pa)，而與波峰30B對應(yīng)的應(yīng)力是約-3.44×109dyne/cm2(-3.44×108Pa)。
標(biāo)號33表示剛好在外延生長之后的曲線。在無孔單晶層的外延生長時(shí)，應(yīng)變大大地變化以成為壓縮(結(jié)構(gòu))應(yīng)力。然而，由于波峰30A和30B是存在的，所以具有不同性質(zhì)的層的晶格應(yīng)變的差別仍然存在。該變化是由在外延生長時(shí)整個(gè)基片的加熱引起的。然后，與波峰30A相對應(yīng)的應(yīng)力是約1.42×109dyne/cm2(1.42×108Pa)，而與波峰30B對應(yīng)的應(yīng)力是約2.05×109dyne/cm2(2.05×108Pa)。
這種現(xiàn)象的原因還不完全明白。假定歸因于具有較大表面面積的多孔層在任一情況下呈現(xiàn)大變化的事實(shí)。
標(biāo)號34表示剛好在外延層的表面已經(jīng)進(jìn)一步氧化以形成氧化膜之后的曲線。如能由與曲線33的波峰相比較看到的那樣，該應(yīng)變沒有多大變化。在該階段在0.05度周圍的波峰30A對應(yīng)于1.35×109dyne/cm2(1.35×108Pa)的平面應(yīng)力。在本發(fā)明中，在該階段的平面應(yīng)力應(yīng)該成為1×107dyne/cm2(1×106Pa)或更大。
與波峰30B對應(yīng)的應(yīng)力變化到約1.90×109dyne/cm2(1.90×108Pa)。
在比在外延層的外延生長或表面氧化處理時(shí)設(shè)置的溫度高的溫度下進(jìn)一步進(jìn)行的熱處理，可能引起應(yīng)力的巨大變化，產(chǎn)生不能實(shí)現(xiàn)以上條件的可能性。因而，在外延層氧化之后，不再進(jìn)行1,100℃或更高溫度下的熱處理較好。甚至不再進(jìn)行1,000℃或更高溫度下的熱處理更好。
標(biāo)號35表示剛好在把帶有該氧化膜的外延層已經(jīng)粘結(jié)到單獨(dú)準(zhǔn)備的第二硅晶片上且已經(jīng)分離分離層之后在第二硅晶片側(cè)的第一多孔層的曲線。該應(yīng)力到約1.31×108dyne/cm2(1.31×107Pa)。
標(biāo)號36表示剛好在分離之后在第一晶片側(cè)的第二多孔層的曲線。該應(yīng)力到約2.88×108dyne/cm2(2.88×107Pa)。
能看到，在分離之后，釋放每個(gè)多孔層的應(yīng)變，并且X射線衍射波峰的位移變得遠(yuǎn)小于分離之前的波峰。
如能由上述明白的那樣，在本發(fā)明中，較好的是在分離層中，形成其中本發(fā)明的分離層內(nèi)部中的Raman光譜測定法波峰位移的量相差至少-0.1cm-1的多個(gè)區(qū)域。
較好的還有其中集中應(yīng)力的范圍(即，應(yīng)力上升層的厚度)設(shè)置在2μm或較小、1μm或較小較好、及0.1μm或較小更好的層厚度的層區(qū)域內(nèi)。通過測量Raman光譜測定法波峰位移的波峰的1/4寬度能證實(shí)這點(diǎn)。
平面應(yīng)力的數(shù)值也是已知的，能由X射線衍射波峰的位移量計(jì)算確定。
其中在垂直于多孔硅層層表面的方向上的平面距離用dz代表，在垂直于無孔單晶硅晶片的表面的方向上平面距離用do代表，多孔硅層的衍射角(波峰角)用θ1代表，及無孔單晶硅晶片的衍射角用θ0代表，滿足如下公式(1)。
dz＝do[1-(θ1-θ0)/tanθ0] (1)其中多孔硅層的應(yīng)力用σ代表，多孔硅層的楊氏模量用E代表，多孔硅層的泊松比用ν代表，及多孔硅層的平面晶格距離用dxy代表，滿足如下公式(2)。
σ＝E·[(dxy-dz)/{2νdxy+(1-ν)dz}](2)然后，其中把無孔單晶硅的楊氏模量用作E，設(shè)置dxy＝do和ν＝0.278-0.348p(p是孔隙度)，應(yīng)力σ可由X射線衍射波動曲線中的衍射角θ1確定。
圖5B表示通過在硅晶片的表面上形成一個(gè)具有約20％孔隙度的第一多孔層、此后形成一個(gè)具有不同孔隙度的第二多孔層、接著低溫氧化、此后在第一多孔層上形成一個(gè)無孔單晶硅層、以及氧化其表面得到的六個(gè)樣品中的X射線衍射波動曲線。
能看到，依據(jù)第二多孔層的孔隙度，第二多孔層的應(yīng)力變化，并且在第一多孔層的衍射角與第二多孔層的衍射角之差變化。還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，此后進(jìn)行的熱處理也引起衍射角差的變化。
在本發(fā)明中，衍射角差可能設(shè)置為0.01度或更大較好，而從0.01度至0.02度更好，從而使應(yīng)力差的絕對值成為4×108dyne/cm2(4×107Pa)或更大。
另外，通過形成多個(gè)多孔層接著熱氧化得到的多孔層每個(gè)可以如此制成，從而具有從-1×109至-5×109dyne/cm2(-1×108至-5×108Pa)的應(yīng)力。
然后，在無孔層已經(jīng)形成在最高多孔層上之后的多個(gè)多孔層每個(gè)可以如此制成，從而具有1×109dyne/cm2(1×108Pa)或更大的應(yīng)力。
為了增大已經(jīng)集中產(chǎn)生之后的應(yīng)力，可以使用與在先有技術(shù)中描述的那些相同的分離方法。特別是，最好通過固體或液體的楔作用迫使構(gòu)成合成件的兩個(gè)基片分開，從而放大應(yīng)力以分開合成件。除此之外，可使用的有一種其中利用浸入到多孔層中的液體或物質(zhì)的膨脹能量的方法；和一種其中從側(cè)表面主要氧化多孔層以引起多孔層經(jīng)受體積膨脹而實(shí)現(xiàn)分離的方法。
圖6示意地表示通過楔形物施加必要的外部力以增大平面應(yīng)力實(shí)現(xiàn)分離的狀態(tài)。
可以事先斜切第一和第二基片11和14的角部，并且在內(nèi)側(cè)凹下形狀中形成合成件的側(cè)表面。一個(gè)由金屬或塑料制成的作為分離裝置的楔形物40可以插入其中，從而在第一和第二基片11和14彼此分開的方向上施加一個(gè)力。由此增大在分離層12A與12B之間的界面處已經(jīng)集中產(chǎn)生的平面應(yīng)力。一旦它超過界面處的屈服應(yīng)力，一個(gè)裂紋就開始伸展，從而如圖中所示第一和第二基片在其端部成為彼此分開。之后不久，裂紋沿應(yīng)力上升層16延伸到合成件的中部(向圖的右方)，并且最后合成件分裂成兩部分。實(shí)際上，裂紋在靠近界面的分離層12B的限制部分中延伸。
當(dāng)使用諸如液體射流或氣體射流之類的流體楔時(shí)，流體也進(jìn)入一個(gè)間隙41中以作用在寬面積上，并因此合成件能以非常良好的生產(chǎn)率分離，并且同時(shí)也清洗分離表面。而且，可以使裂紋按圖6中所示使用固體楔形物伸展，并且此后可以使用流體楔延伸裂紋，從而能完全分離合成件。
當(dāng)合成件是盤狀時(shí)，最好也把一個(gè)流體楔插入到其側(cè)表面，同時(shí)把合成件軸向保持在中心并且轉(zhuǎn)動它，以從盤的周緣向中心分離它而實(shí)現(xiàn)分離。
(實(shí)施例2)不用作為多孔層形成具有彼此不同性質(zhì)的多個(gè)多孔層，可以設(shè)計(jì)在多孔層的孔內(nèi)壁表面上形成氧化膜的方式，從而能把平面應(yīng)力集中到多孔層的內(nèi)部。圖7A至7E是示意剖視圖，表示一個(gè)實(shí)際具有復(fù)雜形狀的孔和其附近的狀態(tài)，以便解釋根據(jù)本實(shí)施例的分離層的形成。
基片11的表面在固定條件下經(jīng)受陽級氧化，以形成具有至少1μm厚度、且最好至少2μm厚度的單個(gè)多孔層12(見圖7B)。此后，多孔層經(jīng)受熱氧化以在孔50的內(nèi)壁上形成氧化膜51。以后，把氧化的多孔層12浸在包含氫氟酸的溶液中相當(dāng)長的時(shí)間，以便不僅除去形成在層表面上的氧化膜51A，而且也除去位于離層表面至少1μm、且最好至少2μm的深度下形成在孔內(nèi)壁表面上的氧化膜52。例如，在形成10μm厚的多孔層12的場合，此后氧化其孔內(nèi)壁表面，并且此后除去孔壁氧化膜51至離層表面2μm深的位置，由此形成一個(gè)在其孔內(nèi)壁表面上帶有氧化膜的8μm厚多孔半導(dǎo)體層12C、和一個(gè)在其孔內(nèi)壁表面上沒有氧化膜的2μm厚多孔半導(dǎo)體層12D(見圖7C)。
此后，如有必要，進(jìn)行在包含氫的還原氣氛中的熱處理(氫焙燒)，并且然后執(zhí)行外延生長，從而應(yīng)力集中產(chǎn)生在8μm厚多孔半導(dǎo)體層與2μm厚多孔半導(dǎo)體層之間的界面IF處及其附近。
在這種情況下，可以控制多孔層12C和12D的孔隙度和厚度及孔內(nèi)壁表面的氧化膜厚度，從而如圖8中所示，X射線衍射波動曲線具有偏離基準(zhǔn)波峰2的兩個(gè)波峰3A和3C，并且他們之間的距離是0.01度或更大。這里，波峰3C歸因于已經(jīng)從其除去氧化膜的多孔層12D。
此后，以與實(shí)施例1中相同的方式進(jìn)行粘結(jié)和隨后的分離，因而合成件沿位于多孔層12C與多孔層12D之間的界面IF處的應(yīng)力上升層裂開，由此把合成件分離成兩部分。
以這種方式，在基片上得到包括無孔單晶半導(dǎo)體的薄膜。
(實(shí)施例3)圖9A和9B是示意剖視圖，表示實(shí)際具有更復(fù)雜形狀的兩個(gè)孔和其附近，以便解釋根據(jù)本實(shí)施例的分離層的形成。
一個(gè)低孔隙度多孔層12A和一個(gè)高孔隙度多孔層12B以與實(shí)施例1中相同的方式形成在一個(gè)基片11的表面上(見圖9A)。
多孔層經(jīng)受熱氧化，直到多孔層12B的所有孔壁都轉(zhuǎn)化成氧化硅(非晶體)。這里，低孔隙度多孔層12A的孔壁具有比高孔隙度多孔層12B的孔壁大的厚度，并因此孔壁內(nèi)部53保持為單晶半導(dǎo)體。因而，形成由在孔內(nèi)壁表面上具有氧化膜51的多孔單晶半導(dǎo)體和多孔非晶體層12E組成的多孔層12F(見圖9B)。
此后，以與實(shí)施例1和2中相同的方式，通過外延生長形成無孔單晶半導(dǎo)體層，并且進(jìn)行粘結(jié)和隨后的分離。由于一個(gè)應(yīng)力上升層形成在多孔層12E與12F之間的界面IF處，所以合成件沿該界面裂開以分離成兩部分。
以這種方式，在基片上得到包括無孔單晶半導(dǎo)體的薄膜。
因而，可以使用其中使要形成在多孔層孔內(nèi)壁表面上的氧化膜在多孔層的層厚度方向上具有不同結(jié)構(gòu)的方法，特別是，可以使用其中多孔層形成為具有不同孔隙度的多個(gè)多孔層、并且當(dāng)氧化他們時(shí)經(jīng)受高溫氧化或長時(shí)間氧化的方法。這把多孔層帶入這樣一種狀態(tài)其中基本上在整個(gè)層中氧化具有高孔隙度的層以轉(zhuǎn)化成非晶體，而另一方面具有低孔隙度的層在其孔內(nèi)壁表面上氧化，而其內(nèi)孔壁本身保持單晶性。就是說，具有低孔隙度的層成為具有氧化膜的多孔單晶半導(dǎo)體層，而具有高孔隙度的層成為多孔非晶絕緣層。
因而，在當(dāng)多孔層中的氧化膜在結(jié)構(gòu)上不同時(shí)的情況下，在兩層之間能產(chǎn)生非常大的應(yīng)變，并因此能容易的進(jìn)行分離。這意味著，當(dāng)具有太低孔隙度的多孔層能夠?qū)崿F(xiàn)分離而不是集中應(yīng)力時(shí)，根據(jù)本發(fā)明即使在多孔層中也有可能引起裂紋。
(實(shí)施例4)本發(fā)明涉及在已經(jīng)生產(chǎn)合成件后集中產(chǎn)生應(yīng)力的步驟。除該步驟之外的步驟對應(yīng)于實(shí)施例1至3中的那些。
圖10A至10D是示意圖，用來解釋根據(jù)本實(shí)施例的分離方法。
首先，制備諸如一個(gè)硅晶片之類的第一基片11，并且一個(gè)諸如多孔單晶硅層之類的分離層12形成在其表面上(見圖10A)。
在分離層12的表面上，形成諸如無孔單晶硅層之類的無孔層(薄膜)13(見圖10B)。
把無孔層13粘結(jié)到一個(gè)單獨(dú)制備的第二基片14上，以得到包括多層結(jié)構(gòu)的合成件(見圖10C)。處理該合成件以集中產(chǎn)生應(yīng)力。在該實(shí)例中，通過例如這樣一種方法可以集中產(chǎn)生平面應(yīng)力其中加熱和/或冷卻構(gòu)成合成件的第一和第二基片11和14，以便具有彼此不同的溫度，以產(chǎn)生在分離層上和下側(cè)的層區(qū)域之間的溫度差。圖10C表示通過加熱201加熱基片11且通過冷卻200冷卻基片14的狀態(tài)。
然后，把分離能量202從外部施加到多層結(jié)構(gòu)(合成件)上，以增大已經(jīng)產(chǎn)生的平面應(yīng)力。該分離能量是大得足以超過分離層的屈服應(yīng)力的能量。因此合成件在位于其中已經(jīng)集中產(chǎn)生應(yīng)力的位置處的應(yīng)力上升層16處裂開，以分離成兩部分(圖10D)。
已經(jīng)形成在第一基片11上的無孔層13因而轉(zhuǎn)移到第二基片14上。
在其中分離合成件而不集中產(chǎn)生應(yīng)力的實(shí)例中，必須以高精度控制分離層的強(qiáng)度。如果分離層具有太高的機(jī)械強(qiáng)度，則基片可能斷開，或者在分離層之外的部分處可能發(fā)生斷開。而且，如果分離層以太低的機(jī)械強(qiáng)度形成，則分離區(qū)域可能在粘結(jié)之前斷開。在這樣一種情況下，在通過陽極氧化或離子注入形成分離層的步驟中，或在加熱、氧化和外延生長的以后步驟中，分離層可能部分?jǐn)嚅_，由此使得不可能實(shí)現(xiàn)粘結(jié)，或?qū)е绿幚斫M件受顆粒污染。
按常規(guī)，當(dāng)如此分離合成件以在分離層處裂開時(shí)，使用一個(gè)多孔層，并且使其孔隙度較高，以降低在該部分處的機(jī)械強(qiáng)度以使分離容易。然而，降低機(jī)械強(qiáng)度以使分離容易即使在分離之前的步驟中，也可能引起多孔層的斷開。即使在分離步驟之前沒有發(fā)生任何斷開，裂紋也可能在多孔層的各種位置處出現(xiàn)和伸展，在分離時(shí)使分離表面非常不均勻。這種不均勻在對其應(yīng)用這樣一種方法的某些用途中的實(shí)際使用中可能是一個(gè)巨大的障礙。
當(dāng)在SOI基片制造中應(yīng)用本發(fā)明時(shí)，多孔層在分離后必須具有盡可能均勻的厚度分布。為此，適用的還有這樣一種方法其中在包括具有不同性質(zhì)的幾層的多層結(jié)構(gòu)中形成多孔層，從而能裂開他們中具有最高孔隙度并因此具有最低機(jī)械強(qiáng)度的一層。然而，在這樣一種方法中，為了僅在高孔隙度層中引起裂紋以實(shí)現(xiàn)分離表面的光滑，必須使該層的厚度非常小。然而，不容易形成薄的且具有良好平面均勻性的分離層。
在本實(shí)施例的情況下，多孔層可以具有均勻的孔隙度，但具有彼此不同孔隙度的多個(gè)層的使用，使得有可能更確實(shí)地把應(yīng)力集中在其界面處和其附近。
就其他步驟而論，可應(yīng)用與實(shí)施例1中的那些相同的合成件的構(gòu)成材料、應(yīng)力值等等。
(實(shí)施例5)本實(shí)施例涉及在已經(jīng)生產(chǎn)合成件之后集中產(chǎn)生應(yīng)力的步驟。除該步驟之外的其他步驟對應(yīng)于實(shí)施例1至3中的那些。
圖11A至11D是示意圖，用來表明根據(jù)本實(shí)施例的分離方法。
首先，諸如硅晶片之類的一個(gè)第一基片11、和諸如多孔單晶硅層之類的一個(gè)分離層12形成在其表面上(見圖11A)。
在分離層12的層表面上，形成諸如無孔單晶硅層之類的一個(gè)無孔層(薄膜)13(見圖11B)。
把無孔層13粘結(jié)到一個(gè)單獨(dú)制備的第二基片14上，以得到具有多層結(jié)構(gòu)的合成件(見圖11C)。處理該合成件以集中產(chǎn)生應(yīng)力。例如，在分離層與構(gòu)成合成件的第一和/或第二基片之間產(chǎn)生溫度差。
如圖11D中所示，把加熱的流體203從外部噴射到多層結(jié)構(gòu)的側(cè)表面上，同時(shí)冷卻兩個(gè)基片11和14，從而施加分離能量202，象圖10中所示的情形。增大已經(jīng)產(chǎn)生的平面應(yīng)力。該分離能量是一種大得足以超過分離層的屈服應(yīng)力的能量。因此合成件在位于其中已經(jīng)集中產(chǎn)生應(yīng)力的位置處的應(yīng)力上升層16處裂開，以分離成兩部分。
已經(jīng)形成在第一基片11上的無孔層13因而轉(zhuǎn)移到第二基片14上。
在本實(shí)施例的情況下，多孔層可以具有均勻的孔隙度，但具有彼此不同孔隙度的多個(gè)層的使用，使得有可能更確實(shí)地把應(yīng)力集中在其界面處和其附近。
就其他步驟而論，可應(yīng)用與實(shí)施例1中的那些相同的合成件的構(gòu)成材料、應(yīng)力值等等。
(實(shí)施例6)本實(shí)施例涉及在已經(jīng)生產(chǎn)合成件之后集中產(chǎn)生應(yīng)力的步驟。除該步驟之外的其他步驟對應(yīng)于實(shí)施例1至3中的那些。
圖12A至12D是示意圖，用來表明根據(jù)本實(shí)施例的分離方法。
首先，諸如硅晶片之類的一個(gè)第一基片11、和諸如多孔單晶硅層之類的一個(gè)分離層12形成在其表面上(見圖12A)。
在分離層12的層表面上，形成諸如無孔單晶硅層之類的一個(gè)無孔層(薄膜)13(見圖12B)。
把無孔層13粘結(jié)到一個(gè)單獨(dú)制備的第二基片14上，以得到具有多層結(jié)構(gòu)的合成件(見圖12C)。彎曲該合成件以集中產(chǎn)生應(yīng)力。
把流體203從外部噴射到多層結(jié)構(gòu)的側(cè)表面上，以施加分離能量202而增大已經(jīng)產(chǎn)生的平面應(yīng)力。該分離能量202是一種大得足以超過分離層的屈服應(yīng)力的能量。因此合成件在位于其中已經(jīng)集中產(chǎn)生應(yīng)力的位置處的應(yīng)力上升層16處裂開，以分離成兩部分(見圖12D)。
如圖12D中所示，彎曲合成件，同時(shí)把它保持在具有一個(gè)中凹表面的支撐座上。另外，可以彎曲合成件，同時(shí)把它吸附到帶有一個(gè)開口的支撐座上。
已經(jīng)形成在第一基片11上的無孔層13因而轉(zhuǎn)移到第二基片14上。
在本實(shí)施例的情況下，多孔層可以具有均勻的孔隙度，但具有彼此不同孔隙度的多個(gè)層的使用，使得有可能更確實(shí)地把應(yīng)力集中在其界面處和其附近。
就其他步驟而論，可應(yīng)用與實(shí)施例1中的那些相同的合成件的構(gòu)成材料、應(yīng)力值等等。
作為在本發(fā)明中使用的第一基片11，除上述的硅晶片之外，最好使用半導(dǎo)體晶片，如硅鍺、砷化鎵、及鎵鋁砷。
作為在本發(fā)明中使用的分離層12，最好使用帶有微腔的層，特別指出的是，使用具有封閉單元和/或打開單元的多孔層。通過把惰性氣體的離子等注入到晶片也可以形成多孔層以進(jìn)行熱處理。最好通過陽極氧化可以形成它，以使無孔半導(dǎo)體晶片是多孔的。
如以前描述的那樣，多孔層可以是單個(gè)層。通過改變陽極氧化條件，最好也形成彼此具有不同孔隙度的多個(gè)層。這里，可使以復(fù)數(shù)形成的層具有彼此不同的厚度更好。為了改變孔隙度，較好的方法是改變陽極氧化溶液中的HF(氫氟酸)濃度，或改變要流動的電流。而且，可以把離子注入層用作分離層，并且可以形成具有不同離子數(shù)量的至少兩個(gè)層，以利用集中到其界面上的應(yīng)力。
作為在本發(fā)明中使用的無孔層13，它可以是任何預(yù)期的薄膜而沒有任何具體限制。在它想供半導(dǎo)體裝置的形成之用的場合，它可以是單層或多層半導(dǎo)體，如硅、硅鍺、碳化硅、鍺、砷化鎵或鎵鋁砷。在它想供用作SOI層的薄膜之用的場合，使用由氣相、液相或固相外延生長形成的單晶。而且，如有必要，在無孔層的表面上可以形成絕緣層。
作為在本發(fā)明中使用的第二基片14，它可以是與第一基片11相同的基片，或者可以是板狀或盤狀彈性或無彈性材料，如玻璃、石英玻璃、樹脂或金屬。
通過給出例子在下面將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
(實(shí)施例1)一種具有0.01Ω·cm電阻率的p型第一單晶硅晶片在HF溶液中經(jīng)受兩個(gè)階段的陽極氧化，以形成一個(gè)雙層多孔層。陽極氧化條件如下-第一階段-電流密度7mA·cm-2陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間5分鐘第一多孔硅層的厚度4.5μm-第二階段-電流密度30mA·cm-2陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間10秒鐘第二多孔硅層的厚度0.2μm帶有多孔層的晶片在氧的氣氛中在600℃下經(jīng)受熱氧化處理2小時(shí)。作為這種氧化的結(jié)果，多孔硅的孔內(nèi)壁表面覆蓋有熱氧化膜。該多孔硅層的表面用氫氟酸處理，僅把多孔硅層的孔內(nèi)表面的氧化膜，除去到離多孔層表面約2微米的深度，并且留下孔內(nèi)壁表面在比約2微米的深度深的區(qū)域中的氧化膜。此后，把生成的晶片轉(zhuǎn)移到CVD反應(yīng)器中。
晶片的溫度升到950℃，接著預(yù)焙燒以進(jìn)行熱處理，同時(shí)在流動源氧化之前僅流動氫氣，以密封在多孔層的層表面上存在的孔。
然后，單晶硅在多孔層上通過CVD以0.3微米的厚度外延生長。生長條件如下源氣體SiH2Cl2/H2氣流量0.5/180l/min氣體壓力80Torr(約1.06×104Pa)溫度950℃生長速率0.3μm/min。
如此外延生長的單晶硅層的表面經(jīng)受熱氧化，以進(jìn)一步形成100nm厚的氧化硅膜作為絕緣層。通過到該階段的步驟得到的樣品的X射線衍射波動曲線組合地具有在圖2B中曲線12B中的波峰3A和3B、和在圖8中的波峰3C。
氧化硅膜的表面和單獨(dú)制備的第二硅晶片的表面面對面地產(chǎn)生接觸，接著在1,100℃下熱處理60分鐘以實(shí)現(xiàn)粘結(jié)。
對于如此得到的合成件，一個(gè)楔形物從其側(cè)表面插入，由此它通過形成在具有高孔隙度的多孔層中、在具有高孔隙度的多孔層與具有低孔隙度的多孔層之間的界面附近的破裂，以約300nm的不平度平整地分離。由于如此分離的晶片分離表面覆蓋有多孔層，所以保護(hù)單晶硅層免于由楔形物引起裂縫。
結(jié)果原來形成在第一硅晶片表面上的SiO2層、外延硅層、具有低孔隙度的多孔層及具有高孔隙度的多孔硅層的一部分，轉(zhuǎn)移到第二晶片側(cè)。在第一晶片上，僅剩下具有高孔隙度的多孔硅層。
此后，轉(zhuǎn)移到第二晶片上的多孔硅層選擇性地用一種混合溶液蝕刻，該混合溶液包含49％重量HF濃度的氫氟酸、帶有30％重量H2O2濃度的雙氧水、及水；溶液使用時(shí)伴隨有攪拌。
因而，具有0.2μm厚度的單晶硅薄膜可形成在氧化硅膜上。
在平面整個(gè)區(qū)域上的100個(gè)點(diǎn)處測量如此形成的單晶硅的層厚度，發(fā)現(xiàn)層厚度處于201nm±3nm的均勻度。
作為用透射電子顯微鏡橫截面觀察的結(jié)果，任何新的晶體缺陷沒有帶入硅層中，并且保持良好的晶體性。
硅層(薄膜)進(jìn)一步經(jīng)受在大氣壓力下在氫氣氛中在1,100℃下的熱處理，以進(jìn)行表面光滑處理。其表面粗糙度能用原子力顯微鏡檢查，發(fā)現(xiàn)在50μm的正方形區(qū)域中的平均正方形粗糙度是0.2nm，這相當(dāng)于通?？少I到的硅晶片的粗糙度。
剩余在第一晶片側(cè)的多孔硅通過用一種混合溶液的選擇性蝕刻除去，該混合溶液具有49％重量HF濃度的氫氟酸、帶有30％重量H2O2濃度的雙氧水、及水；溶液使用時(shí)伴隨有攪拌。
生成的第一晶片此后可以經(jīng)受氫回火或諸如表面拋光之類的表面處理，因而它能再次用作第一晶片或用作第二晶片。
(實(shí)施例2)一種具有0.01Ω·cm電阻率的p型第一單晶硅晶片在HF溶液中經(jīng)受陽極氧化。陽極氧化條件如下電流密度7mA·cm-2陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間11分鐘多孔硅層的厚度12μm如此處理的晶片在氧的氣氛中在400℃下氧化1小時(shí)，并且此后在800℃下進(jìn)一步濕式氧化10分鐘。作為這種氧化的結(jié)果，多孔硅的孔內(nèi)壁表面用熱氧化膜覆蓋。該多孔硅層的表面用氫氟酸處理，以便僅把多孔硅層的孔內(nèi)壁表面的氧化膜，除去到離多孔層表面約2微米的深度。因而，留下孔內(nèi)壁表面在比2微米深的部分處的氧化膜。
在完成氫焙燒之后，單晶硅在多孔硅上通過CVD以0.3微米的厚度外延生長。生長條件如下源氣體SiH2Cl2/H2氣流量0.5/180l/min氣體壓力80Torr(約1.06×104Pa)溫度950℃生長速率0.3μm/min。
該外延硅層的表面經(jīng)受熱氧化，以進(jìn)一步形成200nm厚的氧化硅膜作為絕緣層。通過到該階段的步驟得到的樣品的X射線衍射波動曲線具有與圖8中所示那些相同的波峰。
使氧化硅膜的表面與單獨(dú)制備的第二硅晶片的表面面對面地接觸，接著在1,100℃下熱處理60分鐘以實(shí)現(xiàn)粘結(jié)。
如此得到的粘結(jié)基片(合成件)通過水噴射分離，由此它在其中除去孔內(nèi)壁表面的氧化膜的區(qū)域與其中留下氧化膜的區(qū)域之間的界面處非常光滑地分離。
結(jié)果，原來形成在第一硅晶片表面上的氧化硅膜、外延硅層、多孔硅層的一部分，轉(zhuǎn)移到第二晶片側(cè)。在第一晶片上，僅剩下多孔硅。
此后，轉(zhuǎn)移到第二晶片上的多孔硅層選擇性地用一種混合溶液蝕刻，該混合溶液具有49％重量HF濃度的氫氟酸、帶有30％重量H2O2濃度的雙氧水、及水；溶液使用時(shí)伴隨有攪拌。單晶硅剩下而不被蝕刻。
因而，包括具有0.2μm厚度的單晶硅的薄膜可形成在氧化硅膜上。
薄膜進(jìn)一步經(jīng)受在氫氣氛中在1,100℃下的熱處理。
(實(shí)施例3)一種具有0.01Ω·cm電阻率的p型第一單晶硅晶片在HF溶液中經(jīng)受兩個(gè)階段的陽極氧化，以形成一個(gè)雙層多孔層。陽極氧化條件如下
-第一階段-電流密度7mA·cm-2陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間5分鐘第一多孔硅層的厚度4.5μm-第二階段-電流密度30mA·cm-2陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間10秒鐘第二多孔硅層的厚度0.2μm如此處理的基片使其多孔硅層經(jīng)受氫焙燒，而沒有多孔硅的孔內(nèi)壁表面的熱氧化。此后，單晶硅在多孔層上通過CVD以0.3微米的厚度外延生長。生長條件如下源氣體SiH2Cl2/H2氣流量0.5/180l/min氣體壓力80Torr(約1.06×104Pa)溫度950℃生長速率0.3μm/min。
在該外延硅層的層表面上，通過熱氧化進(jìn)一步形成100nm厚的氧化硅膜作為絕緣層。
其次，把氧化硅膜的表面暴露于等離子體反應(yīng)器中的氮等離子體。該表面和單獨(dú)制備的第二硅晶片的表面面對面地產(chǎn)生接觸，接著在600℃下熱處理3小時(shí)以實(shí)現(xiàn)粘結(jié)。
如此得到的合成件吸附到具有比晶片尺寸稍小的圓孔的分離臺上以使晶片彎曲，由此集中應(yīng)力。在這種狀態(tài)下，以類似于例2中圖12D中所示的方式把水射流施加到粘結(jié)晶片(合成件)的側(cè)表面上，以增大應(yīng)力，由此它在具有高孔隙度的多孔層與具有低孔隙度的多孔層之間的界面處，以約500nm的不平度平整地分離。
結(jié)果，原來形成在第一硅晶片表面上的氧化硅層、外延硅層、及多孔硅層的一部分，轉(zhuǎn)移到第二晶片側(cè)。在第一晶片上，僅剩下具有高孔隙度的多孔硅。
此后，轉(zhuǎn)移到第二晶片上的多孔硅層選擇性地用一種混合溶液蝕刻，該混合溶液包含具有49％重量HF濃度的氫氟酸、具有30％重量H2O2濃度的雙氧水、及水；溶液使用時(shí)伴隨有攪拌。單晶硅剩下而不被蝕刻，因而具有0.2μm厚度的單晶硅薄膜可形成在氧化硅膜上。
薄膜進(jìn)一步經(jīng)受在氫氣氛中在1,100℃下的熱處理1小時(shí)，以使其表面光滑。
(實(shí)施例4)一種具有0.01Ω·cm電阻率的p型第一單晶硅晶片在HF溶液中經(jīng)受兩個(gè)階段的陽極氧化，以形成一個(gè)雙層多孔層。陽極氧化條件如下-第一階段-電流密度7mA·cm-2陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間5分鐘第一多孔硅層的厚度4.5μm-第二階段-電流密度30mA·cm-2陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間10秒鐘第二多孔硅層的厚度0.2μm如此處理的基片使其多孔硅層經(jīng)受氫焙燒，而沒有多孔硅的孔內(nèi)壁表面的熱氧化。此后，單晶硅在多孔層上通過CVD以0.3微米的厚度外延生長。生長條件如下源氣體SiH2Cl2/H2氣流量0.5/180l/min氣體壓力80Torr(約1.06×104Pa)
溫度950℃生長速率0.3μm/min。
該外延硅層的表面經(jīng)受熱氧化，以進(jìn)一步形成100nm厚的氧化硅膜作為絕緣層。
其次，把氧化硅膜的表面暴露于等離子體反應(yīng)器中的氮等離子體。該表面和單獨(dú)制備的第二硅晶片的表面面對面地產(chǎn)生接觸，接著在600℃下熱處理3小時(shí)以實(shí)現(xiàn)粘結(jié)。
如此形成的粘結(jié)基片(合成件)軸向保持在其離開兩側(cè)的中心處，并且把水射流施加到基片的側(cè)表面上，同時(shí)繞作為轉(zhuǎn)動中心的晶片中心轉(zhuǎn)動它。這里，0℃的水澆在第一晶片表面?zhèn)群偷诙砻鎮(zhèn)龋春铣杉膬蓚€(gè)表面上以冷卻它，并且同時(shí)把加熱到98℃溫度的熱純水噴射到側(cè)表面上。這在水噴射部分與水噴射之外的部分之間的合成件中引起由溫度差造成的應(yīng)變，從而在具有高孔隙度的多孔層與具有低孔隙度的多孔層之間的界面附近，以約500nm的不平度平整地分離。
結(jié)果，原來形成在第一硅晶片表面上的氧化硅膜、外延硅層、及多孔硅層的一部分，轉(zhuǎn)移到第二晶片側(cè)。在第一晶片上，僅剩下具有高孔隙度的多孔硅。
此后，轉(zhuǎn)移到第二晶片上的多孔硅層選擇性地用一種混合溶液蝕刻，該混合溶液包含具有49％重量HF濃度的氫氟酸、具有30％重量H2O2濃度的雙氧水、及水；溶液使用時(shí)伴隨有攪拌。單晶硅剩下而不被蝕刻，因而具有0.2μm厚度的單晶硅薄膜可形成在氧化硅膜上。
薄膜進(jìn)一步經(jīng)受在氫氣氛中在1,100℃下的熱處理1小時(shí)，以使其表面光滑。
(實(shí)施例5)下面參照圖13A至13G表示用來生產(chǎn)薄膜晶體硅光電裝置的一個(gè)例子。
作為第一基片，準(zhǔn)備一個(gè)[111]平面p+型硅晶片301。該晶片浸在氫氟酸和異丙醇的混合溶液中，其中該晶片301設(shè)置為正電極而一塊鉑板設(shè)置為一個(gè)負(fù)電極以實(shí)現(xiàn)陽極氧化，形成由高孔隙度層302和低孔隙度層303組成的分離層(見圖13A和13B)。
在與例1中那些相同的條件下形成多孔層。
通過Raman光譜測定法分析其表面上形成多孔層的硅晶片的晶格應(yīng)變，以證實(shí)一個(gè)強(qiáng)大的(拉)應(yīng)力維持施加到多孔層302的內(nèi)部。
在多孔層303的表面上，通過在液相生長設(shè)備中的外延生長形成約30μm厚的一個(gè)p型薄膜單晶硅層304。液相生長設(shè)備如此建立，從而在由石英玻璃制成的、放置在石英玻璃密閉的反應(yīng)器中的坩堝中，能把金屬銦加熱到希望的溫度并且在其下熔化。首先，p型多晶硅溶在保持為950℃下的液態(tài)銦中，直到硅與銦飽和，以得到一種熔融液。以后，帶有形成的多孔層的硅晶片浸在熔融液中，并且熔融液以-1℃/分鐘的速率冷卻。隨著冷卻，沒有完全溶在熔融液中的硅開始沉積在多孔層303的表面上，并且外延生長p型硅層304。在如此形成的p型薄膜單晶硅層304的表面上，一個(gè)約0.2μm厚的n+型硅層305進(jìn)一步外延生長，使用一種利用通過把磷摻雜的n+型硅溶在錫中制備的熔融液的液相生長設(shè)備(見圖13C)。
在該層305的表面上，一個(gè)約70nm厚的氮化硅層通過濺射沉積為抗反射層306。通孔進(jìn)一步形成在該表面上，并且通過網(wǎng)印接著焙燒形成具有梳齒形狀的柵電極307(見圖13D)。
以后，作為第二基片，一個(gè)0.2mm厚的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜用乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)粘結(jié)柵電極上。該板件的一個(gè)端部固定到直徑100mm的剝離輥310上，并且從其邊緣側(cè)纏繞，由此沿多孔層302與303之間的界面在多孔層302中產(chǎn)一條裂紋，并且從晶片301上剝離薄膜晶體光電裝置311(見圖13E)。在該裝置的背部上，一個(gè)不銹鋼板背部電極312與由作為主要成分的銅組成的導(dǎo)電粘合劑313粘結(jié)。這里，小孔預(yù)先形成在PET膜中，并且諸孔填有形成引出電極314的導(dǎo)電粘合劑，以保證對柵電極的導(dǎo)電(見圖13F)。在這種狀態(tài)下，其轉(zhuǎn)換效率用調(diào)節(jié)到AM 1.5的太陽模擬器測量，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率是15％。
從其已經(jīng)剝離裝置311的晶片315浸入在1％氫氧化鈉的水溶液中，以除去剩余在表面上的殘余多孔層。在本發(fā)明的方法中，多孔層302如此之薄，以致于除去殘余物占的蝕刻時(shí)間很短。而且，晶片301的表面在蝕刻之后成為完好的鏡面(見圖13G)。使用該晶片301，可以重復(fù)上述步驟，因而能生產(chǎn)具有等于第一個(gè)的轉(zhuǎn)換效率的光電裝置，并且能重復(fù)地使用晶片。
(實(shí)施例6)制備一種作為第一基片的[111]平面p+型硅晶片，并且該晶片在如下條件下經(jīng)受兩個(gè)階段的陽極氧化，以形成兩個(gè)多孔層。
-第一階段-電流密度7mA·cm-2陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間5分鐘第一多孔硅層的厚度4.5μm-第二階段-電流密度30mA·cm-2陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間10秒鐘第二多孔硅層的厚度0.2μm在其表面處如此形成多孔層的晶片以與例5中相同的方式處理，以通過液相外延生長形成約30μm厚的p型薄膜單晶硅層和約0.2μm厚的n+型硅層。
使用臨時(shí)粘結(jié)粘合晶體結(jié)合劑555，可從Alecom Products Co.得到，借助于該粘合劑把n型硅層粘結(jié)到PET膜上。
為了在兩個(gè)多孔層的界面處集中產(chǎn)生應(yīng)力，加熱其上安置以上晶片的支架，以把晶片的背部加熱到50℃，并且同時(shí)把-50℃的冷空氣噴到PET膜表面上。
剝離已經(jīng)粘結(jié)到PET膜上的p型和n型硅層，同時(shí)用壓輥纏繞PET膜。
位于p型和n型硅層上、作為剝離結(jié)果暴露的多孔層的表面，粘結(jié)到用包括銅作為主要成分的粘合劑單獨(dú)制備的不銹鋼基片上，接著在100℃下臨時(shí)焙燒。這浸入在約100℃的熱水中以熔化暫時(shí)粘結(jié)的粘合劑，并且從硅層上剝離PET膜。
導(dǎo)電粘合劑在300℃下焙燒以使它熟化，而增強(qiáng)在不銹鋼基片與硅層之間的粘結(jié)強(qiáng)度。
抗反射層和柵電極形成在作為PET膜剝離結(jié)果暴露的p型硅層的表面上。因而得到薄膜光電裝置。
權(quán)利要求
1.一種分離合成件的方法，包括步驟形成合成件內(nèi)的一個(gè)分離層；在分離層內(nèi)形成一個(gè)其中平面應(yīng)力集中產(chǎn)生到不會由應(yīng)力引起分離的程度的應(yīng)力上升層；及增大平面應(yīng)力以在應(yīng)力上升層中引起裂紋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離合成件的方法，其中所述應(yīng)力上升層形成在分離層內(nèi)，從而分離層表示至少兩個(gè)偏離基準(zhǔn)波峰、且波峰之間的距離為0.01度或更大的X射線衍射波峰。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離合成件的方法，其中在所述應(yīng)力上升層內(nèi)的平面應(yīng)力是1×107dyne/cm2或更大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離合成件的方法，其中通過在所述分離層中形成多個(gè)區(qū)域，形成所述應(yīng)力上升層，多個(gè)區(qū)域在所述分離層內(nèi)部具有彼此相差-0.1cm-1或更大的量的Raman光譜測定法波峰位移。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離合成件的方法，其中所述分離層表示至少兩個(gè)偏離基準(zhǔn)波峰、且波峰之間的距離為0.01度或更大的X射線衍射波峰，并且其中平面應(yīng)力是1×107dyne/cm2或更大。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離合成件的方法，其中所述分離層具有微腔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分離合成件的方法，其中具有微腔的所述分離層包括由陽極氧化形成的多孔層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的分離合成件的方法，其中所述分離層包括多個(gè)具有彼此不同孔隙度的多孔層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的分離合成件的方法，其中所述分離層包括多個(gè)具有彼此不同孔隙度的多孔層，并且所述應(yīng)力上升層形成在多個(gè)多孔層中的一個(gè)高孔隙度多孔層中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離合成件的方法，其中所述應(yīng)力上升層具有2微米或更小的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離合成件的方法，其中所述應(yīng)力上升層具有0.1微米或更小的厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離合成件的方法，其中通過把流體噴射到形成在合成件的側(cè)表面處的凹槽或窄縫隙，增大平面應(yīng)力以分離合成件。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離合成件的方法，其中通過把一個(gè)楔形物插入到形成在合成件的側(cè)表面處的凹槽或窄縫隙，增大平面應(yīng)力以分離合成件。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離合成件的方法，其中通過把振動能量施加到合成件上增大平面應(yīng)力，以分離合成件。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離合成件的方法，其中通過如下步驟形成所述應(yīng)力上升層形成一個(gè)具有1μm或更大厚度的多孔層；此后氧化多孔層的孔內(nèi)壁表面以形成氧化膜；在離多孔層層表面1μm或更大的深度中，除去在孔內(nèi)壁表面上形成的氧化膜，以便僅在多孔層的下部處留下氧化膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離合成件的方法，其中通過在分離層的上部和下部側(cè)的層區(qū)域之間產(chǎn)生溫度差，形成所述應(yīng)力上升層。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離合成件的方法，其中通過彎曲合成件形成所述應(yīng)力上升層，并且在該狀態(tài)下分離合成件。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離合成件的方法，其中所述應(yīng)力上升層是一個(gè)其形成在其孔內(nèi)壁表面上的氧化膜具有在多孔層的層厚度方向上不同的結(jié)構(gòu)的多孔層。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離合成件的方法，其中在形成所述應(yīng)力上升層之后，不執(zhí)行在1,100℃或更高溫度下的加熱，并且直到分離層裂開。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離合成件的方法，其中所述分離層包括至少一個(gè)在其孔內(nèi)壁表面處具有氧化膜的多孔層。
21.一種分離合成件的方法，包括步驟在第一基片的表面上形成一個(gè)具有1μm或更大厚度的多孔層；氧化多孔層的孔內(nèi)壁表面以形成氧化膜；在離多孔層層表面1μm或更大的深度中，除去在孔內(nèi)壁表面上形成的氧化膜，以便在多孔層的下部處留下氧化膜；在多孔層的表面上形成一個(gè)無孔層；把無孔層粘結(jié)到一個(gè)第二基片上，以形成一個(gè)內(nèi)部帶有一個(gè)分離層的合成件；及引起在分離層中的裂紋以分離合成件。
22.一種分離合成件的方法，包括步驟在一個(gè)第一基片的表面上形成一個(gè)第一多孔層、和一個(gè)比第一多孔層具有更高孔隙度的第二多孔層；氧化第一和第二多孔層，以在第一多孔層的孔內(nèi)壁表面上形成氧化膜，并且使第二多孔層為非晶體；在第一多孔層的層表面上形成一個(gè)無孔層；把無孔層粘結(jié)到第二基片上，以形成一個(gè)內(nèi)部具有一個(gè)分離層的合成件；及在分離層中引起裂紋以分離合成件。
23.一種分離合成件的方法，包括步驟制備一個(gè)具有一個(gè)分離層的合成件；粘結(jié)合成件；及在分離層中引起裂紋以分離合成件。
24.一種分離合成件的方法，包括步驟制備一個(gè)具有一個(gè)分離層的合成件；在分離層中產(chǎn)生溫度差，以分離合成件；及在分離層中引起裂紋以分離合成件。
25.一種用來生產(chǎn)薄膜的過程，包括通過根據(jù)權(quán)利要求1和20至23任一項(xiàng)的分離方法生產(chǎn)薄膜。
全文摘要
為了在分離層中的固定位置處引起裂紋,一種分離合成件的方法包括步驟:在合成件內(nèi)部形成一個(gè)分離層;在分離層內(nèi)部形成一個(gè)其中平面應(yīng)力已經(jīng)集中產(chǎn)生到不會由平面應(yīng)力引起分離的程度的應(yīng)力上升層;及增大平面應(yīng)力以在應(yīng)力上升層中引起裂紋,由此分離合成件。
文檔編號H01L21/762GK1272682SQ00108219
公開日2000年11月8日 申請日期2000年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月30日
發(fā)明者近江和明, 中川克己, 佐藤信彥, 坂口清文, 柳田一隆, 米原隆夫 申請人:佳能株式會社