DE60315670T2

DE60315670T2 - Verfahren zur herstellung von substraten, insbesondere für die optik, elektronik und optoelektronik

Info

Publication number: DE60315670T2
Application number: DE60315670T
Authority: DE
Inventors: Bruno Ghyselen; Fabrice Letertre
Original assignee: Soitec SA
Current assignee: Soitec SA
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2023-07-17
Also published as: ATE370264T1; TWI273659B; JP2005533396A; EP1537258B9; TW200409247A; DE60315670D1; EP1537258B1; JP4708185B2; EP1537258A1; AU2003246718A1; WO2004007816A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Substraten, insbesondere für die Optik, Elektronik oder Optoelektronik.
Die zur Herstellung der Substrate eingesetzten Ausgangsmaterialien sind industriell verfügbar, beispielsweise in Form von Rohblöcken des Rohmaterials.
Beispielsweise im Fall von monokristallinem Silizium werden diese Rohblöcke mit dem CZOCHALSKI-Ziehverfahren (CZ-Ziehen) aus einem Bad geschmolzenen Siliziums oder mit dem Zonenschmelzverfahren (ZM-Ziehen) aus einem polykristallinen Rohblock gewonnen.
Monokristallines Siliziumcarbid wird beispielsweise mittels eines Sublimierungsverfahrens gewonnen, welches dem Fachmann wohlbekannt ist.
Solche Züchtungsverfahren erzeugen Rohblöcke, die allgemein eine zylindrische Form mit zwei im wesentlichen konischen Enden aufweisen. In Abhängigkeit von der Art des den Rohblock bildenden Materials kann dieser eine Länge von etwa zehn Zentimeter (beispielsweise für Siliziumcarbid) bis zu etwa 2 Meter (für Silizium) haben.
Diese Rohblöcke werden dann rechtwinklig zur Längsachse des Zylinders in Scheiben geschnitten, um die späteren Wafer des Ausgangsmaterials zu bilden, die dann in einer Vielfalt von Anwendungen eingesetzt werden. Diese Wafer sind nur einige hundert Mikrometer (μm) dick (beispielsweise haben Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 200 Millimeter (mm) in einer Standardfabrikation eine Dicke von 725 μm).
Genauer umfassen die Schritte zur Herstellung solcher Wafer beispielsweise das Trimmen der zwei gespitzten Enden des Rohblocks, das Schleifen und Drehen seiner unregelmäßigen Seitenfläche, um einen Zylinder mit perfekt kreisförmigem Querschnitt zu erzielen, und dann sein Schneiden in Scheiben, beispielsweise mit einer Kreissäge oder einer Drahtsäge.
Die gewonnenen Stücke oder Scheiben werden dann einem abschließenden Glättungsschritt unterzogen, in welchem sie geschliffen werden, um einen Wafer mit gleichmäßiger Dicke zu erzielen, und dann wird wenigstens eine seiner gegenüberliegenden Stirnseiten poliert, um eine perfekt flache Oberfläche zu erzielen. Schließlich wird jeder Wafer in eine Reihe chemischer Bäder eingetaucht, um den Staub und die Partikel zu beseitigen, die noch an den zwei Flächen vorhanden sind und als Quelle für nachfolgende Verunreinigung wirken könnten.
Ein Beispiel eines solchen maschinellen Rohblock-Bearbeitungsverfahrens ist in der Europäischen Patentanmeldung EP 0 610 563 offenbart.
Die oben aufgeführten Schritte sind extrem kostspielig, sowohl bezüglich der Kosten der zur maschinellen Bearbeitung oder Behandlung verwendeten Einrichtungen, wie auch bezüglich der zu ihrer Ausführung erforderlichen Zeit und bezüglich des Verlusts von Anfangsmaterial beim Schneiden.
Wenn beispielsweise ein 300 μm dicker Wafer hergestellt wird, gehen etwa 400 μm Material bei der Herstellung dieses Wafers verloren. Deshalb können aus einem Rohblock mit einer Länge von 1 cm, das heißt 10000 μm, nur vierzehn Wafer (vierzehn mal 700 μm) hergestellt werden.
Des Weiteren können mit bestimmten, extrem harten, empfindlichen und spröden Materialien wie Siliziumcarbid die oben aufgeführten Herstellungsschritte sich als extrem zeitaufwendig und langwierig erweisen, da das Polieren des Produkts sehr lange dauert und die chemische Bearbeitung schwierig ist.
Des Weiteren sind die erzeugten, massiven Wafer manchmal nur ein Zwischenprodukt. In bestimmten Verfahren zum Abtragen und zur Übertragung dünner Schichten, beispielsweise einem Verfahren, wie es im französischen Patent FR-A-2 681 472 beschrieben ist, dient nur die Frontfläche des Wafers als Basis zum Abtragen von Material, und deshalb braucht nur die Frontfläche absolut flach zu sein. Dagegen ist es nicht erforderlich, die rückseitige Stirnfläche des Wafers und die zylindrische Seitenfläche zu polieren und einer Endbearbeitung zu unterziehen, die sowohl bezüglich des Zeitaufwands wie auch bezüglich des Ausgangsmaterials teuer ist.
Schließlich beschreibt das Dokument "Patent Abstracts of Japan", Band 1998, Nr. 9 der japanischen Patentanmeldung JP 10 093 122 ein Herstellungsverfahren für eine Dünnfilm-Solarzelle. Gemäß diesem Verfahren wird ein aus einem Einkristall← oder aus einem sehr großkörnigen, polykristallinen Rohblock oder Wafer hergestelltes Siliziumsubstrat mit Wasserstoffionen implantiert, dann wird ein zweites Substrat daran gebunden und nach einer geeigneten Wärmebehandlung verwendet, um einen Silizium-Dünnfilm von diesem Substrat abzuschälen.
Ein solches Übertragungsverfahren wird jedoch an einem Substrat ausgeführt und nicht an einem Rohblock, dessen allgemeine Form unterschiedlich sein kann.
Das Ziel der Erfindung ist die Überwindung der oben beschriebenen Nachteile und, insbesondere, den Verlust des Ausgangsmaterials von den zur Herstellung der Substrate eingesetzten Materialien wesentlich zu reduzieren, um die Herstellungskosten zu senken.
Die Erfindung ist auch bestrebt, die am Ausgangsrohblock ausgeführten, maschinellen Bearbeitungsschritte möglichst weit zu vereinfachen und einzuschränken.
Dieses Ziel wird mit einem Herstellungsverfahren für Substrate erfüllt, insbesondere für die Optik, Elektronik oder Optoelektronik, mittels Übertragung einer Schicht eines für den Anwendungstyp geeigneten Materials, und insbesondere eines Halbleitermaterials, auf einen Träger.
Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte umfaßt:

a) Ausführen eines Vorgangs, um eine flache Fläche, die als Frontfläche bezeichnet wird, auf einem Rohblock des Materials zur Bildung der Schicht zu erzeugen, ohne – oder im wesentlichen ohne – Läppen der Seitenfläche des Rohblocks;
b) Implantation von Atomsorten unter der Frontfläche des Rohblocks auf einer kontrollierten mittleren Implantationstiefe, um eine Schwächungszone in der Nähe der Implantationstiefe zu erzeugen und somit eine obere Schicht des Rohblocks zu definieren;
c) Bonden eines Trägers an die Frontfläche;
d) direktes Ablösen des Abschnitts der oberen Schicht vom Rohblock an der Schwächungszone, der an den Träger gebondet ist, um das Substrat zu bilden; und
e) wenigstens einmaliges Wiederbeginnen des Zyklus der Vorgänge ab Schritt b).

Die Erfindung bedeutet, daß die Zwischenstufen bei der Herstellung massiver Wafer und der damit verbundene Materialverlust eliminiert werden können.
Das Verfahren der Erfindung umfaßt auch die folgenden vorteilhaften Eigenschaften, die einzeln oder in Kombination angewendet werden können:

• Der Rohblock hat die Form eines Zylinders mit einer Rotationsachse X-X', und die flache Frontfläche (13) ist im wesentlichen orthogonal zur Achse X-X';
• wenigstens ein Teil des Umrisses des Trägers liegt innerhalb des Umrisses der Frontfläche des Rohblocks;
• der Umriß der Fläche des Trägers, der die Frontfläche des Rohblocks berührt, liegt innerhalb des Umrisses der Frontfläche;
• es umfaßt einen abschließenden Glättungsschritt der oberen Schicht, von welchem der an den Träger gebondete Teil abgetrennt wurde, wobei der Glättungsschritt manchmal oder systematisch nach dem Schritt d) und vor dem Wiederbeginnen von Schritt b) eines nachfolgenden Zyklus von Vorgängen ausgeführt wird, und welcher die Eliminierung des Materialrings der oberen Schicht, der nicht auf den Träger übertragen wurde, umfaßt, um eine neue Frontfläche zu bekommen, die auf einen neuen Träger gebondet werden kann;
• der Vorgang der Ausbildung der Frontfläche umfaßt einen Vorgang zum Schneiden und Lappen des Rohblocks;
• der Implantationsvorgang wird mit hoher Energie ausgeführt, so daß der auf den Träger übertragene Teil der oberen Schicht eine ausreichende Dicke aufweist, um selbsttragend zu sein;
• der Träger umfaßt wenigstens eine Schicht eines aus Silizium, Siliziumcarbid, Indiumphosphid, Galliumarsenid und Germanium ausgewählten, monokristallinen oder polykristallinen Materials;
• der Träger besteht aus einem Kunststoff- und/oder flexiblem Material;
• der Träger ist ein Greifwerkzeug;
• das Bonden an den Träger wird durch Molekularadhäsion, eutektisches Bonden, durch Auftragen eines Klebstoffs, durch Auftragen von Wachs, durch Anwendung elektrostatischer Kräfte oder mittels Anwendung eines Druckunterschieds bewerkstelligt;
• das Bonden des Trägers ist dauerhaft oder, im Gegensatz dazu, temporär;
• der Vorgang zum Ablösen der Materialschicht vom Rest des Rohblocks wird mittels wenigsten einer der folgenden Techniken implementiert, die einzeln oder kombiniert eingesetzt werden können: Anwendung von Spannungen mechanischen oder elektrischen Ursprungs, Zuführen von Wärmeenergie oder ein chemischer Ätzvorgang;
• das Material des Rohblocks ist monokristallin und wird aus Siliziumcarbid, Silizium, Indiumphosphid, Galliumarsenid und Germanium ausgewählt;
• der Träger und/oder der Rohblock umfaßt auch eine Schicht eines Isolators, insbesondere ein Oxid oder ein Nitrid;
• während Schritt a) wird der Rohblock in wenigstens ein dickes Segment zerschnitten, wobei die Frontfläche auf dem dicken Segment erzeugt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats. In der gesamten weiteren Beschreibung und in den Ansprüchen soll gelten, daß der Begriff "Substrat" einen Aufbau bedeutet, der allgemein einen Träger umfaßt, der mit einer Materialschicht bedeckt ist, die von einem Rohblock stammt, wobei der Träger mit der Materialschicht in einer dauerhaften oder nur temporären Weise gebondet ist.
Bezüglich des von einem Rohblock stammenden Materials, bezieht sich die Erfindung besonders auf teure Materialien, wie beispielsweise monokristalline Materialien, oder Materialien, die durch langsames Ziehen eines Rohblocks unter optimalen Bedingungen erzeugt werden, um eine niedrige Störstellendichte zu erzielen.
Die Erfindung ist auch auf extrem harte Materialien anwendbar, für die die maschinelle Bearbeitung und das Polieren zeitaufwendige und schwierige Vorgänge sind.
Zwei Beispiele von Materialien, für welche die Erfindung besonders geeignet ist, sind monokristallines Siliziumcarbid, wegen seiner Härte, und monokristallines Silizium, da dies das mit Abstand meistverwendete Material im Bereich der Mikroelektronik ist.
Bezüglich dem Silizium, können Rohblöcke, die mittels CZ-Ziehen (CZOCHALSKI) oder mittels einer beliebigen sonstigen Technik mit dem Ziel der Herstellung monokristallinen Siliziums bester Qualität gewonnen wurden, verwendet werden. Beispiele, die erwähnt werden können, sind Rohblöcke vom COP-Typ (Crystal Originated Particles) mit niedriger Störstellendichte, oder solche, die für die Bildung von Sauerstoffausfällungen weniger anfällig sind. Rohblöcke vom FZ-Typ oder sonstige Siliziumqualitäten, die kommerziell verfügbaren Rohblöcken vom "perfekten Silizium"-Typ entsprechen, sind ebenfalls betroffen. Es können auch Siliziumrohblöcke verwendet werden, die einer Behandlung zur Verminderung ihrer Störstellendichte unterzogen wurden, beispielsweise eine dem Fachmann wohlbekannte Wärmebehandlung in Wasserstoff.
Es können auch folgende Beispiele anderer monokristalliner Materialien erwähnt werden, die auf den Träger übertragen werden können: Indiumphosphid, Galliumarsenid und Germanium.
Es versteht sich auch, daß der Begriff "Rohblock" eine Rohmaterialmasse bedeutet, deren allgemeine Form unterschiedlich sein kann. Der Rohblock kann allgemein eine zylindrische Form mit zwei im wesentlichen konischen Enden aufweisen, oder er kann länglich oder rohrförmig sein, mit einem nicht-kreisförmigen Querschnitt, beispielsweise quadratisch, hexagonal oder oktagonal, mit oder ohne zwei gespitzten Enden, oder er kann kugelförmig sein (dem Fachmann als eine "Boule" bekannt), oder er kann sogar die Form eines Würfels aufweisen.
Des Weiteren versteht es sich, daß das Verfahren der Erfindung auch mit dicken Segmenten aus dem Rohblock anwendbar ist. Wenn der Rohblock eine längliche Form aufweist, können die dicken Segmente im wesentlichen in Querrichtung oder, im Gegensatz dazu, in Längsrichtung geschnitten werden.
Weitere Eigenschaften, Ziele und Vorteile der Erfindung werden durch die Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung verdeutlicht. Das Verständnis der Erfindung wird durch Bezugnahmen auf die begleitende Zeichnung gefördert, in der:
die 1 bis 4, 7 und 8 diagrammatische Darstellungen der verschiedenen, in einer Implementierung des Verfahrens der Erfindung eingesetzten Schritte sind;
die 5 und 6 diagrammatische Draufsichten sind, die verschiedene Varianten der Implementierung der Erfindung veranschaulichen.
Wie in 1 ersichtlich, ist das Ausgangsprodukt ein Rohblock 10, der annähernd die Form eines Zylinders mit einer Rotationsachse X-X' aufweist, dessen seitliche Fläche 11 typisch bestimmt nicht geometrisch regulär ist; insbesondere sind die obere und untere Endregion 12 und 12' (relativ zur Achse X-X') nicht flach und sie können sogar konisch sein.
Eine der Endregionen 12 wird einer Behandlung unterzogen, um eine flache Fläche 13 zu bilden, die als "Frontfläche" bezeichnet wird. Diese Behandlung umfaßt zuerst ein Sägen oder Schneiden des Endes 12, dann das Läppen und Polieren der erhaltenen, flachen Fläche 13 (allgemeine Bezugsnummer 1 in 1).
Vorteilhafthafterweise ist es vor oder nach dem Schritt des abschließenden Polierens der Fläche 13 möglich, die Fläche einer Behandlung mit chemischem Ätzen zu unterziehen, um die Zone zu eliminieren, die während der mechanischen Materialabtragungsschritte beschädigt wurde. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß es zur Implementierung der Erfindung nicht erforderlich ist, das untere Ende 12' maschinell zu bearbeiten.
Es ergibt sich ein Rohblock 10, der die flache Fläche 13 auf einer Ebene aufweist, die im wesentlichen senkrecht zur Achse X-X' des Rohblocks ist, wobei dies nicht unbedingt erforderlich ist, und den Umriß 14 aufweist, der allgemein irregulär ist.
Der Rohblock 10 kann beispielsweise Störstellen 15 auf seiner seitlichen Oberfläche aufweisen (siehe 2). Des Weiteren kann dieser, in Abhängigkeit von dem zur Herstellung des Rohblocks 10 verwendeten Verfahren, einen verwendbaren, zentralen Kern, beispielsweise monokristalliner Art, aufweisen, der seitlich von einem Gang nichtverwendbaren, polykristallinen Materials von etwa 1 mm bis 2 mm Dicke umgeben ist.
Gemäß dem Wesen des Verfahrens der Erfindung wird kein weiteres – oder im wesentlichen kein weiteres – Läppen der seitlichen Oberfläche 11 oder des polykristallinen Gangs vor der Übertragung der Schicht ausgeführt. Mit dem Ausdruck "im wesentlichen kein weiteres" ist gemeint, daß es zwar möglich ist, ein Lappen der seitlichen Oberfläche 11 in geringem Umfang auszuführen, jedoch mit Durchmessertoleranzen, die wesentlich größer sind als diejenigen, die normalerweise während der Waferherstellung zugelassen sind.
Als Beispiel zur Veranschaulichung, hat ein Rohblock aus Siliziumcarbid mit 50 mm Durchmesser eine Länge von nicht mehr als 10 Zentimeter (cm), während ein Rohblock aus Silizium mit 200 mm Durchmesser sogar eine Länge von 1,50 Meter (m) bis 2 m haben kann.
Deshalb wird, nach den maschinellen Bearbeitungsvorgängen (Trimmen der Spitze 12 und polieren der Frontfläche 13), ein Rohblock aus Siliziumcarbid allgemein so wie er ist im Verfahren der Erfindung verwendet, während ein Rohblock aus Silizium vorteilhafterweise in Segmente von etwa 5 cm bis 50 cm Länge zerschnitten wird, um die Handhabung zu vereinfachen. Trotzdem führt das Abschneiden dieser Segmente (in der restlichen Beschreibung und in den Ansprüchen als "dicke Segmente" bezeichnet) nur zu verhältnismäßig geringen Materialverlusten, die nicht das Ausmaß der Materialverluste erreichen, die nach dem Stand der Technik bei der Herstellung von Wafern, die eine Dicke von nur wenigen hundert Mikrometern aufweisen, verursacht werden.
Danach wird ein Vorgang 2 zur Implantation von Atomsorten (typischerweise Wasserstoffgasionen oder eine Mischung aus Wasserstoff- und Heliumgasionen) auf der Frontfläche 13 des Rohblocks ausgeführt (3). Dieser Vorgang erzeugt eine Schwächungszone 16 im Material, so daß die obere Schicht 17 des Rohblocks danach vom Rest des Rohblocks 10 abgetrennt werden kann, wobei die Schicht sich zwischen der Schwächungszone 16 und der Frontfläche 13 des Rohblocks erstreckt.
Der Begriff "Implantation von Atomsorten" bedeutet jede Art der Bombardierung mit atomaren, molekularen oder ionischen Teilchensorten, die dazu geeignet ist, diese Teilchensorten in ein Material einzubringen, und dies mit einer maximalen Konzentration der Teilchensorten in einer vorbestimmten Tiefe relativ zur bombardierten Oberfläche. Die Teilchensorten werden in das Material mit einer Energie eingebracht, die auch um einen Maximumwert verteilt ist. Die Implantation kann mittels eines Ionenstrahl-Implantationsgeräts, eines Plasmaimmersions-Implantationsgeräts etc. ausgeführt werden.
Die Implantations-Dosisraten liegen vorteilhafterweise in der Größenordnung 10¹⁶ bis 10¹⁸ Ionen/cm². Die Implantationsenergien können vorteilhafterweise von einigen zehn keV bis höchstens ein MeV variieren, womit sich eine Implantationstiefe und damit eine Dicke der obersten Schicht 17 im Bereich von einigen Zehntel- bis zu einigen zehn Mikrometer ergibt.
Die Hochenergie-Implantation (mit der Größenordnung von wenigstens 1 Megaelektronenvolt (MeV)) kann eine Schicht 17 mit einer Dicke von wenigstens 50 μm erzeugen, die ausreicht, damit sie selbsttragend ist. Im Gegensatz dazu erzeugt die Niedrigenergie-Implantation (das heißt mit weniger als 1 MeV) eine dünnere oberste Schicht 17, die permanent mit einem Träger verbunden bleiben muß.
Die Implantationsbedingungen werden vom Fachmann ausgewählt in Abhängigkeit von der Art des Materials und der vorgesehenen Anwendungen sowie, im allgemeinen, von der Art, wie die anschließende Abtrennung entlang der Schwächungszone 16 mit minimiertem Kraftaufwand erreicht werden kann.
Es wird dann ein Träger 20 an die Frontfläche 13 des Rohblocks 10 (4) gebondet.
Der Träger 20 kann eine einzige Materialschicht oder, im Gegensatz dazu, eine Vielzahl übereinanderliegender Schichten aufweisen. Beispiele, die erwähnt werden können, sind monokristalline oder polykristalline Materialien wie Silizium, Siliziumcarbid (SiC), Indiumphosphid (InP), Galliumarsenid (GaAs) und Germanium (Ge).
Der Träger 20 kann auch eine Isolierschicht, wie etwa eine Oxidschicht (beispielsweise SiO₂) oder eine Nitridschicht (beispielsweise Si₃N₄) aufweisen.
Der Träger 20 kann auch ein Greifwerkzeug von der Art sein, die einen Vorsprung mit einer bestimmten, dem Fachmann bekannten Form aufweist.
Schließlich kann der Träger 20 auch aus einem Kunststoff- und/oder einem flexiblen Material, wie etwa einem Streifen aus Kunststoffmaterial oder einem Polymer oder einem Papierstreifen gebildet sein.
Seine Dicke wird vorteilhafterweise so gewählt, daß zur Erleichterung seines Bondens an den Rohblock 10, eine optionale geringfügige Verformung durch Biegen ermöglicht wird. Des weiteren werden seine Abmessungen und Form in Abhängigkeit von den vorgesehenen Anwendungen gewählt, und in diesem bestimmten Fall, in welchem der Rohblock 10 einen nichtverwendbaren Randgang aufweist, werden die Abmessungen des Trägers 20 so gewählt, daß nur verwendbares Mateial im zentralen Bereich des Rohblocks entfernt wird.
Das Bonden kann dauerhaft oder temporär sein, in Abhängigkeit von den vorgesehenen Endanwendungen und von der Art und den Kosten der für den Träger 20 oder für den Rohblock 10 verwendeten Materialien. Der Fachmann wird die am besten geeignete Technik wählen.
Verschiedene Techniken zum dauerhaften Bonden werden unten stehend beschrieben. Techniken zum temporären Bonden werden weiter unten zusammen mit der Beschreibung des Schritts zum Abtrennen des Trägers 20 diskutiert.
Das Bonden kann durch "Direktbonden" oder "molekular-adhäsives Bonden" ausgeführt werden, das heißt mit einer Technik, die dem Fachmann als "Waferbonden" oder "Direktbonden" bekannt ist und bei der kein Klebstoff verwendet wird. Solche Techniken erfordern jedoch, daß die miteinander in Kontakt zu bringenden Oberflächen absolut flach und poliert sein müssen.
Diese Art des Bondens wird allgemein in einer extrem reinen Umgebung eingesetzt und ist somit unter anderen für Siliziumrohblöcke gut geeignet.
Das Bonden kann auch mittels anodischen Bondens bewerkstelligt werden. Diese Art des Bondens eignet sich unter anderem für einen Siliziumcarbid-Materialtyp, da es nicht den Reinheitsgrad der Oberflächen sowie die Beseitigung der Verunreinigungen erfordert, wie er für die oben beschriebene Technik des Direktbondens erforderlich ist.
In einer Weise, die dem Fachmann bekannt ist, kann das Bonden auch mit einem Klebstoff, einem Wachs oder mittels eutektischen Bondens bewerkstelligt werden.
Das Bonden kann auch bewerkstelligt werden mittels Auftragen oder Bilden von Oxiden (beispielsweise SiO₂) oder Nitriden (beispielsweise Si₃N₄) auf den Oberflächen des Rohblocks 10 und/oder des Trägers 20, die in Kontakt miteinander gebracht werden sollen. Diese Art des Bondens wird verwendet, wenn später ein isolierendes Substrat gebildet werden soll. Im Gegensatz dazu ist es möglich, eine aus einem feuerfesten Material gebildete Zwischenschicht zum Bonden zu verwenden, um ein leitfähiges Substrat zu erzielen.
Diese Bondtechniken sind im Dokument "Semiconductor Wafer Bonding", Science and Technology, von Q.Y. Tong und U. Gösele, Wiley Interscience Publications, beschrieben.
Entsprechend einer ersten, in 5 gezeigten Variante, liegt der Umriß 21 der Fläche des Trägers 20, die mit der Frontfläche 13 des Rohblocks 10 in Berührung kommt, innerhalb des Umrisses 14 der Frontfläche 13. Dieser kreisförmige Träger 20 könnte auch quadratisch bzw. rechteckig sein, oder eine beliebige Form aufweisen, soweit sie innerhalb des Umrisses 14 liegt. Deshalb ist es nicht erforderlich, den Rohblock 10 gemäß einem vorgegebenen Durchmesser zu schleifen.
In einer zweiten, in 6 gezeigten Variante liegt nur ein Teil des Umrisses 21 der Fläche des Trägers 20, die mit der Frontfläche 13 in Berührung kommt, innerhalb des Umrisses 14 der Frontfläche 13.
Beispielsweise kann dieser Träger 20 rechtecking sein, und seine Länge kann größer sein als der Durchmesser des Rohblocks 10. Der Umriß 21 ist in zwei Abschnitte unterteilt, und zwar einen ersten Abschnitt 210 des Umrisses, der innerhalb des Umrisses 14 der Frontfläche 13 des Rohblocks 10 liegt (in diesem Fall zwei parallele Linien) und einen zweiten Abschnitt 210' des Umrisses, der außerhalb des Umrisses 14 liegt (in diesem Fall zwei U-förmige Enden des rechteckigen Trägers 20).
Es wird dann ein Vorgang 3 zum Abtrennen eines Abschnitts 170 der obersten Schicht 17 des Rohblocks, die an den Träger 20 gebondet ist, ausgeführt (siehe 7).
Dieser Vorgang wird ausgeführt, indem am Träger 20 eine Bearbeitung ausgeführt wird, die zum Abtrennen des Abschnitts 170 an der Schwächungszone 16 führen kann.
Das Abtrennen wird mittels wenigstens einer der folgenden Techniken erzielt, die einzeln oder kombiniert eingesetzt werden können: Anwendung mechanischer Spannung (Scher-, Zug-, Kompressions- oder Ultraschall-Spannung, Bewegen des Trägern weg vom Rohblock etc.), oder Spannungen, die von elektrischer Energie herrühren (Anwendung elektrostatischer oder elektromagnetischer Felder) oder Zuführen von Wärmeenergie (Strahlung, Konvektion, Wärmeleitung, Druckerhöhung in den Mikrohohlräumen) etc.
Wärmeenergie kann aus der Anwendung eines elektromagnetischen Feldes, eines Elektronenstrahls, thermoelektrischen Heizens, einer kryogenen Flüssigkeit, einer unterkühlten Flüssigkeit etc. gewonnen werden.
Die Abtrennung kann auch mit einer chemischen Behandlung, wie einem chemischen Ätzvorgang, bewerkstelligt werden, zum Beispiel in einer Weise, die dem Fachmann bekannt ist und bei der ein Ätzvorgang mit einer chemischen Lösung die implantierte Zone angreift und spezifisch zerstört.
Die Abtrennung kann auch mit einer Kombination von mehreren der oben erwähnten Abtrennungsverfahren bewerkstelligt werden.
7 zeigt, daß der Abschnitt 170 der obersten Schicht 17 vom Rohblock 10 abgetrennt und dabei automatisch (das heißt selbstdefiniert) auf die Größe des Umrisses des Trägers 20 (kreisförmig in den 4 und 5) zugeschnitten wird, wobei dies insbesondere, vor der Reihe der oben erwähnten Vorgänge, die Notwendigkeit vermeiden kann, die seitliche Randoberfläche 11 des Rohblocks 10 zu schneiden, um sie an die Form des Trägers anzupassen, mit den in der Einleitung erwähnten Nachteilen.
Im häufigen Fall, in welchem der Träger 20 einen kreisförmigen Umriß aufweist, ist der Schritt des Schleifens des Rohblocks "auf Durchmesser", das heißt der Schritt der maschinellen Erzeugung eines perfekt zylindrischen Rohblocks, überflüssig.
Wenn der Träger 20 einen Umriß 21 aufweist, der teilweise den des Rohblocks 10 überschreitet (siehe 6), dann wird die oberste Schicht des Rohblocks 10 vom Rest des Rohblocks abgetrennt und dadurch automatisch am Abschnitt 210 des Umrisses 21, der innerhalb des Umrisses 14 liegt, selbstdefiniert, und ein Schleifen des Rohblocks auf Durchmesser ist ebenfalls nicht erforderlich.
Es ergibt sich damit ein Substrat 30, das die an den Träger 20 gebondete, selbstdefinierte Schicht 170 umfaßt.
Einige der oben erwähnten, dauerhaften Bondtechniken, wie etwa Waferbonden, eutektisches Bonden oder Bonden mit Klebstoff oder Wachs, können zu temporären Bondtechniken werden, indem eine nachträgliche Behandlung ausgeführt wird (chemische Behandlung, Erwärmen etc.), welche das Abtrennen des Trägers 20 von der Schicht 170 ermöglicht, beispielsweise, um letztere auf einen anderen Träger oder auf ein anderes Substrat zu übertragen.
Es wird auch darauf hingewiesen, daß wenn der Träger 20 ein Greifwerkzeug ist, das Bonden mittels eines Druckunterschieds (Saugen) oder mittels elektrostatischer Kräfte ausgeführt wird, und diese Techniken sind ebenfalls temporäre Bondtechniken.
Es kann dann eine einfache Abschlußbehandlung ausgeführt werden, um denn Materialring 170' zu eliminieren, wenn er existiert, wobei dieser Ring auf der Oberfläche des Rohblocks 10 zurückbleibt, nachdem die dünne Schicht 170 unter Verwendung des Trägers 20 abgetrennt wurde (siehe 8).
Der Begriff "Ring" 170' ist im weiteren Sinn zu verstehen, indem er einen beliebigen Rest der obersten Schicht 17 bezeichnet, der nach dem Abtrennen der dünnen Schicht 170 zurückbleibt, wobei dieser Ring mitunter eine beliebige, nicht ringförmige Form hat und auch die Form eines einfachen Blasenfilms haben kann.
In Abhängigkeit von der Implantationsenergie der Atomsorte und somit von der Dicke der dünnen Schicht 170 und des Rings 170', kann diese Abschlußbehandlung mittels leichten Polierens, einfachen Bürstens oder durch Anwendung von Wärmeenergie ausgeführt werden. Diese Abschlußbehandlung dient dem Zweck, die Frontfläche 13 zu befähigen, an einen neuen Träger 20 gebondet zu werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß dieser Abschlußschritt nicht immer erforderlich ist, und der Fachmann wird entscheiden, ihn systematisch oder sonstwie vor dem Wiederbeginnen eines Zyklus der Schichtabtrennungsschritte auszuführen.
Die in den 3, 4, 7 und optional 8 veranschaulichten Schritte können, wenn gewünscht, mehrmals wiederholt werden, bis der Rohblock 10 verbraucht ist.
Einige Beispiele von Implementierungen des Verfahrens der Erfindung sind unten beschrieben.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele eingeschränkt. Sie ist allgemein auf Rohblöcken von Materialien anwendbar, die zur Herstellung von Substraten in der Optik, Elektronik und Optoelektronik eingesetzt werden und insbesondere für Halbleitermaterialien.
BEISPIEL 1
Es wurde ein monokristalliner Rohblock 10 aus Siliziumcarbid verwendet. Sein Randbereich wies ein polykristallines Gangmaterial auf, wie es dem verwendeten Züchtungsverfahren zueigen ist. Der Rohblock hatte einen Durchmesser von etwa 60 mm und eine Länge von etwa 50 mm. In Abhängigkeit von den vorgesehenen Anwendungen, kann der Rohblock vom Polytyp 4H oder 6H gemäß der vom Fachmann verwendeten Benennung sein.
Er wurde dann den in 2 veranschaulichten Schneide- und Läppvorgängen sowie einem abschließenden Polierschritt unterworfen.
Vorzugsweise wurde vor dem abschließenden Polierschritt ein chemischer Ätzschritt mit dem Ziel ausgeführt, eine Zone zu entfernen, die während der Schritte zur mechanischen Materialabtrennung beschädigt wurde. Typischerweise wurden während dieses chemischen Ätzschritts 10 μm Material entfernt.
In Abhängigkeit vom Polytyp wird die Oberfläche 13 des Rohblocks im wesentlichen parallel zu einer kristallographischen Ebene gewählt (Polytyp 6H, on-axis), oder absichtlich um einige Winkelgrad von der Orientierung abweichend (was routinemäßig beim Polytyp 4H der Fall ist, beispielsweise um 8°, was als "8° off-axis" bezeichnet wird). Dies impliziert einen Vorgang zur Bestimmung der entsprechenden kristallographischen Ebenen.
Es wurde dann der Vorgang 2 zur Implantation der Atomsorten ausgeführt (siehe 3). In diesem Beispiel bestanden die Atomsorten aus H⁺-Ionen. Sie wurden mit einer Energie von 200 Kiloelektronenvolt (keV) implantiert, um eine oberste Schicht 17 zu definieren, die mehr als 1 μm dick war. Es wurde eine Implantationsdosis von etwa 8 × 10¹⁶ H⁺/cm² verwendet.
Ein polykristalliner Siliziumcarbid-Träger 20, der mittels CVD (chemical vapor decomposition, chemische Gasphasenzersetzung) gewonnen wurde und eine Dicke von 200 μm, beschichtet mit einer 1 μm dicken Schicht aus SiO₂ aufweist, wurde an die Frontfläche 13 des Rohblocks gebondet, wobei die SiO₂-Schicht mit dem Rohblock in Kontakt war. Dieser Träger hatte einen Durchmesser von 50 mm und wurde im wesentlichen zentriert bezüglich der Frontfläche 13 positioniert.
Das Bonden wurde mittels Direktbonden oder Waferbonden (siehe das oben zitierte Buch von Gösele) ausgeführt. Vorteilhafterweise wurde unmittelbar vor dem Bonden jede der in Kontakt zu bringenden Flächen gereinigt und leicht poliert, wobei während des Polierens eine Dicke von nur wenigen zehntel Nanometer abgetragen wurde.
Das Abtrennen entlang der Schwächungszone 16 wurde bei 900°C für 2 Stunden ausgeführt. Während der Abtrennung wurde eine Scheibe 170 mit einem Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Trägers 20 (das heißt etwa 50 mm) ist, vom Rohblock 10 abgetrennt und auf den Träger übertragen. Auf dem Rohblock 10 blieb, wie in 7 gezeigt ist, ein komplementärer kreisförmiger Ring 170' mit einer Breite von etwa 5 mm zurück.
Die aus dem Träger 20, der vom Rohblock 10 abgetrennten Schicht 170 aus monokristallinem SiC und aus der Zwischenschicht aus SiO₂ gebildete Einheit wurde dann einer Reihe von abschließenden Bearbeitungsschritten unterzogen. Diese wurden mit dem Mehrfachziel ausgeführt, die Rauhigkeits- und Schichtqualitäten der monokristallinen SiC-Schicht eines monokristallinen Substrats wiederherzustellen, aber auch um die Bondschnittstelle zu stärken. Die abschließenden Bearbeitungsschritte umfassen Wärmebehandlungen oxidierender oder nichtoxidierender Art, chemische Ätzschritte und Abschlußpolierschritte.
Des weiteren wurde, wie in 8 gezeigt ist, der Rohblock 10 dann einem Abschlußschritt unterzogen, um einen Rohblock zu erzeugen, der dem in 2 ähnlich ist, mit der Ausnahme, daß er etwas kürzer ist. Die Abschlußschritte können Wärmebehandlungsschritte, chemische Ätzschritte und Polierschritte umfassen. Für den Fall, daß beispielsweise Polieren der Abschlußschritt ist, wird darauf hingewiesen, daß das während des Abschlußpolierens abgetragene Material signifikant weniger ist als bei den Läpp- und Polierschritten, die unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens während der anfänglichen Vorbereitung des Rohblocks zur Vorbereitung der Fläche 13 für die erstmalige Abtragung der Schicht eingesetzt werden. Wenn die abgetragene Dicke etwa 1,5 μm beträgt, ist ein Abschlußschritt, der dem Abtragen von 3 μm Material entspricht, reichlich ausreichend.
Die verschiedenen Schritte des soeben beschriebenen Verfahrens wurden dann in einer großen Anzahl wiederholt, wobei der theoretische Grenzfall der Anzahl von Abtragungsschritten dem vollständigen Aufbrauchen der gesamten Masse des Rohblocks 10 entspricht. Praktisch wird dieser Zyklus beendet, bevor die verbleibende Dicke zu klein wird, und damit die Steifigkeit des restlichen Rohblocks nicht mehr gewährleistet ist. Dicken von weniger als 200 μm sind diesbezüglich sinnvolle Grenzwerte.
BEISPIEL 2
Dieses Beispiel wiederholte Beispiel 1, jedoch mit dem Unterschied, daß der Rohblock 10 ein Rohblock aus monokristallinem Silizium war. Dieser Rohblock hatte einen Durchmesser von etwas mehr als 300 mm, etwa 310 mm, eine kristallographische <100>-Orientierung und eine Länge von 1,20 m ohne die konischen Enden. Er kann mit einer beliebigen bekannten Technik hergestellt werden, wie etwa mittels CZ (CZOCHALSKI) Ziehen.
Wie in 2 gezeigt, wurde auch dieser Rohblock 10 einem Schneidevorgang unterzogen, um die konischen Enden 12, 12' zu entfernen, und er wurde auch einem Drehvorgang unterzogen, um einen kreisförmigen Zylinder mit einem Durchmesser von etwa 300 mm zu erzeugen, mit einer Durchmessertoleranz, die größer war als die normalen Standard-Toleranzenfestlegungen für den Durchmesser von Substraten. Es wurde ein Durchmesser von 302 mm ± 1 mm erhalten, der somit etwas irregulär war.
Des weiteren wurde, im Gegensatz zum vorhergehenden Beispiel, dieser Rohblock 10 auch segmentiert, um sechs Rohblocksegmente mit einer Länge von je etwa 20 cm zu definieren. Jedes Rohblocksegment wurde dann geläppt und seine Enden wurden poliert, um sechs Segmente zu erhalten, die äquivalent zu dem in 2 waren. Schließlich wurde ein chemischer Ätzschritt unmittelbar vor dem Abschlußpolieren eingefügt, um 80 μm Silizium abzutragen, welches einer vom Läppen oder Schneiden beschädigten Zone entsprechen könnte.
Wiederum wurde die Implantation mit H⁺-Ionen mit einer Energie von 200 keV ausgeführt, um eine 1,5 μm dicke, oberste Schicht 17 zu definieren. Es wurde eine Implantationsdosis von etwa 8 × 10¹⁶ H⁺/cm² verwendet.
Der Träger 20 in diesem Beispiel war ein 300 mm Siliziumsubstrat vom CZ-Typ, welches auf seiner Oberfläche thermisch oxidiert war, um eine 0,4 μm dicke Oxidschicht zu bilden. Das Vorhandensein dieses thermischen Oxids erfüllte hier die Anforderung, eine Silizium auf Isolator ("SOI", silicon on insulator) Struktur zu erzeugen.
Gebondet wurde mittels Direktbonden oder Waferbonden (siehe das oben zitierte Buch von Gösele). Unmittelbar vor dem Bonden wurde jede der in Kontakt zu bringenden Oberflächen mit einer der dem Fachmann bekannten Techniken gereinigt.
Das Abtrennen entlang der implantierten Zone wurde mittels einer bei 500°C für 2 Stunden ausgeführten Wärmebehandlung bewerkstelligt. Beim Abtrennen wurde eine Scheibe, deren Durchmesser im wesentlichen dem Durchmesser des Trägers (das heißt etwa 300 mm) entsprach, vom Rohblock abgetrennt und auf den Träger 20 übertragen. Ein komplementärer Ring mit einer Breite von einigen Millimeter, in Abhängigkeit vom genauen Durchmesser des Rohblocks, und der mehr oder weniger runden Form der Kanten des Trägers 20, blieb dann wie in 7 gezeigt auf dem Rohblock zurück.
Es wurde eine Struktur vom SOI-Typ mit einem Durchmesser von 300 mm erhalten, die eine Siliziumdicke von 1,5 μm auf einer Isolatordicke von 0,4 μm in Form von SiO₂ hatte.
Zur Erhöhung der Produktivität wurde die Anwendung dieses Verfahrens an beiden Enden des Segments vorgesehen. Jedes der beiden Enden wurden nacheinander oder gleichzeitig implantiert, an ein Trägersubstrat 20 gebondet und für jeden neuen Zyklus einem Abtrenn- und einem Abschlußschritt unterzogen.
BEISPIEL 3
Beispiel 3 wiederholte Beispiel 2, jedoch wurde der Rohblock 10 in vierundzwanzig Segmente mit einer Dicke von jeweils etwa 50 mm zerschnitten.
In diesem Beispiel ist ersichtlich, daß der mit den Schneide-, Läpp- und Poliervorgängen verbundene Materialverlust höher als im Beispiel 2 ist, in welchem nur sechs Segmente geschnitten wurden. Dagegen wurden mehr Segmente erzeugt, auf denen parallel gearbeitet werden konnte.
BEISPIEL 4
Dieses Beispiel wiederholte Beispiel 3, unterschied sich davon jedoch, indem der Träger 20 als temporärer Träger diente, im Gegensatz zum Beispiel 3, bei dem der Träger 20 permanent und dauerhaft gebondet wurde.
Zur Implantation wurde eine H⁺-Typ Atomsorte verwendet. Die Implantationsparameter waren 500 keV Energie und eine Dosisrate von 1,2 × 10¹⁷ H⁺/cm². Unter diesen Bedingungen betrug die Dicke der abgetrennten Schicht 17 etwa 4 μm bis 5 μm.
Das Bonden zwischen dem Träger 20, der wiederum durch einen CZ-Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 300 mm beschichtet mit einer thermischen Oxidschicht gebildet wurde, und der Frontfläche 13 des Rohblocks 10, wurde mittels eines reversiblen Klebstoffs oder eines reversiblen Wachses mit einer relativ niedrigen Schmelztemperatur bewerkstelligt. Typisch wurde ein Wachs mit einer Schmelztemperatur im Bereich von 70°C bis 120°C eingesetzt. Solche Wachse sind dem Fachmann bekannt.
Das Abtrennen unterschied sich in diesem Beispiel, indem es bei Umgebungstemperatur durch Anwendung mechanischer Kräfte ausgeführt wurde, die so gerichtet waren, daß sie ein Abtrennen des Trägersubstrats 20 vom Rest des Rohblocks anstrebten, wobei die erzwungene Abtrennung entlang der Schnittstelle stattfand, die durch die Implantation geschwächt worden war. Ein Mittel zum Anlegen dieser mechanischen Spannungen war beispielsweise das Einführen einer Klinge oder eines Strahls aus Luft oder unter Druck stehenden Wassers in die an der Schnittstelle zwischen der Fläche 13 und dem Träger 20 gebildete Lücke.
Vorteilhafterweise hätte eine anfängliche Wärmebehandlung vor der Auftragung des Wachses ausgeführt werden können, mit dem Ziel, den geschwächten Zustand zu fördern, insbesondere durch das Wachstum von Mikrohohlräumen in der implantierten Zone 16. Eine Temperatur von etwa 450°C wird empfohlen
Nach dem Abtrennen wurde die an den Träger 20 mittels der Wachsschicht gebondete Schicht 17 mittels einer Direktbondentechnik in engsten Kontakt mit einem zweiten, beispielsweise aus Silizium gebildeten Träger mit einem Durchmesser von 300 mm gebracht. Dieses zweite Bonden kann durch leichtes Polieren gefördert werden, wobei typischerweise 0,1 μm der Schicht 17 nach dem Abtrennschritt von 7 und vor dem Kontakt mit dem zweiten Träger, der selbst dauerhaft sein kann, abgetragen werden.
Schließlich wurde die Schicht 17 vom Träger 20 mittels einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Wachses abgelöst. Es kann dann eine Reinigung mit Lösungsmitteln ausgeführt werden, um etwaige, auf der Schicht 17 verbliebene Wachsreste zu entfernen.
BEISPIEL 5
Beispiel 5 wiederholte Beispiel 2 und die Implantationsparameter von Beispiel 4 mit den folgenden Unterschieden.
Erstens war es in diesem Fall das Ziel, Streifen monokristallinen Siliziums von wenigstens 50 cm Länge zu erzeugen, die auf Kunststoffstreifen mit einer Breite von etwa 5 cm übertragen werden.
Hierfür wurde der Silizium-Rohblock in Längsrichtung parallel zur X-X'-Achse zerschnitten und entlang dieser Ebene gelappt, um mehrere Platten mit der Form rechteckiger Quader zu erhalten, mit einer Länge von etwa 1,20 m, einer Dicke von etwa 1 cm und einer schwankenden Breite von etwa 305 mm bis etwa 100 mm, in Abhängigkeit davon, ob die Platten aus dem Kernbereich des Rohblocks (in der Nähe der X-X'-Achse) oder aus den Randbereichen des Rohblocks geschnitten wurden.
Jede dieser Platten wurde unter ähnlichen Bedingungen wie im Beispiel 4 implantiert und bei einer Temperatur von etwa 450°C geglüht.
Das Bonden wurde mittels Anwendung eines Klebestreifens bewerkstelligt, der durch einen Kunststoffträgerstreifen mit darauf verteiltem Klebstoff gebildet wurde.
Das Abtrennen wurde ausgeführt, indem der Klebestreifen von der vom Rohblock stammenden Platte abgezogen wurde. Für dieselbe Platte und in einem einzigen Implantationsschritt war es dann möglich, mehrere Streifenabschnitte abzuziehen, deren Breite von der Breite des angewendeten Klebestreifens definiert wurde, indem mehrere Klebestreifenstücke nebeneinander auf dem Wafer angeordnet wurden.
BEISPIEL 6
Beispiel 6 wiederholte Beispiel 3 mit den folgenden Unterschieden.
Das Ziel dieses Beispiels war die Herstellung eines fertigen Substrats, welches einen dauerhaften Kunststoffträger mit einem Durchmesser von 10 mm umfaßt, auf den mehrere Siliziumchips übertragen wurden, von denen jeder eine hexagonale Form hatte.
Eine größere Anzahl solcher Sechsecke konnte auf der Oberfläche eines Siliziumrohblocks enthalten sein, in Abhängigkeit vom Durchmesser des Rohblocks, der 100 mm, 125 mm, 150 mm, 200 mm oder sogar 300 mm betragen kann.
Der hier betrachtete Siliziumrohblock 10 hatte einen Durchmesser von 100 mm.
Nach dem Schritt zur Implantation der Frontfläche 13 des Rohblocks und der bei 450°C ausgeführten Wärmebehandlung, wurde ein temporärer Träger 20 an der Fläche 13 angebracht.
Dieser temporäre Träger 20 war ein Werkzeug, das mit einem hexagonalen Vorsprung und einer Saugvorrichtung, die am Vorsprung einen Unterdruck erzeugen konnte, ausgerüstet war, um zwischen dem Vorsprung und einem Teil der Fläche 13 des Rohblocks eine temporäre Bindung zu erzielen. Diese Bindung war temporär, da sie durch Abschalten des Saugens aufgehoben werden konnte.
Nach dem Einschalten des Saugens konnte das Werkzeug einen hexagonalen Siliziumchip durch Abreißen vom Rohblock abtrennen. Das Werkzeug konnte dann das Siliziumsechseck transportieren und es für die Endmontage mit dem dauerhaften Träger, der aus bereits mit Klebstoff beschichtetem Kunststoff gebildet war, in Kontakt bringen. Abschließend wurde die Saugbindung zwischen dem Werkzeug und dem Siliziumsechseck freigegeben.
Die Vorgänge des Abtrennens des Sechsecks von der Fläche 13 des Rohblocks konnte dann mehrfach wiederholt werden, bevor die Fläche des Rohblocks beispielsweise mittels Polieren bearbeitet werden mußte. Hierfür waren die Abmessungen des hexagonalen Vorsprungs so gewählt, daß er von jeder Schicht 17 vorteilhafterweise nebeneinander mehrere hexagonale Chips abtrennen konnte.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Substraten (30), insbesondere für die Optik, Elektronik oder Optoelektronik, durch die Übertragung einer Schicht (170) eines Materials, das für diesen Anwendungstyp geeignet ist, und insbesondere eines Halbleitermaterials, auf einen Träger (20), wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es folgende Schritte umfaßt: (a) Ausführen eines Vorgangs zur Ausbildung einer flachen Fläche, die "Frontfläche" (13) genannt wird, auf einem Rohblock (10) eines Materials, das dafür vorgesehen ist, die Schicht (170) zu bilden, und dies ohne – oder im wesentlichen ohne – einem Lappen der Seitenfläche (11) des Blocks; (b) Implantation von Atomsorten (2) unter der Frontfläche (13) des Blocks (10) auf einer kontrollierten mittleren Implantationstiefe zum Erzeugen einer Schwächungszone (16), die sich nahe bei der Implantationstiefe befindet und die eine obere Schicht (17) des Blocks (10) definiert; (c) Bonden eines Trägers (20) auf die Frontfläche (13); (d) direktes Ablösen vom Block (10), an der Schwächungszone (16), des Teils (170) der oberen Schicht (17), der an den Träger (20) gebondet ist, um das Substrat (30) zu bilden; und (e) wenigstens einmaliges Wiederbeginnen des Zyklus der Vorgänge ab Schritt (b).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohblock (10) die Form eines Zylinders hat, mit einer Rotationsachse X-X', und dadurch, daß die flache Frontseite (13) im wesentlichen senkrecht zur Achse X-X' ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Träger (20) wenigstens ein Teil seines Umrisses (21) innerhalb des Umrisses (14) der Frontfläche (13) des Rohblocks (10) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umriß (21) der Fläche des Trägers (20), die in Kontakt mit der Frontfläche (13) des Rohblocks (10) kommt, innerhalb des Umrisses (14) der Frontfläche (13) liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt zum Glätten der oberen Schicht (17) umfaßt, von der der an den Träger (20) gebondete Teil (170) entfernt wurde, wobei der Glättungsschritt gelegentlich nach Schritt (d) und vor dem Wiederbeginn von Schritt (b) eines nachfolgenden Vorgangszyklus ausgeführt wird und er darin besteht, den Materialring (170') der oberen Schicht (17) zu beseitigen, der nicht auf den Träger (20) übertragen wurde, um eine neue Frontfläche (13) zu erhalten, die auf einen neuen Träger (20) gebondet werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt zum Glätten der oberen Schicht (17) umfaßt, von der der an den Träger (20) gebondete Teil (170) entfernt wurde, wobei der Glättungsschritt systematisch nach Schritt (d) und vor dem Wiederbeginn von Schritt (b) eines nachfolgenden Vorgangszyklus ausgeführt wird und er darin besteht, den Materialring (170') der oberen Schicht (17) zu beseitigen, der nicht auf den Träger (20) übertragen wurde, um eine neue Frontfläche (13) zu erhalten, die auf einen neuen Träger (20) gebondet werden kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorgang der Ausbildung der Frontfläche (13) einen Vorgang (1) zum Schneiden und Lappen des Blocks (10) umfaßt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Implantationsvorgang (2) bei hoher Energie ausgeführt wird, so daß der Teil (170) der oberen Schicht (17), der auf den Träger (20) übertragen wird, eine ausreichende Dicke hat, um selbsttragend zu sein.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (20) wenigstens eine Schicht eines monokristallinen oder polykristallinen Materials umfaßt, das aus den folgenden Materialien gewählt ist: Silizium, Siliziumkarbid, Indiumphosphid, Galliumarsenid und Germanium.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (20) durch ein Kunststoffmaterial und/oder ein biegsames Material gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (20) ein Greifwerkzeug ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (20) durch molekulares Bonden gebondet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (20) durch eutektisches Bonden gebondet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (20) durch die Anwendung eines Klebstoffes gebondet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (20) durch die Anwendung eines Wachses gebondet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Bonden durch die Anwendung elektrostatischer Kräfte erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Bonden durch die Anwendung eines Druckunterschieds erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (20) dauerhaft gebondet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (20) vorübergehend gebondet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorgang (3) zum Ablösen der Materialschicht (170) vom Rest des Blocks (10) ausgeführt wird, indem wenigstens eine der folgenden Techniken verwendet wird, die alleine oder in Kombination angewendet werden können: Anwenden von Spannungen mechanischen oder elektrischen Ursprungs, Zuführen von Wärmeenergie und ein chemischer Ätzvorgang.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Blocks (10) monokristallin ist und daß es aus den folgenden Materialien gewählt ist: Siliziumkarbid, Silizium, Indiumphosphid, Galliumarsenid und Germanium.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (20) und/oder der Block (10) eine Schicht eines Nichtleiters umfassen, insbesondere einem Oxid order einem Nitrid.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während Schritt (a) der Rohblock in wenigstens ein dickes Segment geschnitten wird, wobei die Frontfläche (13) auf dem dicken Segment hergestellt wird.