晶片和用于制造带表面结构的晶片的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及晶片和用于制造带表面结构的晶片的方法，尤其是用于借助于温度诱发的机械应力通过使用预制的聚合物薄片由较小延展性的原料制造薄晶片的方法。
【背景技术】
[0002]在许多技术领域中(例如微电子或光电技术)例如硅，锗或蓝宝石的材料经常以薄圆片和板(所谓晶片)的形式利用。标准地这种晶片现在批量地通过锯由铸块制造，其中产生相对大的材料损耗(“锯缝损耗”)。因为使用的原材料通常非常贵，存在很大期望，以较小材料花费并因此更高效并且低成本地制造这种晶片。
[0003]例如以当前一般的方法仅在制造太阳能电池的硅晶片时使用的材料的几乎50%作为“锯缝损耗”损失。全球来看这对应于每年超过20亿欧元的损失。因为晶片的成本构成成品太阳能电池的成本的最大部分(超过40%)，可以通过晶片制造的相应改善大大降低太阳能电池的成本。
[0004]对于无锯缝损耗的这种晶片制造(“无锯缝晶片制成”)显示特别吸引的是可以放弃惯用的锯并且例如通过使用温度诱发的应力直接将薄晶片从较厚工件解离的方法。尤其是这包括该方法，如其例如在PCT/US2008/012140和PCT/EP2009/067539中所描述，其中使用在工件上涂抹的聚合物层用于产生这个应力。
[0005]这个聚合物层根据当前现有技术以流动的形式在铸造方法中涂抹到要加工的工件上并且然后在那时效硬化。在此在涂抹的情况下正好涂装这么多的物质，使得表面应力将聚合物薄膜保持在工件上。这个方法导致工件和聚合物层的不是充分可定义的边缘闭合。尤其是在聚合物层的边缘上不可取得正好垂直于工件的表面放置的边沿。因此在聚合物层的边缘上可发生，一方面层局部太薄以及由于表面几何形状力施加在产生温度诱发的应力的情况下相对不明确地发生。两个问题导致在生产的晶片的边缘区域中的不受控制的粗糙表面。
[0006]此外在以前的铸造方法中需要相对多的时间以及工件要加工的表面的始终准确水平的对准，以便于确保聚合物通过融化均匀的分布。此外必须把在流动的聚合物中存在的气泡个别地排除，这是相对费时的。
[0007]最后在以前的方法中限制聚合物薄膜的厚度，因为从确定的层厚度起表面应力不再足够以将薄膜保持在工件上并且因此聚合物通过工件的边缘跑出去。用本发明-涂装预先制作的聚合物薄片-消除了所有这些问题和限制。在此优选使用较厚晶片作为工件，然后从该晶片通过使用所述方法剥离一个或多个较薄晶片。
[0008]此外存在产生具有表面结构的晶片的需求，以便晶片关于期望的应用情况设置有相应的表面。
[0009]因此本发明的任务为提出一种晶片和用于制造具有表面结构的晶片的对应方法，其中一方面可减少制造成本并且另一方面可对晶片关于期望的应用情况设置有相应的表面。
【发明内容】
[0010]这个任务通过权利要求1所述的特征解决。在对合成结构如此施加以内部和/或外部应力场，使得原材料(4)沿着内部平面在形成晶片期间分裂时这是尤其有利的，其中晶片具有得出的分裂面上的类似浮雕的3维表面结构，其通过原材料的特性可预定并且由此可制造具有根据需求适配的表面的晶片。
[0011]可以如此以低成本的方式制造具有期望表面尤其是具有放大的表面的晶片，以便于提高例如预定太阳能电池的有效面积。此外具有期望或者可预定的表面构造的晶片根据晶片的应用情况产生。
[0012]尤其是根据本发明的晶片具有作为原材料(4)的具有较小延展性的原料，原材料具有至少一个暴露的表面，其中具有可自由选择的材料特性的至少一个预制的涂装层(I)在原材料(4)的暴露的表面上在形成合成结构期间涂装，其中对合成结构以这种方式施加以内部和/或外部应力场，使得原材料(4)沿着内部平面在形成晶片期间分裂，其中晶片具有带基本上可预定的图样的得出的分裂面上的类似浮雕的表面结构，该图样可通过原材料的特性改变。
[0013]优选晶片具有分裂面上的表面结构，其可通过暴露的表面和/或原材料的边缘几何形状如此影响，使得在分裂面上的表面与暴露的表面互补的和/或与原材料的边缘几何形状互补的，并且其中在得出的分裂面的表面结构具有开放和封闭的瓦纳线形式的基本上可预定的图样，并且其中封闭的瓦纳线基本上对应于原材料的边缘几何形状。
[0014]本发明的其他有利扩展方案是从属权利要求的主题。
[0015]下面详细解释用于制造根据本发明的晶片的方法。预制的(即，未直接固定到工件上的)聚合物薄片可以如此制造(例如借助于裁剪，模锻，模板中的铸造)，使得实现工件和聚合物层的可非常精确的定义的边缘闭合。
[0016]聚合物薄片可以预制，适配并且与工件分开地制造，使得聚合物层的制造和适配可与晶片制造无关地进行。换句话说:聚合物层的特性因此可以与其他工艺步骤无关地定义并且控制。
[0017]薄片和晶片的分开制造例如具有该优点，用于硬化聚合物层的参数，例如硬化温度和时间，可以非常自由地选择。如此可以例如在使用相同工件上的两个聚合物层的情况下两个层彼此无关地硬化，这在以前的方法中不可能。此外用以前的方法在超过室温的硬化温度的情况下直接在工件上的硬化自动导致在室温情况下的薄膜的预应力。这个预应力可在解离之后导致生产的晶片的明显弯曲和折断。预制的薄片的使用使得下列成为可能，自由选择薄片的时效硬化温度而不影响可能的预应力。
[0018]此外借助于本发明还可以任意选择并且准确调节聚合物层的强度(我们使用在大约0.1和1mm之间优选0.4和Imm之间的通常的厚度，其中为了制造较厚晶片使用较厚的聚合物层)。特别地例如还可以使用结构化的薄片，其中例如薄片厚度根据位置适宜地选择，使得具有定义的厚度轮廓的薄片层可能。
[0019]可以使用例如聚二有机硅氧烷例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为聚合物。下面描述由PDMS制成的薄片作为聚合物薄片并且由硅制成的较厚晶片作为工件；但是还可以使用其他适合的聚合物和工件(其例如由其他材料如锗，蓝宝石，等制成)。
[0020]为了制造聚合物薄片我们使用Dow Corning的PDMS Sylgardl84。它是热时效硬化的两组分的混合物(我们对此使用例如1:10到1:3的硬化物:基础材料之间的混合比例)。为了硬化我们使用(根据硬化时间)从室温到大约200° C，优选大约60° C到150° C的温度。我们通常使用在大约1-20分钟(在高温度的情况下)和1-2天(在室温的情况下)之间的硬化时间。在硬化前PDMS Sylgard 184涉及粘性流动性，其例如借助铸造方法在平坦表面(例如镜)上涂装并且在那里时效硬化成薄片。薄片然后从这个表面取下(例如机械地)，必要时再次加工，并且之后涂装在工件上。此外制成的薄片可以已经在涂装工件之前调查并且检查其质量(例如用通常的机械，光学或电测量方法等等)。除了这里所述的用于薄片制造的方法以外在工业中通常可以应用同样可以用于本发明的许多其他方法(例如通过挤压模塑法制造)。
[0021]之后制成的薄片涂装在工件(例如较厚的晶片)的表面上。对此将薄片良好地附着在工件上是重要的:工件和薄片之间的连接必须可以忍受用于解离的足够大的剪切力以及用于热诱导所需的应力的大温度波动。
[0022]提供薄PDMS薄膜作为粘胶剂(例如同样通过使用Sylgard 184)用于薄片的粘贴。这例如用喷洒器在工件上要粘贴的表面的中间中涂抹(用于5英寸晶片的几毫升)。之后铺上薄片并且用轧辊或滚筒在轻压力下压到工件上。通过轧辊的来回运动粘胶剂薄膜在薄片下发表，分离气泡。粘胶剂的时效硬化可以在室温下实现。为了避免拉应力在分裂之后(见图片)推荐粘胶剂硬化温度小于60° C。为了简化用轧辊的粘胶剂薄膜的分布较小粘胶剂粘性是有利的，这例如可以简单通过较大部分的硬化物物质(例如1:3的硬化物:基础材料)实现。如在薄片制造时根据硬化温度改变硬化时间(参见上面)。
[0023]作为上述方法的备选薄片还可以用其他通常的方法粘贴在工件上，例如通过使用真空层压器。最后薄片还可以直接(没有粘胶剂)与工件的表面相连，例如借助于“等离子活化连接”(例如以氮等离子活化PDMS薄片，将薄片压紧在工件上，必要时“韧炼”)或例如通过胶合(熔化)热塑薄片(例如Wacker娃树脂的Gen1mer)。
[0024]在粘贴薄片并且粘胶剂时效硬化之后，如在现有技术中描述的参考文献通常例如通过热诱导的应力将薄晶片从工件剥离，其中薄片还在晶片的侧上附着。然后薄片可以从制造的晶片例如用机械或化学方法剥离，如在提及的参考文献中所示。
[0025]为了在解离晶片之后实现薄片的剥离，工件可以在粘贴薄片之前用薄牺牲层涂覆。然后薄片不直接在工件的表面上，而是在牺牲层上粘贴。在解离晶片之后位于工件表面和薄片之间的牺牲层可以例如