用于制备具有大晶粒的再结晶硅衬底的方法_2

文档序号:9932777阅读:来源:国知局
衬底的一个部 分,使得在所述衬底的两点之间的距离可逆地和/或不可逆地改变。外部应力通常包括施加 运动,例如,通过衬底的至少一侧与合适的装置(例如,辊、牵引工作台或压缩工作台)接触。 外部应力甚至可以通过使待变形的衬底暴露到辐射(例如,激光辐射)而施加。
[0048] 来自变形步骤的硅衬底的变形包括可逆的变形分量(称为弹性分量)以及不可逆 的变形分量(称为塑性分量)。在根据本发明的方法的衬底中生成的变形的情况下,由于弹 性分量相对于塑性分量非常小甚至可以忽略,故根据本发明的方法所施加的变形可以被视 为塑性变形。
[0049] 术语"整体的"应该被理解为是指以下事实:在步骤(ii)中的塑性变形产生在至少 95%的衬底体积中,特别是至少99%的衬底体积中。
[0050] 术语"均匀的"被理解为是指以下事实:在步骤(ii)中所制备的衬底的塑性变形在 变形的衬底的体积中基本是恒定的。
[0051] 换而言之,可以被称为"整体且均匀的"变形的步骤的衬底的变形的步骤是这样 的:例如使用软件包CASTEM来执行的在所述变形步骤期间衬底的机械行为的分析建模或数 值建模,导致均勾变形场。
[0052]利用外部应力,可以更特别地执行整体变形步骤(ii),外部应力包括向衬底的至 少一侧以及优选地衬底的所述一侧的区域的至少80%、特别是至少90%或者甚至全部施加 运动。
[0053]衬底的这种整体变形例如可以通过乳制操作来产生,如更特别地对在下文中的具 体描述:起始硅衬底的厚度于是降低,其宽度(在平行于乳制辊筒的旋转轴线的方向上测 量)被保持以及其长度增大。
[0054] 在本发明的方法的步骤(ii)结束时衬底的变形的均匀性例如可以通过变形的局 部测量来验证,例如,利用激光技术测量样品的几何尺寸上的变化,或者利用X射线衍射所 测量的原子平面位移场的测量。在本领域中已知用于测量样品的几何尺寸上的变化的X射 线拓扑技术和激光技术。
[0055] 在至少1000°C的温度下加热执行根据本发明的方法的衬底的整体塑性变形的步 骤(ii)。
[0056] 优选地,其在1200°C或更低的温度下、以及特别是在1100°C和1200°C之间的温度 下、更特别地约1150°C的温度下执行。更特别地,表述"在X的温度下执行的步骤"应该被理 解为是指在烘箱中执行的步骤,该烘箱的工作温度被设定至设定值X。
[0057]在金属成形的领域中,本领域的技术人员知道如何实施适于引起衬底的整体且均 匀变形的技术。
[0058] 衬底的变形的步骤(ii)例如可以通过简单的压缩、槽型模(channel die)压缩、双 轴压缩、简单牵引、双轴牵引、简单剪切或者通过乳制来执行。在这些技术中,由于其实施的 简易性,乳制是特别优选的。
[0059] 根据一个特别优选的实施方式,因此通过热乳制执行根据本发明的步骤(ii)。
[0060] 如图1中示意性地示出,通过在辊的两个乳制辊筒之间完全引入步骤(i)的衬底 (1)可以执行乳制,以便降低衬底的厚度。在乳制辊筒之间的衬底的一个道次(pass)构成变 形步骤,被称为"乳制道次"。整体变形的步骤(ii)可包括仅一个或多个乳制道次。在执行多 个乳制道次的情况下,所施加的总塑性变形由在第一乳制道次之前的起始衬底(1)的厚度 和在最后一个乳制道次之后的厚度来计算。
[0061 ]优选地,利用由氮化硅(S i 3N4)或碳化硅(S i C)制成的乳制辊筒,实施热乳制。由于 碳化硅含有较少量的杂质,因此由碳化硅制成的辊被优选使用。在接触乳制辊筒的表面时 硅衬底被污染的风险因此被有利地限制。
[0062] 在本发明的步骤(ii)结束时所获得的衬底在下文中被称为"整体变形的衬底"。
[0063] 该整体变形的衬底含有晶体缺陷,尤其是位错与孪晶,当以大于1_的观测比例观 测时,该晶体缺陷在衬底的体积中基本上均匀地分布。
[0064] 根据一个【具体实施方式】,在本发明的方法的步骤(ii)结束时衬底的整体变形具有 在1 %至20 %之间、特别是在5 %至10 %之间、以及更特别地在5 %至9 %之间的均匀塑性变 形。
[0065] 通过考虑实施变形的实验条件,例如,通过测量施加在衬底的一侧或两侧上的运 动,利用本领域的技术人员已知的方法可以估算塑性变形的程度。
[0066] 常规地,变形可以通过以下量来测量:ep = l-h/ho,其中ho是在变形之前在步骤(i) 中的衬底的初始厚度,以及h是本发明的方法的步骤(ii)结束时整体变形的衬底的厚度。
[0067] 尺寸ho和h可以通过常规方法来测量,例如,使用激光测量方法。
[0068] 当满足以下条件(A)时,在步骤(ii)结束时衬底的整体变形可以被认为是均匀的:
[0070]其中:
[0071 ] -sf表示塑性变形,例如通过激光在衬底的被称为测量区i的一个部分中局部测量 的塑性变形。可在整体变形的衬底的表面上随机地选择测量区,或者测量区可规则地分布 在整体变形的衬底的表面上。所述测量区中的每一者的面积可以在lMi2和50wn2之间,或者 甚至在2wii 2和20wii2之间。
[0072] -n对应于执行测量的测量区的数量,优选地n 2 5,或者甚至n 2 10;以及
.是在衬底的n个测量区中所测量的变形的算术平均值。
[0074] 步骤(iii):局部的塑性变形
[0075]如图1中所示的在本发明的方法的第三步骤(iii)中,衬底经受第二塑性变形。与 整体且均匀的塑性变形的步骤(ii)相比,该变形步骤(iii)被局部化至衬底的多个预置区 (3),这些区在下文中被称为"外部应力区"。
[0076]当塑性变形的步骤被称为"局部化"时,这是指外部应力被施加到衬底的表面的许 多限定区(3),这些区被定位在衬底的至少一个侧面上,且与被称为影响衬底的全部的"整 体"变形相比,主要影响衬底的位于所述区(3)下方的部分。在衬底的一个侧面的表面上的 外部应力的区域(3)的总面积特别表示所述侧面的小于10%的面积。
[0077] 换而言之,在局部变形的所述步骤(iii)期间,衬底的机械行为的分析建模或数值 建模(例如,使用软件程序CASTEM(应用有限元方法))导致在衬底的体积中的非均匀变形 场,即,包含变形梯度的场。
[0078] 换而言之,用于整体且均匀的变形的如上文所限定的均匀标准(A)决不满足在步 骤(i i i)结束时所获得的变形衬底。
[0079]在外部应力对应于通过接触施加的运动的情况下,外部应力的区(3)通过衬底的 侧面的被施加运动的区域来限定。在外部应力对应于辐射(例如激光辐射)与硅的相互作用 的情况下,外部应力区对应于通过辐射源射出的光束与相遇的衬底的一侧的相交处所限定 的区域。
[0080] 根据本发明的方法的局部变形的步骤(iii)的特征之一,在外部应力的两个连续 区(3)之间的在竖向横截面中所测量的间距(e)至少是20mi。
[0081] 优选地,两个连续区(3)以距离e隔开,该距离e大于或等于80WI1,特别是大于或等 于lOOwn,尤其是大于或等于150wii,以及优选地在200wii和2000wii之间。
[0082] 根据一个特别优选的实施方式,变形步骤(iii)被定位于在衬底的一个侧面上规 律地隔开的区(3)。换而言之,在两个连续区之间的距离(e)对于衬底的所有区(3)基本上是 相同的。
[0083] 根据外部应力的应用方式,区(3)可以是不同的形状以及例如是方形、圆盘、椭圆、 条带等的形状。
[0084] 优选地,区(3)是从衬底的一个边缘至另一个边缘在其长度或宽度上彼此平行延 伸的条带或条纹(stripe)的形状。这些条带或条纹尤其可以在竖向横截面上具有宽度,该 宽度小于1 OOmi以及特别在2wii和50wii之间。
[0085] 局部变形的步骤(iii)可以在不同温度下执行,尤其取决于变形的实施方式(压 缩、剪切、激光辐射等)。
[0086] 根据第一特别优选的变型实施方式,局部变形的步骤(iii)在高于或等于1000°C、 尤其在1100 °C和1200 °C之间的温度下执行。
[0087] 根据一个【具体实施方式】,其可以在与整体变形的步骤(ii)中实施的温度相同的温 度下执行。
[0088] 根据第二变型实施方式,在严格低于1000°C、以及特别是在400°C和800°C之间、以 及更特别地在500°C和800°C之间的温度下执行局部变形的步骤(iii)。
[0089] 相对于热执行的局部变形的步骤,冷执行的局部变形的步骤有利地允许生成较高 密度的晶体缺陷(特别是位错)。通过高位错密度所产生的残留弹性能量因此增大,由此在 步骤(iv)的衬底的再结晶期间有利地促进加速的再结晶以及在最终衬底中的狭窄的晶粒 分散度。
[0090] 根据第一实施方式,局部变形的步骤(iii)可以通过一个或多个压缩操作来执行, 例如,单轴压缩操作和/或一个或多个剪切操作,其中,剪切应力被施加到所述区(3)的表 面,例如,利用一个或多个尖端。
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