专利名称：用流体分离组合元件的方法和装置的制作方法
本申请是中国专利申请第98102954.X号的分案申请。
本发明涉及用于分离组合元件、分离元件、和半导体衬底的方法和装置及其生产方法。
在一个衬底的绝缘表面上形成单晶Si半导体层被普遍称为绝缘体上形成半导体(SOI)技术，由于采用SOI技术生产的器件具有用于制造普通Si集成电路的大块Si衬底不能实现的许多优点，因此做出许多努力对该技术进行研究。
SOI技术的使用提供了以下优点(1)易于进行介电分离以达到高集成度。
(2)辐射电阻非常好。
(3)降低杂散电容以实现高速度。
(4)可省略阱形成工艺。
(5)可防止闭锁超载。
(6)可降低厚度以提供完全耗尽的场效应晶体管。
为实现该器件的许多优点，已对形成SOI结构的方法研究了数十年。已知的方法之一是SOS(蓝宝石上形成硅)，在该方法中，通过CVD(化学气相沉积)在一单晶蓝宝石衬底上异质外延地形成Si。该技术已成功地作为最成熟的SOI技术，但其应用受到因Si层和蓝宝石衬底之间界面中晶格的不同轴性(misalignment)造成的大量晶体缺陷、从蓝宝石衬底到Si层的铝混合物以及特别是衬底的高成本和仍不足以增大器件面积的限制。最近，已对实施一种无蓝宝石衬底的SOI结构进行了尝试。该尝试大致可分成下面两种方法。
1.在Si单晶衬底的表面氧化之后，在氧化膜中做出一个窗口，以露出一部分Si衬底表面，该部分作为允许水平外延生长以便在SiO2上形成Si单晶层的一个籽晶(这种情况下，Si层沉积在SiO2上)。
2.Si单晶衬底作为一有源层，并且SiO2形成在该层下面(该方法不需要沉积硅层)。
实现上面方法1的已知手段包括采用CVD允许单晶Si层的直接水平外延生长的方法，一种沉积非晶Si并通过热处理允许其以固相水平外延生长的方法，一种用诸如电子或激光束之类的会聚能束辐照非晶或多晶Si层，并通过熔融再结晶在SiO2上生长单晶层的方法，和采用棒形加热器以扫掠轨迹呈现带状(区域熔融再结晶)的方式扫掠熔融区的方法。虽然这些方法各具优缺点，但就他们的可控制性、产量、一致性和质量而论仍有许多问题，并且它们中任何一种方法还没有进入工业实用。例如，CVD方法需要牺牲氧化来提供平坦的膜。固相生长方法提供较差的结晶度。光束退火方法存在有关会聚光束扫描、和光束叠加控制、和聚焦所需时间的问题。在这些方法中，区域熔融再结晶方法是最成熟的，并且已用于在实验基础上生产相对大规模的集成电路，但它仍然造成大量的晶体缺陷，例如在器件中留有亚晶粒，因而不能制造小载流子器件和提供极好的晶体。
上面不用Si衬底作为外延生长籽晶的方法2包括下面四种方法。
(1)在带有在Si单晶衬底表面上各向异性腐蚀的V型槽Si单晶衬底上形成氧化膜，在氧化膜上沉积多晶Si层以使其与Si衬底一样厚，然后通过从Si衬底后面磨光在厚多晶Si层上形成由V型槽围绕的Si单晶区，以便介电分离。该方法提供极好的结晶度，但是沉积数百微米厚的多晶Si和从其背面磨光单晶Si衬底以便仅保留分离Si有源层的步骤在可控制性和产量方面存在问题。
(2)SIMOX(离子注入氧分离)，该方法通过氧离子注入在Si单晶衬底上形成SiO2层，由于其与Si工艺极好的兼容性，该方法是目前最成熟的技术。然而，为形成SiO2层，必须注入1018离子/cm2或更多的氧离子，导致需要大量时间进行注入，从而使产量下降。另外，晶片的成本较高。此外，该方法造成大量的晶体缺陷将留在器件中，并且不能在工业上提供满意的质量来制造小载流子器件。
(3)通过多孔Si氧化由介电分离形成SOI结构的方法。在该方法中，通过质子离子注入(参见Imai等人在J.晶体生长第63卷547页(1983))或通过外延生长和图形化将一N型Si层象岛一样形成在一P型Si单晶衬底的表面上。以多孔区从表面围绕该Si岛的方式用HF溶液通过阳极氧化法仅把P型Si衬底制成多孔，并高速氧化N型Si岛以便介电分离。在该方法中，要在器件步骤之前确定分离Si区，从而限制了器件设计的自由度。
(4)采用热处理或粘合将Si单晶衬底键合在被热氧化的不同Si单晶衬底上形成SOI结构的方法引起注意。该方法需要形成器件有源层作为均匀薄膜。就是说，数百微米厚的Si单晶衬底的厚度必须降低到微米或更低的等级。
可使用下面两种方法提供更薄的膜。
1)通过磨光降低厚度2)通过有选择的腐蚀降低厚度在1)中，磨光不易提供均匀的薄膜。特别是，如果厚度降低到亚微米等级，厚度变化将是百分之几十，导致提供均匀性的严重问题。实现均匀度的难度随着衬底尺寸的增加进一步增加。
另外，在2)中，虽然腐蚀在提供均匀薄膜方面是有效的，但存在下列问题。
.选择比最大为102并且是不够的。
.腐蚀后获得的表面较差。
.由于在高浓度B掺杂Si层上采用离子注入或外延或异质外延生长而造成SOI层的结晶度较差。
通过键合形成的半导体衬底需要两个衬底，衬底之一主要是通过磨光和腐蚀被去掉和除去，因而浪费了有限的全球资源。因此，目前键合的SOI在其可控制性、均匀性、和成本方面存在许多问题。
另外，一般由于用玻璃代表的透光衬底的晶体结构的缺陷，在衬底上沉积的薄膜Si层仅能根据衬底的缺陷形成非晶体层或多晶层，因此不能生产高性能器件。其原因是由于衬底的非晶体结构是非晶体，简单地沉积一层Si不能获得极好的单晶层。透光衬底在生产接触传感器或作为接收光元件的投射液晶图象显示器件中是重要的。不仅是像素的改善而且高性能驱动元件都要求在传感器或显示器件中达到更高密度、更高分辨率、和更细的像素清晰度。因此，为在透光衬底上提供元件，需要极好结晶度的单晶层。
在这种SOI衬底生产方法中，如日本专利申请特开No5-21338中所公开的，在多孔层上形成非单晶半导体层并通过一绝缘层将该层传送到支撑衬底上的方法因SOI层的均匀厚度非常好、易于将SOI层的晶体缺陷密度保持在较低水平的能力、SOI层表面的平坦性、不需要专门技术要求制造所需的昂贵设备、和使用相同设备制造范围从约数百埃至10微米的各种SOI膜厚度的能力而非常优秀。
此外，通过把上述方法与日本专利申请特开No.7-302889中公开的方法组合，就是说，通过在第一衬底上形成的多孔层上形成无孔单晶半导体层、通过绝缘层将无孔单晶层键合到第二衬底上、在无破坏的情况下通过多孔层分离第一衬底和第二衬底和使第一衬底的表面平滑并再次形成多孔层重新使用，第一衬底可被使用多次。该方法可明显降低生产成本和简化生产步骤。
存在着几种分离相互键合的衬底以便在不破坏的情况下分成第一衬底和第二衬底的方法。例如，方法之一是在与键合表面垂直的方向拉衬底。另一种方法是与键合表面平行施加剪切力(例如，在与键合表面平行的平面内以相反方向移动衬底或在圆周上以相反方向转动衬底)。可在垂直方向向键合表面施加压力。此外，可向分离区施加诸如超声波之类的波能。也可从键合衬底的侧面与键合表面平行将一个剥离元件(例如象刀那样的利刃)插入分离区。此外，可使用穿过起分离区作用的多孔层的材料的扩展能量。也可从键合衬底的侧面热氧化起分离区作用的多孔层以扩大该层的体积。也可从键合衬底的侧面有选择地腐蚀起分离区作用的多孔层以分离衬底。最后，可使用为提供微腔而通过离子注入形成的层作为分离区，然后用激光束从键合表面的法线方向辐照衬底，以加热包含用于分离的微腔的分离区。
然而，这些用于分离两个相互键合衬底的方法在理想情况下非常优秀，但它们都不适用于半导体衬底的生产。困难之一是键合半导体衬底通常象盘一样成形并具有较小的厚度，例如0.5至1.0mm，键合部分有几个相对大的凹陷，在其上可卡住一个夹具。因此，将每个衬底的定向平坦部分卡在具有装配定向平坦部分并与键合表面平行转动衬底的凹陷部分的卡具上的方法，或将卡具卡在键合衬底侧面中的键合部分中制成的一个小凹陷部分上以剥离衬底的方法受到限制。基于压力的分离需要非常大的压力，因此迫使设备尺寸增加。在波能方法中，必须充分改善波辐射方法，以便用波能有效地辐射键合衬底，并且刚好在分离之后，所分离的衬底可能部分接触并相互损坏。在从侧面分离中，可弯曲衬底以便仅使其侧面被剥离，其中央部分保持不分离。在从键合衬底侧面向分离区中插入剥离元件的方法中，剥离元件的插入因剥离元件和衬底的摩擦可能造成衬底之间的键合表面损坏。
避免这些问题的一种解决方法是适当地降低分离区的机械强度。然而，该方法可能会增加分离区在衬底键合前受外部冲击损坏的可能性。这种情况下，损坏的分离区部分可能会变成颗粒并弄脏生产设备内部。虽然常规的分离方法具有许多优点，它们仍存在上述问题。
本发明的一个目的是提供一种改进的分离方法和设备，它能在无损坏的情况下分离相互键合的衬底以防止分离的衬底被损坏，并且即使在向其施加外力时在分离键合的衬底前不太可能毁坏分离区，从而防止生产设备被颗粒污染。
本发明的特征在于通过向组合元件喷射流体在与该多个元件的键合位置(分离区)不同的位置把具有相互键合的多个元件的组合元件分离成多个元件。
对于这种分离方法，组合元件可以是内部具有分离区的任何元件，而对于半导体衬底生产方法，它必须具有下列结构。组合元件的一个主要例子通过键合第一衬底和第二衬底而键合衬底，第一衬底是一种半导体衬底，在半导体衬底中，分离区在比半导体衬底表面深的部分形成为一个层面并与其平行，在该半导体衬底中，比其表面浅的部分没有分离区。就是说，当本发明应用于半导体衬底生产方法时，分离后得到的元件与键合前的第一和第二衬底不同。
根据本发明，分离区位于与第一和第二衬底之间的键合界面(连接表面)不同的位置。在分离步骤中，必须在位于与键合界面不同位置的分离区分离衬底。
因此，分离区的机械强度应适当地比键合界面弱，以使分离区在键合界面之前被毁坏。因此，当分离区毁坏时，具有预定厚度的第一衬底表面一侧的一部分从第一衬底分离，同时剩余部分键合在第二衬底上，从而将该部分传送到第二衬底。分离区可以是通过阳极化氧化法形成的多孔层或通过离子注入提供微腔形成的层。这些层具有大量微腔。该区也可以是变形和缺陷集中在晶体晶格中的异质外延层。
分离区也可以是不同结构的多层。例如，它可由具有不同孔隙的多个多孔层或在与该层垂直的方向孔隙改变的多孔层构成，根据需要而定。
通过例如分离包括由绝缘层相互键合在一起的第一和第二衬底的组合元件而从第一衬底向第二衬底传送的层被用作绝缘层上的半导体层(SOI层)，以制造半导体器件。
可以用所谓的喷水法执行用于分离的流体喷射，该喷水法通过一个喷嘴喷射高压水流。除水之外，该流体也可以是有机溶剂，例如酒精，诸如氢氟酸或硝酸之类的酸，诸如氢氧化钾之类的碱，或能够有选择地腐蚀分离区的液体。最好是主要包括无磨损颗粒的液体。此外，可使用由诸如空气、氮气、二氧化碳、或稀有气体之类的气体组成的流体。也可使用由气体或可腐蚀分离区的等离子体组成的流体。
上面的分离方法可应用到半导体衬底生产方法，以使下列方法成为可能1)一种半导体衬底生产方法包括步骤制备包括多孔单晶半导体层和随后叠在衬底上的无孔单晶半导体层的第一衬底；键合第一衬底和第二衬底，以提供内部具有无孔单晶半导体层的组合元件；和向组合元件中的多孔单晶半导体层附近喷射流体，以便在多孔单晶半导体层处分离组合元件，或
2)一种半导体衬底生产方法包括步骤向单晶半导体的第一衬底的预定深度注入离子以形成可提供微腔层的离子注入层；通过绝缘层键合第一衬底和第二衬底，以提供其中第一衬底的离子注入表面位于内部的组合元件；和向组合元件的离子注入层附近喷射流体，以使组合元件在离子注入层分离。因此本发明提供了可解决现有问题的半导体衬底生产方法。
图1A、1B和1C是说明根据本发明分离组合元件的方法的示意图；图2A和2B是说明根据本发明采用流体分离组合元件的方法实例的示意图；图3是根据本发明的分离装置实例的透视图；图4是根据本发明的分离装置另一个实例的截面图；图5是根据本发明的分离装置再一个实例的透视图；图6是根据本发明的分离装置再一个实例的示意图；图7是根据本发明的分离装置再一个实例的示意图；图8是根据本发明采用流体分离组合元件的方法另一个实例的示意图；图9是根据本发明的分离装置另一个实例的示意图；图10A和10B是根据本发明的分离装置再一个实例的示意图；图11是根据本发明的分离装置再一个实例的示意图；图12是根据本发明的分离装置再一个实例的示意图；图13是根据本发明的分离装置再一个实例的示意图；图14是根据本发明的另一个分离装置的顶视图；图15是图14所示分离装置的侧视图；图16是表明分离组合元件状态的示意图；图17是图15所示分离装置处在其备用状态时的截面图；图18是图15所示分离装置处在其衬底夹持状态时的截面图；图19是图15所示分离装置处在其分离操作开始状态时的截面图；和图20是图15所示分离装置处在其分离操作结束状态时的截面图。
图1A至1C是根据本发明的分离组合元件的方法示意图。
图1A示出第一元件1和第二元件2键合前的状态。第一元件1内部有一个作为该元件分离位置的分离区3。形状象层的分离区3比位于键合表面4a该侧的层区5的机械强度低。
两个元件1和2键合，使键合表面4a面对键合表面4b，以便形成具有键合界面14的盘形组合元件，如图1B所示。从喷嘴8向位于组合元件侧面(端面)6上的分离区3的端部喷射流体7。被喷射流体7的分离区3被去掉或消除。因此，组合元件在分离区3被分离两个元件11和12，如图1C所示。
层区5不出现在分离的元件11的分离表面13a上，层区5已传送到原有第二元件2的键合表面4b上，以露出分离的表面13b。
于是，得到一个在第二元件2上具有薄层区5的元件。
通过采用不同材料形成第二元件2和层区5，可容易地生产具有异质键合的元件。这些材料的具体实例包括导体、半导体、和绝缘体，从中选择两种形成第二元件2和层区5。
特别是，最好将硅、石英、玻璃、或在其表面上形成有一绝缘膜的硅作为第二元件。
最好是将诸如硅、锗化硅、碳化硅、砷化镓、或磷化铟之类的半导体材料作为层区。这种材料的层区可部分地包括一个薄绝缘层。
被分成至少两个元件的最佳组合元件是通过键合两个半导体衬底，或一个半导体衬底和一个绝缘衬底得到的，并被称为键合衬底或键合晶片。
分离该组合元件提供极好SOI结构的半导体衬底。
键合之前，希望在衬底内部沿键合表面形成分离区。
分离区可以很脆，以便通过喷射流体使组合元件在分离区分离成两部分，并防止损坏除分离区外的其它区。
具体地说，可通过在分离区内部包含多个微腔或注入异质离子使其拉紧而将其变脆。
微腔是用多孔体的气孔或由离子注入产生的气泡形成的，如下所述。分离区优选为0.1至900μm，最好是1至10μm。
用来根据本发明执行分离的流体流动可通过用一个喷嘴喷射流体来实施。以高速和高压将所喷射的流体转换成细射束的方法可以是象″水喷射″第1卷，No.1第4页中介绍的那样用水作为流体的喷水方法。在可用于本发明的水喷法中，通过一个细喷嘴喷射由高压泵加压到数千kgf/cm2的高压水并可切割或处理陶瓷、金属、混凝土、树脂、橡胶、或木材(如果材料坚硬则向水加入象SiO2这样的磨料)，从表层去掉涂料层，或清洗元件表面。如上所述，水力喷射主要用于去掉一部分材料。就是说，执行水力喷射切割从主元件去掉切割边缘，并且去除涂料膜和清洗元件表面以去掉不想要的部分。如果根据本发明用水力喷射来形成流体流，可向键合衬底侧面(端面)上的键合界面喷射，以便至少从侧面去掉一部分分离区。这种情况下，对着键合衬底侧面露出的分离区和对着分离区附近的一部分第一和第二衬底喷射水流。然后，用水力喷射去掉或破坏低机械强度的分离区，以便把组合元件分离成两个衬底而不毁坏每个衬底。即使分离区不暴露在侧面而是因任何原因由一特定的薄层覆盖，可用水流去掉覆盖侧面上分离区的层，然后去掉从侧面露出的分离区。
虽然在现有技术中不经常使用，可对着两个刻有槽的键合衬底侧面上的小凹陷部分喷射水流，就是说，在衬底周围渗透和扩展脆性结构分离区中的微腔或细孔，以分离键合衬底。该操作不打算进行切割或去除，从分离区出现小芯片并可分离组合元件，而不需要磨蚀颗粒或毁坏通过分离获得的表面，即使分离区的材料不能被水流去除。这不是一种切割或磨光效果，而是由流体提供的一种楔形效果。因此，如果在键合衬底的侧面有凹陷或窄裂缝并且在分离区剥离衬底的方向施加水流的喷射力将是非常有效的。为获得足够的效果，键合衬底侧面最好凹陷而不是突出。
图2A和2B示出该效果。在图2A和2B中，901和911表示第一衬底，902和912表示第二衬底，903和913表示分离区，904和914表示半导体层，905和915表示绝缘层，906和916表示键合界面，907表示一股流体，908和918表示由流体施加到衬底上的力的方向。
图2A概念性地示出当键合衬底端面侧为凹陷时由水力喷射施加到衬底的力的方向。在凹陷部分扩展的方向，即键合衬底剥离的方向施加力。相反，图2B概念性地示出当键合衬底端面侧突出时由水力喷射施加到衬底的力的方向。这种情况下，不是在剥离键合衬底的方向施加力，因此，除非最初可去掉一部分分离区，否则衬底不能相互分离。
即使侧面不露出分离区，而是因任何原因而被特定的薄层覆盖，由于在分离区附近扩展的方向中施加力以破坏覆盖侧面上分离区的薄层并且此后扩展并破坏分离区，所以当键合衬底的侧面如上所述凹陷时，可获得足够的分离效果。为有效地接受这股水力喷射，希望凹陷部分的孔径宽度等于或大于水力喷射直径。当用本发明制造半导体衬底时，由于第一和第二衬底的厚度小于1.0mm，键合衬底厚度，即组合元件的厚度小于2.0mm。由于凹陷部分的孔径宽度通常约为该值的一半，水力喷射的直径最好是1.0mm或更小。实际上，可利用约0.1mm直径的水力喷射。
喷射流体的喷嘴可以是任何形状，包括圆形。也可使用狭长喷嘴。通过经这种喷嘴喷射流体，可形成薄带形的水流。
可根据分离区的类型或键合衬底侧面的形状任意选择水力喷射的各种喷射条件。例如，喷射压力与其扫掠速度、喷嘴直径(约等于水流直径)和其形状、喷嘴与分离区之间的距离和流体的流速都是重要参数。
在实际的分离步骤中，在从与键合表面平行的方向喷射水流或固定水流而平行移动键合衬底的同时通过沿键合表面扫过喷嘴可实现分离。另外，可扫掠水流以便围绕喷嘴形成扇形状，或者如果象通常的情况，键合衬底为诸如具有定向平面或槽的晶片之类盘的形状，可以绕作为转动中心的固定喷嘴的位置转动键合衬底。此外，可以根据需要从成角度的方向向分离区喷射水流，而不是将喷嘴放在与键合界面相同的平面中。水流的扫掠不限于这些方法，而可根据需要用任何其它方法进行。由于水力喷射的直径很小并且喷射方向几乎与衬底表面平行，矢量分解力表明很少向衬底施加几千kgf/cm2的高压。由于除分离区外水力喷射仅向键合衬底施加数百克的力，防止了衬底的损坏。
可使用诸如酒精之类的有机溶剂，诸如氢氟酸或硝酸之类的酸，或诸如氢氧化钾之类的碱，或能够有选择地腐蚀分离区的液体来代替水。此外，可使用由诸如空气、氮气、二氧化碳气、或稀有气体之类的气体作为流体。也可使用气体或可腐蚀分离区的等离子体。由于将用于组合元件分离方法的水引入生产半导体衬底的工艺中，希望使用具有最少量杂质金属和颗粒的纯水和超高纯度水，但由于完善的低温处理，可冲洗衬底并在使用水力喷射分离之后去掉杂质金属和颗粒。特别是，在本发明中，流体最好没有磨损颗粒以便不会在衬底中留下不希望的划痕。
根据本发明的半导体衬底可用于制造半导体器件和把绝缘层上的单晶半导体层形成为微结构，而不是电子器件。
图3是根据本发明一个实施例的分离装置的示意图。
参考标号101表示作为组合元件的键合晶片；102表示流体喷嘴；103表示用于调节喷嘴102垂直位置的垂直移动机构；104表示用于调节喷嘴102水平位置的水平移动机构；115表示用于调节晶片水平位置的水平运动机构；105表示作为夹持器的晶片夹持器。
参考标号113、114和116表示导杆。
在图3所示的装置中，利用移动机构103、104、和115使喷嘴102与晶片101分离区的端部对齐并从喷嘴102向晶片101侧面上的分离区端部喷射高压流体，同时在水平和垂直方向移动喷嘴而晶片101保持固定来进行晶片分离操作。
参考标号106表示根据需要使用的支座材料并由多孔或无孔弹性体组成。
图4是用于本发明的分离装置另一个实例的透视图。图4中，401表示作为组合元件键合成整体的两个Si半导体晶片，该组合元件内部具有作为分离区的多孔层。参考标号403和404表示使用真空吸盘吸住和固定半导体晶片401并在同一旋转轴上可旋转地安装的夹持器。夹持器404装配在轴承408中并由支柱409支撑，其后端直接耦合到速度控制电机410的转轴。于是，控制电机410可使夹持器404以任何速度旋转。另一个夹持器403装配在轴承411中并由支柱409支撑，压缩弹簧412设置在夹持器403的后端和支柱409之间，在夹持器403离开半导体晶片401的方向施加力。
设定半导体晶片401以使其与定位支杆413的凹陷部分对应并由夹持器404吸住和固定。夹持器404利用支杆413夹持半导体晶片401中部以调节晶片401的垂直位置。向左对着弹簧412移动夹持器403到其吸住和夹持半导体晶片401的位置。这种情况下，压缩弹簧412向夹持器403施加向右的力。由压缩弹簧412施加的反作用力和夹持器403吸住半导体晶片401的力平衡，因此压缩弹簧412的力不使夹持器403离开晶片401。
从喷射泵414向喷嘴402输送流体并继续输出直到喷射的流体稳定。一旦流体的流动稳定，移动喷嘴，打开挡板406，流体从喷嘴402对着半导体晶片401的厚度中心喷向衬底101侧面。此刻，由电机410转动夹持器404以转动半导体晶片401和夹持器403。通过对着厚度方向的中心周围喷射流体，半导体晶片401延伸，使半导体晶片401中相对弱的多孔层损坏，并且最终分离成两部分。
如上所述，流体均匀地施加到半导体晶片401，向右的力施加到夹持半导体晶片401的夹持器403，因此分离后所分开的半导体晶片401不会滑脱。
也可通过平行于键合晶片401的键合界面(表面)扫掠喷嘴402而不是转动晶片401来分离键合晶片401。然而，当通过扫掠喷嘴402而不是转动键合晶片401进行分离时，0.15mm直径的喷嘴需要2000kgf/cm2的高压水，而在通过转动键合晶片401而固定喷嘴402时仅需要200kgf/cm2的压力。
这是由于与扫掠喷嘴相比，水喷射到键合晶片401中心，使水压有效地起到扩展力的作用。
降低水压可获得下面的效果。
1)可分离晶片而不造成损伤。
2)由于增加了泵的可用容量可同时使用大量喷射。
3)可减小泵的尺寸和重量。
4)可供泵和管道使用的材料范围较宽，以使该装置易于利用纯水。
5)泵，特别是喷射的声音降低，便于采用防声测量。
图4所示的晶片夹持装置利用夹持器403和404夹持晶片以从两侧吸住晶片，但也可从夹持器403和404的两侧对其加压来夹持晶片。这种情况下，在延伸键合晶片401以在它们中形成小缝隙时高压水也推进，并最终将它们分成两部分。
夹持器403和404与键合晶片401之间的接触部分越小，高压水扩散到晶片401时键合晶片401越可灵活地移动。由过量高压造成的应力集中和键合晶片401的分离界面中出现的水起到防止断裂和使晶片易于扩展的作用。这些点能促进有效分离。例如，当夹持器403和404与键合晶片401之间的接触部分的直径为30mm或更小时，在喷嘴直径为0.2mm和压力为400kgf/cm2的条件下，键合晶片401不会断裂并在键合晶片401转动一圈期间可分成两部分。
另外，夹持器403和404与键合晶片401之间的接触部分越大，当高压水扩散到晶片401时对键合晶片401后表面的支撑越坚固，从而防止在分离期间断裂。在夹持器403和404与键合晶片401之间的接触部分的直径为100mm或更大时，在喷嘴直径为0.2mm和压力为400kgf/cm2的条件下，键合晶片401可分成两部分而不会断裂。
如果在夹持器403和404与键合晶片401之间夹杂着诸如颗粒之类的杂质，键合晶片401不再被夹持在垂直方向，使喷嘴402朝向键合晶片401顶部的其垂直方向向纵向或横向偏离，因而不能使高压流体有效地冲击晶片401中的分离界面。为防止这种情况，可用大量细小的隆起形成与键合晶片401接触的夹持器403和404的表面来减小接触面积，以减小可能夹有杂质的效果。
在图4所示的支撑装置中，转动夹持器404以使夹持器403随其转动，以便在使旋转停止的方向中作用微小的力，并可在分离界面出现扭矩，直到键合晶片401完全分离。这种情况下，夹持器403和404可同步旋转以防止分离界面中的扭矩。下面将详细描述该方法。
图5示出根据本发明的另一种分离装置。在该图中，标号204表示晶片水平驱动机构，205表示晶片载体，206表示晶片传送臂。如该图所示，晶片盒205放置在盒座207上以使晶片201在水平方向排列。利用晶片装载机械手206将晶片201装载在晶片支撑座204上。利用诸如传送带之类的支撑座移动机构把装有晶片201的晶片支撑座204传送到高压喷嘴202和203的位置。通过位于晶片侧面的流体喷射装置的喷嘴202和203从与键合晶片中的键合界面(表面)平行的方向向通过斜削形成的晶片中凹陷部分中的分离区喷射高压流体。这种情况下，喷嘴固定而键合晶片在水平方向扫掠以便沿通过斜削形成的凹陷部分接受高压流体。可根据需要采用一个或两个喷嘴202和203。
该操作使晶片在多孔Si层被分成两部分。虽然图中未示出，另一个装载机械手存放作为第一和第二衬底分离的晶片。
在水平喷射法中，不需要固定晶片，并且分离后不会因其自身重量从晶片支撑座204跳出。作为替换，晶片装载到晶片支撑座后，可在晶片顶部插入防跳销，以便从晶片支撑座204伸出盖住晶片或轻轻地压在晶片顶部。
此外，可放置多个键合晶片并设定在相对于其表面的垂直方向，然后可通过水平扫掠分离键合晶片的一个分离区。晶片套件夹具可在垂直方向依次移过与晶片间隔相等的距离，以便随后与键合晶片的第一次分离类似通过水平扫掠分离键合晶片的第二分离区。
图6示意性地示出根据本发明的另一种装置。该图从原理上示出该实施例中使用的水力喷射装置的喷嘴及其移动。如图6所示，由夹持器310夹持键合晶片301以便竖立在垂直方向。通过位于晶片上方的喷射装置的喷嘴302，从与键合晶片的键合界面(表面)平行的方向对着通过斜削形成的晶片的凹陷部分喷射高压流体。这种情形下，喷嘴302和使喷嘴在一平面内摆动以形成扇形面的支撑点303放置在与晶片中的键合表面同一个平面内。在晶片中的键合表面内摆动喷嘴以便在该表面内摆动喷射的流体。该操作使高压喷射沿键合晶片边缘中键合部分中的凹陷部分或缝隙移动并喷射。这样又使流体对着宽分离区喷射，而不需要在键合表面内准确地移动喷嘴的机械手或更复杂的机械机构来移动或转动键合晶片。
图7从原理上示出根据本发明的另一种分离装置，即对着键合晶片501的周边喷射一束水流503的另一种方法。用夹持器510固定键合晶片501，并且可绕晶片转动喷嘴502，以允许在晶片的整个边缘上对着键合部分喷射水流503。夹持晶片中心并绕晶片501安装与晶片同心的横梁(图中未示出)，喷嘴502固定在其上的夹具512可在横梁上滑动，以使水流503绕晶片501对着键合部分喷射。
图8示出根据本发明的分离装置的另一个实例。在该图中，601是第一晶片，602是第二晶片，603是键合表面，604是水流，605是由流体喷射施加到晶片的力的方向，参考标号606表示流体喷射和键合表面之间的角度。根据该实施例，设定喷嘴611和夹持器610的位置，以使从喷嘴611喷射的水流方向从与晶片中分离表面平行的方向倾斜α角。
用图4中所示的装置夹持晶片并如图8所示设置喷嘴，以便对着晶片的侧面喷射流体。由于水流604从键合表面倾斜α角(606)，对两个晶片601和602施加不同的压力。在图8所示的实例中，水流向其倾斜的晶片602被施加相对小的力，而向相对的晶片601施加较大的力。当水流在与其中形成多孔Si的晶片相对的侧面倾斜时，容易破坏多孔Si或微腔层。因此，希望安装键合晶片，以使晶片601包含多孔Si。
图9示出根据本发明的另一种分离装置。在该图中，705和706是流体喷射装置喷嘴702和703的垂直驱动机构，707是水流装置喷嘴704的水平驱动机构，708是晶片夹持器。
如图9所示，用晶片夹持器708夹持键合晶片701两侧以竖立在垂直方向。这种情况下，具有一个定向平坦部分的晶片的侧面朝上。通过位于晶片上方或侧面的多个(在该实例中是三个)喷射装置的喷嘴702、703、和704，从与键合晶片中的键合界面(表面)平行的方向对着通过斜削形成的晶片701中的凹陷部分或缝隙喷射高压流体。每个喷嘴的结构与图3中的相同。这种情况下，该多个喷嘴702、703和704在高压流体沿通过斜削形成的缝隙移动的方向沿导杆711、712、和713扫掠。
这样，键合晶片被分成两部分。
仅使用一个喷嘴时，需要足以在与其直径对应的距离分离晶片的高压。当压力仅足以在与其半径对应的距离内分离晶片时，必须将晶片上侧向下翻转以便再次在与其半径对应的距离分离。可用多个喷嘴使每个喷嘴仅在对应其半径的距离内分离晶片，省略了在其上侧向下翻转后对着晶片再次喷射高压流体的要求，可在一个步骤过程中可分离晶片的整个表面。
图10A和10B示出根据本发明的另一种分离装置。在该图中，801是作为组合元件的键合晶片，802是流体喷射的喷嘴，803是流体。通过位于晶片上方或侧面带有喷射装置狭缝形开口的喷嘴，从与键合晶片中的键合界面(表面)平行的方向对着通过斜削形成的晶片中的缝隙喷射高压纯水，同时使键合晶片与夹持器811垂直竖立，如图10A和10B中所示。与键合晶片中的键合界面(表面)平行设置狭缝并定位，以便对着通过斜削形成的晶片中的缝隙准确地喷射线状水流。多个喷嘴在高压流体沿通过斜削形成的缝隙移动的方向扫过。
通过在晶片的直径上增加狭缝的长度省略扫掠喷嘴的需要。
这种狭缝形喷嘴的效果是可在比带有非常小直径的单个喷嘴低的压力下分离晶片。虽然压力较低，通过增加喷射高压流体的面积，可增加用来分离晶片的能量以使其易于分离。
不仅可使用具有狭缝形开口的喷嘴，而且可将如图11所示排成一排对着键合晶片1201喷射流体的多个喷嘴1202用于本发明以获得相似结果。参考标号1211表示晶片夹持器。
图12示出根据本发明的另一种分离装置，可同时使用多个水流分离多个晶片。在图12装置的基本结构中，与图3中相似的部件是独立安装的。在夹持器1005a上设定晶片1001a，从喷嘴1002a喷射的高压流体冲击晶片1001a的斜削部分。喷嘴1002a可在与由水平移动机构1004a拉动的片垂直的方向移动，而同时对着斜削部分喷射高压流体。由图右侧具有喷嘴1002b、水平移动机构1004b、和夹持器1005b的装置执行相似的操作。该结构使产量加倍。虽然该图示出两套喷射装置，可安装三套或更多这种装置。
另外，当高压泵不具有大容量时，可在喷射左高压流体的同时更换右晶片，反之亦然。这样只要求有一套装载和卸载机械手。
图13示出根据本发明的另一种分离装置，其中在晶片夹持装置1105上放置晶片1101a、1101b、1101c、1101d、和1101e。在一组喷嘴移动机构1103和1104中装配多个喷嘴1102a至1102e。喷嘴间隔与晶片固定间隔相同。夹持机构和喷嘴的移动方法与图3中的相似。
通过使每个晶片的中心轴对齐，在夹持器1115a和1115b之间、夹持器1115b和1115c之间、夹持器1115c和1115d之间、夹持器1115d和1115e之间、或夹持器1115e和1115f之间分别固定五个晶片，所有晶片可在导杆1114上沿水平方向移动。
作为公用流体供液管和喷嘴垂直移动机构的可移动供液管经分配器1113连接到五个喷嘴1102a至1102e。
在喷嘴备用位置使每个喷嘴喷射的流体的量和压力稳定后，所有喷嘴1102a至1102e沿导杆1111移动到晶片分离位置，然后进一步沿导杆1111前进以分离晶片。
一旦完成分离，减少流体喷射量或停止喷射，以使喷嘴返回到其备用位置。
在图10A至13所示的装置中，可通过喷射流体并同时转动晶片夹持器来转动晶片进行分离。
图14和15是表示用于本发明的组合元件分离装置的顶视图和侧视图。
该分离装置具有转动同步机构，并可在相同方向以相同角度转动夹持组合元件第一表面的第一夹持器和夹持组合元件第二表面的第二夹持器。
当转动驱动力仅施加到组合元件的一个表面或未提供如上所述的同步时，可能出现下面的现象。
刚好在作为组合元件的晶片的整个晶片上完成分离之前，存在一个最后被分离的非常小的区域在分离表面上某个地方仍未被分离的时刻。根据该非常小的未分离区域的位置可假设以下两种状态。
第一种状态是未分离区几乎保留在分离表面中心的情况，第二种状态是微分离区保留在除中心之外区域的情况。图16在原理上示出这些状态。
如果从晶片周边向其中心的分离过程均匀或如果靠近分离表面中心的强度高，则出现第一种状态。这种情况下，如果转动驱动力仅施加到晶片一侧的夹持器21之一，该转动使非常小的未分离区拧断并分离。
如果在流体喷射的初始步骤期间，断裂在晶片半径范围延伸或从某一周边部分延长导致快速分离或除分离表面中心附近外的区域的强度高，则出现第二种分离状态。这种情况下，如果转动驱动力仅施加到晶片一侧的夹持器21之一，该转动使应力共享，从而使非常小的未分离区分离。
这是由于相对的夹持器22未受到无关的驱动力并且仅通过晶片转动，即使一个轴承轻轻地夹持夹持器21，造成在停止夹持器22转动的方向作用轻微的力。
该扭力或剪力在除施加到分离表面垂直方向之外的方向上产生合力，导致除分离表面外的不希望的分离区分离。
于是当在转动的同时分离晶片并且如果转动地驱动晶片而不使其两侧相互同步时，可在除所希望的晶片分离表面外的表面出现分离，或可能损坏晶片或有源层。这些现象大大降低了产量。
用于支撑可控制速度的电机32的电机托架36和用于可转动地支撑电机轴31的一对轴托架37固定在支座40上。
此外，用于可转动地支撑夹持器21的第一夹持器托架33和用于可转动地支撑夹持器22的第二夹持器托架34固定在支座40上。
安装在电机轴31上的定时皮带轮29和安装在夹持器21的转动轴23后端的定时皮带轮25以借助定时皮带27在相同方向转动的方式连接在一起。
同样，安装在电机轴31上的定时皮带轮30和安装在夹持器22的转动轴24后端的定时皮带轮26以借助定时皮带28在相同方向转动的方式连接在一起。
皮带轮25和26具有相同驱动半径，皮带轮29和30具有相同驱动半径。
定时皮带27和28相同。
来自电极32的驱动力经皮带轮和皮带从轴31传送到夹持器21和22，以便在相同方向相同定时以相同角速度转动夹持器21和22。
在图15中，60是喷射流体的喷嘴，61是挡板。为清楚起见，简化对喷嘴和挡板的说明。
用固定夹具(未示出)将喷嘴60固定在支座40上，在支座40上设置晶片定位部件35以便与喷嘴60对齐。
图17是分离装置的夹持器夹持晶片20之前的局部截面图。
夹持器21和22是准确吸住和夹持晶片的夹持部分45a或46a；使夹持部分45a或46a与转动轴23或24一起转动的固定部分45b或46b；和制动器41和42或43和44的一个组件。
使用管道52和通过增压通道56的增压气体，夹持部分45a可在其离开转动轴23(图中向右)的方向克服压缩弹簧(螺旋弹簧)移动。
在夹持部分45a中心附近设置一个开口op并与转动轴中的减压通道55相通。使用经减压管51与开口op相连的真空泵(未示出)，向开口op中抽真空以减小气压。
通过由转动轴23引导使夹持器21或22的架持部分45a直接吸住晶片，如图17所示，并用从增压管52引入的空气压力使夹持器21或22向前(图中向右)移动。由压缩弹簧47使夹持器21或22向后(图中向左)移动。使用制动器41和42使夹持部分45a随转动轴转动。夹持器22与夹持器21基本上镜像对称并具有相同的机构。当键合晶片20被定位和夹持在夹持器22上时，为使键合晶片20和喷嘴60总是设置在规定位置，控制和调节压力，以便在向前操作期间向夹持器21施加比向夹持器22更强的力，而在向后操作期间向夹持器22施加比向支架21更强的力。
下面描述该装置的使用，即根据本发明分离组合元件的方法。设置键合晶片20以使其装在定位座35的凹口中，如图17所示。然后引入加压空气以使夹持部分45a前进，从而使夹持器21吸住并夹持晶片，如图18所示。夹持器21可将键合晶片20装在定位支座35的凹口上以夹持键合晶片20的中心。当键合晶片20被夹持在准确位置时，喷嘴60垂直地位于键合晶片20的顶部，键合晶片20和喷嘴60之间的距离是10至30mm。夹持器22的夹持部分46a向前移动(图中向左)吸住和夹持键合晶片20，并停止供给夹持部分46a加压空气。键合晶片20因图中向右作用的力是由压缩弹簧作用的力和真空吸引力的组合而停止。由压缩弹簧产生的力不超过夹持部分46a吸住键合晶片20所需的力，因此不会出现对减压通道55或57内部真空的破坏，真空破坏又会消除吸引力以使晶片20脱落。
然后在一特定的时间周期从泵62向喷嘴60输送流体直到喷射的流体稳定。一旦流体达到稳定，打开挡板61，从喷嘴60对着键合晶片20厚度方向的中心喷射高压流体。此刻，转动速度控制电机32，以便同步地转动夹持器21和22，从而转动晶片20。通过对着晶片20厚度方向的中心喷射高压流体，高压流体也可进入分离区以扩展键合晶片20，从而最终将其分成两部分。
由于对着键合晶片20均匀地施加高压流体，并且夹持器21和22分别在拉动键合晶片20方向施加力，如上所述，分离件进一步相互离开并防止滑动。
另外，在图17至20中所示的晶片支撑装置中，晶片在夹持器从晶片向后移动的方向受力时被夹持器21和22支撑，但夹持器21和22可在向前的方向作用力，该压力可用于夹持晶片。这种情况下，在扩展键合晶片20以产生小缝隙的同时高压流体也前进，从而最终使晶片分成两部分。在该方法中，如果夹持器21和22不相互同步，分离件的键合表面因滑动而相互损坏，如果夹持器同步转动，则不发生损坏。此外，当在夹持器21和22向后移动的方向施加力时，在分离期间晶片20被夹持器21和22吸住向后移动，并且在已分离部分和未分离部分之间可能出现位移量的差异，使键合晶片20不平衡，从而在喷射高压流体时产生裂缝。然而，如果在夹持器21和22向前移动的方向向夹持器21和22施加力，键合晶片20将保持平衡以使晶片稳定分离。
可对着整个分离晶片喷射高压或气压流体，以便在其向后移动的方向作用力，从而截断进入的水的表面张力，从而将其完全分离成两部分。
如上所述，根据本发明的分离装置使用流体依次或同时分离一个或多个组合元件。组合元件可在表面的法线方向或与表面平行并列。
作为替换，组合元件可转动或与表面平行移动，以接受流体，或该束流体可与表面平行移动以冲击组合元件侧面，或者组合元件和流体可一起移动。(实例1)(一个多孔层和喷嘴扫掠)将具有0.01Ω·cm电阻率的第一P型(或N型)单晶Si衬底放置在HF溶液中阳极氧化。下面列出阳极氧化条件电流密度7(mA·cm-2)阳极氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1时间11(分钟)多孔Si层的厚度12(μm)多孔Si层也作为分离层以形成高质量外延Si层，就是说，单一的多孔Si层提供多种功能。
多孔Si层的厚度不限于上面的值，但可在0.1和数百μm之间。
在400℃的氧气中将该衬底氧化一小时。氧化使多孔Si层中孔的内壁被热氧化膜覆盖。用氢氟酸处理多孔Si层的表面以便仅除去多孔Si层表面上的氧化膜而保留孔内壁上的氧化膜，然后使用CVD以使单晶Si层在多孔Si层上外延生长0.3μm。生长条件列出如下源气体SiH2Cl2/H2气体流速0.5/180l/min.气压80 Torr温度950℃生长速度0.3μm/min.
此外，使用热氧化在外延Si层上形成200nm厚的氧化膜(一层SiO2层)作为一绝缘层。
将分开准备的第二Si衬底的表面放置在SiO2层的表面以使它们相互接触。然后在1180℃对这些衬底进行五分钟的热处理以便键合。
为使用图3所示装置分离以这种方式形成的键合衬底，由晶片夹持器从两侧支撑该键合晶片，以使其垂直竖立。从位于晶片上方的水力喷射装置0.15mm的喷嘴从与键合晶片中的键合界面(表面)平行的方向向通过斜削形成的晶片中的缝隙喷射2000kgf/cm2无磨损物质的高压纯水。用喷嘴水平驱动机构在高压纯水沿通过斜削形成的缝隙移动的方向扫掠喷嘴。这种情况下，当在晶片和夹持器相互接触的部分使用合成橡胶106(例如合成橡胶，氟橡胶或硅橡胶)时，晶片将在相对于其表面的垂直方向打开，以使高压水进入由晶片夹持器所夹持的该部分多孔Si层，从而使晶片分离。
结果是，SiO2层、外延Si层和最初在第一衬底表面上形成的多孔Si层部分被传送到第二衬底。仅有剩余的多孔Si层部分保留在第一衬底表面上。
接下来，用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀传送到第二衬底的多孔Si层。不腐蚀保留的单晶Si层，从而采用单晶Si层作为腐蚀阻挡材料通过有选择地腐蚀将多孔Si层整个去掉。
用腐蚀溶液腐蚀无孔Si单晶的速度很慢，该腐蚀速度与多孔层腐蚀速度的选择比是1∶105或更大。因此，无孔层的腐蚀部分的量(约数十埃)对应的厚度减少实际上可忽略。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的单晶Si层。该单晶Si层不受多孔Si层有选择地腐蚀的影响。当在所形成的单晶Si层整个表面100个点测量厚度时，得到的值是201nm±4nm。
用电子透射显微镜观察截面表明在Si层中不出现新晶体缺陷并保持极好结晶度。
在1100℃的氢气中进一步进行1小时的热处理并用原子间力显微镜评估表面粗糙度。50-μm平方区的均方粗糙度约为0.2nm，与可买到的Si晶片的相似。
通过在第二衬底的表面上而不是在外延层上形成氧化膜或将其形成在两个表面上可获得相似的效果。
另外，使用40％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀保留在第一衬底上的多孔Si层。接下来，利用氢气退火或诸如表面磨光之类的表面处理可针对上面的过程重新使用第一或第二衬底。(实例2)(双多孔层和喷嘴扫掠)对具有0.01Ω·cm电阻率的第一P型单晶Si衬底在HF溶液中进行两步阳极氧化以形成双多孔层。下面列出阳极氧化条件。第一步骤电流密度7(mA·cm-2)阳极氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1时间5(分钟)第一多孔Si层的厚度4.5(μm)第二步骤电流密度30(mA·cm-2)阳极氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1时间10(秒)第二多孔Si层的厚度0.2(μm)形成双多孔Si层，并使用由低电流阳极氧化的表面多孔Si层以形成高质量外延Si层，而使用高电流阳极氧化的下面多孔Si层作为分离层。就是说，不同的层被分配不同功能。因此，低电流多孔Si层的厚度不限于上面的值，但可在0.1至数百μm之间。
另外，可以在第二多孔Si层上形成第三和后面的层。
在400℃的氧气中将该衬底氧化一小时。氧化使多孔Si层中的孔的内壁被热氧化膜覆盖。用氢氟酸处理多孔Si层的表面以便仅除去多孔Si层表面上的氧化膜而保留孔内壁上的氧化膜，然后使用CVD使单晶Si层在多孔Si层上外延生长0.3μm。生长条件列出如下源气体SiH2Cl2/H2气体流速0.5/180l/min.气压80Torr温度950℃生长速度0.3μm/min.
此外，使用热氧化在外延Si层上形成200nm后的氧化膜(一层SiO2层)作为绝缘层。
将分开准备的第二Si衬底的表面放置在SiO2层表面以使它们相互接触。然后在1180℃对这些衬底进行五分钟的热处理以便键合。
使用图3所示装置分离以这种方式形成的键合衬底，分离过程与实施例1中采用的相同。结果是，SiO2层、外延Si层和最初在第一衬底表面上形成的多孔Si层部分被传送到第二衬底。仅有剩余的多孔Si层部分保留在第一衬底表面上。
接下来，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀传送到第二衬底的多孔Si层。不腐蚀保留的单晶Si层，从而采用单晶Si层作为腐蚀阻挡材料通过有选择地腐蚀将多孔Si层整个去掉。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的单晶Si层。该单晶Si层不受多孔Si层有选择地腐蚀的影响。当在所形成的单晶Si层的整个表面测量100个点测量厚度时，得到的值是200nm±4nm。
用电子透射显微镜观察截面表明在Si层中不出现新晶体缺陷并保持极好的结晶度。
接下来在1100℃的氢气中进行1小时的热处理并用原子间力显微镜评估表面粗糙度。50μm平方区的均方粗糙度约为0.2nm，与可买到的Si晶片的相似。
通过在第二衬底的表面上而不是在外延层的表面上形成氧化膜或将其形成在两个表面上可获得相似的效果。
另外，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀保留在第一衬底上的多孔Si层。接下来，利用氢气退火或诸如表面磨光之类的表面处理，重新使用第一或第二衬底以重复上面的过程。(实例3)(多孔Si层+通过离子注入形成的分离层和喷嘴扫掠)在HF溶液中对具有0.01Ω·cm电阻率的第一P型单晶Si衬底进行阳极氧化。
下面列出阳极氧化条件。电流密度7(mA·cm-2)阳极氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1时间11(分钟)多孔Si层的厚度12(μm)在400℃的氧气中将该衬底氧化一小时。氧化使多孔Si层中孔的内壁被热氧化膜覆盖。用氢氟酸处理多孔Si层表面以便仅除去多孔Si层表面上的氧化膜而保留孔内壁上的氧化膜，然后使用CVD使单晶Si层在多孔Si层上外延生长0.3μm。生长条件列出如下源气体SiH2Cl2/H2气体流速0.5/180l/min.气压80Torr温度950℃生长速度0.3μm/min。
此外，使用热氧化在外延Si层上形成200nm的氧化膜(一层SiO2层)作为一绝缘层。
以使离子的投射行程存在于外延层/多孔Si界面、多孔Si/衬底界面、或多孔Si层中的方式从第一衬底表面注入离子。这样允许作为分离层的层形成在与投射行程对应的深度，作为由微腔或浓缩注入离子形成的应力层。
在诸如N2等离子体处理之类的预处理之后，将分开准备的第二Si衬底的表面放置在SiO2层表面以使它们相互接触。然后在600℃对这些衬底进行10小时热处理以便键合。
使用图3所示装置分离以这种方式形成的键合衬底，分离过程与实施例1中采用的相同。结果是，SiO2层、外延Si层和最初在第一衬底表面上形成的多孔Si层部分被传送到第二衬底。仅有剩余的多孔Si层部分保留在第一衬底的表面上。
接下来，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀传送到第二衬底的多孔Si层。不腐蚀保留的单晶Si层，从而采用单晶Si层作为腐蚀阻挡材料通过有选择地腐蚀将多孔Si层整个去掉。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的单晶Si层。该单晶Si层不受多孔Si层有选择腐蚀的影响。当在所形成的单晶Si层的整个表面100个点测量厚度时，得到的值是201nm±4nm。
用电子透射显微镜观察截面表明在Si层中不出现新晶体缺陷并保持极好的结晶度。
接下来在1100℃的氢气中进行1小时的热处理并用原子间力显微镜评估表面粗糙度。50-μm平方区的均方粗糙度约为0.2nm，与可买到的Si晶片的相似。
通过在第二衬底的表面上而不是在外延层的表面上形成氧化膜或将其形成在两个表面上可获得相似的效果。
另外，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀保留在第一衬底上的多孔Si层。接下来，利用氢气退火或诸如表面磨光之类的表面处理，重新使用第一或第二衬底以重复上面的过程。
根据该实例，在外延层形成之后进行离子住入，但在外延生长前可将离子注入多孔Si层或多孔Si/Si衬底界面。(实例4)(通过离子注入形成的气泡层和喷嘴扫掠)使用热氧化在第一单晶Si层上形成200nm的氧化膜(一层SiO2层)作为一绝缘层。
以使离子的投射行程存在于Si衬底中的方式从第一衬底表面注入离子。这样允许作为分离层的层形成在与投射行程对应的深度，作为由微腔或集总注入离子形成的应力层。
在诸如N2等离子体处理之类的预处理之后，将分开准备的第二Si衬底的表面放置在SiO2层表面以使它们相互接触。然后在600℃对这些衬底进行10小时热处理以便键合。
使用图3所示装置分离以这种方式形成的键合衬底，分离过程与实施例1中采用的相同。
结果是，SiO2层、表面单晶层、和最初在第一衬底表面上形成的分离层部分被传送到第二衬底。仅有剩余的多孔Si层部分保留在第一衬底的表面上。
接下来，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀传送到第二衬底的分离层。不腐蚀保留的单晶Si层，从而采用单晶Si层作为腐蚀阻挡材料通过有选择地腐蚀将分离层整个去掉。
如果保留的分离层足够薄则可省略该腐蚀步骤。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的单晶Si层。该单晶Si层不受分离层有选择腐蚀的影响。当在所形成的单晶Si层的整个表面100个点测量厚度时，得到的值是201nm±4nm。
用电子透射显微镜观察截面表明在Si层中不出现新晶体缺陷并保持极好的结晶度。
接下来在1100℃的氢气中进行1小时的热处理并用原子间力显微镜评估表面粗糙度。50-μm平方区的均方粗糙度约为0.2nm，与可买到的Si晶片的相似。
通过在第二衬底的表面上而不是在外延层表面上形成氧化膜或将其形成在两个表面上可获得相似的效果。
另外，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀保留在第一衬底上的分离层。接下来，利用氢气退火或诸如表面磨光之类的表面处理，重新使用第一或第二衬底以重复上面的过程。
根据该实例，经由借助离子注入形成的分离层将Si晶片的表面区传送到第二衬底，但外延晶片可用来经由通过离子注入形成的分离层将外延层传送到第二衬底。下面的处理也是可能的。根据该实例进行离子注入后，去掉表面Si2O并形成外延层然后是Si2O层，接下来是键合步骤。然后经由通过离子注入形成的分离层将外延层传送到第二衬底。在后一种情况下，还传送Si晶片的表面区。(实例5)(晶片的水平错位和移动)在HF溶液中对具有0.01Ω·cm电阻率的第一P型单晶Si衬底进行阳极氧化 下面列出阳极氧化条件。电流密度7(mA·cm-2)阳极氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1时间11(分钟)多孔Si层的厚度12(μm)用多孔Si形成高质量外延Si层并作为分离层。
多孔Si层的厚度不限于上面的值，但可在0.1至数百μm之间。
在400℃的氧气中将该衬底氧化一小时。氧化使多孔Si层中孔的内壁被热氧化膜覆盖。用氢氟酸处理多孔Si层表面以便仅除去多孔Si层表面上的氧化膜而保留孔内壁上的氧化膜，然后使用CVD使单晶Si层在多孔Si层上外延生长0.3μm。生长条件列出如下源气体SiH2Cl2/H2气体流速0.5/180l/min.气压80Torr温度950℃生长速度0.3μm/min.
此外，使用热氧化在外延Si层上形成200nm的氧化膜(一层SiO2层)作为绝缘层。
将分开准备的第二Si衬底的表面放置在SiO2层表面以使它们相互接触。然后在1180℃对这些衬底进行五分钟的热处理以便键合。
使用图5所示装置分离以这种方式形成的键合衬底。如图5所示，以使晶片201在水平方向延伸的方式将晶片盒放置在盒座207上。从位于晶片侧面的水力喷射装置0.15mm的喷嘴202和203从与键合晶片中的键合界面(表面)平行的方向向其中通过斜削形成有缝隙的键合晶片中的键合区喷射2000kgf/cm2的高压纯水。固定喷嘴并在水平方向扫掠键合晶片，以便沿通过斜削形成的间隙接受高压纯水。
该操作使晶片经多孔Si层分成两部分。然后，用另一个装载机械手存放和收集作为第一和第二衬底的分离晶片。
SiO2层、外延Si层、和最初在第一衬底表面上形成的多孔Si层部分被传送到第二衬底。仅有剩余的多孔Si层部分保留在第一衬底的表面上。
接下来，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀传送到第二衬底的多孔Si层。不腐蚀保留的单晶Si层，从而采用单晶Si层作为腐蚀阻挡材料通过有选择地腐蚀将多孔Si层整个去掉。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的单晶Si层。该单晶Si层不受多孔Si层有选择腐蚀的影响。当在所形成的单晶Si层的整个表面100个点测量厚度时，得到的值是200nm±5nm。
用电子透射显微镜观察截面表明在Si层中不出现新晶体缺陷并保持极好的结晶度。
接下来在1100℃的氢气中进行1小时的热处理并用原子间力显微镜评估表面粗糙度。50-μm平方区的均方粗糙度约为0.2nm，与可买到的Si晶片的相似。
通过在第二衬底的表面上而不是在外延层表面上形成氧化膜或将其形成在两个表面上可获得相似的效果。
另外，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀保留在第一衬底上的多孔Si层。接下来，利用氢气退火或诸如表面磨光之类的表面处理，重新使用第一或第二衬底以重复上面的过程。(实例6)(喷嘴的摆动)在HF溶液中对具有0.01Ω·cm电阻率的第一P型单晶Si衬底进行阳极氧化下面列出阳极氧化条件。电流密度7(mA·cm-2)阳极氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1时间11(分钟)多孔Si层的厚度12(μm)用多孔Si形成高质量外延Si层并作为分离层。
在400℃的氧气中将该衬底氧化一小时。氧化使多孔Si层中孔的内壁被热氧化膜覆盖。用氢氟酸处理多孔Si层表面以便仅除去多孔Si层表面上的氧化膜而保留孔内壁上的氧化膜，然后使用CVD使单晶Si层在多孔Si层上外延生长0.3μm。生长条件列出如下源气体SiH2Cl2/H2气体流速0.5/180l/min。气压80Torr温度950℃生长速度0.3μm/min。
此外，使用热氧化在外延Si层上形成200nm的氧化膜(一层SiO2层)作为一绝缘层。
将分开准备的第二Si衬底的表面放置在SiO2层的表面以使它们相互接触。然后在1180℃对这些衬底进行五分钟的热处理以便键合。
使用图6所示装置分离以这种方式形成的键合衬底。如该图所示，使键合晶片301竖立在垂直方向，从位于晶片上方的水力喷射装置0.15mm的喷嘴302从与键合晶片中的键合界面(表面)平行的方向向其中通过斜削形成有缝隙的键合晶片中的键合区喷射2000kgf/cm2的高压纯水。然后，在与晶片中的键合表面同一平面内摆动喷嘴302以形成扇形，从而在该平面内摆动喷射的水流。
该操作使晶片借助多孔Si层分成两部分。结果是，SiO2层、外延Si层、和最初在第一衬底表面上形成的多孔Si层部分被传送到第二衬底。仅有剩余的多孔Si层部分保留在第一衬底的表面上。
接下来，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀传送到第二衬底的多孔Si层。不腐蚀保留的单晶Si层，从而采用单晶Si层作为腐蚀阻挡材料通过有选择地腐蚀将多孔Si层整个去掉。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的单晶Si层。该单晶Si层不受多孔Si层有选择腐蚀的影响。当在所形成的单晶Si层的整个表面100个点测量厚度时，得到的值是201nm±4nm。
用电子透射显微镜观察截面表明在Si层中不出现新晶体缺陷并保持极好的结晶度。
接下来在1100℃的氢气中进行1小时的热处理并用原子间力显微镜评估表面粗糙度。50-μm平方区的均方粗糙度约为0.2nm，与可买到的Si晶片的相似。
通过在第二衬底的表面上而不是在外延层表面上形成氧化膜或将其形成在两个表面上可获得相似的效果。
另外，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀保留在第一衬底上的多孔Si层。接下来，利用氢气退火或诸如表面磨光之类的表面处理，重新使用第一或第二衬底以重复上面的过程。
通过对其中根据实例2至4形成分离层的晶片进行分离获得相似结果。(实例7)(晶片的转动)在HF溶液中对具有0.01Ω·cm电阻率的第一P型单晶Si衬底进行阳极氧化下面列出阳极氧化条件。电流密度7(mA·cm-2)阳极氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1时间11(分钟)多孔Si层的厚度12(μm)用多孔Si形成高质量外延Si层并作为分离层。
在400℃的氧气中将该衬底氧化一小时。氧化使多孔Si层中孔的内壁被热氧化膜覆盖。用氢氟酸处理多孔Si层表面以便仅除去多孔Si层表面上的氧化膜而保留孔内壁上的氧化膜，然后使用CVD使单晶Si层在多孔Si层上外延生长03μm。生长条件列出如下源气体SiH2Cl2/H2气体流速0.5/180l/min.气压80Torr温度950℃生长速度0.3μm/min.
此外，使用热氧化在外延Si层上形成200nm的氧化膜(一层SiO2层)作为一绝缘层。
将分离准备的第二Si衬底的表面放置在SiO2层的表面以使它们相互接触。然后在1180℃对这些衬底进行5分钟的热处理以便键合。
使用图4所示装置分离以这种方式形成的键合衬底。
使键合晶片401在垂直方向竖立。
设置键合晶片401以便将其装配在定位支杆413上并由夹持器404吸住和夹持。将键合晶片401夹持在准确位置以装配在定位支杆413上后，移动喷嘴402直到其垂直地位于键合晶片401顶部，并且晶片401和喷嘴402之间的距离设定为15mm。然后，借助轴承411向前(图中向左)移动夹持器403直到其吸住并夹持晶片401。
然后，在规定时间周期从水力喷射泵414向喷嘴402提供无磨损材料颗粒的水，直到注入的流体稳定，打开挡板406从喷嘴402向键合晶片401侧面厚度方向的中心注入高压纯水。此刻，转动夹持器404以便转动键合晶片401和夹持器403。高压水还进入多孔Si层以扩展键合晶片401，从而使其最终分成两部分。
接下来，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀传送到第二衬底的多孔Si层。不腐蚀保留的单晶Si层，从而采用单晶Si层作为腐蚀阻挡材料通过有选择地腐蚀将多孔Si层整个去掉。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的单晶Si层。该单晶Si层不受多孔Si层有选择腐蚀的影响。当在所形成的单晶Si层的整个表面100个点测量厚度时，得到的值是200nm±3nm。
用电子透射显微镜观察截面表明在Si层中不出现新晶体缺陷并保持极好的结晶度。
接下来在1100℃的氢气中进行1小时的热处理并用原子间力显微镜评估表面粗糙度。50-μm平方区的均方粗糙度约为0.2nm，与可买到的Si晶片的相似。
通过在第二衬底的表面上而不是在外延层表面上形成氧化膜或将其形成在两个表面上可获得相似的效果。
另外，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀保留在第一衬底上的多孔Si层。接下来，利用氢气退火或诸如表面磨光之类的表面处理，重新使用第一或第二衬底以重复上面的过程。
通过对其中根据实例2至4形成分离层的晶片进行分离获得相似结果。(实例8)(对角注入)在HF溶液中对具有0.01Ω·cm电阻率的第一P型单晶Si衬底进行阳极氧化。下面列出阳极氧化条件。电流密度7(mA·cm-2)阳极氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1时间11(分钟)多孔Si层的厚度12(μm)用多孔Si形成高质量外延Si层并作为分离层。
多孔Si层的厚度不限于上面的值，而是可以在0.1至数百μm之间。
在400℃的氧气中将该衬底氧化一小时。氧化使多孔Si层中孔的内壁被热氧化膜覆盖。用氢氟酸处理多孔Si层表面以便仅除去多孔Si层表面上的氧化膜而保留孔内壁上的氧化膜，然后使用CVD使单晶Si层在多孔Si层上外延生长0.3μm。生长条件列出如下源气体SiH2Cl2/H2气体流速0.5/180l/min.气压80Torr温度950℃生长速度0.3μm/min.
此外，使用热氧化在外延Si层上形成200nm的氧化膜(一层SiO2层)作为一绝缘层。
将分开准备的第二Si衬底的表面放置在SiO2层的表面以使它们相互接触。然后在1180℃对这些衬底进行5分钟的热处理以便键合。
使键合晶片301竖立在垂直方向，从位于晶片上方的水力喷射装置0.15mm直径的喷嘴302从与键合界面(表面)倾斜α角的方向向其中通过斜削形成有缝隙的键合晶片中的键合区喷射2000kgf/cm2的高压纯水。
用图4所示的装置夹持晶片并如图8所示设置喷嘴，以便对着晶片侧面注射流体。
接下来，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀传送到第二衬底的多孔Si层。不腐蚀保留的单晶Si层，从而采用单晶Si层作为腐蚀阻挡材料通过有选择地腐蚀将多孔Si层整个去掉。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的单晶Si层。该单晶Si层不受多孔Si层有选择腐蚀的影响。当在所形成的单晶Si层的整个表面100个点测量厚度时，得到的值是201nm±4nm。
用电子透射显微镜观察截面表明在Si层中不出现新晶体缺陷并保持极好的结晶度。
接下来在1100℃的氢气中进行1小时的热处理并用原子间力显微镜评估表面粗糙度。50-μm平方区的均方粗糙度约为0.2nm，与可买到的Si晶片的相似。
通过在第二衬底的表面上而不是在外延层表面上形成氧化膜或将其形成在两个表面上可获得相似的效果。
另外，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀保留在第一衬底上的多孔Si层。接下来，利用氢气退火或诸如表面磨光之类的表面处理，重新使用第一或第二衬底以重复上面的过程。
通过对其中根据实例2至4形成分离层的晶片进行分离获得相似结果。(实例9)(多束喷射)在HF溶液中对具有0.01Ω·cm电阻率的第一P型单晶Si衬底进行阳极氧化。下面列出阳极氧化条件。电流密度7(mA·cm-2)阳极氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1时间11(分钟)多孔Si层的厚度12(μm)用多孔Si形成高质量外延Si层并作为分离层。
多孔Si层的厚度不限于上面的值，而是可以在0.1至数百μm之间。
在400℃的氧气中将该衬底氧化一小时。氧化使多孔Si层中孔的内壁被热氧化膜覆盖。用氢氟酸处理多孔Si层表面以便仅除去多孔Si层表面上的氧化膜而保留孔内壁上的氧化膜，然后使用CVD使单晶Si层在多孔Si层上外延生长0.3μm。生长条件列出如下源气体SiH2Cl2/H2气体流速0.5/180l/min.气压80Torr温度950℃生长速度0.3μm/min.
此外，使用热氧化在外延Si层上形成200nm的氧化膜(一层SiO2层)作为绝缘层。
将分开准备的第二Si衬底的表面放置在SiO2层的表面以使它们相互接触。然后在1180℃对这些衬底进行5分钟的热处理以便键合。
使用图9所示的装置分离以这种方式形成的键合衬底。
如图9所示，用晶片夹持器708夹持键合晶片701两侧，以使其竖立在垂直方向，通过位于晶片上方或侧面的三个水力喷射装置0.15mm的喷嘴702至704从与键合晶片中的键合界面(表面)平行的方向向通过斜削形成在晶片701中的缝隙喷射2000kgf/cm2的高压纯水。多个喷嘴在高压纯水沿通过斜削形成的缝隙移动的方向扫掠。
该操作使晶片借助多孔Si层被分离成两部分。
结果是，SiO2层、外延Si层、和最初在第一衬底表面上形成的多孔Si层部分被传送到第二衬底。仅有剩余的多孔Si层部分保留在第一衬底的表面上。
接下来，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀传送到第二衬底的多孔Si层。不腐蚀保留的单晶Si层，从而采用单晶Si层作为腐蚀阻挡材料通过有选择地腐蚀将多孔Si层整个去掉。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的单晶Si层。该单晶Si层不受多孔Si层有选择地腐蚀的影响。当在所形成的单晶Si层的整个表面100个点测量厚度时，得到的值是201nm±4nm。
用电子透射显微镜观察截面表明在Si层中不出现新晶体缺陷并保持极好的结晶度。
接下来在1100℃的氢气中进行1小时的热处理并用原子间力显微镜评估表面粗糙度。50-μm平方区的均方粗糙度约为0.2nm，与可买到的Si晶片的相似。
通过在第二衬底的表面上而不是在外延层表面上形成氧化膜或将其形成在两个表面上可获得相似的效果。
另外，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀保留在第一衬底上的多孔Si层。接下来，利用氢气退火或诸如表面磨光之类的表面处理，重新使用第一或第二衬底以重复上面的过程。
通过对其中根据实例2至4形成分离层的晶片进行分离获得相似结果。
在根据实例5至8的水力喷射注入法中使用多个喷嘴也可有效地分离键合晶片。(实例10)(狭缝喷射)在HF溶液中对具有0.01Ω·cm电阻率的第一P型单晶Si衬底进行阳极氧化。下面列出阳极氧化条件。电流密度7(mA·cm-2)阳极氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1时间11(分钟)多孔Si层的厚度12(μm)用多孔Si形成高质量外延Si层并作为分离层。
多孔Si层的厚度不限于上面的值，而是可以在0.1至数百μm之间。
在400℃的氧气中将该衬底氧化一小时。氧化使多孔Si层中孔的内壁被热氧化膜覆盖。用氢氟酸处理多孔Si层表面以便仅除去多孔Si层表面上的氧化膜而保留孔内壁上的氧化膜，然后使用CVD使单晶Si层在多孔Si层上外延生长0.3μm。生长条件列出如下源气体SiH2Cl2/H2气体流速0.5/180l/min.气压80Torr温度950℃生长速度0.3μm/min.
此外，使用热氧化在外延Si层上形成200nm的氧化膜(一层SiO2层)作为绝缘层。
将分开准备的第二Si衬底的表面放置在SiO2层的表面以使它们相互接触。然后在1180℃对这些衬底进行5分钟的热处理以便键合。
使用图10A和10B所示的装置分离以这种方式形成的键合衬底。
如图10A和10B所示，使键合晶片竖立在垂直方向，通过位于晶片上方或侧面的水力喷射装置0.15mm宽和50mm长的狭缝形喷嘴，从与键合晶片中的键合界面(表面)平行的方向对着通过斜削形成在晶片中的缝隙喷射800kgf/cm2的高压纯水。该狭缝与键合晶片中的键合界面(表面)平行设置，并且对着通过斜削形成在晶片中的缝隙准确地注射线状水流。多个喷嘴在高压纯水沿通过斜削形成的缝隙移动的方向扫掠。
该操作使晶片借助多孔Si层被分离成两部分。
结果是，SiO2层、外延Si层、和最初在第一衬底表面上形成的多孔Si层部分被传送到第二衬底。仅有剩余的多孔Si层部分保留在第一衬底的表面上。
接下来，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀传送到第二衬底的多孔Si层。不腐蚀保留的单晶Si层，从而采用单晶Si层作为腐蚀阻挡材料通过有选择地腐蚀将多孔Si层整个去掉。
在Si氧化膜上形成0.2μm厚的单晶Si层。该单晶Si层不受多孔Si层有选择地腐蚀的影响。当在所形成的单晶Si层的整个表面100个点测量厚度时，得到的值是201nm±4nm。
用电子透射显微镜观察截面表明在Si层中不出现新晶体缺陷并保持极好的结晶度。
接下来在1100℃的氢气中进行1小时的热处理并用原子间力显微镜评估表面粗糙度。50-μm平方区的均方粗糙度约为0.2nm，与可买到的Si晶片的相似。
通过在第二衬底的表面上而不是在外延层表面上形成氧化膜或将其形成在两个表面上可获得相似的效果。
另外，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀保留在第一衬底上的多孔Si层。接下来，利用氢气退火或诸如表面磨光之类的表面处理，重新使用第一或第二衬底以重复上面的过程。
通过对其中根据实例2至4形成分离层的晶片进行分离获得相似结果。(实例11)(石英衬底)制备石英透光衬底作为第二衬底。
在键合和在400℃进行100小时热处理前对石英表面施用N2等离子体处理。然后，在低于1000℃的氢气下进行热处理以弄平分离后的SOI表面，这种情况下，在970℃进行4小时热处理。
其它处理与实例1至10中的相同。
如果用绝缘材料的透明衬底作为第二衬底，在实例1至10中在外延Si层表面上形成氧化膜(绝缘层)不一定很重要。然而，为使上面将依次形成诸如晶体管之类元件的外延Si层离开键合界面以减少界面中杂质的影响，最好形成氧化膜(绝缘层)。(实例12)(Si上的GaAs)通过形成由GaAs代表的化合物半导体的外延层可同样实施实例1至10。
这种情况下，水力喷射压力保持在500至3500kgf/cm2，并且喷嘴直径为0.1mm或更大(键合晶片总厚度的一半)。
使GaAs外延层在多孔Si层上生长的方法不限于CVD法，而是可通过诸如MBE、溅射、和液相生长法之类的各种方法实现。该层的厚度在数nm和数百nm之间。
在这些实例的每一个中，用于离子注入层或多孔层的选择腐蚀液不限于49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物，但由于其巨大的表面积，可使用下列液体腐蚀多孔Si层氢氟酸氢氟酸+酒精；氢氟酸+酒精+过氧化氢溶液；缓冲氢氟酸缓冲氢氟酸+酒精；缓冲氢氟酸+过氧化氢溶液；缓冲氢氟酸+酒精+过氧化氢溶液；氢氟酸、硝酸、和乙酸。
其它步骤不限于这些实例中的条件，而是可使用各种其它条件。(实例13)(晶片转动)制备具有0.01Ω·cm电阻率的盘形P型单晶Si晶片并使其表面在HF溶液中进行阳极氧化。
下面列出阳极氧化条件。电流密度7(mA·cm-2)阳极氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1时间11(分钟)多孔Si层的厚度12(μm)在400℃的氧气中将该晶片氧化一小时。氧化使多孔Si层中孔的内壁被热氧化膜覆盖。用氢氟酸处理多孔Si层表面以便仅除去多孔Si层表面上的氧化膜而保留内壁上的氧化膜，然后使用CVD使单晶Si层在多孔Si层上外延生长0.3μm。生长条件列出如下源气体SiH2Cl2/H2气体流速0.5/180l/min.气压80 Torr温度950℃生长速度0.3μm/min.
此外，使用热氧化在外延Si层上形成200nm的氧化膜(一层SiO2层)作为一绝缘层。
除了以这种方式形成的第一衬底外，制备一个盘形Si晶片作为第二Si衬底。
将第二Si衬底的表面放置在第一Si衬底的SiO2层的表面以使它们相互接触。然后在1180℃对这些衬底进行5分钟的热处理以便键合。
接下来，做好准备以便用图14、15、和17至20所示装置分离由键合晶片组成的组合元件。
定位作为组合元件的晶片以使其在垂直方向竖立，同时装配在定位座35中的凹口上。
从管道52和54向增压通道56提供增压空气，夹持部分45a和46a分别向晶片前表面和后表面移动，以使晶片前和后表面分别与各具有开口op的夹持部分45a和46a相邻，如图18所示。
使用管道51和53，将晶片吸住并固定到夹持部分45a和46a。停止提供增压空气，并使用弹簧47和48在晶片前和后表面相反的法线方向向晶片提供压力。
随着挡板61的关闭，无磨损颗粒的纯水从泵62强有力地输送到直径0.15mm的喷嘴，泵62工作，以约200kgf/cm2的压力注射水。
定位座35移到其备用位置，接通电机32的电力，经轴31以及皮带27和28传送转动驱动力，以转动夹持器21和22。
由于夹持部分45a和46a吸住晶片，它开始与夹持器21和22在相同方向以相同角速度同时转动。
打开挡板61以对着晶片侧面的分离部分喷射水流，如图19所示。
来自水力喷射装置的水进入分离部分中的孔，以便在作为分离部分的多孔层周围分离晶片。
随着水力喷射的注入和晶片的连续转动，通过分离形成的缝隙从晶片周边逐渐向其转动中心扩大并最终将晶片分离，如图20所示。
由于晶片在图20中所示的箭头TA和TB方向受力，该晶片与晶片转动中心的最后分离处同时分离，如图20所示。
接下来，停止强制供水并从夹持部分45a和46a移去分离的晶片。
接下来，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀传送到第二衬底的剩余多孔Si层。不腐蚀保留的单晶Si层，从而采用单晶Si层作为腐蚀阻挡材料通过有选择地腐蚀将多孔Si层整个去掉，从而露出薄单晶Si层。
于是，获得在第二衬底的Si氧化膜上具有0.2μm厚的单晶Si层的第一SOI衬底。该单晶Si层不受多孔Si层有选择地腐蚀的影响。当在所形成的单晶Si层整个表面100个点测量厚度时，得到的值是201nm±2nm。
用电子透射显微镜观察截面表明在Si层中不出现新晶体缺陷并保持极好的结晶度。
接下来在1100℃的氢气中进行50分钟的热处理并用原子间力显微镜评估表面粗糙度。50-μm平方区的均方粗糙度约为0.2nm。
另外，使用49％的氢氟酸和30％的过氧化氢溶液的混合物通过搅拌有选择地腐蚀保留在第一衬底上的多孔Si层。接下来，进行诸如磨光之类的表面处理，重新使用第一或第二衬底以重复上面的过程。
对已磨光的第一衬底再次进行阳极氧化以形成多孔Si层，并使无孔单晶Si在其上生长。氧化已外延生长的无孔单晶Si层表面。然后，将作为第三衬底分开制备的Si晶片表面键合到第一衬底的单晶Si层的氧化表面上。
上面的处理条件与第一键合晶片生产中的相同。
以与上面描述的第一分离方法中相同的方式再次分离晶片，以得到在第三衬底的绝缘表面上具有单晶Si层的第二SOI衬底。
重复上述过程，循环第一衬底以制造第三和第四SOI衬底。
如上所述，本发明能使内部具有分离区的组合元件在分离区周围分离成多个更小的元件，而除分离区外不损坏或破坏那些部分。因此，本发明使半导体衬底具有比常规半导体更高的质量，制造容易并可靠，并具有高产量。
权利要求
1.一种分离设备，用于分离一种组合元件，包括一个保持装置，用于保持一个组合元件；以及一个喷射装置，用于把高压流体喷射到所述组合元件的一个侧表面上从而对所述组合元件进行机械分离。
2.一种分离设备，用于分离一种组合元件，包括一个保持装置，用于保持一个组合元件；一个喷射装置，用于把高压流体从一个喷嘴喷射到所述组合元件的一个侧表面从而对所述组合元件进行机械分离；一个运动机构装置，用于使所述组合元件沿着该组合元件的一个分离平面相对于所述喷嘴作相对运动，其中当喷射所述流体时所述流体所喷射到的所述侧表面的位置是移动的。
3.根据权利要求2的分离设备，其中所述喷射装置从所述喷嘴喷射高压水流。
4.根据权利要求2的分离设备，其中所述组合元件是固定的且所述喷嘴是移动的以使所述组合元件相对于所述喷嘴作相对运动。
5.根据权利要求2的分离设备，其中所述组合元件被转动以使所述组合元件相对于所述喷嘴作相对运动。
6.根据权利要求2的分离设备，还包括一个保持器，用于保持所述组合元件；一个喷嘴水平运动机械装置，用于沿着所述组合元件的所述分离平面并沿着水平方向移动所述喷嘴；以及一个喷嘴纵向运动机械装置，用于调节所述组合元件与所述喷嘴之间的一个纵向距离。
7.根据权利要求2的分离设备，还包括用于以绕一个支撑点划出一个扇形的方式对所述喷嘴进行扫描的装置。
8.根据权利要求2的分离设备，其中所述喷嘴绕所述组合元件转动。
9.根据权利要求2的分离设备，包括多个喷嘴。
10.根据权利要求2的分离设备，其中所述组合元件得到扫描以在所述喷嘴被固定的情况下对所述水流进行扫描。
11.根据权利要求2的分离设备，其中所述组合元件以可转动的方式得到保持，且所述流体在所述组合元件绕所述组合元件的所述分离平面的中心转动的同时被喷射到所述组合元件上。
12.根据权利要求2的分离设备，其中所述组合元件的一个第一表面被所述第一保持器所吸收，所述组合元件的一个第二表面被所述第二保持器所吸收，且所述第一和第二保持器之一借助一个驱动装置而绕其本身的轴转动。
13.根据权利要求2的分离设备，其中所述组合元件的一个第一表面被所述第一保持器所吸收，所述组合元件的一个第二表面被所述第二保持器所吸收，且所述第一和第二保持器借助一个驱动装置而绕它们自己的轴作同步转动。
14.根据权利要求2的分离设备，其中所述保持装置对所述组合元件进行保持从而使所述组合元件的所述分离平面处于一个水平位置。
15.用于对一种组合元件进行分离的方法，包括以下步骤借助一个保持装置保持一个组合元件；以及把高压流体喷射到所述组合元件的一个侧表面上从而对所述组合元件进行机械分离。
16.分离一种组合元件的一种方法，包括以下步骤借助一个保持装置而保持一个组合元件；把高压流体从一个喷嘴喷射到所述组合元件的一个侧表面从而对所述组合元件进行机械分离；使所述组合元件沿着该组合元件的一个分离平面相对于所述喷嘴作相对运动，其中当喷射所述流体时所述流体所喷射到的所述侧表面的位置是移动的。
17.根据权利要求16的分离方法，其中所述流体是高压水流。
18.根据权利要求16的分离方法，其中所述组合元件是固定的且所述喷嘴是移动的以使所述组合元件相对于所述喷嘴作相对运动。
19.根据权利要求16的分离方法，其中所述组合元件被转动以使所述组合元件相对于所述喷嘴作相对运动。
20.根据权利要求16的方法，其中所述喷嘴以绕一个支撑点划出一个扇形的方式得到扫描。
21.根据权利要求16的方法，其中所述喷嘴沿着所述组合元件的所述侧表面绕所述组合元件转动。
22.根据权利要求16的方法，其中所述流体从多个喷嘴喷射。
23.根据权利要求16的方法，其中所述组合元件得到扫描以在所述喷嘴被固定的情况下对所述水流进行扫描。
24.根据权利要求16的方法，其中所述组合元件以可转动的方式得到保持，且所述流体在所述组合元件绕所述组合元件的所述分离平面的中心转动的同时被喷射到所述组合元件上。
25.根据权利要求16的方法，其中所述组合元件的一个第一表面被所述第一保持器所吸收，所述组合元件的一个第二表面被所述第二保持器所吸收，且所述第一和第二保持器之一借助一个驱动装置而绕其本身的轴转动。
26.根据权利要求16的方法，其中所述组合元件的一个第一表面被所述第一保持器所吸收，所述组合元件的一个第二表面被所述第二保持器所吸收，且所述第一和第二保持器借助一个驱动装置而绕它们自己的轴作同步转动。
27.根据权利要求16的方法，其中所述组合元件被保持从而使所述组合元件的所述分离平面处于一个水平位置。
28.根据权利要求16的方法，其中所述组合元件，是通过对具有用于提供所述分离平面的一个分离区的一个第一元件和一个第二元件进行接合，而形成的。
29.根据权利要求16的方法，其中所述组合元件，是通过对具有用于提供所述分离平面的一个多孔层或一个离子注入层的一个第一元件和一个第二元件进行接合，而形成的。
30.根据权利要求16的方法，其中在所述组合元件的所述侧表面上形成有一个凹陷部分或一个窄的间隙。
31.根据权利要求16的方法，其中所述流体是不含研磨颗粒的纯水。
全文摘要
为分离由多个键合元件组成的组合元件而不将其破坏或损坏，从喷嘴对着组合元件喷射流体，以便在与键合位置不同的位置将组合元件分离成多个元件。
文档编号H01L21/683GK1444252SQ0310755
公开日2003年9月24日 申请日期1998年3月27日 优先权日1997年3月27日
发明者近江和明, 米原隆夫, 坂口清文, 柳田一隆 申请人:佳能株式会社