用于分离基板的层的设备和用于形成独立的外延半导体基板的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本文所述的实施方式涉及制造半导体基板的设备。更特定而言，本文所述的实施方式涉及制造单晶半导体基板的设备。
【背景技术】
[0002]半导体基板广泛用于制造基于半导体材料的独特电磁特性而操作的多种装置。在众多情况下，半导体基板具有单晶(monocrystalline)或单个晶体(single crystal)的形态。结晶娃基板可以传统方式通过使用切克劳斯基法(Czochralski)或浮动区域工艺从单晶硅锭或单晶硅晶棒锯切板材而获得。锯切基板的工艺产生粉状硅废肩流(被称作切口)，此废肩流是晶锭中是锯条厚度的一部分的粉碎残余物。粉状硅通常被回收到新晶锭中，但切口构成晶锭的较大部分，并且因此增加从晶锭获取每一单独板材的成本。
[0003]结晶硅基板也可以传统方式通过使用CVD工艺在单个晶体模板基板上生长外延层而获得。然后，通过剥离或水锯切将外延层自模板基板分裂开。可在自模板基板分裂开之前或之后使装置形成在基板上。可通过在模板基板上生长外延层之前在模板基板中形成小孔来促进分裂，或通过在选定深度注入离子以形成裂缝来促进分裂。“手柄”基板常粘结至外延层以便在分裂之后便于搬运。
[0004]传统的外延是缓慢的工艺。将如上文提及的模板基板安置在CVD腔室中，并将模板基板加热到处理温度。将前驱气体混合物提供至腔室，并将模板基板表面暴露于所述气体。一层以逐个原子的方式在模板基板上生长，直至达到所需的厚度。使单晶基板生长至合理的厚度(如500 μπι)可能由于单晶材料的生长速率受限而需数小时。可在极严格的条件下实施液相外延，外延的形态结果严重依赖对沉积界面保持的严格控制。固相外延也可用以产生单晶层，但这种工艺通常需要大量能量以使多晶材料或非晶材料再结晶。
[0005]需要用以高速制造单晶和/或外延半导体基板的新方法和设备。
【实用新型内容】
[0006]本文描述一种用于分离基板的层的设备，所述设备包括:腔室；基板支座，安置在所述腔室中，并且界定基板处理平面；和机械能来源，面对所述基板处理平面。
[0007]另一方面，本文描述一种用于分离基板的层的设备，所述设备包括:腔室；基板支座，界定基板处理平面；第一接触致动器，具有面对所述基板处理平面的第一基板接触表面；第二接触致动器，具有面对所述基板处理平面的第二基板接触表面，并且安置与所述第一接触致动器的所述基板处理平面相对之处；第一机械应力来源，耦接至所述第一接触致动器；和第二机械应力来源，耦接至所述第二接触致动器。
[0008]再一方面，本文描述一种用于形成独立的外延半导体基板的设备，所述设备包括:孔隙产生单元；外延单元；分离单元，所述分离单元包括:腔室；安置在所述腔室中用于一或更多个基板的支座，其中所述支座界定基板处理平面；和机械能来源，面对所述基板处理平面；清洁单元；和输送机，连接所述孔隙产生单元、所述外延单元、所述分离单元和所述清洁单元。
[0009]又一方面，本文描述一种用于形成独立的外延半导体基板的设备，所述设备包括:第一输送机，用于承载安置在基座中的模板基板；孔隙产生站，具有多个基座支座位置；第二输送机，将所述孔隙产生站连接至外延站，所述外延站具有安置在处理腔室中的多个基座支座位置；第三输送机，用于将所述外延站连接至层压站，所述层压站包括保护膜第一来源、与所述第一来源相对的保护膜第二来源、和用于将基板密封在所述保护膜内的闭合构件；横向分离站，包括划线装置；层分离站，包括两个机械能来源，所述来源面对基板处理平面；层去除站，包括两个旋转层去除装置；和基板回收站，连接至所述第一输送机。
【附图说明】
[0010]为了能够详细理解上文中列举的本实用新型特征，可参考实施方式对上文简述的本实用新型进行更为特定的描述，所述实施方式中的一些实施方式在附图中进行图示。然而，将注意，附图仅图示本实用新型的典型实施方式，因此不被视作限制本实用新型范围，因为本实用新型可能承认其他同等有效的实施方式。
[0011]图1是概述根据一个实施方式制造外延半导体基板的方法的流程图。
[0012]图2是概述在模板基板上形成多孔层的方法的流程图，所述模板基板可用于图1的方法中。
[0013]图3是用于实施图2中方法的设备的示意性侧视图。
[0014]图4是概述根据另一实施方式的外延方法的流程图。
[0015]图5A和图5C是可用以执行图4中方法的外延设备的两个实施方式的示意性侧视图。
[0016]图5B是可用于图5A中设备的替代性基板支撑组件的示意性横截面视图。
[0017]图6是概述根据另一实施方式的获得基板的方法的流程图。
[0018]图7A-7D是可用以执行图6中方法的分离设备的四个实施方式的示意性侧视图。
[0019]图8A-8C是经受图1、图2和图4中方法的基板的横截面视图。
[0020]图9A-9F是经受图1、图2、图4和图6中方法的基板的横截面视图。
[0021]图10A-10C是经受图6中方法的变型的基板的侧视图。
[0022]图1lA是根据一个实施方式用于制造外延基板的设备的示意性侧视图。
[0023]图1lB是图1lA中设备的平面视图。
[0024]为了便于理解，在可能的情況下已使用相同附图标记以指定附图中共有的相同元件。设想一个实施方式中所公开的元件可在无需特定详述的情況下有利地用于其他实施方式。
【具体实施方式】
[0025]本文所述的实施方式一般提供用于形成具有单晶、大体上单晶，或外延形态的半导体基板的方法和设备。此种基板可用于后续处理以形成半导体装置，如逻辑、存储器、通信、功率、光学、照明或任何其他有用的半导体装置。结晶硅基板常用于例如光伏应用中，并且结晶化合物半导体基板常用以制造发光半导体装置。可利用本文所述的方法和设备而获得的基板是通过双侧外延工艺而形成的，在此工艺中，模板基板的两个主表面同时经受外延生长工艺以在基板上形成两个外延层，随后使用机械能将所述外延层分裂开。
[0026]图1是概述根据一个实施方式形成外延半导体基板的方法100的流程图。在102中，多孔层形成于模板基板的两个主表面上。模板基板是可与所需外延基板的材料具有类似形态的半导体材料。模板基板可为硅、如硅与锗的半导体元件组合，或如III/V族化合物、II/VI族化合物、III/IV/V族化合物、II/IV/VI族化合物或其他此种化合物的化合物半导体。模板基板通常具有大于从方法100获得的基板所需厚度的厚度。模板基板的厚度可在约50 μ m与约5cm之间，如在约0.1mm与约3cm之间，例如约2cm。
[0027]多孔层通常形成至一深度，此深度将支持经由多孔层将外延基板从模板基板上分裂开。每一多孔层可具有一厚度，此厚度在约0.1 μπι与约3 μπι之间，如约0.5 μπι与约2 ym之间，例如约I μπι。多孔层可具有一密度，此密度在模板基板材料的密度的约25%与约75%之间。形成多孔层通过在材料中形成孔隙而降低模板基板材料的密度。降低的密度便于多孔性材料相较于密致材料的选择性压裂，因为孔隙率降低材料强度和材料的抗机械失效性。
[0028]模板基板的每一表面上的多孔层可具有大体上恒定的厚度或变化的厚度。例如，多孔层的第一部分可具有第一厚度，且多孔层的第二部分可具有不同于第一厚度的第二厚度。此种实施方式可用于在单个模板基板上形成具有不同厚度的外延层。
[0029]在104中，夕卜延层形成于在102中形成的每一多孔层上。外延层可同时或连续地在模板基板的两个主表面上形成。外延层通常生长至一厚度，以便外延层可与模板基板分离，并在不受损坏的情况下进行搬运。层的厚度可在约50 μ m与约500 μ m之间，如在约100 μ m与约200 μ m之间，例如约150 μ m。
[0030]在106中，将机械能引导至上方形成有外延层的模板基板。可通过与机械致动器接触或在不接触的情况下经由传输介质来将机械能引导向基板。机械能加压于模板基板材料，导致薄弱的多孔层的压裂，以使外延层能够从模板基板分离。可将机械能同时或连续地引导至模板基板的两个主表面。
[0031]在108中，使外延半导体层从模板基板处脱离。外延层与模板基板主体之间的多孔层由于在106中施加的机械能而弱化或破裂，并且可使用极少力或不使用力来分离外延层。如果多孔层中一或更多个层的破裂不完全，则可施加少许剥离力以完整分离外延层。
[0032]在110中，多孔层中可能粘附至已脱离的外延层的任何残余物被去除以形成外延半导体基板。可通过化学方法、物理方法，或上述两者的组合来去除多孔性材料。可通过蚀刻化学作用蚀刻多孔材料，所述蚀刻化学作用蚀刻多孔性材料的速度比密致材料快。含氢等离子体即为此种化学方法。也可在如CMP的平坦化工艺中去除多孔性材料。
[0033]在112中，回收模板基板。可使用任何方便的工艺去除任何多孔性残余物，如上文提及的工艺。可回收模板基板直至所述模板基板的厚度小于公差极限，如50 μπι。
[0034]图2是概述在基板上形成多孔层的方法200的流程图，所述基板可用于方法100中。方法200在电场的强制下使用离子以穿透和分裂模板基板的表面，从而使密度降低。在202中，模板基板安置在电解液中。电解液通常容纳在容器中，且可将模板基板浸没在容器中的所述电解液中。可将模板基板的两个主表面同时或连续地暴露于电解液。电解液是离子溶液，所述离子溶液可能是水溶液或极性有机溶液。
[0035]在204中，将电势施加于电解液。施加电势以便产生沿与模板基板主表面相交的方向定向的电场。电场可垂直于模板基板的主表面。
[0036]在206中，驱动来自电解液的离子进入模板基板的主表面或与表面材料反应，从而在模板基板的表面中形成孔隙。电势使电解液中的离子向电场方向的行进速度加快。离子与模板基板表面碰撞、与模板基板表面反应，和/或穿透模板基板表面，从而破坏模板基板表面中的原子结构，或从表面去除原子，并且降低表面上的局部密度。
[0037]电势的极性可在需要时反转，以将来自电解液的离子向模板基板的第二主表面驱动。电势的极性可在需要时互换，以循环驱动离子朝向模板基板的两个主表面。
[0038]电解液可以是经受电场增强作用的任何离子溶液。在一个实施方式中，电解液可为HF在IPA中的溶液。当硅基板浸没在此种