專利名稱：用于分離單晶體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法用以分離單晶體、特別是單晶的盤片或晶片或其部分。本發(fā)明特別涉及這樣一種分離單晶體的方法，其帶有自動調(diào)整的裂紋擴(kuò)展的。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)材料的單晶的晶片作為基片用于制造微型電子構(gòu)件例如場效應(yīng)的和異雙極 的晶體管或光電子構(gòu)件如激光二極管和發(fā)光二極管。在這些基片上通過不同的方法如CVD、 M0CVD、LPE、MBE來施設(shè)功能層和必要時精加工或通過在基片內(nèi)離子植入而產(chǎn)生。然后它們 在曝光掩膜的多次使用下完成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)化過程。為了各曝光掩膜的定向(調(diào)準(zhǔn))和必要時需要的正面與背面的區(qū)別，基片具有所 謂定向平直面(OF)和相對于它沿順時針方向或逆時針方向位錯90°的標(biāo)識平直面(IF)。 晶片法線和各平直面的面法線一般是相互垂直的。晶片具有平直面的傳統(tǒng)的制造過程包 括借助于磨削產(chǎn)生平直面。定向平直面的定向精度相對于結(jié)晶學(xué)的{110}方向在傳統(tǒng)的 晶片制造中為士 1°，對于標(biāo)識平直面為士5°，但按這種方式對于定向平直面也可達(dá)到 士0.02°。通過磨削制造的平直面可以沿平直面具有起伏的失去方向和破裂，它們作為用 于曝光掩膜的調(diào)準(zhǔn)的基準(zhǔn)損害其功能。這對于激光二極管的制造尤其如此，對其要求高精 密的和還無干擾的邊緣清晰的平直面包括沿一對其技術(shù)重要的長度測量的< |0. 02° I的 定向精度。已知，當(dāng)代替通過磨削而通過一般脆的半導(dǎo)體材料在使用自然的分裂平面下的分 裂產(chǎn)生平直面時，可以提高平直面的定向精度。例如在III-V半導(dǎo)體中{110}面是自然的分 裂面。由US 5，27，077和US5，439，723已知具有這樣的通過分裂產(chǎn)生的平直面的晶片。由 US5, 154，333已知一種裝置，利用它超出晶片的確定的彎曲應(yīng)力進(jìn)行分裂，其中具有一通過 縫隙產(chǎn)生的裂紋芽。但機(jī)械的分裂裝置的缺點在于，不能控制裂紋擴(kuò)展并且通過在晶片邊 緣上的斷裂芽開始斷裂實現(xiàn)復(fù)雜的斷裂方式。另外具有熱分離方法，其利用局部的加熱和相鄰的局部的冷卻的組合工作?；?的方法是在DE 28 13 302中描述的方法，用于借助于由熱引起的應(yīng)力切割平板玻璃。在該 方法中將玻璃在兩主平面的至少一個上在兩個向設(shè)定的直的切割線的方向依次設(shè)置的、清 晰分界的并對稱于切割線的區(qū)域內(nèi)在一個區(qū)域內(nèi)加熱而在另一區(qū)域內(nèi)冷卻。在玻璃厚度上 并且向切割線的方向產(chǎn)生的溫度梯度在玻璃中引起熱應(yīng)力，其將一從邊緣裂紋起的裂紋垂 直于主平面沿設(shè)定的直的切割線推進(jìn)，其中通過調(diào)節(jié)施加的溫度和加熱/冷卻裝置的進(jìn)給 控制裂紋擴(kuò)展速度。由WO 93/20015已知一種方法用以分離半導(dǎo)體構(gòu)件。在該方法中通過在加熱的激 光束與接著的冷卻之間的區(qū)域內(nèi)形成拉應(yīng)力開始斷裂。利用該方法應(yīng)控制通過熱應(yīng)力產(chǎn)生 的斷裂的形狀、方向、深度和速度以及精度。已知的用于通過裂紋擴(kuò)展分離脆材料的方法的一個特征是初始裂紋的產(chǎn)生或存 在。在裂紋尖端的周圍現(xiàn)在利用適合的方法產(chǎn)生例如上述的機(jī)械的彎曲應(yīng)力或利用加熱產(chǎn)生應(yīng)力場。該應(yīng)力場導(dǎo)致在裂紋前沿上的復(fù)雜的應(yīng)力，其通過應(yīng)力強(qiáng)度因數(shù)K表征。如果 這樣選擇應(yīng)力場，使得滿足K > Kc,(1. 1)其中Kc是材料特定的應(yīng)力強(qiáng)度因數(shù)，則裂紋長度如此長地擴(kuò)大，直到滿足K ^ Kco(1.2)K>Kc是分離過程的進(jìn)展條件，其必須連續(xù)地或間隔地保持，直到達(dá)到完全的分離。裂紋擴(kuò)展按照待分離的物體的自由能的最小化原理延伸。這意味著，裂紋這樣擴(kuò) 展，即在各向同性的材料中機(jī)械的能量釋放率G是最大的。在各向異性的材料中在系統(tǒng)的 總能量的最小化時在裂紋擴(kuò)展的過程中分離的面積的有效表面能量2 ^的最小化原理與 機(jī)械的能量釋放率的最大化原理相競爭。
(1.3)其中U是系統(tǒng)的總能量，C是通過裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生的面積。對于上述方法意味著，在各向同性的材料中與時間和位置相關(guān)的應(yīng)力場控制裂紋 走向。在存在結(jié)晶學(xué)的分裂平面時(其特征是最小的有效表面能量)，在裂紋進(jìn)展時通過應(yīng) 力場迫使的裂紋擴(kuò)展方向(G—最大)與該結(jié)晶學(xué)的分裂平面的方向相競爭，后者具有最小 的有效表面能量。因此實際上利用所述方法只能制造這樣的分裂平面，它們在相鄰的晶格 面中具有階梯和突變。這對技術(shù)相關(guān)的分裂面如激光器構(gòu)件的諧振面和分裂的平直面的定 向偏差產(chǎn)生不利作用。如果產(chǎn)生垂直于要求的分裂平面的拉應(yīng)力場，則理論上能夠制造絕對平的分裂 面。在這種情況下將應(yīng)力場和分裂平面這樣相互適配，使它們不相互競爭。這些條件實際 上并不能遵守。例如為了激光器構(gòu)件的分裂，要求必須將晶片高精密地相對分裂裝置定向， 以便至少沿激光器構(gòu)件的長度達(dá)到分裂平面的足夠的質(zhì)量。既使在晶片定向相對于產(chǎn)生的 應(yīng)力場的極小的偏差也不可避免在分裂平面上的階梯。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種方法用以分離單晶體，其避免上述缺點，并且在直到要 求的部件的完全分離的全部距離上保證精確的分裂平面。通過一種按照權(quán)利要求1所述的方法和通過一種按照權(quán)利要求13或14所述的單 晶體達(dá)到該目的。諸從屬權(quán)利要求中說明本發(fā)明的進(jìn)一步構(gòu)成。該方法的優(yōu)點是，只需要用實際常用的精度相對于分裂裝置事先預(yù)定和調(diào)節(jié)結(jié)晶 學(xué)的分裂平面。通過按照本發(fā)明的過程條件保證擴(kuò)展的裂紋的精確定向，這些過程條件迫 使結(jié)晶學(xué)的分裂平面的裂紋擴(kuò)展的精確的自動調(diào)節(jié)，而無階梯和突變。根據(jù)本發(fā)明可達(dá)到具有彡10.02° 、|0.01° 、|0.005° 或甚至|0.001° 的 精度的分裂面，其在相應(yīng)技術(shù)相關(guān)的面的長度或其多個分表面的范圍上測量。相應(yīng)技術(shù)相 關(guān)的面在激光二極管的情況下相應(yīng)于激光諧振器的長度，或在集成的轉(zhuǎn)換電路的情況下相 應(yīng)于待分離的芯片的邊緣長度。在分裂晶片以便形成平直面時它相應(yīng)于平直面長度。根據(jù)在這里建議的自動調(diào)節(jié)的分裂，自然分裂面的制造也是可能的。通過晶體在基準(zhǔn)面上的緊貼，相對于結(jié)晶學(xué)的晶格面測量分離面的定向精度，其 中定位分離面的至少兩點。利用X射線測角計然后可以相對于該基準(zhǔn)面確定結(jié)晶學(xué)的晶格 面的定向?，F(xiàn)在將晶格面定向與基準(zhǔn)擋靠面聯(lián)系起來，由此得出角度差，其在這里代表精度。分離面相對于用于確定晶格面定向的基準(zhǔn)面的定向除通過機(jī)械的擋靠之外也可以按其它的方法例如通光學(xué)方法來實現(xiàn)。除確定按照方法制造的分裂面的工藝上重要的長度的全局的定向偏差外，也可以 求得局部的定向偏差，即將工藝上重要的長度分成例如2mm的分長度并且例如借助于光學(xué) 顯微鏡、微型干涉儀、白光干涉儀或自動準(zhǔn)直儀實現(xiàn)它們的定向。分離面的定向精度在這種 情況下相當(dāng)于最大的這樣測量的局部的偏差。通過本發(fā)明得到的分裂面通過已知的測量方法例如通過LEED方法可不同于由具 有不同定向的半導(dǎo)體盤片的這樣的分裂面，對此參見Qian，G. X. ,Martin,R. Μ.，Chadi，DJ.， in Phys. Rev. B, Vol. 37, p. 1303. (1988)或者 Bechstedt，F(xiàn). “ Principles of Surface Physics"，SpringerVerlag ;ISBN 978-3-540-00635-0，第 1. 2. 4 章；第 16 18 頁。如果 利用III-V半導(dǎo)體的自然的分裂面則只顯示出松弛的、但沒有重構(gòu)的在表面附近的原子排 列，如這是對于不同定向的情況。
由實施例的描述借助附圖得出其它的優(yōu)點和適宜方案。其中圖1待分裂的晶片的示意俯視圖；圖2在遵守第一條件時能量釋放率G和有效表面能量2Ye;圖3在遵守第二條件時能量釋放率G和有效表面能量2 Y e ；圖4在遵守第三條件時能量釋放率G和有效表面能量2 Y e ；圖5在遵守其第四條件時能量釋放率G和有效表面能量2Ye;圖6裂紋擴(kuò)展的第一階段；圖7裂紋擴(kuò)展的第二階段，其通過應(yīng)力場的相對運動來控制(例如在各向同性的 材料中)；圖8在存在結(jié)晶學(xué)的分裂平面和在應(yīng)力場相對于它不對稱的調(diào)節(jié)時在偏離于要 求的分裂方向的情況下裂紋擴(kuò)展的一個階段；圖9在應(yīng)力場相對于分裂平面的理想對稱的調(diào)節(jié)時裂紋擴(kuò)展沿要求的分裂方向 的一個階段；圖10晶片在分裂裝置中的定向的示意圖；圖11在開始區(qū)域內(nèi)在要求的分裂平面的位置和方向與運動方向和產(chǎn)生的應(yīng)力場 之間的最大誤差的一個實例；圖12在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)在要求的分裂平面的位置和方向與運動方向和產(chǎn)生的應(yīng)力場 之間的最大誤差的一個實例；圖13在開始區(qū)域內(nèi)或在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)與角度α相關(guān)的能量釋放率G_和G+；圖14在遵守按照本發(fā)明的條件下裂紋擴(kuò)展的一個階段。
具體實施例方式以下借助利用由熱引起的應(yīng)力場分裂GaAs晶片的實施例描述本發(fā)明。首先將晶 片裝入分裂裝置中。晶片相對于分裂裝置的定向在事先安裝的標(biāo)記上例如在短的平直面上 實現(xiàn)，其例如借助于X射線衍射儀定向地修磨。對此實際上相對于{110}分裂平面可達(dá)到 平直面定向的0.1°的精度。也可設(shè)想其它的垂直于分裂平面或以確定的對分裂平面的關(guān) 系的標(biāo)記或短的平直面作為預(yù)調(diào)節(jié)輔助手段?？梢越柚趽鯄K或利用光學(xué)方法實現(xiàn)相對于 運動方向的預(yù)調(diào)節(jié)。如示意由圖1顯而易見的，在GaAs晶片中在{110}分裂平面內(nèi)制出初始裂紋2。 理想地將初始裂紋2制入分裂平面內(nèi)，后者平行于a位錯的優(yōu)選的滑動方向延伸。例如借助于具有確定的幾何形狀的壓頭(維氏硬度壓頭、努氏硬度壓頭)的壓痕 產(chǎn)生初始裂紋2。其它的幾何形狀或初始劃破也是可能的。通過壓痕載荷和壓痕幾何形狀 的選擇可以避免與其垂直定向的B裂紋的形成。通過由熱引起的應(yīng)力場，由壓痕引起的裂紋在{110}分裂平面中產(chǎn)生平的直到晶 片背面的連續(xù)的邊緣裂紋，其用作繼續(xù)裂紋擴(kuò)展或要求的分裂方向或分裂平面2'的初始 裂紋。在該階段將由熱引起的應(yīng)力場確定成，使初始裂紋還不能繼續(xù)擴(kuò)展。接著為了裂紋擴(kuò)展，產(chǎn)生應(yīng)力強(qiáng)度K和確定參數(shù)G( a )，后者是在繼續(xù)裂紋擴(kuò)展時 與裂紋的偏移分裂平面的偏轉(zhuǎn)角a相關(guān)的能量釋放率?？梢詫⒘鸭y擴(kuò)展看作繞垂直于初 始裂紋的裂紋前沿的軸線以角度 的扭轉(zhuǎn)(扭轉(zhuǎn)構(gòu)形)和繞初始裂紋的裂紋前沿以角度 e的轉(zhuǎn)動(傾斜構(gòu)形)的重疊?？梢苑珠_考慮這兩種情況。描述的按照本發(fā)明的方法適用 于兩種情況，從而以下涉及偏轉(zhuǎn)角a就夠了(對于傾斜構(gòu)形a = 6和對于扭轉(zhuǎn)構(gòu)形a = 小)。以傾斜構(gòu)形為例說明該實施例而不限制對于一般性的情況的有效性。通過已知方法 的利用，例如按照DE 28 13 302的方法或W0 93/20015的方法產(chǎn)生應(yīng)力強(qiáng)度K。對此將一 個或多個熱源4和一個或多個冷卻源3 (參見圖11、12、14)安裝在晶片的一個或兩個側(cè)面 上，以便理想地關(guān)于晶片厚度和相對于要求的分裂方向存在對稱的應(yīng)力場。可以例如通過 吸收激光束產(chǎn)生熱源和通過定向地安裝冷卻氣溶膠產(chǎn)生冷卻源，如這例如在W0 93/20015 中描述的。但其它的方案也是可能的。將各熱源和冷卻源控制和定位成使得能夠產(chǎn)生裂紋 進(jìn)展。應(yīng)力場的確定或控制或調(diào)節(jié)這樣實現(xiàn)，即可以連續(xù)地或間隔地實現(xiàn)裂紋進(jìn)展，裂 紋進(jìn)展的特征是G(0)彡2yJ0)。按照本發(fā)明應(yīng)力場的確定或控制還這樣實現(xiàn)，即附加滿 足至少一個下列條件 其中α在分裂平面的裂紋進(jìn)展時可能的偏轉(zhuǎn)角，Q1, α2確保為裂紋擴(kuò)展需要的條件(1. 1)的角度范圍，G(Q) 與裂紋偏離分裂平面的偏轉(zhuǎn)角α相關(guān)的能量釋放率，Ye(O) 分裂面的有效表面能量，ye與方向相關(guān)的有效表面能量，β e有效的階梯能量(材料特定的)，h階梯高度(材料特定的)。由斷裂力學(xué)已知的自由的有效表面能量L在斷裂實驗中由在斷裂強(qiáng)度與裂紋長 度之間的關(guān)系確定。其與固有的表面能量Ys相比還包含耗散過程的能量分量。屬于它 的例如有在過程區(qū)或塑性區(qū)內(nèi)位錯的形成、聲能的放射或在斷裂面上的耗散結(jié)構(gòu)(斷裂結(jié) 構(gòu))的產(chǎn)生。其因此大于固有的表面能量Ys。對于單位的自由的階梯能量，人們在熱力學(xué)平衡中得到下列近似公式 其中n為階梯密度，n = 1/a ;kB為玻耳茲曼常數(shù)；ε為晶格中緊接著的鄰粒子之 間的結(jié)合能；a為階梯中基本粒子的間距。可以由晶體的升華能AHsub(T)( “完全一致的汽化”)和考慮的晶體的配位數(shù)Z估 計結(jié)合能ε 人們由利用固態(tài)(S)的和氣態(tài)(g)的相X的熱力學(xué)數(shù)據(jù)的熱力學(xué)平衡Xs Xg 的計算獲得Δ Hsub (T)。也可以實驗地確定自由的階梯能量。對于GaAs可以采用以下數(shù)值GaAsillO}分裂面的自由的有效表面能量由斷裂實驗得出Ye(O)= (0.86士0. 15)J/m2。通過已知的試驗在裂紋前沿的區(qū)域內(nèi)保證，可以忽略耗散的過程，測定 的自由的有效表面能量因此近似于固有的表面能量Ys(O) 0.82J/m2，其產(chǎn)生于晶體培養(yǎng)。對于GaAs{110}/<001>，亦即在{110}分裂面上的<001>定向的階梯包括平行于 <001>的傾斜軸，利用以下數(shù)據(jù)估計階梯能量Δ Hsub (300Κ) = 451. 4kJ/mol，Z = 4 ￡ 1.17eF并且對于 T = 300Κ，n 45. 25。在<001>平行的階梯中的原子的間距為aQ = 0. 565325nm,雙階梯的高度 h=ao/Vi 0.399nm。借此由上述公式得出自由的階梯能量 該數(shù)值大致符合于{110}分裂面的固有的自由的表面能量Ys 0.82J/m2。關(guān)于自由的階梯能量按意義適用如關(guān)于表面能量的相同的結(jié)論。實驗的有效的階 梯能量由于耗散分量大于在這里估計的。利用理論求得的階梯能量的數(shù)據(jù)已知條件(2.1) 和(2. 2)的右邊。通過模擬計算，在熱源和冷卻源的選擇的條件下算出應(yīng)力場。但直接測量應(yīng)力場也是可能的，例如通過應(yīng)力雙折射、超聲波顯微鏡或微拉曼光譜。由此對于預(yù)定的應(yīng)力場根 據(jù)裂紋的可能的偏轉(zhuǎn)角a算出能量釋放率。通過熱源和冷卻源的控制和定位調(diào)節(jié)應(yīng)力場， 使其滿足各上述按照本發(fā)明的條件。對此存在角度范圍ai< a < a2，在其中滿足條件G彡2Ye。該范圍與應(yīng)力場 和材料特性以及采用的分裂裝置與待分離的分裂面的失調(diào)相關(guān)。在、與a 2之間的角度 范圍內(nèi)滿足為裂紋擴(kuò)展需要的條件(1. 1)。按遵守條件(2. 1)或(2. 2)應(yīng)力強(qiáng)度K的按照 本發(fā)明的控制或確定保證，使裂紋不在、< a < a 2的范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)，而在待分離的全部距 離上在要求的分裂平面內(nèi)延伸。分裂裝置的不可避免的失調(diào)或具有混合的裂紋打開方式KjKn+Km的應(yīng)力強(qiáng)度K 產(chǎn)生與可能的偏轉(zhuǎn)角a相關(guān)的能量釋放率相對于在分裂平面a =0內(nèi)要求的裂紋擴(kuò)展方 向不對稱的走向。此外裂紋沿參數(shù)g = G-2[變成最大的方向擴(kuò)展。按遵守條件(2.1) 或(2. 1)應(yīng)力強(qiáng)度K的按照本發(fā)明的控制或確定保證，即使在分裂裝置失調(diào)或具有混合的 裂紋打開方式l+Kn+Km的應(yīng)力強(qiáng)度K時參數(shù)g的最大值也總是處在a =0。由此通過 裂紋擴(kuò)展方向的自動調(diào)節(jié)迫使裂紋進(jìn)展處在要求的晶格面內(nèi)。由此可以產(chǎn)生具有在至少 ^ |0.01° |、彡|0.005° |或甚至彡|0.001° |范圍內(nèi)的高定向精度的結(jié)晶學(xué)的分裂面。 此外可以產(chǎn)生在全部技術(shù)相關(guān)的面(平直面、諧振面等)上的具有最小的階梯密度、理想地 無階梯的結(jié)晶學(xué)的分裂面。兩種狀況，其中遵守各按照本發(fā)明的條件，示于圖2和圖3中。 圖2示出在遵守條件
時能量釋放率G和有
效表面能量2 以及
時能量釋放率G和有效表面能量圖3示出在遵守條件 以及 g = G-2Ye。利用本方法可以在晶片上設(shè)置面，如例如具有0.01°的定向精度的平直面，其 沿相應(yīng)技術(shù)相關(guān)的面的長度測量，亦即實際上通過磨削過程可以達(dá)到的精度，以便提高數(shù) 量級。該方法保證，在運動方向與分裂面之間的0.1°的調(diào)節(jié)精度足以迫使裂紋擴(kuò)展以 <0.01°的精度處在分裂平面內(nèi)。第一結(jié)果顯示出，<0.005°或甚至<0.001°的精度是 可能的。最后完全無階梯的理想的分裂面也是可能的，其在這種情況下沿自然的結(jié)晶學(xué)的 平面延伸。圖4和圖5示出一些狀況，其中存在分裂裝置的失調(diào)或具有混合的裂紋打開方式 的應(yīng)力強(qiáng)度K并且未遵守各按照本發(fā)明的條件。 圖4示出能量釋放率G和有效表面能量2 L以及g = G-2 Y e，其中
圖4中在a = a ,時實現(xiàn)裂紋擴(kuò)展，亦即裂紋偏離于要求的分裂方向a =0。在產(chǎn)生的面 上形成多個階梯或曲面。技術(shù)相關(guān)的面(平直面、諧振面)沒有要求的定向精度或質(zhì)量。
圖5示出能量釋放率G和有效表面能量以及g = G_2Ye，其中對于a > a s，
圖5中裂紋走向在a =0時是不穩(wěn)的。在角度a ^ a g的超過時裂紋走向與 h 8要求的平面α =O發(fā)生偏差。圖6至9示出在晶片中裂紋擴(kuò)展的不同的情況。通過熱源和冷卻源的控制和定位 產(chǎn)生壓應(yīng)力最大值4'和拉應(yīng)力最大值3'。將各熱源和各冷卻源定位成，使沿擴(kuò)展方向?qū)?壓應(yīng)力最大值4'定位在裂紋尖端5之前，而拉應(yīng)力最大值3'定位在裂紋尖端5以后，如 圖6中所示。在拉應(yīng)力最大值與壓應(yīng)力最大值之間的區(qū)域內(nèi)在時刻t = t0在確定的位置 P(O)滿足條件K = Kc或G = 2 γ -通過在溫度場與晶片之間的相對運動，其在圖7中由箭 頭6表示，可以控制條件(1. 1)1(>1((3或6>2 1或條件(1.2)1(彡1((3或(；彡2 1，亦即 可以引導(dǎo)、有針對地停止或繼續(xù)移動裂紋尖端5。該相對運動可以通過熱源和冷卻源(激光 焦點和冷卻噴嘴)的運動或也可通過晶片的運動或兩者的組合來實現(xiàn)。可以通過擴(kuò)展速度 的控制避免耗散的和動態(tài)的影響?？梢赃x擇足夠小的擴(kuò)展速度，而可以假定準(zhǔn)靜態(tài)的裂紋 擴(kuò)展和熱力學(xué)平衡(ν << 1/3聲速)。裂紋走向跟隨應(yīng)力場與晶片1之間的相對運動6。 這在現(xiàn)有技術(shù)中利用，以便也切割復(fù)雜的幾何形狀，它們可以是直線的或曲線的。在存在結(jié)晶學(xué)的分裂平面時，在應(yīng)力場與晶片之間的相對運動6的過程中，如上所述，分裂平面受應(yīng)力場3'和4'的影響或在裂紋發(fā)展過程中分裂方向2'受裝置的運動 方向6的影響相互競爭。這種狀況示于圖8中。在無限小的浙相對運動6時裂紋由于能量 原理(1.3) —般來說偏轉(zhuǎn)角度af。這相當(dāng)于圖4中的狀況。裂紋尖端處在位置Pajdt)， 在那里在時間t = t。+dt以后達(dá)到條件G(Cif) =2 Ye(Cif)(準(zhǔn)靜態(tài)的裂紋擴(kuò)展)。按這種 方式一般來說在分裂平面上產(chǎn)生不符合要求的階梯或?qū)е缕x要求的分裂方向。為了避免分裂方向與應(yīng)力場之間的競爭，按照已知的斷裂機(jī)理的原則理想地必須 使最大的拉應(yīng)力垂直于要求的分裂平面定向。為了最好地達(dá)到這種狀況，必須實施應(yīng)力場 4'和3'(亦即熱源或冷卻源)相對于分裂平面的理想對稱的調(diào)節(jié)，必須將其也在整個分 離過程中、亦即在GaAs晶片的直徑的距離上保持不變，就是說，也必須理想地平行于分裂 平面2'和相對于應(yīng)力場的對稱線調(diào)節(jié)所述裝置的運動方向6。這種狀況示于圖9中。在 相對運動屈以后裂紋尖端停留在位置Pajdt)，在該位置在時間t = t。+dt以后達(dá)到條件 G(O) =2[(0)。也就是說裂紋在分裂平面內(nèi)延伸。但實際上不能達(dá)到該理想的狀況。這 要求以很高的精度進(jìn)行分裂平面相對于熱源和冷卻源以及相對于裝置的運動方向的測定 和調(diào)節(jié)，這在生產(chǎn)技術(shù)的和經(jīng)濟(jì)的觀點方面是不能達(dá)到的。借助于本發(fā)明仍然產(chǎn)生以很高 的精度定向的面。圖10示出晶片1在分裂裝置中的定向。如上所述，通常存在標(biāo)記或短的平直面 7，其以相對于結(jié)晶學(xué)的方向一定的定向公差修磨。對此在實際的條件下以合理的費用相 對于{110}分裂平面可達(dá)到平直面定向8的0. Γ的精度。相對于應(yīng)力場與晶片之間的相 對運動的運動方向預(yù)調(diào)平直面7。利用按照本發(fā)明的分離方法在晶片上設(shè)置具有定向精度 ^ |ο. Γ I的面(平直面)，亦即實際上通過磨削過程可達(dá)到的精度，以便提高數(shù)量級。按 照本發(fā)明的方法保證，在運動方向6與分裂平面2'之間的0.1°的調(diào)節(jié)精度足以迫使裂紋 擴(kuò)展以至少士 0.01°的精度處在分裂平面內(nèi)。這可以從晶片邊緣9到對置的晶片邊緣9實 現(xiàn)或可以在一定范圍10內(nèi)存在，在該范圍內(nèi)必須滿足待產(chǎn)生的平直面11的定向精度的要 求?？梢愿淖冊摲秶某叽绾蛶缀涡螤畈⑶胰Q于不同的技術(shù)要求。< |0. 005° I或甚至 ^ |ο.001° ι的精度也是可能的，以及同樣沿結(jié)晶學(xué)的平面的精確無階梯的分裂。通過在準(zhǔn)備階段的模擬計算，優(yōu)選在熱源或冷卻源的選擇的條件下算出應(yīng)力場。在分離過程的設(shè)定的開始點和目標(biāo)點上的區(qū)域內(nèi)實施模擬。這可以例如在技術(shù)上利用的范 圍10的邊緣上在區(qū)域12和13內(nèi)實現(xiàn)。其中通過上述方法在分裂平面內(nèi)制出的初始裂紋 存在于開始區(qū)域12的邊緣上，優(yōu)選在范圍10之外，但其它的位置也是可能的。圖10中不 合比例地和為了說明狀況放大地示出比例。已知的存在的測量精度(例如在X射線衍射儀 時)、在磨削時已知的公差和已知的定位精度決定在預(yù)調(diào)晶片時的最大可能的誤差。這樣例 如借助于簡單的幾何關(guān)系有可能，在分離過程的開始區(qū)域和目標(biāo)區(qū)域12和13內(nèi)確定相對 于運動方向6和相對于產(chǎn)生的應(yīng)力場3'和4'要求的分裂平面的位置和方向之間的最大 誤差。圖11示出在開始區(qū)域12內(nèi)最大誤差的實例。圖12示出在目標(biāo)區(qū)域13內(nèi)最大誤差 的實例。但鏡像反映的位置也是可能的?，F(xiàn)在在給定的應(yīng)力場時在初始裂紋的裂紋尖端5的開始位置12對于無限小的裂 紋擴(kuò)展的情況可以根據(jù)可能的偏轉(zhuǎn)角a算出能量釋放率。在計劃的目標(biāo)區(qū)域13內(nèi)假如裂 紋沒有離開分裂平面2'可以算出能量釋放率。由此形成兩個函數(shù)G_(a)和G+(a)，它們 通過在開始位置和目標(biāo)位置的已知的最大誤差產(chǎn)生。真正的函數(shù)G(a)是未知的，但構(gòu)成 在G_(a)與G+(a)之間的一個狀態(tài)。通過各熱源和各冷卻源的確定和定位現(xiàn)在將應(yīng)力場調(diào)節(jié)成對于兩個函數(shù)6_( a) 和G+( a )滿足按照本發(fā)明的條件
由此確保，對于任何中間狀態(tài)G( a)同樣滿足按照本發(fā)明的條件并且裂紋在整個 分離過程中保留在其分裂平面內(nèi)。圖13示出校正的狀況的實例。對于兩個函數(shù)G_(a)和G+(a)遵守按照本發(fā)明的 條件，函數(shù)g在分離過程中的全部可能(未知的)中間狀態(tài)在a =0時具有其最大值，并 且對于在開始位置與目標(biāo)位置之間的整個分離過程確保裂紋在分裂平面內(nèi)的自動調(diào)節(jié)。克 制裂紋的偏轉(zhuǎn)，如其在圖7中所示，并且裂紋尖端在分離過程的任何時刻t = tn+dt沿分裂 方向a = 0運動，如圖14中所示。函數(shù)G_(a)和G+(a)的計算以及應(yīng)力場的校正也是迭代的并且對于已知的最大 誤差的全部可能的組合在預(yù)調(diào)中是可能的。應(yīng)力場的控制和確定利用已知的方法例如經(jīng)由 激光功率的控制和/或激光焦點的改變和/或冷卻噴嘴相對于激光器位置的設(shè)置是很有可 能的。但也可設(shè)想其它的可能性。此外該方法也可以這樣實施，即在條件(2. 1)或(2. 2)的檢驗步驟中確定最大允
許的角度范圍、< a < a2。在該范圍內(nèi)必須滿足在條件(2.1)的情況下|^€0，或
在條件(2. 2)的情況下G(a) ^2ye(a)0將確定的角度范圍與結(jié)晶學(xué)的分裂平面(2 ‘) 相對于分裂裝置定向的預(yù)先已知的和現(xiàn)在預(yù)定的可能的調(diào)整誤差相比較。然后根據(jù)該比較 進(jìn)行應(yīng)力場(3'、4')和/或預(yù)調(diào)適配的控制。本發(fā)明不限于分離GaAs晶片，其作為實施例來描述。本發(fā)明可應(yīng)用到全部的單晶體上。近似的數(shù)值對于CaF2 (111)面是例如y s = 0. 47J/m2 (ab initio Hartree-Fock計
算)和 3e= (3.31 6.8)X10_10J/m 以及以 h = 0. 32mm 得出 3 e/h (1. 03 2. 13) J/
2
m 0此外本發(fā)明不僅涉及分離盤片、晶片或它們的部分用以形成平直面。特別是本發(fā) 明也包括單晶體的分開，事先例如將其外延地或在切斷方法的范圍內(nèi)涂層并在必要時平版 印刷地構(gòu)造，和/或由其然后制造例如集成的轉(zhuǎn)換電路或光電子構(gòu)件、特別是激光二極管 或發(fā)光二極管。此外本發(fā)明也可用在如下的單晶體，其作為單晶的層構(gòu)成在單晶的基片上。對此 所述層和基片由同種的或由異種的材料構(gòu)成。在實施例中描述應(yīng)力場的具體設(shè)置，亦即將裂紋前沿保持在冷卻源與熱源之間的 應(yīng)力場中。不過本發(fā)明并不限于該具體設(shè)置。例如也可以通過熱源或只通過冷卻源設(shè)置應(yīng) 力場，和/或裂紋前沿不處在該冷卻源或熱源的后面，而在其前面。本發(fā)明也可轉(zhuǎn)化為計算機(jī)程序產(chǎn)品，其設(shè)定用于實施和控制按照所附的方法權(quán)利 要求之一項所述的步驟。
權(quán)利要求
用于分離單晶體的方法、特別是分離盤片或晶片或它們的部分，包括以下步驟相對于分裂裝置預(yù)調(diào)結(jié)晶學(xué)的分裂平面(2′)；通過應(yīng)力場(3′、4′)預(yù)定應(yīng)力強(qiáng)度(K)；對于預(yù)定的應(yīng)力場(3′、4′)在裂紋進(jìn)展中與偏離分裂平面的可能的偏轉(zhuǎn)角(α)相關(guān)地確定能量釋放率G(α)；以及產(chǎn)生應(yīng)力場(3′、4′)；對應(yīng)力場(3′、4′)和/或所述預(yù)調(diào)進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)，使得在單晶體中發(fā)生裂紋擴(kuò)展，此時G(0)≥2γe(0)并且同時附加滿足至少一個以下條件當(dāng)時，或 <mrow><mo>|</mo><mfrac> <mrow><mo>∂</mo><mi>G</mi> </mrow> <mrow><mo>∂</mo><mi>α</mi> </mrow></mfrac><mo>|</mo><mo>≤</mo><mn>2</mn><mfrac> <msub><mi>β</mi><mi>e</mi> </msub> <mi>h</mi></mfrac><mo>,</mo><mo>∀</mo><mi>α</mi><mo>:</mo><msub> <mi>α</mi> <mn>1</mn></msub><mo><</mo><mi>α</mi><mo><</mo><msub> <mi>α</mi> <mn>2</mn></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2.2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中α在裂紋進(jìn)展時偏離分裂平面的可能的偏轉(zhuǎn)角，α1，α2確保為裂紋擴(kuò)展需要的條件G(α)≥2γe(α)的角度范圍，G(α)與裂紋偏離分裂平面的偏轉(zhuǎn)角α相關(guān)的能量釋放率，γe(0)分裂面的有效表面能量，γe與方向相關(guān)的有效表面能量，βe有效的階梯能量(材料特定的)，h階梯高度(材料特定的)。FPA00001138115300011.tif,FPA00001138115300012.tif
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，應(yīng)力場(3'、4')的控制步驟包括以下 步驟借助為應(yīng)力場(3'、4')確定的與可能的偏轉(zhuǎn)角(a)相關(guān)的能量釋放率G (a)檢驗 G(0)彡2 ye(0)和兩個條件(2. 1)或(2. 2)的所述至少一個的有效性；根據(jù)檢驗結(jié)果適配應(yīng)力場(3‘、4')和/或分裂平面相對于分裂裝置的所述預(yù)調(diào)。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，如果至少G(0)^2ye(0)或其中一個條 件(2. 1)、(2.2)不滿足，則對于適配的應(yīng)力場或適配的預(yù)調(diào)重復(fù)能量釋放率G( a)的確定 步驟和緊接著的檢驗，并因此適配應(yīng)力場(3‘、4')。
4.按照權(quán)利要求1至3之一項所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生初始裂紋，優(yōu)選作為沿分 裂方向的連續(xù)的邊緣裂紋。
5.按照權(quán)利要求1至4之一項所述的方法，其特征在于，熱地或機(jī)械地產(chǎn)生應(yīng)力強(qiáng)度⑷。
6.按照權(quán)利要求1至5之一項所述的方法，其特征在于，事先經(jīng)由模擬計算與角度 (a )相關(guān)地確定能量釋放率(G)，和/或事先確定和預(yù)定材料特定的有效的階梯能量(3 e) 和材料特定的有效的階梯高度(h)，和/或事先確定和預(yù)定與方向相關(guān)的有效表面能量 (Ye) °
7.按照權(quán)利要求1至6之一項所述的方法，其特征在于，事先實現(xiàn)應(yīng)力場(3'、4')的計算。
8.按照權(quán)利要求1至7之一項所述的方法，其特征在于，在裂紋擴(kuò)展過程中測量在裂 紋尖端的周圍的應(yīng)力場(3'、4')，并接著對于與可能的偏轉(zhuǎn)角(a)相關(guān)的能量釋放率 G(a)的確定步驟預(yù)定應(yīng)力場(3'、4')。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，通過應(yīng)力雙折射、微拉曼光譜或超聲波顯 微鏡測量應(yīng)力場。
10.按照權(quán)利要求1至7之一項所述的方法，其特征在于，對于無限小的裂紋擴(kuò)展的 情況根據(jù)可能的偏轉(zhuǎn)角(a)對于裂紋擴(kuò)展的開始區(qū)域(12)算出能量釋放率6_(0)，并且 對于計劃的目標(biāo)區(qū)域(13)在假設(shè)裂紋沒有離開分裂平面(2')的情況下算出能量釋放率 G+(a),并且調(diào)節(jié)應(yīng)力強(qiáng)度(K)，使得對于兩個函數(shù)G_( a )和G+( a )滿足按照本發(fā)明的條件 (2. 1)和(2. 2)。
11.按照權(quán)利要求1至10之一項的方法，其特征在于，分離選自II-VI族、III-V半導(dǎo) 體族的晶體，特別是GaAs的、或GaP的或InP的單晶體，或Si單晶體，或CaF單晶體，或SiC 單晶體，或藍(lán)寶石單晶體，或GaN單晶體，特別是這些單晶體類型的結(jié)晶學(xué)的盤片。
12.按照權(quán)利要求1至11之一項所述的方法，其特征在于，對于結(jié)晶學(xué)的分裂平面(2')相對于分裂裝置的定向的可能的調(diào)整誤差預(yù)定最大值，并且控制應(yīng)力場(3'、4')和/或適配所述預(yù)調(diào)的步驟包括所述至少一個要遵守的條件 (2. 1)或(2. 2)與通過最大可能的調(diào)整誤差代表的角度范圍比較，根據(jù)該比較進(jìn)行所述控 制和/或所述適配。
13.單晶體，其具有利用按照權(quán)利要求1至12之一項所述的方法產(chǎn)生的分裂面。
14.單晶體，其具有技術(shù)上產(chǎn)生的分裂面，在單晶體的技術(shù)相關(guān)的長度上測量，或在多 個面中的每一個面上測量，所述每一個面在該技術(shù)相關(guān)的面內(nèi)具有沿分離方向> 2mm的縱 向長度，所述分裂面以在0.02° -0.02°范圍內(nèi)的角度偏差沿自然的結(jié)晶學(xué)的分裂平面 延伸。
15.按照權(quán)利要求14所述的單晶體，其特征在于，技術(shù)上產(chǎn)生的分裂面以在 +0.01° -0.01°范圍內(nèi)的角度偏差沿自然的結(jié)晶學(xué)的分裂平面延伸。
16.按照權(quán)利要求15所述的單晶體，其特征在于，技術(shù)上產(chǎn)生的分裂面以在 0.005° -0.005°范圍內(nèi)的角度偏差沿理想的結(jié)晶學(xué)的分裂平面延伸。
17.按照權(quán)利要求16所述的單晶體，其特征在于，技術(shù)上產(chǎn)生的分裂面以在 0.001° -0.001°范圍內(nèi)的角度偏差沿自然的結(jié)晶學(xué)的分裂平面延伸。
18.按照權(quán)利要求17所述的單晶體，其特征在于，技術(shù)上產(chǎn)生的分裂面精確地沿自然 的結(jié)晶學(xué)的分裂平面延伸。
19.按照權(quán)利要求14至18之一項所述的單晶體，其構(gòu)成為單晶的盤片或它們的部分。
20.按照權(quán)利要求14至18之一項所述的單晶體，其構(gòu)成為在基片上的單晶的、優(yōu)選外 延生長的層。
21.按照權(quán)利要求20所述的單晶體，其特征在于，基片與單晶體由同種材料構(gòu)成，或基 片與單晶體由異種材料構(gòu)成。
22.按照權(quán)利要求19所述的單晶體，其特征在于，在盤片的兩個主平面的至少一個上施設(shè)一個或多個由不同于單晶體的材料構(gòu)成的層。
23.按照權(quán)利要求22所述的單晶體，其特征在于，所述一個或多個層具有借助平版印 刷方法構(gòu)成的紋理結(jié)構(gòu)。
24.按照權(quán)利要求23所述的單晶體，其特征在于，所述一個或多個層的紋理結(jié)構(gòu)代表 一個或多個轉(zhuǎn)換電路。
25.按照權(quán)利要求22或23所述的單晶體，其特征在于，各層的紋理結(jié)構(gòu)和/或組合用 于構(gòu)成光電子構(gòu)件、特別是激光二極管和發(fā)光二極管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于分離單晶體的方法，包括以下步驟相對于分裂裝置預(yù)調(diào)結(jié)晶學(xué)的分裂平面(2′)；預(yù)定在應(yīng)力場(3′、4′)上的應(yīng)力強(qiáng)度(K)；對于預(yù)定的應(yīng)力場(3′、4′)在裂紋進(jìn)展中根據(jù)分裂平面的可能的偏轉(zhuǎn)角(α)確定能量釋放率G(α)；并且產(chǎn)生應(yīng)力場(3′、4′)；控制或調(diào)節(jié)應(yīng)力場(3′、4′)和/或預(yù)調(diào)，使在單晶體中實現(xiàn)裂紋擴(kuò)展，其中G(0)≥2γe(0)并同時附加滿足至少一個條件(2.1)或(2.2)，文中說明各符號。
文檔編號H01L21/78GK101861237SQ200880116181
公開日2010年10月13日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日
發(fā)明者M·尤里奇, R·哈默 申請人:弗賴貝格化合物原料有限公司