CN1299150A - 组合元件分离方法、薄膜制造方法和组合元件分离设备 - Google Patents

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CN1299150A CN00135339A CN00135339A CN1299150A CN 1299150 A CN1299150 A CN 1299150A CN 00135339 A CN00135339 A CN 00135339A CN 00135339 A CN00135339 A CN 00135339A CN 1299150 A CN1299150 A CN 1299150A
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柳田一隆
近江和明
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Abstract

本发明涉及一种组合元件分离方法,在与第一元件(1)和第二元件(2)之间的键合界面不同的位置上,分离具有分离层(4)和在分离层(4)上的转换层(5)的第一元件(1)与第二元件(2)键合的组合元件该方法包括对组合元件的端面部分施加相对于界面非对称性的力而形成从第一元件(1)表面穿过转换层(5)延伸到分离层(4)的裂纹(7A)的步骤和然后沿着分离层(4)增长裂纹以致完全分离组合元件的步骤。

Description

组合元件分离方法、薄膜制造方法和组合元件分离设备
组合元件涉及组合元件分离方法、薄膜制造方法和组合元件分离设备。
为了形成绝缘体(介电材料)、导体、半导体或者磁性材料的薄膜已提出各种各样制造方法，包括一种分离由至少二种具有不同材料或不同结构的薄层构成的组合元件而形成薄膜的方法。
为了有助于理解这些方法，以下将说明成薄膜的SOI层。
Japanese Patent Laid-Open No.7-302899和U.S.patent No.5,856,229公开使具有在单晶Si衬底上形成的多孔层和在其上的单晶非多孔层的第一元件经由经绝缘层键合到第二元件而形成组合元件，并且使组合元件在起分离层作用的多孔层处分离成二个部分，因而把单晶非多孔层转换到第二元件的方法。由于SOI层的薄膜厚度均匀性好、能够减小在SOI层中的晶体缺陷密度、SOI层的表面平整度好，而且能够制造具有大约几十纳米到十微米厚度的具有SOI层的SOI衬底，所以这种技术是极有优势的。
此外，由于能够使单晶Si衬底和第二元件分开而极大部分单晶Si衬底没有损坏，并且被分离的Si衬底可以重复使用，所以这种方法是有利的。
为了使键合的衬底堆分离成为二个衬底，例如，在垂直于键合界面的方向上施加力时拉开二个衬底，施加平行于键合界面的剪切力(例如，在平行于键合界面的平面内以相反的方向移动二个衬底或者在圆周方向上施加力时以相反的方向转动二个衬底)，在垂直于键合界面的方向上施加压力、对分离区施加像超声波之类的声波能量，把剥削元件(例如，像小刀之类的锐利的刀片)从键合的衬底堆的侧表面边缘插入与键合界面平行的分离区，应用填满起分离区作用的多孔层中的细孔的物质的膨胀能量，使起分离区作用的多孔层从键合的衬底堆的侧表面起热氧化以扩展到多孔层的体积而分离衬底，或者从键合的衬底堆的侧表面起选择蚀刻起分离区作用的多孔层而分离衬底。
在U.S Patent No.5,854,123, Japanese Patent Laid-OpenNo.11-237884, 10-233352或European Patent Laid-Open No.0867917中公开像这样的方法。
Japanese Patent Laid-Open No.5-211128和U.S.Patent No.5,374,564公开通过把例如氢离子从其上表面侧注入到单晶Si衬底而形成在衬底中起注入的离子的浓度局部是高的分离层作用的离子注入层，使合成的衬底与另一衬底键合和使键合的衬底堆加热而把键合的衬底堆分离成二部分的方法。
在以上所述的分离方法中，如何在分离开始阶段使裂纹形成的位置稳定是很重要的。
例如，如果在分离键合的衬底堆中在除分离层以外的部分上形成的裂纹向衬底的中心增长，那么作为未来的SOI层的薄膜会破裂而降低SOI衬底的生产量。
考虑到以上的情况作出了本发明，本发明的第一目的是改进在像键合的衬底堆之类的组合元件中的裂纹产生位置的重复性并抑制对端面部分上的薄膜的损伤量。
本发明的第二目的是在像多孔层或离子注入层之类的分离层上恰当地分离组合元件。
根据本发明的第一种状况，提供在不同于第一元件和第二元件之间的键合界面的位置上，分离通过使具有分离层和在分离层上的转换层的第一元件与第二元件键合形成的组合元件的组合元件分离方法，包括包含对组合元件的端面部分施加相对于键合界面非对称性力而在组合元件内形成从第一元件表面穿过转换层延伸到分离层的裂纹的步骤的预分离步骤，和包含沿分离层增长裂纹的步骤的实际分离步骤。
根据本发明的第二种状况，提供包括使具有分离层和在分离层上的转换层的第一元件和第二元件键合而形成组合元件的步骤和在与第一元件和第二元件之间的键合界面不同的位置上分离组合元件的步骤的薄膜制造方法，其中分离步骤包括对组合元件的端面部分施加相对于键合界面非对称性力而在组合元件内形成从第一元件的表面穿过转换层延伸到分离层的裂纹的第一步骤和沿分离层增长裂纹的第二步骤。
根据本发明的第三种状况，提供用于在不同于第一元件和第二元件之间的键合界面的位置上分离通过使具有分离层和在分离层上的转换层的第一元件与第二元件键合形成的组合元件的组合元件分离设备，包括用于对组合元件的端面部分施加相对于键合界面非对称性力而在组合元件内形成从第一元件的表面穿过转换层延伸到分离层的裂纹的预分离机械装置和用于沿分离层增长裂纹的实际分离机械装置。
根据结合附图所作的下面的描述，本发明的其他的特点和优点将是显而易见的，在附图中贯穿其插图中的同样的标记符号表示一样的或类似的元件。
附图的简略描述
在说明书中引用并且构成说明书的一部分的附图举列说明发明的实施例而且与描述部分一起用来阐明发明的基本原理。
图1A、1B和1C是用于说明根据本发明最佳实施例的组合元件分离方法的示意图；
图2A是用于说明在根据本发明最佳实施例的SOI衬底制造方法中形成多孔层的工艺过程的示意图；
图2B是用于说明在根据本发明最佳实施例的SOI衬底制造方法中形成单晶Si层和绝缘层的工艺过程的示意图；
图2C是用于说明在根据本发明最佳实施例的SOI衬底制造方法中的键合工艺过程的示意图；
图2D是用于说明在根据本发明最佳实施例的SOI衬底制造方法中形成分离开始部分(预分离工艺过程)的示意图；
图2E是用于说明在根据本发明最佳实施例的SOI衬底制造方法中的分离工艺过程(实际分离工艺过程)的示意图；
图2F是用于说明在根据本发明最佳实施例的SOI衬底制造方法中去除在第二衬底侧面和SOI衬底上的多孔层的工艺过程的示意图；
图2G是用于说明在根据本发明最佳实施例的SOI衬底制造方法中去除在第一衬底侧面上的多孔层的工艺过程的示意图；
图3是表示对键合的衬底堆中的第一和第二衬底施加对称力的状态的示意图；
图4是示意地表示由分离加工能够产生的缺陷的视图；
图5是表示在根据本发明最佳实施例形成分离开始部分中对键合的衬底堆起作用的力的视图；
图6是示意地表示具有由根据本发明最佳实施例的工艺设备制作的分离开始部分的键合的衬底堆的剖面的视图；
图7是示意地表示适用于实施预分离工艺过程的第一工艺设备的构造的视图；
图8是表示部分图7所示的构造的放大视图；
图9是示意地表示尖劈插到键合的衬底堆的端面部分的状态的视图；
图10是表示适用于实际分离工艺过程的尖劈的视图；
图11是示意地表示适用于实施实际分离工艺过程的第二工艺设备的构造的视图；
图12是表示图11所示的构造中的部件的放大视图；
图13是示意地表示尖劈插到键合的衬底堆的端面部分的状态的视图；
图14是示意地表示适用于实施预分离工艺过程的第三工艺设备的构造的视图；
图15是表示图14所示的构造中的部件的放大视图；
图16是示意表示尖劈插到键合的衬底堆的端面部分的状态的视图；
图17是示意地表示适用于实施预分离工艺过程的第四工艺设备的构造的视图；
图18是表示图17所示的构造中的部件的放大视图；
图19是示意地表示尖劈插到键合的衬底堆的端面部分的状态的视图；
图20是示意地表示适用于实施实际分离工艺过程的第五工艺设备的构造的视图；
图21是示意地表示适用于实施预分离工艺过程或实际分离工艺过程的第六工艺设备的构造的视图；
图22是示意地表示适用于实施预分离工艺过程或实际分离工艺过程的第七工艺设备的构造的视图；
图23是示意地表示适用于实施预分离工艺过程或实际分离工艺过程的第八工艺设备的构造的视图；
图24是表示在根据本发明实施例的组合元件分离以后的第一衬底的例子的示意平面图；和
图25A、25B、25C、25D和25E是用于阐明根据本发明最佳实施例的薄膜制造方法的示意图。
最佳实施例的详细描述
参阅附图，下面将描述本发明的最佳实施例。
图1A到1C是用于示意地说明根据本发明最佳实施例的组合元件分离方法的示意图。
第一元件1具有在里面形成的分离层4。第一元件中的表面层(转换层)5是在分离层4上面。这种表面层在以后是被转换到第二元件。第一元件的衬底3是在分离层4下面。通过使在里面具有分离层4的第一元件1与第二元件2键合制备组合元件6。标号1A表示键合界面。
本实施例的分离方法包括图1B所示的预分离工艺过程和图1C所示的在与第一元件1和第二元件2之间的键合界面1A不同的位置上使组合元件6分离的实际分离工艺过程。
在预分离工艺过程中，如图1B所示，对组合元件6的端面部分施加相对于键合界面1A非对称性力8而在组合元件6内形成从第一元件1表面穿过转换层5延伸到分离层4的裂纹7A。这样的相对于键合界面非对称外力8抑制裂纹7A朝着组合元件6的中心平行于键合界面水平地延伸。在图1B所示的例子中，裂纹7A的末端抵达衬底3的上表面。然而，裂纹7A的末端只需要到达分离层4的上表面或内部。
在实际分离工艺过程中，裂纹7B从已形成裂纹7A的分离开始部分起沿着分离层4增长，如图1C所示。在预分离工艺过程中裂纹7A已经抵达第一元件1中的分离层4。然后，施加分离第一和第二元件的分离力9以致在分离层4或者分离层4的上面和下面的位置之间界面内产生裂纹7B并且沿着分离层4增长。图1C举例说明了裂纹7A在分离层4内增长的状况。
因而，极大部分的转换层5被转换到第二元件而没有损坏。仅损失小部分没有转换到第二元件的转换层5末端部分。
在本发明中采用的转换层5意指在预分离工艺过程中形成裂纹而在实际分离工艺过程中通过分离被转换到第二元件侧面的薄层。就转换层5而论，采用从由绝缘体、导体，半导体和磁性材料组成的薄层中选择的至少一层薄层。列举的半导体薄层例子是单晶Si层、多晶硅层、非晶Si层、Ge层、SiGe层、SiC层、C层和化合物半导体(例如，GaAs、InP或GaN)层。列举的绝缘体例子是氧化硅层、氮化硅层和氧氮化硅层。当离子注入(以后描述)被用作形成分离层的方法时，注入衬底的表面被用作转换层。
用于本发明的分离层4是根据在实际分离工艺过程中在分离层内或在上面或下面的界面上形成裂纹构成在分离以后的暴露表面的薄层。组合元件的一些元件中间，具有比较低的机械强度的结构的层区或界面或者应力比较集中的层区或界面能够被用作在本发明中的分离层。更准确地说，能够采用通过阳极化处理或注入氢、氮或稀有气体的离子形成的多孔层。当实行离子注入时，在降低机械强度的同时在结构中产生应力或缺陷。由于这个原因，即使由微孔穴组成无孔层时这种结构也能够被用作分离层。
研究半导体电抛光的Uhlir等人在1956年发现多孔Si(A.UhlirBell Syst.Tech.J.vol 35,333(1956))。通过在HF溶液中阳极化处理Si衬底能够形成多孔Si。
Unagami等人研究了在阳极化处理时Si的溶解反应并且报导了空穴是在HF溶液中Si的阳极化反应所必需的，而且是如下所述的反应(T.Unagami,J.Electrochem.Soc.,Vol.127,476(1980))。
或者
式中e+和e-分别代表空穴和电子，而n和λ表示溶解一个Si原子所必需的空穴的数目。据此，当n＞2或者λ＞4时，形成多孔Si。以上事实暗示了具有空穴的P-型Si被转换成多孔Si而n-型不被转化。Nagano等人和Imai已报导了在这种转变中的选择性(Nagano.Nakajima、Anno、Onaka和Kajiwara，IEICE Technical Report，Vol79，SSD79-9549(1979))、(K.Imai，Solid-State Electronics,Vol.24,159(1981))。
然而，也报导了n-型Si在高浓度时被转化成多孔Si(R.p.Holmstrom and J.y.Chi，Appl.Phy.Lett.,Vol 42,386(1983))。因此，选择一种能够转化成多孔Si衬底的衬底而不取决于p-型或n-型是很重要的。
通过使第一和第二元件键合制备组合元件，使组合元件在氧化气氛下退火以增加键合强度在组合元件的暴露的表面上形成氧化膜也是更可取的。在这样的情况中，由于用作分离开始部分的组合元件的端面部分为氧化薄膜所覆盖，所以能够采用本发明的方法进行令人满意的分离。
参阅附图，在下面将描述如何施加在预分离工艺过程中使用的非对称性外力和如何施加在实际分离工艺过程中使用的外力。
图2A到2G是用于示意地说明根据本发明实施例的SOI衬底制造方法的示意图。
在图2A所示的步骤中，制备单晶Si衬底11，并且通过例如阳极化处理在单晶Si衬底11的表面上形成多孔Si层(分离层)12。
在图2B所示的步骤中，通过外延生长在多孔Si层上形成非多孔单晶Si层13。使非多孔单晶Si层13的表面氧化而形成绝缘层(SiO2层)14。在这样的工艺过程的情况下，形成第一衬底(第一元件)10。单晶Si层13和绝缘层14构成转换层。
通过例如把氢离子或像氦之类惰性气体的离子注入到单晶Si衬底11的方法(离子注入法)可以成多孔Si层12。通过这种方法形成的多孔Si层具有大量的微孔穴而所以被称之为微孔穴层。
在图2C所示的步骤中，制备由单晶Si组成的第二衬底(第二元件)20并且在使绝缘层14与第二衬底20相对时使第二衬底在室温下与第一衬底10紧密接触，由此形成键合的衬底堆(组合元件)。
就在使第一和第二衬底成互相紧密接触时获得图2C所示的状态来看，如上所述，在第一衬底的单晶Si层13侧面上、在第二衬底上或者在单晶Si层13和第二衬底20两者上可以形成绝缘层14。然而，当在用作激活层的单晶Si层13的侧面上形成绝缘区14时，第一和第二衬底10和20之间的键合界面(粘结界面)是与激活层无关。由于这个原因，能够获得具有更高质量的SOI衬底。
在图2D所示的步骤(预分离工艺过程)中，形成作为开始分离的部分的分离开始部分60。在下一个实际分离工艺过程(图1E)中从分离开始部分60起开始键合的衬底堆30的分离。
在本发明最佳实施例中，对键合的衬底堆30中的端面部分施加相对于第一和第二衬底10和20之间键合界面非对称性的力。特别是，采用具有非对称性结构的剥削元件(例如固体尖劈或楔)或具有非对称性结构的衬底夹持机械装置。
为了对第一衬底10和第二衬底20施加“非对称性力”，例如，更可取的是采用下面方法。
最好是把具有对第一和第二衬底10和20之间键合界面施加非对称性力的结构和/或功能的固体尖劈插到键合的衬底堆30的端面部分。
更准确地说，例如，把具有相对于第一和第二衬底10和20之间键合界面非对称性的形状的尖劈插到键合的衬底堆30的端面部分。
另一个方法是，把在抵靠第一衬底10的部分和抵靠第二衬底20的部分之间改变硬度的尖劈插到键合的衬底堆30的端面部分。
另外，把对称性的或非对称性的尖劈插到第一和第二衬底10和20之间键合界面并且以不垂直于键合界面的方向(以非对称性的方向)振动尖劈。
作为对第一衬底10和第二衬底20施加地“非对称性力”的又一种方法，例如，使用于夹持衬底10和20的衬底夹持部分形成为非对称性的结构以改变在衬底之间末端部分处的翘曲程度。当第一衬底10的末端部分因受到比第二衬底的末端部分的挠矩大的挠矩而翘曲时，能够产生所希望的裂纹。
确定对第一衬底10起作用的第一力和对第二衬底10起作用的第二力之间的关系以致在使第一力不同于第二力的条件下形成恰当的分离开始部分60。
恰当的分离开始部分意思是构成一种通过在后续的实际分离工艺过程(图2E)中几乎只使多孔层破裂而把键合的衬底堆30分离成二个衬底的结构的分离开始部分。
更准确地说，恰当的分离开始部分具有一种使多孔层部分地暴露于在键合的衬底堆30外面的气氛的结构，并且通过产生从第一衬底10的表面，即在本情况中的绝缘层14表面起经由绝缘层14和单晶Si层13延伸到多孔层的裂纹7A能够形成恰当的分离开始部分。
虽然图2D表示通过去除在裂纹7A末端上(在外面)的部分以后或者与形成裂纹7A同时形成的分离开始部分60，但是不一定总是需要去除在裂纹7A末端上(在外面)的部分，如图1B所示。
如上所述，在形成分离开始部分60时，在后续的实际分离工艺过程中能够有选择地破碎多孔层12而使键合的衬底堆30分离成二个衬底，因此能够有效地避免在分离工艺过程中产生缺陷。
其次，在图2E所示的步骤(实际分离工艺过程)中，具有分离开始部分60的键合的衬底堆30在多孔层12部分处被完全分离成二个衬底。通过从分离开始部分60开始沿着多孔层12水平地增长裂纹使键合的衬底堆30分离。对分离来说，例如，最好是采用下面的方法。
(1)采用液体的分离方法
一股流体(例如像水之类的液体或像空气或氮气之类的气体)喷射到键合的衬底堆30因而分离开始部分60近旁的多孔层12被破碎，于是一面流体喷射到这里一面逐渐增长分离区域(分离区)，即水平裂纹。在一面朝着键合的衬底堆30的端面部分喷射流体一面转动具有分离开始部分60的键合的衬底堆30时，当流体冲向分离开始部分60时同时开始裂纹的增长。因此，在实际分离工艺过程开始时，不需要使流体相对于分离开始部位60定位。
此后，随着分离进展，剩余的多孔层12全部被破碎，因而使键合的衬底堆30完全分离。这时候，最好是一面进行分离一面通过使键合的衬底堆30在其平面转动而改变对键合的衬底堆30喷射流体的位置。
在采用流体时，可以采用使用所谓静态压流体的方法替代以上所述的采用一股流体的方法，在使用所谓静态压流体的方法中，用像O型圈之类的密封元件形成围绕分离开始部位的密封空间，用流体填满该空间，并且使流体加压以增长裂纹和把流体喷射到裂纹。
(2)采用固体尖劈的分离方法
把尖劈(例如，由树脂组成的薄尖劈)渐渐地插到键合的衬底堆30中的分离开始部分60而使二个衬底互相脱离，由此使键合的衬底堆30完全分离。
当分离开始部分60是用尖劈形成时，能够采用单个设备连续作完二个工艺过程，即形成分离开始部分60的工艺过程(图2D)和实际分离工艺过程(图2E)。
(3)用剥离的分离方法
使键合的衬底堆30的一个表面固定，而用柔软带或诸如此类在键合的衬底堆30的轴线方向上拖拉另一个表面，由此使键合的衬底堆30在多孔层12部分处完全分离。在分离开始时，施加拉力以致分离力集中到分离开始部分60。
(4)采用剪切应力的分离方法
使键合的衬底堆30的一个表面固定，而对另一个表面施加力以在键合的衬底堆30的平面方向上使其移动，由此剪切应力使键合的衬底堆30在多孔层12部分处完全分离。对这样的方法来说，相对于其他一些方法比较起来最好是分离开始部分60较大以致从分离开始部分60起开始分离。
如上所述，当形成分离开始部分60而然后从分离开始部分起开始分离操作(实际分离操作)时，几乎能够仅在多孔层部分处分离键合的衬底堆30。因此，能够防止单晶Si层13、绝缘层14、第二衬底20、单晶Si衬底11和这些薄层或衬底之间的界面破碎和产生严重的缺陷。
与本发明最佳实施例相比较，将说明在对第一衬底10和第二衬底20施加对称性力而形成分离开始部分时和在通过对第一衬底10和第二衬底20施加对称性的力使键合的衬底堆30分离而没有形成分离开始部分时的键合的衬底堆30的分离状况。
图3是表示对键合的衬底堆中的第一衬底10和第二衬底20施加对称性的力的状态的示意图。
如图3所示，当相对于第一和第二衬底10和20之间键合界面对称的力902A和902B分别施加于第一衬底10和第二衬底20时，相对于键合界面对称的拉力903A和903B作用于在键合界面的最外面部分处的作用点901。因此，分离操作的方向差不多是键合的衬底堆30中的如箭头904所示的平面方向(图3中的水平方向)。
因此，正如由图4中所示的箭头905表明的那样，分离沿着结构易脆性仅次于多孔层12的单晶Si层13和绝缘层(SiO2层)14之间界面进行仅是适当的距离L，而没有到达多孔层12。在这样的情况下，由于没有使沿着单晶Si层13和绝缘层(SiO2层)14之间界面分离的部分转换到第二衬底20侧面，所以遗漏了与长度L相对应的部分和部分的一部分外表面而产生缺陷。
然而，由于单晶Si层13和绝缘层(SiO2层)14之间界面具有比多孔层12的结构强度高的结构强度，所以在界面中产生的水平裂纹很少抵达衬底中心。而是，裂纹通过单晶Si层13中间到达多孔层12，因此大部分在多孔层12上被分离。如果距离L是长的，那么裂纹到达多孔层12的点和衬底的外边缘部分之间距离可以超过3毫米。
相反，根据本发明最佳实施例，如图5所示，把相对于第一和第二衬底10和20之间键合界面非对称性的力906A和906B施加于应该形成分离开始部分的部分，由此对第一和第二衬底10和20之间键合界面施加非对称性的力907A和907B。
因而，如箭头908所示，裂纹能够很容易抵达多孔层12。
图6是表示在根据本发明实施例的预分离工艺过程以后组合元件的截面的视图。图6表示其中裂纹从在第一元件表面上的作用点901起横穿过绝缘层14和单晶Si层13抵达多孔层12。在实际分离工艺过程以前可以去除在裂纹的末端上的部分61(在外面)。根据本发明实施例，能够使裂纹沿着单晶Si层13和绝缘层14之间界面延伸的距离(图4中的L)为零或非常短。更准确地说，衬底的外面边缘部分到裂纹抵达多孔层的点之间的距离能够为3毫米或更小，更可取的是2毫米或更小。
在图2E所示的分离工艺过程(实际分离工艺过程)期间，分离以后的第一衬底10’具有在单晶Si衬底11上的多孔层12b。另一方面，分离以后的第二衬底20’具有多孔Si层12c/单晶Si层13b/绝缘层14b、单晶Si衬底20的多层结构。
就上述的工艺过程来说，在第一衬底中的多孔层12上的单晶Si层13和绝缘层14能够被转换到第二衬底。多孔层12是分离层的一种例子，而单晶Si层13和绝缘层14是从第一衬底转换到第二衬底的转换层(表面层)的一种例子。
在图2F所示的步骤中，因为需要，所以有选择地去除在分离以后的第二衬底20’的表面上的多孔层12c。因而，如图2F所示，获得具有单晶Si层13b/绝缘层14b/单晶Si衬底20的多层结构的SOI衬底50，即SOI层(薄膜)13b。
在图2G所示的步骤中，因为需要，所以通过蚀刻或诸如此类方法有选择地去除在分离以后的第一衬底10’中的单晶Si衬底11上的多孔层12b。因而获得的单晶Si衬底11能够再用作形成第一衬底10的衬底或者用作第二衬底20。
如上所述，根据本发明最佳实施例，对键合的衬底堆的端面部分施加相对于第一和第二衬底间的键合界面非对称性的力而形成具有抵达分离层的裂纹的分离开始部分，并且从分离开始部分起完成分离。由于能够有选择地破碎多孔层，所以能够防止任何严重的缺陷。
下一步将描述适用于完成形成本发明中的分离开始部分的工艺过程(预分离工艺过程)的工艺设备。
[第一工艺设备]
图7是示意地表示适用于完成预分离工艺过程的第一工艺设备的构造的视图。图7所示的工艺设备200具有有用于固定键合的衬底堆30的夹持部分203的底座台201、用于使键合的衬底堆30压向夹持部分203的弹性体202、尖劈210、具有往复地移动尖劈210的齿条的驱动轴211、用于引导驱动轴211的导向元件212和具有对驱动轴211施加驱动力并往复地移动驱动轴211的小齿轮的电机(驱动部件)213。
为了完成预分离工艺过程，使电机213以正的方向转动以使尖劈210只按预定量插到键合的衬底堆30中的端面部分。反之，为了退出尖劈210，使电机213以相反的方向转动。
图8是表示图7所示的构造中的部件的放大视图。具有非对称性结构的尖劈210有相对于键合界面具有不同倾斜角的二个接触表面(在抵靠第一衬底10的侧面上的倾斜角θ1大于在抵靠第二衬底20的侧面上的倾斜角θ2)，作为一种用于分别对第一衬底10和第二衬底20施加相对于第一和第二衬底10和20之间键合界面非对称性的力的结构。这样的非对称性的结构能够产生从第一衬底10的露出部分起朝向多孔层内部的裂纹而形成恰当的分离开始部分。
图9是示意地表示使尖劈210插到键合的衬底堆30中的端面部分的状况的视图。由于尖劈210具有非对称性的结构，所以第一衬底10和第二衬底20受到相对于键合界面非对称性的力。图9宏观地用图解说明在分离开始部分上的裂纹。实际上，如上所述，裂纹包括穿过转换层抵达分离层的裂纹和在分离层内或者在分离层的上侧面或下侧面上的界面内产生的水平裂纹。
在实际分离工艺过程中，如图10所示，最好是使用具有对称性的结构的固体尖劈210’。在这样的情况下，图7所示的工艺设备用于预分离工艺过程，而图10所示的工艺设备(具有取代图7所示的工艺设备中的尖劈210的尖劈210’的工艺设备)用于实际分离工艺过程。
[第二工艺设备]
图11是示意地表示适用于完成预分离工艺过程的第二工艺设备的构造的视图。图11所示的工艺设备300具有有用于固定键合的衬底堆30的夹持部分203的底座台201、用于使键合的衬底堆30压向夹持部分203的弹性体202、尖劈220、具有往复地移动尖劈220的齿条的驱动轴211、用于引导驱动轴211的导向元件212和具有对驱动轴211施加驱动力并往复地移动驱动轴211的小齿轮的电机213。
为了完成预分离工艺过程，使电机213以正的方向转动以使尖劈220只按预定量插到键合的衬底堆30中的端面部分。反之，为了退出尖劈220，使电机213以相反的方向转动。
图12是表示图11所示的构造中的部件的放大视图。具有非对称性结构的尖劈220分别具有抵靠第一和第二衬底10和20的二个接触表面，作为一种用于对第一衬底10和第二衬底20施加相对于第一和第二衬底10和20之间键合界面非对称性力的结构。抵靠第二衬底20的第二接触表面从抵靠第一衬底的第一接触表面后撤长度D。这样的非对称性的结构能够产生从第一衬底10的露出部分起朝向多孔层内部的裂纹而在键合的衬底堆30的端面部分上形成恰当的分离开始部分。
图13是示意地表示使尖劈220插到键合的衬底堆30中的端面部分的状况的视图。由于尖劈220具有非对称性的结构，所以第一衬底10和第二衬底20受到相对于键合界面非对称性的力。图13宏观地用图解说明在分离开始部分上的裂纹。实际上，裂纹包括穿过转换层抵达分离层的裂纹和在分离层内或者在分离层的上侧面或下侧面的界面内产生的水平裂纹。
在实际分离工艺过程中，如图10所示，最好是使用具有对称性的结构的固体尖劈210’。在这样的情况下，图11所示的工艺设备用于预分离工艺过程，而图10所示的工艺设备(具有取代图11所示的工艺设备中的尖劈220的尖劈210’的工艺设备)用于实际分离工艺过程。
[第三工艺设备]
图14是示意地表示适用于完成预分离工艺过程的第三工艺设备的构造的视图。图14所示的工艺设备400具有有用于固定键合的衬底堆30的夹持部分203的底座台201、用于使键合的衬底堆30压向夹持部分203的弹性体202、尖劈230、具有往复地移动尖劈230的齿条的驱动轴211，用于引导驱动轴211的导向元件212和具有对驱动轴211施加驱动力并往复地移动驱动轴211的小齿轮的电机213。
为了完成预分离工艺过程，使电机213以正的方向转动以使尖劈230只按预定量插到键合的衬底堆30中的端面部分。反之，为了退出尖劈230，使电机213以相反的方向转动。
图15是表示图14所示的构造中的部件的放大视图。具有非对称性结构的尖劈230具有用于对第一衬底10和第二衬底20施加相对于第一和第二衬底10和20之间键合界面非对称性的力的结构。更准确地说，尖劈230具有抵靠第一衬底10的第一接触部件230a和抵靠第二衬底20的第二接触部件230b。第一接触部件230a具有比第二接触部件230b的硬度高的硬度。一般来说，例如，由刚体组成第一接触部件230a，而由弹性体(例如橡胶)组成第二接触部件230b。因而，在键合的衬底堆30中的端面部分上能够形成恰当的分离开始部分。
图16是示意地表示使尖劈230插到键合的衬底堆30中的端面部分的状况的视图。由于尖劈230具有非对称性的结构，所以第一衬底10和第二衬底20受到相对于键合界面非对称性的力。图16宏观地用图解说明在分离开始部分上的裂纹。实际上，如上所述，裂纹包括穿过转换层抵达分离层的裂纹和在分离层内或者在分离层的上侧面或下侧面上的界面内产生的水平裂纹。
在实际分离工艺过程中，如图10所示，最好是使用具有对称性的结构的固体尖劈210’。在这样的情况下，图14所示的工艺设备用于预分离工艺过程，而图10所示的工艺设备(具有取代图14所示的工艺设备中的尖劈230的尖劈210’的工艺设备)用于实际分离工艺过程。
[第四工艺设备]
图17是示意地表示适用于完成预分离工艺过程的第四工艺设备的构造的视图。图17所示的工艺设备500具有有用于固定键合的衬底堆30的夹持部分203的底座台201、用于使键合的衬底堆30压向夹持部分203的弹性体202、尖劈240、具有往复地移动尖劈240的齿条的驱动轴211’，用于引导驱动轴211’的导向元件212、具有对驱动轴211’施加驱动力并往复地移动驱动轴211’的小齿轮的电机213、用于在相对于第一和第二衬底10和20之间键合界面非对称性的方向上振动尖劈240的振动元件250以及用于使振动元件250的一端与尖劈240轴接的轴接元件241。
振动元件250产生在相对于第一和第二衬底10和20之间键合界面非对称性的方向上的振动。作为振动元件250，例如，最好是使用把电信号转换成机械振动能的元件(例如，压电元件)。
为了完成预分离工艺过程，使电机213以正的方向转动以使尖劈240只按预定量插到键合的衬底堆30中的端面部分。反之，为了退出尖劈240，使电机213以相反的方向转动。
图18是表示图17所示的构造中的部件的放大视图。具有非对称性结构的尖劈240从图17所示的振动元件250接收到在相对于第一衬底10和第二衬底20之间键合界面非对称性的方向上的振动。因而，对第一和第二衬底10和20施加相对于键合界面非对称性的力。更准确地说，由于在第二衬底20的接触部分外面的部分上以上所述的振动，第一衬底10进入与尖劈240接触。由于这个原因，衬底10受到的力矩比衬底20受到的力矩大，于是衬底10末端部分上的翘曲量大于在衬底20末端部分上的翘曲量。这就能够产生从第一衬底10的露出部分中的末端部分起朝向多孔层内部的裂纹而形成在键合的衬底堆30的端面部分上的恰当的分离开始部分。
图19是示意地表示使尖劈240插到键合的衬底堆30的端面部分的状况的视图。由于尖劈240在非对称性的方向上振动，所以第一衬底10和第二衬底20受到相对于键合界面非对称性的力。图19宏观地用图解说明在分离开始部分上的裂纹。实际上，如上所述，裂纹包括穿过转换层抵达分离层的裂纹和在分离层内或者在分离层的上侧面或下侧面上的界面内产生的水平裂纹。
当使振动元件250停止运转时，甚至在实际分离工艺过程中也能够合适地使用这样的设备。
[第五工艺设备]
图20是示意地表示适用于完成本发明的实际分离工艺过程的第五工艺设备的构造的视图。工艺设备600具有用于固定键合的衬底堆30的一对衬底夹持部分103和104、与一个衬底夹持部分103耦连并且可转动地轴向支撑衬底夹持部分103的转动轴101、与转动轴101耦连以调节衬底夹持部分103和衬底夹持部分104之间距离而压紧的衬底堆30的调节器(例如气缸)108、与另外的衬底夹持部分104耦连并且可转动地轴向支撑衬底夹持部分104的转动轴102、用于转动转动轴102的转动源(电机)105、用于把流体喷入键合的衬底堆30的喷嘴106以及用于调整键合的衬底堆30和喷嘴106之间相对位置关系的自动驱动装置107。
能够使用例如像水之类的液体或者像空气或者氮气之类气体作流体。用水作流体的设备通常被称之为水射流设备。喷嘴106的直径例如最好约为0.1毫米。
使喷嘴106与键合的衬底堆相对，驱动自动驱动装置107以把喷嘴106置于几乎直接在第一和第二衬底10和20之间键合界面上面的位置或偏向第一衬底10侧面的位置。在这样的状态下，从喷嘴106喷射流体以便把相对于第一和第二衬底10和20之间键合界面对称性的或非对称性的外力施加于键合的衬底堆30的端面部分。因而，能够在多孔层中形成并增长裂纹。
可以采用另一种把相对于键合界面非对称性的力施加于键合的衬底堆30的端面部分的方法。例如，在图20所示的例子中，平行于键合界面地喷射流体。然而，即使在使射流相对于键合界面倾斜而朝向第一衬底喷射的，也能够在多孔层中形成并增长裂纹。
[第六工艺设备]
图21是示意地表示适用于完成预分离工艺过程或实际分离工艺过程的第六工艺设备的构造的视图。
图21所示的工艺设备700具有一对用于可转动地夹持键合的衬底堆的衬底夹持部分113和114以及具有有与一个衬底夹持部分114耦接的制止翘曲元件115的非对称性结构的衬底夹持机械装置。这种具有非对称性结构的衬底夹持机械装置把相对于键合界面非对称性的力施加于键合的衬底堆的端面部分。
用真空吸盘通过衬底夹持部分114经由制止翘曲元件115吸住衬底20。用真空吸盘通过衬底夹持部分113吸住衬底10。当转动衬底夹持部分114(或者衬底夹持部分113)时，键合的衬底堆和衬底夹持部分113(或者衬底夹持部分114)一起转动。
按下面的方法使用这种工艺设备700。首先，把键合的衬底堆插入并夹持在衬底夹持部分113和114之间。不转动键合的衬底堆而是处于静止状态，并且把像纯水、空气或氮气之类的流体117喷射到键合的衬底堆的键合界面或近处的部分。这时候，在图21中用平板状制止翘曲元件115防止第二衬底20向上翘曲。另一方面，在第一衬底10侧面上，由于没有制止翘曲元件，所以夹持衬底的元件的最外面边缘设置在第二衬底20的最外面边缘内侧。因此，与第二衬底20相比较，第一衬底10的末端部分容易翘曲。
在这样的状况下，当流体117喷射到由第一和第二衬底的倒角部分形成的凹入部分时，两衬底的端面部分受到来自流体的分离力。在如图5所示的力的作用期间，如图6或诸如此类的图所示，从第一衬底表面到分离层形成裂纹。
其次，一面转动衬底夹持部分114一面不断地喷射流体117。因而，转动的键合的衬底堆被流体117渐渐地分离。调节用于把流体输送到喷嘴106的压缩机中压力以便按键合的衬底堆转完一圈或更多圈安排的时间完全分离键合的衬底堆。在这样的分离工艺过程中，从衬底的外面边缘到中心成螺旋形地形成裂纹。
当两衬底被完全分离时，停止喷射流体。
[第七实施例]
图22是示意地表示适用于完成预分离工艺过程或实际分离工艺过程的第七工艺设备的构造的视图。
图22所示的工艺设备800具有一对用于可转动地夹持键合的衬底堆的衬底夹持部分113和114以及具有用于仅在末端部分吸持衬底20的中凹的制止翘曲元件116的非对称性衬底夹持机械装置。标号118代表凹入部分(间隙)118。具有非对称性结构的衬底夹持机械装置把相对于键合界面非对称性的力施加到键合的衬底堆的端面部分。
用真空吸盘把衬底20吸持在吸持元件的边缘部分上。用真空吸盘使衬底10被衬底夹持部分113吸持。当转动衬底夹持部分114(或衬底夹持部分113)时，键合的衬底堆和衬底夹持部分113(或衬底夹持部分114)一起转动。
这种设备的操作与图21所示的设备的操作是相同的。
[第八工艺设备]
图23是示意地表示适用于完成预分离工艺过程或实际工艺过程的第八工艺设备的构造的视图。工艺设备900具有非对称性的衬底夹持机械装置。具有非对称性结构的衬底夹持机械装置把相对于键合界面非对称性的力施加于键合的衬底堆的端面部分。
图23所示的工艺设备900具有下盖121和下盖122以及用于在里面调节键合的衬底堆的间隙123和另一间隙124。
流体输送管道125与一间隙123互通，而流体输送管道126与另一间隙124以便以所希望的压力独立输送。在工艺设备900里面安装由像橡胶之类的弹性体组成的片状隔板密封元件127，由此使间隙123与间隙124分离开。在上盖122侧面上的间隙124内设置空心O型圈128。密封元件127也起衬底10的夹持部分的作用。
下盖121具有用于夹持衬底20的衬底夹持部分129。衬底夹持部分129具有用于真空吸盘的许多抽气孔。把用于真空密封的O型圈131安装在衬底夹持部129的外围部分。
按下面的方法使用工艺设备900。首先，打开上下盖122和121，于是把键合的衬底堆放在衬底夹持部分129上并且通过抽气孔130而被吸持。其次，把上下盖122和121盖上以致气密密封间隙123，并且从流体输送管道125把加压的流体输送到间隙123内。同时，从流体输送管道126把加压的流体输送到间隙124内。
使间隙123内的压力高于间隙124内的压力。键合的衬底堆中的上面衬底10垂直可移动地与密封元件127紧密接触。由于这个原因，当衬底10的端面部分受到来自流体的静压时，通过如图5所示的力的作用而使衬底10的末端部分向上翘曲。因而，如图6或诸如此类图所示，从第一衬底10的表面到分离层产生裂纹。
此后，当用流体不断地施加静压时，键合的衬底堆完全被分离。
图24是表示根据本发明实施例的组合元件分离以后的第一衬底的例子的示意平面图。
除分离开始部分60以外，具有均匀厚度的多孔层126遍及第一衬底11的分离表面侧上的广阔区域。当半球状分离开始部分的位置和衬底的外边缘部分之间的距离为3毫米或更小而更可取的是为2毫米或更小时，能够获得令人满意的SOI衬底。
根据本发明的实施例，在离衬底的外边缘部分3毫米或更小而更可取的是2毫米或更小的分离的位置上能够稳定地产生抵达分离层裂纹。
在本发明中，最可取的是在不转动键合的衬底堆情况下完成预分离工艺过程以防止分离开始部分60的面积不希望有的增大。
在预分离工艺过程以后，一面向键合的衬底堆的端面部分喷射流体一面转动衬底。直到流体向分离开始部分60近旁的部分冲击才增长裂纹。当流体向分离开始部分60近旁的部分冲击时，工艺过程转换到实际分离工艺过程。当驱动转动源105时在使键合的衬底堆30转动一圈或更多圈而最好是二圈或更多圈期间最好是通过从外边缘侧面到中心成螺旋形地增长裂纹来完成应用流体的实际分离工艺过程。这样就抑制衬底在实际分离工艺过程期间的翘曲而彻底地防止衬底本身破碎。
参阅图25A到25E，将描述采用离子注入的薄膜制造方法的实施例。
首先，制备像单晶Si薄片之类的衬底。最可取的是使用具有在镜面薄片上外延生长的单晶半导体薄层13的衬底。
其次，在氧化气氛下进行热处理以致在衬底11表面上形成像氧化硅薄膜之类的绝缘层14。用线性离子注入法或者将离子体浸入式离子注入法使离子通过具有绝缘层14的衬底11的表面注入到衬底11内。这时候，根据转换层的厚度控制离子注入的能量以致注入的粒子在与转换层厚度相当的深度上具有峰值浓度。
因为注入离子产生应力或缺陷所以配有高浓度的注入粒子的薄层部分用作分离层4。
因而，制作了具有作转换层的绝缘层14和单晶半导体层13以及在转换层下面用离子注入法形成的分离层4的第一元件(图25A)。
下一步，制备像硅酸盐玻璃或单晶硅薄片之类的第二元件，并且正如所需要的那样，在第二元件表面上形成像氧化硅薄膜之类的绝缘层。
使第一元件和第二元件20成紧密接触并在室温下粘结。正如所需要的那样，为了增加粘结强度最好进行热处理。因而，获得图25B所示的组合元件。
对组合元件施加以上所述的非对称性的外力以形成从第一元件表面穿过作为转换层的绝缘层14和单晶半导体层13延伸到分离层4的裂纹(图25C)。
为了沿着分离层4在图25D中的水平方向上增长裂纹7B而施加分离力(图25D)。
因而，如图25E所示，组合元件完全被分离，因此绝缘层14和单晶半导体层13被转换到第二元件上。
就以上的工艺过程来说，能够制作作SOI层的薄膜(单晶半导体层13)。
下面将描述本发明的最佳的一些例子。
[例子1]
在例子1中，第一工艺设备200和第五工艺设备600被应用于制作SOI衬底的工艺过程。
首先，为了形成第一衬底10，制备具有0.01欧姆·厘米电阻率的P-型(或n-型)单晶Si衬底11并在HF溶液内经受分二期的阳极化处理，由此在衬底表面上形成由具有不同性质的二层多孔层组成的多孔Si层12(图2A)。
<第一阳极化处理条件>
电流密度：7(毫安·平方厘米)
阳极化处理溶液：HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1
处理时间：5(分钟)
多孔Si厚度：4.5(微米)
<第二阳极化处理条件>
电流密度：30(毫安·平方厘米)
阳极化处理溶液：HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1
工艺过程时间：10(秒)
多孔Si厚度：0.2(微米)
因而，在第一期中以低电流在第一衬底的表面侧上形成低孔隙率的第一多孔层，而在第二期中以高电流在第一多孔层下面形成具有比第一多孔层的厚度和孔隙率大的厚度和孔隙率的第二多孔层。
第一多孔层的厚度不局限于上述的例子而最好是，例如，几百到0.1微米。第二多孔层的厚度不局限于上述的例子，而且是，能够根据后续的分离工艺过程的状况适当地改变第二多孔层的厚度。
确定以上的条件为的是使第一多孔层具有适合形成高质量Si外延层13的孔隙率，而使第二多孔层具有在第二多孔层中的非常靠近与第一多孔层的界面的部分上产生裂纹的孔隙率。
可以由一层薄层或者三层薄层或者更多层薄层组成多孔层12。
下一步，使以上所述的衬底在氧气氛下氧化处理1小时。在这样的氧化的情况中，在多孔层内在保持单晶Si结构同时在多孔层中的细孔的内壁被热氧化物薄膜覆盖。
用CDV(化学气相沉积)法在多孔Si层上外延生长0.3微米厚的单晶Si层(图2B)。生长条件如下所述。在外延生长开始阶段，在高温时多孔Si层12表面置于氢气以下。因此，表面上的孔穴被迁移的Si原子填满而形成平坦的表面。
<外延生长条件>
源气体：SiH2Cl2/H2
气体流速：0.5/180(升/分钟)
气体压力：80(乇)
温度：950℃
生长速率：0.30(微米/分钟)
用热氧化法在外延生长的单晶Si层13的表面上形成200纳米厚的SiO2层14(图2B)。用这样的工艺过程，获得第一衬底10。
单独制备具有与第一衬底10的尺寸一样的尺寸的Si衬底(第二衬底)20并且在两衬底的中心位置吻合时使Si衬底20与第一衬底10的SiO2层14的表面成紧密接触。使组合结构在氧化气氛下在1180℃时热处理5分钟。用这样的工艺过程，形成如图2C所示的键合的衬底堆30。实际上，通过在氧化气氛下热处理，组合元件的表面被氧化膜覆盖。
如图7所示，键合的衬底堆30的外周边部分被工艺设备200中的夹持部分203夹持。这时候，使在键合的衬底堆30中形成的分离开始部分与固体尖劈210相对。
驱动电机213而使尖劈210平行键合的衬底堆30的键合界面地移动并且使尖劈210插入键合的衬底堆30中的分离开始部分仅约1.5毫米。因而，在键合的衬底堆30中形成抵达如图6所示的多孔层12的裂纹。删除在裂纹外面的部分而形成具有差不多是半圆状的分离开始部分，如图24(图2D)所示。
在这样的情况中，使用由聚四氟乙烯(PTFE)树脂组成的尖劈210。对使用的尖劈来说，键合界面与尖劈210对着第一衬底10的接触表面构成的角θ1为20°，而键合界面与尖劈210对着第二衬底20的接触表面构成的角θ2为10°。也就是说，满足关系式0≤θ2θ≤θ1(图8或9)。
其次，图20所示的工艺设备600中的衬底夹持部分103和104夹持键合的衬底堆30。使键合的衬底堆30定位成分离开始部分与喷嘴106相对。
通过以400千克力/厘米2的压力使流体(本情况中是水)从具有0.1毫米直径的喷嘴喷射到分离开始部分而开始分离。此后，一面转动键合的衬底堆30一面进行分离，由此在第一和第二多孔层之间界面近旁的第二多孔层中沿着界面成螺旋形地增长裂纹。由于裂纹抵达键合的衬底堆30的中心，因此在多孔层12的部分上键合的衬底堆30能够完全被分离成二片衬底(图2E)。用具有49重量％HF的氢氟酸、具有30重量％H2O2的过氧化氢水和水的混合溶液作蚀刻剂，选择蚀刻分离以后保留在第一衬底20’表面上的剩余多孔层12b(图2F)。用这样的工艺过程获得如图2F所示的SOI衬底。转换的单晶Si层13b的外边缘是出现在离开衬底20的外边缘2毫米的范围内并且在整个圆周上转换的单晶Si层13b的外边缘经由绝缘层14b与衬底20紧密接触。
下一步，用具有49重量％HF的氢氟酸、具有30重量％H2O2的过氧化氢水和水的混合溶液作蚀刻剂，选择蚀刻保留在单晶Si衬底11上的剩余多孔层12b(图2G)。
[例子2]
在例子2中，第二工艺设备300和第五工艺设备600被应用于制作SOI衬底的工艺过程。
按照与以上所述的例子1中的一样的工序完成直到形成键合的衬底堆30以前的工艺过程。
如图11所示，键合的衬底堆20的外周边部分被工艺设备300中的夹持部分203夹持。这时候，使在键合的衬底堆30中形成的分离开始部分与尖劈220相对。
驱动电机213而使尖劈220平行键合的衬底堆30的粘结界面地移动并且使尖劈220插入键合的衬底堆30中的分离开始部分仅约1.5毫米。
在这样的情况中，使用由PTFE组成的尖劈220。对使用的尖劈220来说，尖劈220对着第二衬底20的接触表面从尖劈220对着第一衬底10的第一接触表面仅后撤0.5毫米(即，D=0.5毫米＞0)(图12或13)。因而，在键合的衬底堆30中形成如图6所示的抵达多孔层12的裂纹。删除在裂纹的末端上(外面)的部分而形成具有差不多是半圆状的分离开始部分，如图24(图2D)所示。
下一步，正如例子1中的那样，用图20所示的工艺设备600完成实际分离工艺过程，形成SOI衬底。此外，正如例子1中的那样，重复利用单晶Si衬底。
[例子3]
在例子3中，第三工艺设备400和第五工艺设备600被应用于制作SOI衬底的工艺过程。
按照与以上所述的例子1中的一样的工序完成直到形成键合的衬底堆30以前的工艺过程。
如图14所示，键合的衬底堆30的外周边部分被工艺设备400中的夹持部分203夹持。这时候，使在键合的衬底堆30中形成的分离开始部分与尖劈230相对。
驱动电机213而使尖劈230平行键合的衬底堆30的键合界面地移动并且使尖劈230插入键合的衬底堆30中的分离开始部分仅约1.5毫米。
对使用的尖劈230来说，对着第一衬底10冲撞的第一元件230a具有比对着第二衬底20冲撞的第二元件的硬度高的硬度。更准确地说，使用由PEEK组成第一元件230a和由橡胶组成第二元件230b的尖劈230(图15或16)。
因而，在键合的衬底堆30中形成如图6所示的抵达多孔层的裂纹。删除在裂纹外面的部分而形成具有差不多是半圆状的分离开始部分，如图20(图2D)所示。
下一步，正如例子1中的那样，用图20所示的工艺设备600完成实际分离工艺过程，形成SOI衬底。此外，正如例子1中的那样，重复利用单晶Si衬底。
[例子4]
在例子4中，第四工艺设备500和第五工艺设备600被应用于制作SOI衬底的工艺过程。
按照与以上所述的例子1中的一样的工序完成直到形成键合的衬底堆30以前的工艺过程。
如图17所示，键合的衬底堆30的外周边部分被工艺设备500中的夹持部分203夹持。这时候，使在键合的衬底堆30中形成的分离开始部分与尖劈240相对。
驱动电机213而使尖劈240平行键合的衬底堆30的键合界面地移动并且在振动尖劈240时把尖劈240插入键合的衬底堆30中的分离开始部分仅约1.5毫米。因而，在键合的衬底堆30中形成如图6所示的抵达多孔层12的裂纹。删除在裂纹的末端上的部分而形成具有差不多是半圆状的分离开始部分，如图20(图2D)所示。
下一步，正如例子1中的那样，用图20所示的工艺设备600完成实际分离工艺过程，形成SOI衬底。此外，正如例子1中的那样，重复利用单晶Si衬底。
[例子5]
在例子5中，第一工艺设备200和第五工艺设备600被用于制作SOI衬底的工艺过程。
按照与以上所述的例子1中的一样的工序完成直到形成键合的衬底堆30中的分离开始部分60以前的工艺过程。
其次，正如在例子1中的那样，图20所示的工艺设备600夹持键合的衬底堆30和转动键合的衬底堆30，并且以400千克力/平方厘米的压力喷射流体。
在流体朝着转动的分离开始部分60近旁的部分冲击以后，裂纹成螺旋形地增长而抵达键合的衬底堆30的中心，因此键合的衬底堆30完全被分离成二片衬底。
后续工艺过程与在例子1中的一样。
[例子6]
在例子6中，第六工艺设备700被用于制作SOI衬底的工艺过程。
按照与以上所述的例子1中的一样的工序完成直到形成键合的衬底堆30以前的工艺过程。
其次，图21所示的工艺设备700夹持键合的衬底堆30，并且以2000千克力/平方厘米的压力把流体喷射到处于静止状态的键合的衬底堆30以使衬底10的端面部分向下翘曲而形成分离开始部分。
使流体压力降低到400千克力/平方厘米，而然后，转动键合的衬底堆30以便成螺旋状地增长裂纹，由此使键合的衬底堆30完全分离成二片衬底。
后续工艺过程与在例子1中的一样。
根据本发明，例如，像键合的衬底堆之类的组合元件在像多孔层之类的分离层处能够被恰当地分离。
因为能够进行许多显然大不相同的本发明实施例而没有脱离本发明的精神和范围，所以除了按在附加的权利要求书中所限定的以外，发明不局限于一些具体的实施例是不言而喻的。

Claims (45)

1．一种组合元件分离方法，用于在与第一元件和第二元件之间键合界面不同的位置上，分离通过把具有分离层和在分离层上的转换层的第一元件键合到第二元件而形成的组合元件，包括：
预分离步骤，它包含对组合元件的端部分施加相对于键合界面非对称性的力而在组合元件内形成从第一元件表面穿过转换层延伸到分离层的裂纹的步骤；和
实际分离步骤，它包含沿着分离层增长裂纹的步骤。
2．根据权利要求1的方法，其中实际分离步骤包括大体上在分离层内或在分离层的界面内增长裂纹。
3．根据权利要求1的方法，其中转换层包含绝缘层。
4．根据权利要求1的方法，其中转换层包含绝缘层和半导体层。
5．根据权利要求1的方法，其中分离层包括通过阳极化处理形成的多孔层。
6．根据权利要求1的方法，其中分离层包括通过离子注入形成的注入层。
7．根据权利要求1的方法，其中预分离步骤包括，至少使用固体尖劈和非对称的衬底夹持机械装置其中之一，对组合元件的端部分施加相对于键合界面非对称性的力。
8．根据权利要求7的方法，其中尖劈具有一对非对称倾斜的接触表面。
9．根据权利要求7的方法，其中尖劈具有抵靠第一元件的第一接触表面和抵靠第二元件的第二接触表面，并且第一接触表面与键合界面构成的角度大于第二接触表面与键合界面构成的角度。
10．根据权利要求7的方法，其中预分离步骤包括使尖劈平行键合界面移动而把尖劈插入组合元件的端面部分。
11．根据权利要求7的方法，其中尖劈具有抵靠第一元件的第一接触表面和抵靠第二元件的第二接触表面，并且尖劈具有在尖劈插入组合元件状况下在第二接触表面与组合元件接触之前第一接触表面与组合元件接触的结构。
12．根据权利要求7的方法，其中尖劈具有抵靠第一元件的第一接触部件和抵靠第二元件的第二接触部件，第一接触部件具有比第二接触部件的硬度高的硬度。
13．根据权利要求7的方法，其中预分离步骤包括对尖劈施加相对于键合界面非对称性的振动。
14．根据权利要求7的方法，其中由树脂构成尖劈。
15．根据权利要求1的方法，其中实际分离步骤包括向裂纹注射流体以增长裂纹。
16．根据权利要求15的方法，其中流体是静压流体或者是喷射流体。
17．根据权利要求1的方法，其中预分离步骤包括形成裂纹而没有转动组合元件，而实际分离步骤包括一面转动组合元件一面增长裂纹。
18．根据权利要求1的方法，其中预分离步骤包括一面抑制第二元件的翘曲一面形成裂纹，使第二元件的翘曲比第一元件的翘曲小。
19．根据权利要求1的方法，其中预分离步骤包括使用具有抑制第二元件翘曲使第二元件的翘曲比第一元件的翘曲小的部件的衬底夹持部分，夹持组合元件。
20．一种制造薄膜方法，包括使用权利要求1的分离方法把在分离层的表面侧上的第一元件中的转换层转换到第二元件的步骤。
21．一种制造薄膜方法，包括：
把具有分离层和在分离层上的转换层的第一元件键合到第二元件而形成组合元件的步骤；和
在与第一元件和第二元件之间键合界面不同的位置上分离组合元件的分离步骤，
其中分离步骤包括
对组合元件的端面部分施加相对于键合界面非对称性的力而在组合元件中形成从第一元件表面穿过转换层延伸到分离层的裂纹的第一步骤，和
沿着分离层增长裂纹的第二步骤。
22．根据权利要求21的方法，其中第二步骤包括大体上在分离层内或者在分离层的界面内增长裂纹。
23．根据权利要求21的方法，其中转换层包含绝缘层。
24．根据权利要求21的方法，其中转换层包含绝缘层和半导体层。
25．根据权利要求21的方法，其中分离层包括通过阳极化处理形成的多孔层。
26．根据权利要求21的方法，其中分离层包括通过离子注入形成的注入层。
27．根据权利要求21的方法，其中第一步骤包括，至少使用固体尖劈和非对称的衬底夹持机械装置其中之一，对组合元件的端面部分施加相对于键合界面非对称的力。
28．根据权利要求27的方法，其中尖劈具有一对非对称倾斜的接触表面。
29．根据权利要求27的方法，其中尖劈具有与第一元件接触的第一接触表面和与第二元件接触的第二接触表面，并且第一接触表面与键合界面构成的角度大于第二接触表面与键合界面构成的角度。
30．根据权利要求27的方法，其中第一步骤包括，使尖劈平行键合界面移动而把尖劈插入组合元件的端面部分。
31．根据权利要求27的方法，其中尖劈具有抵靠第一元件的第一接触部件和抵靠第二元件的第二接触部件，并且尖劈具有在尖劈插入组合元件状况下在第二接触部件组合元件之前第一接触部件组合元件的结构。
32．根据权利要求27的方法，其中尖劈具有抵靠第一元件的第一接触部件和抵靠第二元件的第二接触部件，第一接触部件具有比第二接触部件的硬度高的硬度。
33．根据权利要求27的方法，其中第一步骤包括对尖劈施加相对于键合界面非对称性的振动。
34．根据权利要求27的方法，其中由树脂构成尖劈。
35．根据权利要求2的方法，其中第二步骤包括向裂纹注射流体以增长裂纹。
36．根据权利要求35的方法，其中流体是静压流体或者是喷射流体。
37．根据权利要求21的方法，其中第一步骤包括形成裂纹而没有转动组合元件，而第二步骤包括一面转动组合元件一面增长裂纹。
38．根据权利要求21的方法，其中第一步骤包括一面抑制第二元件的翘曲一面形成裂纹使第二元件的翘曲比第一元件的翘曲小。
39．根据权利要求38的方法，其中第一步骤包括用具有抑制第二元件翘曲使第二元件的翘曲比第一元件的翘曲小的部件的衬底夹持部分，夹持组合元件。
40．根据权利要求21的方法，进一步包括步骤，在衬底表面上形成作为分离层的多孔层以后形成非多孔半导体层和覆盖多孔层的绝缘层，由此形成第一元件。
41．根据权利要求21的方法，进一步包括，从衬底的表面侧注入离子而在衬底中形成作分离层的离子注入层，由此形成第一元件的步骤。
42．根据权利要求21的方法，进一步包括在氧化气氛中热处理组合元件的步骤。
43．根据权利要求21的方法，其中
上述的方法进一步包括步骤，在氧化气氛中热处理组合元件而在组合元件的表面上形成氧化膜，和
从第一元件延伸到分离层的裂纹横穿过氧化膜。
44．根据权利要求21的方法，其中薄膜是在绝缘表面上形成的SOI层。
45．一种组合元件分离设备，用于在与第一元件和第二元件之间键合界面不同的位置上，分离通过把具有分离层和在分离层上的转换层的第一元件键合到第二元件形成的组合元件，包括：
用于对组合元件的端面部分施加相对于键合界面非对称性的力而在组合元件中形成从第一元件表面穿过转换层延伸到分离层的裂纹的预分离机械装置；和
用于沿着分离层增长裂纹的实际分离机械装置。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication