晶片和用于制造帶表面結構的晶片的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及晶片和用于制造帶表面結構的晶片的方法，尤其是用于借助于溫度誘發(fā)的機械應力通過使用預制的聚合物薄片由較小延展性的原料制造薄晶片的方法。
【背景技術】
[0002]在許多技術領域中(例如微電子或光電技術)例如硅，鍺或藍寶石的材料經常以薄圓片和板(所謂晶片)的形式利用。標準地這種晶片現(xiàn)在批量地通過鋸由鑄塊制造，其中產生相對大的材料損耗(“鋸縫損耗”)。因為使用的原材料通常非常貴，存在很大期望，以較小材料花費并因此更高效并且低成本地制造這種晶片。
[0003]例如以當前一般的方法僅在制造太陽能電池的硅晶片時使用的材料的幾乎50%作為“鋸縫損耗”損失。全球來看這對應于每年超過20億歐元的損失。因為晶片的成本構成成品太陽能電池的成本的最大部分(超過40%)，可以通過晶片制造的相應改善大大降低太陽能電池的成本。
[0004]對于無鋸縫損耗的這種晶片制造(“無鋸縫晶片制成”)顯示特別吸引的是可以放棄慣用的鋸并且例如通過使用溫度誘發(fā)的應力直接將薄晶片從較厚工件解離的方法。尤其是這包括該方法，如其例如在PCT/US2008/012140和PCT/EP2009/067539中所描述，其中使用在工件上涂抹的聚合物層用于產生這個應力。
[0005]這個聚合物層根據當前現(xiàn)有技術以流動的形式在鑄造方法中涂抹到要加工的工件上并且然后在那時效硬化。在此在涂抹的情況下正好涂裝這么多的物質，使得表面應力將聚合物薄膜保持在工件上。這個方法導致工件和聚合物層的不是充分可定義的邊緣閉合。尤其是在聚合物層的邊緣上不可取得正好垂直于工件的表面放置的邊沿。因此在聚合物層的邊緣上可發(fā)生，一方面層局部太薄以及由于表面幾何形狀力施加在產生溫度誘發(fā)的應力的情況下相對不明確地發(fā)生。兩個問題導致在生產的晶片的邊緣區(qū)域中的不受控制的粗糙表面。
[0006]此外在以前的鑄造方法中需要相對多的時間以及工件要加工的表面的始終準確水平的對準，以便于確保聚合物通過融化均勻的分布。此外必須把在流動的聚合物中存在的氣泡個別地排除，這是相對費時的。
[0007]最后在以前的方法中限制聚合物薄膜的厚度，因為從確定的層厚度起表面應力不再足夠以將薄膜保持在工件上并且因此聚合物通過工件的邊緣跑出去。用本發(fā)明-涂裝預先制作的聚合物薄片-消除了所有這些問題和限制。在此優(yōu)選使用較厚晶片作為工件，然后從該晶片通過使用所述方法剝離一個或多個較薄晶片。
[0008]此外存在產生具有表面結構的晶片的需求，以便晶片關于期望的應用情況設置有相應的表面。
[0009]因此本發(fā)明的任務為提出一種晶片和用于制造具有表面結構的晶片的對應方法，其中一方面可減少制造成本并且另一方面可對晶片關于期望的應用情況設置有相應的表面。

【發(fā)明內容】

[0010]這個任務通過權利要求1所述的特征解決。在對合成結構如此施加以內部和/或外部應力場，使得原材料(4)沿著內部平面在形成晶片期間分裂時這是尤其有利的，其中晶片具有得出的分裂面上的類似浮雕的3維表面結構，其通過原材料的特性可預定并且由此可制造具有根據需求適配的表面的晶片。
[0011]可以如此以低成本的方式制造具有期望表面尤其是具有放大的表面的晶片，以便于提高例如預定太陽能電池的有效面積。此外具有期望或者可預定的表面構造的晶片根據晶片的應用情況產生。
[0012]尤其是根據本發(fā)明的晶片具有作為原材料(4)的具有較小延展性的原料，原材料具有至少一個暴露的表面，其中具有可自由選擇的材料特性的至少一個預制的涂裝層(I)在原材料(4)的暴露的表面上在形成合成結構期間涂裝，其中對合成結構以這種方式施加以內部和/或外部應力場，使得原材料(4)沿著內部平面在形成晶片期間分裂，其中晶片具有帶基本上可預定的圖樣的得出的分裂面上的類似浮雕的表面結構，該圖樣可通過原材料的特性改變。
[0013]優(yōu)選晶片具有分裂面上的表面結構，其可通過暴露的表面和/或原材料的邊緣幾何形狀如此影響，使得在分裂面上的表面與暴露的表面互補的和/或與原材料的邊緣幾何形狀互補的，并且其中在得出的分裂面的表面結構具有開放和封閉的瓦納線形式的基本上可預定的圖樣，并且其中封閉的瓦納線基本上對應于原材料的邊緣幾何形狀。
[0014]本發(fā)明的其他有利擴展方案是從屬權利要求的主題。
[0015]下面詳細解釋用于制造根據本發(fā)明的晶片的方法。預制的(即，未直接固定到工件上的)聚合物薄片可以如此制造(例如借助于裁剪，模鍛，模板中的鑄造)，使得實現(xiàn)工件和聚合物層的可非常精確的定義的邊緣閉合。
[0016]聚合物薄片可以預制，適配并且與工件分開地制造，使得聚合物層的制造和適配可與晶片制造無關地進行。換句話說:聚合物層的特性因此可以與其他工藝步驟無關地定義并且控制。
[0017]薄片和晶片的分開制造例如具有該優(yōu)點，用于硬化聚合物層的參數(shù)，例如硬化溫度和時間，可以非常自由地選擇。如此可以例如在使用相同工件上的兩個聚合物層的情況下兩個層彼此無關地硬化，這在以前的方法中不可能。此外用以前的方法在超過室溫的硬化溫度的情況下直接在工件上的硬化自動導致在室溫情況下的薄膜的預應力。這個預應力可在解離之后導致生產的晶片的明顯彎曲和折斷。預制的薄片的使用使得下列成為可能，自由選擇薄片的時效硬化溫度而不影響可能的預應力。
[0018]此外借助于本發(fā)明還可以任意選擇并且準確調節(jié)聚合物層的強度(我們使用在大約0.1和1mm之間優(yōu)選0.4和Imm之間的通常的厚度，其中為了制造較厚晶片使用較厚的聚合物層)。特別地例如還可以使用結構化的薄片，其中例如薄片厚度根據位置適宜地選擇，使得具有定義的厚度輪廓的薄片層可能。
[0019]可以使用例如聚二有機硅氧烷例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為聚合物。下面描述由PDMS制成的薄片作為聚合物薄片并且由硅制成的較厚晶片作為工件；但是還可以使用其他適合的聚合物和工件(其例如由其他材料如鍺，藍寶石，等制成)。
[0020]為了制造聚合物薄片我們使用Dow Corning的PDMS Sylgardl84。它是熱時效硬化的兩組分的混合物(我們對此使用例如1:10到1:3的硬化物:基礎材料之間的混合比例)。為了硬化我們使用(根據硬化時間)從室溫到大約200° C，優(yōu)選大約60° C到150° C的溫度。我們通常使用在大約1-20分鐘(在高溫度的情況下)和1-2天(在室溫的情況下)之間的硬化時間。在硬化前PDMS Sylgard 184涉及粘性流動性，其例如借助鑄造方法在平坦表面(例如鏡)上涂裝并且在那里時效硬化成薄片。薄片然后從這個表面取下(例如機械地)，必要時再次加工，并且之后涂裝在工件上。此外制成的薄片可以已經在涂裝工件之前調查并且檢查其質量(例如用通常的機械，光學或電測量方法等等)。除了這里所述的用于薄片制造的方法以外在工業(yè)中通?？梢詰猛瑯涌梢杂糜诒景l(fā)明的許多其他方法(例如通過擠壓模塑法制造)。
[0021]之后制成的薄片涂裝在工件(例如較厚的晶片)的表面上。對此將薄片良好地附著在工件上是重要的:工件和薄片之間的連接必須可以忍受用于解離的足夠大的剪切力以及用于熱誘導所需的應力的大溫度波動。
[0022]提供薄PDMS薄膜作為粘膠劑(例如同樣通過使用Sylgard 184)用于薄片的粘貼。這例如用噴灑器在工件上要粘貼的表面的中間中涂抹(用于5英寸晶片的幾毫升)。之后鋪上薄片并且用軋輥或滾筒在輕壓力下壓到工件上。通過軋輥的來回運動粘膠劑薄膜在薄片下發(fā)表，分離氣泡。粘膠劑的時效硬化可以在室溫下實現(xiàn)。為了避免拉應力在分裂之后(見圖片)推薦粘膠劑硬化溫度小于60° C。為了簡化用軋輥的粘膠劑薄膜的分布較小粘膠劑粘性是有利的，這例如可以簡單通過較大部分的硬化物物質(例如1:3的硬化物:基礎材料)實現(xiàn)。如在薄片制造時根據硬化溫度改變硬化時間(參見上面)。
[0023]作為上述方法的備選薄片還可以用其他通常的方法粘貼在工件上，例如通過使用真空層壓器。最后薄片還可以直接(沒有粘膠劑)與工件的表面相連，例如借助于“等離子活化連接”(例如以氮等離子活化PDMS薄片，將薄片壓緊在工件上，必要時“韌煉”)或例如通過膠合(熔化)熱塑薄片(例如Wacker娃樹脂的Gen1mer)。
[0024]在粘貼薄片并且粘膠劑時效硬化之后，如在現(xiàn)有技術中描述的參考文獻通常例如通過熱誘導的應力將薄晶片從工件剝離，其中薄片還在晶片的側上附著。然后薄片可以從制造的晶片例如用機械或化學方法剝離，如在提及的參考文獻中所示。
[0025]為了在解離晶片之后實現(xiàn)薄片的剝離，工件可以在粘貼薄片之前用薄犧牲層涂覆。然后薄片不直接在工件的表面上，而是在犧牲層上粘貼。在解離晶片之后位于工件表面和薄片之間的犧牲層可以例如