专利名称：制造芯片和相关支撑的方法
技术领域：
本发明一般涉及在例如硅的半导体材料薄层上制造电子型、光导发光(optronic)型和/或光电型的电路。
更特别地，在第一方面，本发明涉及制造多个芯片的方法，每个芯片包括至少一个电路。
在第二方面，本发明还涉及制造支撑的方法，该支撑使得所述芯片制造方法能实现。
背景技术：
通常，术语“切割(cutting)”意味着包括彼此分离各个芯片的操作。
术语“芯片”意味着包括一个或者多个电路的模块。
术语“电路”意味着任何类型的微电子、光电、光导发光和/或光电电路。
这里使用的术语“层”优选表示薄层，例如，其厚度可是0.1微米(μm)到10μm的量级。
最后，通常以重复的方式来制造以这种方式制造的电路，在薄层上形成多个相同的电路，其允许以相应的方式形成多个相同的芯片。
通常，制造芯片的方法是已知的。
能想起的第一种已知方法在于直接在半导体材料(例如硅或者III-V族材料)的大(massive)衬底的表面部分中制造芯片。
一旦已经形成芯片，则切割衬底通过它的整个厚度以彼此分离芯片。
通过对衬底划线(scribing)实现切割。
当划线时，通常先划出划痕线(score line)，之后沿着所划的线分开衬底。
用这种方法的一个限制是不能在薄衬底上制造芯片。
形成芯片的大衬底相对较厚(至少在一百微米的量级——例如对于直径200毫米(mm)的衬底来说是725μm)；这种厚度对于某些应用而言可能证实为太大。
大衬底不适合的这种应用的非限定性例子是-制造包括发光二极管(LEDs)的芯片，因为其上形成芯片的衬底太厚可影响电路的光特性——例如当衬底吸收部分的光时；-制造需要从单晶硅型的衬底具有一定程度的机械柔韧性(flexibility)的芯片，所述单晶硅型的衬底是刚性、脆性材料；因此，为了给芯片提供所需的柔韧性，衬底必须比所用的大衬底更薄。
明显地，可减薄上述类型的大衬底的背面，进入芯片形成于其上的表面层(这里将衬底的背面定义为与衬底的“前”面相对的面，所述衬底的“前”面是承载芯片的面)。
作为例子，可通过化学蚀刻衬底的背面或者通过机械侵蚀所述背面来实现所述减薄。
然而，衬底减薄有必要受到限制，因为衬底必须保持一定的厚度(50μm的量级)，以便于保持可接受的机械强度。
而且，即便在所述减薄之后，需要使用薄层形成芯片的例如上述的那些应用还是难以得到。
因此，可以看出的是，存在与所述第一种已知方法有联系的局限。
还应当注意的是，对芯片划线可与一些问题(划线衬底的剥落)有联系，其构成那种方法的进一步局限。
在衬底上制造芯片的第二种方法也是已知的。
在第二种方法中，进行下述步骤-在半导体材料层上产生芯片，所述层与衬底成一整体；-将包括芯片的所述层从衬底转移到支撑；-通过根据预定切割图案切割所述层而形成各个芯片。
明确指出的是，在本文中将术语“转移”理解为包含有在施主晶片(其可称为“顶”)和接收晶片(其可称为“基底”)之间的结合(bonding)以及在结合之后从顶晶片随后去除掉多余材料的操作。
更准确地，用于定义“转移”的“结合”是基于具有非常低粗糙度(通常在几埃或者几十埃的量级)的两个表面之间的分子粘着的结合。
Smart-CutTM方法是转移方法的一个例子。
还应当提到的是，术语“预定图案”指的是已经制造出以限定所需切割线的图案。
因此，在将所述层转移到接收支撑之前，在半导体材料层中形成芯片。
半导体材料层可是“薄”层，也就是，具有0.1μm到10μm的量级的厚度。
预定图案通常对应于具有正方形或者矩形间隔(compartments)的栅格，栅格线限定芯片的边界。
通常通过对薄层划线而实现切割，可选地可同时对支撑划线而实现切割，所述层已与所述支撑成为一整体。
可以使用本身已知的任何类型的技术将薄层转移到支撑。
尤其是，已知的是，可通过使设置在要被转移到支撑的薄层和最初与薄层成一整体的衬底之间的弱区破碎而实现所述转移。
可在制造如上所述的芯片之前或者随后形成该弱区。
还可能的是，在形成弱区之前仅仅进行芯片制造中的某些步骤，制造芯片的其它步骤在形成弱区之后进行的。
例如，该弱区可以通过注入一种或者多种原子和/或离子种类制造，这是Smart-Cut技术的情况。
还可以通过控制具有限定弱区的公共界面的两层之间的结合能而获得弱区——这被广泛地称为“可分离的”衬底——其中可以通过在弱化界面的水平面上施加应力(尤其是机械的和/或热的)而转移层。
例如，由此可以通过在衬底的两层之间产生多孔区，或者在两层之间产生可逆的结合而形成弱区。还可以利用其它方法。
还应当提到的是，还已知的是将厚衬底转移到支撑上，然后经由它的背面减薄转移的衬底(BSOI或者BESOI型技术)。这产生了转移到支撑上的薄层。
在将薄层和它的电路转移到支撑之后，切割所述层以形成各个芯片。
那种已知方法可在具有显著减小的厚度的层上产生芯片。
其还可允许芯片形成在由不同于衬底材料的材料所制成的支撑上，在所述衬底中已经制造了芯片(薄层的材料)，并且它可以具有所期望的本性和特定的性能。
然而，上述关于划线的缺点(尤其是剥落)仍然存在。
当对小厚度的层划线时，所述缺点更明显。
发明内容
本发明的目的是完善上述第二种方法，尤其是克服与划线有关的缺点。
本发明的一般目的是改善上述已知方法。已显示，在该方面本发明具有特殊的优点。
为了实现这些目的，在第一方面，本发明提供一种制造多个芯片的方法，每个芯片包括至少一个电路，该方面包括下述的连续步骤-在半导体材料层上产生芯片，所述层与衬底成一整体；-将包括芯片的所述层从衬底转移到支撑；和-通过根据预定切割图案切割所述层而形成各个芯片；该方法的特征在于，在将层转移到支撑之前，它还包括在支撑上形成对应于切割图案的弱化图案。
该方法的优选但非限定性的方面如下-在支撑上设置所述弱化图案，以便于根据所期望的相互关系限定打算接收芯片的支撑区；-在所述支撑上设置所述弱化图案，以限定打算单独接收各自芯片的支撑区；-形成弱化图案包括在支撑的厚度中蚀刻沟槽网络；-蚀刻是化学蚀刻；-蚀刻是机械蚀刻；-蚀刻是通过部分地穿过支撑的厚度而划线；-蚀刻是支撑的各向异性蚀刻；-所述各向异性蚀刻在支撑上产生尖锐边缘的轮廓；-支撑只在它的其中一个面上包括弱化图案；-包括弱化图案的支撑的面设置在转移层的一侧上；
-包括弱化图案的支撑的面设置在与转移层相对的一侧；-在切割层的过程中，根据弱化图案也切割支撑；-在转移包括芯片的所述层之前，该方法包括通过组装各个砖片(tiles)形成支撑，各个砖片之间的边界对应于弱化图案；-使用设置在各个砖片之间的粘合剂(binder)组装砖片，粘合剂确保砖片之间的临时结合；-支撑是由塑料、玻璃、聚合物或者金属形成的；-通过根据弱化图案裂开包括芯片的层而切割层；-在所述裂开过程中，只有包括芯片的所述层破裂，支撑保持为单一的整体元件；-结合切割包括芯片的层，取消(undone)砖片之间的所述临时结合；-通过溶解设置在砖片之间的粘合剂而取消临时结合；-粘合剂是可逆的粘接剂(adhesive)、蜡或者聚合物；-在所述裂开过程中，同时破裂支撑和包括芯片的所述层；-同时制造多个芯片中的芯片；-使用Smart-Cut型方法实现所述层从衬底到支撑的所述转移；-使用BSOI或者BESOI型方法实现所述层从衬底到支撑的所述转移。
在第二方面，本发明还提出一种制造支撑的方法，用于实现制造上述类型的芯片的方法，其特征在于，所述支撑包括多个单个的砖片，砖片之间的边界对应于弱化图案。
该方法的优选的但非限定性的方面如下-通过选择性地侵蚀支撑以在支撑的厚度中在至少一个面上产生沟槽网络，而形成弱化图案；-通过在砖片之间设置提供临时结合的粘合剂而产生弱化图案，打算在切割层的过程中取消所述结合；-通过使用粘合剂组装平行设置的条状物(bars)或者线状物(wires)，每个条状物或者线状物对应于各个砖片，以及通过在基本上垂直于条状物或者线状物的纵向方向的平面中切割组装的条状物或者线状物，而制造支撑；
-条状物或者线状物的截面基本上对应于芯片的外形。
最后，根据该第二方面，本发明还包括由因为它们的光学透明、电导率和/或热导率的性能而选择的材料所制成的支撑。
该支撑的优选、非限定方面如下-砖片的材料是光学透明的；-砖片的材料是电绝缘的；-砖片的材料是导电的；-砖片的材料是导热的；-所述砖片材料的热导率大于150瓦特每米℃(W/m.℃)。
从参考附图作出的下述说明，本发明的其它方面、目的和优点变得更加明显，其中-图1是可在本发明的背景下使用的支撑的示意图；-图2a是可在本发明的一种实施中使用的支撑的表面的不完整示意图；-图2b示出了制造例如图2a的支撑的可能制造步骤；-图3a到3c是可以在本发明的背景下应用的三个步骤的示意图；-图4示意性地示出在弱化图案的一条线上包括芯片的层和相关支撑的裂开。
这些图是示意性的，其中各个元件没有按照比例(尤其是关于层的厚度、芯片的数目和间隔等)。
具体实施例方式
图1示出了可在本发明的背景下使用的支撑10的顶视图。
支撑10覆盖一表面，该表面对应于包括要转移到该支撑的预制芯片的层的表面。
支撑10是由例如硅的半导体材料制成的。
还可用一些其它材料制成支撑10，例如玻璃、塑料或者具有所期望的性能的聚合物，或者用金属制成。
应当注意的是，支撑的表面具有限定区域110的多条线100。
这些线100和这些区域110位于支撑的同一面上(称为弱化面)。
在变型中，可以在支撑的两个面上提供与线100相同类型的线，以限定区域110。在这种情况中，支撑的两个面都是“弱化的”。在下面进一步描述这种可能性。
线100对应于支撑的弱化线和/或用于引导芯片的切割，如下面所解释。
在任何情况中，线100形成弱化图案，在下面解释其作用。
更准确地，将每个区域110限定成对应于要转移到支撑上的半导体材料层的一个或者多个芯片。
而且，对于要转移到支撑的层中的所述芯片，弱化图案对应于切割图案。
可通过在支撑的厚度中蚀刻沟槽的网络而在支撑10上形成线100。
所述蚀刻尤其可以是化学蚀刻，使用适当掩模进行，所述掩模只露出对应于线100的那些部分的支撑。
还可以通过机械型蚀刻来蚀刻允许产生线100的支撑。
还可以根据所期望的切割图案部分地通过支撑的厚度划线来获得沟槽。
应当注意的是，支撑的弱化面可以是打算与之前已经在其上形成芯片的转移层相接触的支撑的面。
在变型中，还可能的是，支撑的弱化面是与要接收转移层的支撑的面相对的面。
如上所述，还可确保支撑的两个面都与弱化图案相关。在这种情况中，这两个图案可是不同的以限定具有不同尺寸的区域110和/或它们可不同地放置在支撑的表面上。
如上所述，弱化线100可是沟槽。
与此相反，还可以通过从支撑10的表面突起的轮廓来构成这些线。
可以通过各向异性蚀刻支撑来形成它们(由于在某些结晶方向的加速侵蚀，所以蚀刻可产生通常是V型横截面的沟槽)。
该支撑还可由对应于区域110的明显单个元件形成。
图2a示出了支撑10的弱化表面的一部分，其中单个区域110是例如上述构成支撑的那些材料的砖片。
砖片110通过构成线100的粘合剂而连接在一起。
粘合剂例如可以是可逆的粘接剂、蜡、聚合物或者可以被溶解的任何粘合剂。
图2b示出了如图2a中所示的支撑的实施例。
在该图中，示出了彼此平行设置的多个条状物或者线状物111，使得它们的位置对应于区域110所期望的位置。
每个条状物或者线状物111的截面对应于相应区域110的所期望的外形(在这里所示的情况中，条状物是正方形的截面)。
在已经以这种方式放置条状物或者线状物111之后，在它们之间引入粘合剂，以使得它们彼此形成一整体。
然后以横穿条状物的轴的切割方向来切割所得到的组件。
这产生了“晶片”，其每一个对应于图1示意性示出的类型的支撑。
下面参考图3a到3c描述实现本发明的方式。
图3a示出了衬底20，多个芯片200的电路形成在它的表面区域中。在之前的芯片形成步骤中同时形成所述电路。
以所期望的布置在衬底20的表面上布置芯片，如前所述，其对应于打算接收来自衬底20的层的支撑的区域110的布置。
然后将来自衬底20的层转移到支撑上。
在本文的含义中它可以是“薄”层，也就是，具有0.1μm到10μm的量级的厚度。
例如，衬底20可以由硅制成。
在衬底上形成芯片之后，然后在支撑10上将所述衬底组装，所述支撑10使它的区域110布置成与衬底20的芯片200相关连。
通过在衬底20和支撑10之间的紧密接触产生“组装”效果，其确保了所述两个元件之间的机械结合。
尤其还可以通过粘接结合而制造组件。
在所述组装之前可清洗支撑的接触表面和/或衬底的接触表面。
在优选的实施中，支撑的每个区域110分别对应于衬底20的芯片200。在这种情况中，在组装过程中每个芯片面对支撑的区域110。
还可能的是，在支撑的区域110和衬底20的芯片或者芯片组之间提供任何所期望类型的对应(将某些组的芯片分配到某些区域等)。
尽管衬底20与支撑10组装在一起，但是与支撑10接触的衬底20的面是承载芯片200的面。
应当想起的是，支撑10的弱化面可以面对衬底20或者背对它。
这形成了中间结构，如图3b所示(其中以阴影线示出支撑10)。
该图还示意性地示出支撑的弱化面的线100(在该情况中其限定分别对应于芯片200的区域)。
从图3c可以看出的是，然后去除掉衬底20的材料，只保留所期望厚度的层21与支撑10接触。
作为例子，该厚度可以是0.1μm到几微米的量级。
层21包括在它的厚度中的芯片200。
可通过侵蚀衬底20的背面来去除掉材料。
所述侵蚀可是化学和/或机械侵蚀。
还可通过在之前已形成在衬底的厚度中的弱区处分离衬底20而实现所述材料的去除。
在这种情况中，优选在将支撑10和衬底20组装在一起之前形成弱区。
尤其可以通过将一种或者多种原子和/或离子种类注入到衬底的厚度中而形成该弱区。在本发明的该实施例中，使用了Smart-Cut型方法。
还可以设想任何其它类型的转移来去除材料(例如，形成可分离类型的衬底20，其包括由衬底20的多孔区产生的弱区，或者通过控制衬底20的两层之间的结合能，或者通过使用BSOI或者BESOI型转移技术)。
在本发明的变型中，在将衬底20和支撑10组装在一起之前(例如通过结合)，标记开始与支撑10接触的衬底20的表面。
所述“标记”对应于使用(部分或者全部)对应于预定切割图案的图案来侵蚀衬底20的表面。
可以通过非常轻地对衬底表面划线而获得标记。所述划线非常浅；它只打算中断衬底的表面的连续性，产生非常轻的划痕线。
所述标记还阻止了随后切割过程中的剥落。
它还可以允许在切割过程中使芯片隔离，其有助于保护它们。
在以这种方式形成包括支撑10和含芯片200的薄层21的结构之后，然后将所述芯片切割开。
为了实现所述切割，没必要对层21划线。
在本发明中，可仅仅通过在分隔区域110(以及由此的层21的对应区200，各芯片200或者各组芯片与其关联——取决于支撑的区域110和芯片或者芯片组怎样关联)的线100处裂开层21就实现切割。
可以通过在层21上和在与层21有关的支撑10上同时施加应力而获得所述裂开。
作为实例，可以以与垂直于层表面的相同方向在层21上施加压应力，并在支撑的线100的任一侧在相同方向起作用(箭头F1)，如图4示意性地示出。
在这种情况中，在所述线100处可以保持层和支撑稳定(箭头F2)。
由此在线100处施加弯曲应力。
该应力在线100处裂开层21。还可能的是，在层21本身的表面上在芯片200之间形成弱化线。在裂开期间，可能的是-或者只破裂开层21，以便于切割并分隔各芯片200，而支撑10的相应区域保持为整体；或者-不仅破裂开层21，以便于切割芯片，还破裂开支撑本身，并由此分隔各区域110。
在上述的第一种情况中，可能有利的是，确保支撑具有一定量的柔韧性，使得它可以变形而不破裂，而层21裂开。
尤其是，可以借助于不同支撑区域110之间的粘合剂的机械性能而获得这种柔韧性，如图2a和2b所示。在这种情况中，选择粘合剂以允许在区域110之间一定量的变形，同时保持这些区域是整体的。
在这种情况中，可能的是-或者在第二阶段分开支撑的区域110，以获得根据所期望的关联分别与区域110相关的多个芯片；或者-基本上从支撑分开芯片，以获得不与支撑的一部分相关的单个芯片。例如，可以通过断开层21和支撑10之间的界面处的结合而获得芯片和支撑的这种分开(也就是，以可逆的方式形成结合)。
在上述的第二种情况中，还可能的是，通过不同砖片形成支撑，如图2a所示。在这种情况中砖片之间的粘合剂可以-在裂开应力下破裂；或者-在裂开过程中除去(例如，通过溶解粘合剂)。
无论如何，在第二种情况中，粘合剂仅临时粘合住区域110。
在该方法结束时，获得多个独立的芯片200(或者芯片组，依赖于芯片和支撑的区域110如何关联)。
可以选择支撑的材料，使得它具有所期望的性能。
对于所述材料，还可以是光学透明的(例如，石英或者玻璃支撑)。
还可以选择电导体作为该材料(也就是，具有一般小于1欧姆·平方厘米(Ω.cm2)的电阻率的材料——可以使用例如铜的材料)，或者，相反，选择绝缘体(也就是，具有一般大于1Ω.cm2的电阻率——可以使用例如玻璃或者塑料的材料)。
以类似的方式，还可以选择热的导体(例如铜、金刚石等)或者绝缘体(例如玻璃或者塑料等)作为材料。
在传导材料的情况中，通常使用热导率大于150W/m.℃的材料，该值对应于硅的热导率。
权利要求
1.一种制造多个芯片的方法，每个芯片包括至少一个电路，该方法包括下述的连续步骤-在半导体材料层上产生芯片，所述层与衬底成一整体；-将包括芯片的所述层从衬底转移到支撑；-通过根据预定切割图案切割所述层而形成单个芯片；该方法的特征在于，在将层转移到支撑之前，它还包括在支撑上形成对应于切割图案的弱化图案。
2.根据前一权利要求的方法，其特征在于在支撑上设置所述弱化图案，以便于根据所期望的相互关系限定打算接收芯片的支撑区域。
3.根据前述权利要求的方法，其特征在于在支撑上设置所述弱化图案，以单独限定打算接收各自芯片的支撑区域。
4.根据前述任一权利要求的方法，其特征在于形成弱化图案包括在支撑的厚度中蚀刻线的网络。
5.根据前一权利要求的方法，其特征在于蚀刻是化学蚀刻。
6.根据权利要求4的方法，其特征在于蚀刻是机械蚀刻。
7.根据权利要求4的方法，其特征在于蚀刻是部分地穿过支撑的厚度而划线。
8.根据权利要求4的方法，其特征在于蚀刻是支撑的各向异性蚀刻。
9.根据前一权利要求的方法，其特征在于所述各向异性蚀刻在支撑上产生尖锐边缘的轮廓。
10.根据前述任一权利要求的方法，其特征在于支撑只在它的一个面上包括弱化图案。
11.根据前一权利要求的方法，其特征在于包括弱化图案的支撑的面设置在面对转移层的一侧。
12.根据权利要求10的方法，其特征在于包括弱化图案的支撑的面设置在背对转移层的一侧。
13.根据前述任一权利要求的方法，其特征在于在切割层的过程中，还根据弱化图案切割支撑。
14.根据权利要求1到3中任一项的方法，其特征在于在转移包括芯片的所述层之前，该方法包括通过组装单个砖片形成支撑，在单个砖片之间的边界对应于弱化图案。
15.根据前一权利要求的方法，其特征在于使用设置在单个砖片之间的粘合剂组装砖片，粘合剂确保砖片之间的临时结合。
16.根据前述任一权利要求的方法，其特征在于支撑是由塑料、玻璃、聚合物或者金属形成的。
17.根据前述任一权利要求的方法，其特征在于通过根据弱化图案裂开包括芯片的层而切割层。
18.根据前一权利要求的方法，其特征在于在所述裂开过程中，只有包括芯片的所述层破裂，支撑保持为单一的整体元件。
19.根据前一权利要求结合权利要求15的方法，其特征在于结合切割包括芯片的层，取消砖片之间的所述临时结合。
20.根据前一权利要求的方法，其特征在于通过溶解设置在砖片之间的粘合剂而取消临时结合。
21.根据前述两个权利要求之一的方法，其特征在于粘合剂是可逆的粘接剂、蜡或者聚合物。
22.根据权利要求18的方法，其特征在于在所述裂开的过程中，支撑和包括芯片的所述层同时破裂。
23.根据前述任一权利要求的方法，其特征在于同时制造多个芯片中的芯片。
24.根据前述任一权利要求的方法，其特征在于使用Smart-Cut型方法实现所述层从衬底到支撑的所述转移。
25.根据权利要求1到23中任一项的方法，其特征在于使用BSOI或者BESOI型方法实现所述层从衬底到支撑的所述转移。
26.一种制造支撑的方法，所述支撑用于实现根据前述权利要求的制造芯片的方法，其特征在于支撑包括多个单个的砖片，砖片之间的边界对应于弱化图案。
27.根据前一权利要求的方法，其特征在于通过选择性地侵蚀支撑以在支撑的厚度中在至少一个面上形成沟槽的网络，而形成弱化图案。
28.根据权利要求26的方法，其特征在于通过在砖片之间设置提供临时结合的粘合剂而产生弱化图案，所述结合打算在切割层的过程中取消。
29.根据前一权利要求的方法，其特征在于通过使用粘合剂组装平行设置的条状物或者线状物，每个条状物或者线状物对应于单个砖片，以及通过在基本上垂直于条状物或者线状物的纵向方向的平面中切割组装的条状物或者线状物，而制造支撑。
30.根据前一权利要求的方法，其特征在于条状物或者线状物的截面基本上对应于芯片的外形。
31.一种根据前述五项权利要求中任一项的方法所获得的支撑，其特征在于砖片的材料是光学透明的。
32.根据权利要求26到30中任一项的方法所获得的支撑，其特征在于砖片的材料是电绝缘的。
33.根据权利要求26到30中任一项的方法所获得的支撑，其特征在于砖片的材料是导电的。
34.根据权利要求26到30中任一项的方法所获得的支撑，其特征在于砖片的材料是导热的。
35.根据前一权利要求的支撑，其特征在于所述砖片材料的热导率大于150W/m.℃。
全文摘要
本发明涉及一种制造多个芯片的方法，每个芯片包括至少一个电路，该方法包括下述连续步骤在半导体材料层上产生芯片，所述层与衬底成一整体；将包括芯片的所述层从衬底转移到支撑；通过根据预定切割图案切割所述层而形成各个芯片。本发明的特征在于，该方法还包括，在将层转移到支撑之前，在支撑上形成对应于切割图案的弱化图案。本发明还涉及用于制造相关支撑的方法和所述支撑。
文档编号H01L21/67GK1947240SQ200580013475
公开日2007年4月11日 申请日期2005年4月25日 优先权日2004年4月27日
发明者B·吉斯勒, O·雷萨克 申请人:S.O.I.Tec绝缘体上硅技术公司