CN101226904B - 具有不对称边缘轮廓的硅片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有不对称边缘轮廓的硅片及其制造方法。本硅片的边缘轮廓包括从硅片上表面环绕过硅片先端面至硅片下表面的轮廓，硅片先端面轮廓为一直线，硅片上表面至硅片先端面之间过渡边缘轮廓为一段圆弧EP1，圆弧EP1与硅片先端面相切而与硅片上表面相交；硅片下表面至硅片先端面之间过渡边缘轮廓为一长斜边和一段圆弧EP2，长斜边与硅片下表面成α角，圆弧EP2分别与长斜边和硅片先端面相切。本硅片的制造方法是：切片、倒角而上表面留有抛光余量；上下表面研磨、腐蚀处理、上表面抛光去除预留的抛光余量。本硅片在下阶段减薄加工后，边缘不会成锐角，减少边缘破损的可能，提高成品合格率。

Description

具有不对称边缘轮廓的硅片及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有不对称边缘轮廓的硅片及其制造方法，属于在大量生产制造工艺中利用硅片作为衬底的半导体器件制造方法。

背景技术

采用传统的衬底硅片制造方法，硅片需要经过如下步骤：切片、倒角、研磨、腐蚀、一侧或双侧抛光。倒角后的硅片边缘轮廓有T型和R型两种(如图1和图2所示)，都属于对称轮廓，即硅片的正反两个表面，其边缘轮廓是一致的。在后续的晶片加工过程中，硅片会进行背面减薄作业，如附图1、图2、图3中箭头下方图形所示，最终厚度t通常会在大约100μm左右，采用传统倒角方法制造的硅片，背面减薄后其边缘会呈现锐角(一般在大约5°到50°之间)，如附图1、图2中所示，这些锐角部分在加工过程中，容易出现边缘破损、缺口甚至是碎片，诱发工艺缺陷，产生颗粒污染、导致制程合格率降低。

发展传统技术来制造具有不对称边缘轮廓的硅片。例如，中国专利No.03155614.0公开了一种具有不对称边缘轮廓的半导体晶片，构造这些边缘轮廓以减少薄膜残余物的量、抑制在晶片的上表面上再沉积残存颗粒，这些边缘轮廓的存在被描述为可获得半导体器件加工的较高合格率。美国专利No.5021862、No.5045505、No.5110764也公开了具有不对称边缘轮廓的半导体晶片。这些边缘轮廓具有沿着晶片的前、后表面的圆周边缘形成的斜边部分。圆周边缘被描述作为防止在操作晶片期间碎片。

尽管发展了半导体晶片加工技术和传统上使用了具有不对称边缘轮廓的半导体晶片，但还继续存在对半导体晶片制造方法的需要，使得晶片较少受到由晶片边缘形成的锐角所诱发的工艺缺陷的影响。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术中存在的不足，提供了一种具有不对称边缘轮廓的硅片及其制造方法。这种硅片在下阶段减薄的加工后，边缘不会成锐角(如图3中箭头下方图形所示)，减少边缘破损的可能，提高成品生产率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有不对称边缘轮廓的硅片，硅片边缘轮廓参照图(4)，包括从硅片上表面环绕过硅片先端面至硅片下表面的轮廓，其特征在于所述的硅片先端面轮廓为一直线，硅片上表面至硅片先端面之间过渡边缘轮廓为一段圆弧EP1，圆弧EP1与硅片先端面相切而与硅片上表面相交；硅片下表面至硅片先端面之间过渡边缘轮廓为一长斜边和一段圆弧EP2，所述的长斜边与硅片下表面成α角，所述的圆弧EP2分别与长斜边和硅片先端面相切。

上述的圆弧EP1的圆弧半径R1和圆弧EP2的圆弧半径R2为30～250μm，所述的角度α为5°～30°，硅片先端边缘直线段的厚度为100～400μm，圆弧EP1与硅片上表面交点至硅片先端面的距离A为1～140μm，下表面长斜边与硅片下表面交点至硅片先端面的距离B为100～800μm。

一种具有不对称边缘轮廓的硅片的制备方法，用于制备上述的具有不对称边缘轮廓的硅片，其特征在于加工步骤为：

a.将半导体硅晶体切成具有上下表面的至少一个半导体硅晶片；

b.对半导体硅晶片的周围边缘实施倒角，实现下表面边缘轮廓；而上表面留有抛光余量，该抛光余量的厚度为D，D的数值为1～25μm；圆弧EP1(3)与上表面(1)之间以斜边(2)连接；

c.对倒角后的硅片的上下表面实施研磨；

d.对研磨后的硅片进行腐蚀处理；

e.对腐蚀后的硅片的上表面实施抛光，抛光去除预留抛光余量厚度D，使上表面与圆弧EP1(3)相交，实现上表面边缘轮廓。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：发明提供的硅片，其边缘轮廓包括从硅片上表面环绕过硅片先端面至硅片下表面的轮廓，所述的硅片先端面轮廓为一直线；硅片上表面至硅片先端面之间过渡边缘轮廓为一段圆弧EP1，圆弧EP1与硅片上表面相交而与硅片先端面相切；硅片下表面至硅片先端面之间过渡边缘轮廓为一长斜边和一段圆弧EP2，所述的长斜边与硅片下表面成α角，所述的圆弧EP2分别与长斜边和硅片先端面相切。在下道工序对硅片进行减薄加工后，边缘不会成锐角，在加工过程中不易出现边缘破损、缺口和碎片的现象，减少颗粒污染，提高制程合格率。

附图说明

图1为硅片的T型对称边缘轮廓示意图。

图2为硅片的R型对称边缘轮廓示意图。

图3为硅片的不对称边缘轮廓示意图。

图4为本发明实施例硅片的不对称边缘轮廓示意图。

图5为本发明实施例倒角后抛光前硅片的不对称边缘轮廓示意图。

图6为本发明实施例倒角后硅片上表面宽幅计算公式推导示意图。

具体实施方式

本发明的一个优选实施例结合附图说明如下：参见图4，本发明的具有不对称边缘轮廓的硅片，其边缘轮廓由圆弧和直线组成，呈不对称形状。本硅片的上表面1、下表面7、硅片先端面4为直线部分，上表面1通过圆弧EP1 3与硅片先端面4相连，硅片先端面4通过圆弧EP2  5和斜边6与下表面7相连。硅片先端面4与圆弧EP1 3、EP2 5相切，圆弧EP1 3与上表面1相交、圆弧EP2 5与斜边6相切。

参见图4和图5，图中的符号所代表的名词为：“T”表示半导体硅片抛光后的厚度。“上表面”表示单面抛光工艺中的抛光表面1，也往往是后续IC线路的铺设面。“下表面”表示单面抛光工艺中的非抛光表面2，也就是前述背面减薄处理中所减薄的背面。“下表面斜边”表示倒角后沿硅片下表面的圆周边缘形成的成斜角边6。“硅片先端面”表示硅片边缘最外侧的直线部分4。“C”表示硅片的先端厚度，定义为硅片边缘最外侧的直线部分的厚度。其数值一般指示在100μm到400μm之间的距离。“R1”表示上表面边缘轮廓的先端半径。“R2”表示下表面边缘轮廓的先端半径。R1、R2的数值一般指示在30～250μm之间的距离。“EP1“表示上表面边缘轮廓的圆弧3，定义为与硅片先端面相切、而与硅片的上表面相交的一段圆弧。“EP2”表示下表面边缘轮廓的圆弧5，定义为与硅片先端面及硅片的下表面斜边相切的一段圆弧。“θ1”表示上表面边缘轮廓圆弧部的夹角。角θ1指示在大约5°到70°之间范围内的夹角。“θ2”表示下表面边缘轮廓圆弧部的夹角。角θ2指示在大约60°到85°之间范围内的夹角。θ1≤θ2。“α”表示下表面边缘斜边与硅片下表面的夹角。角α指示在大约5°到30°之间范围内的夹角。“A”表示上表面1的倒角宽幅，指示为硅片上表面1与硅片边缘圆弧3交界点到硅片先端面4的垂直距离。其数值指示为R1×(1-cosθ1)，一般情况为1～140μm。“B”表示下表面7的倒角宽幅，指示为硅片下表面7与硅片下表面斜边6交界点到硅片先端面4的垂直距离。其数值为100μm～800μm。

本实施例硅片的制造方法，包含如下步骤：

1)将半导体硅晶体切成具有上、下表面的至少一个半导体硅晶片；

2)对半导体硅晶片的周围边缘实施倒角，以实现下表面的边缘轮廓，这里参照附图5所示；“T₀”表示半导体硅片倒角后的厚度，T₀＞T。“α 1”表示倒角后上表面边缘斜边与硅片上表面的夹角，角α1＝角α。“A₀”表示倒角后硅片上表面的宽幅，指示为硅片上表面1与硅片上表面斜边2交界点到硅片先端面4的垂直距离，A₀＞A。“D”表示上表面的抛光余量，指示为上表面斜边2与圆弧EP1(3)的相切点到硅片上表面1的垂直距离。其数值一般情况为1～25μm。与常见的一次成型的加工方法不同，对于本发明所述的非对称倒角品需要采用特殊的“中心定位分段倒角法”进行加工。其原理是设定硅片的厚度中心线为基准面，通过调整硅片的推进距离，分别对硅片边缘的先端部、上表面边缘、下表面边缘分别进行倒角，以取得所期望的边缘轮廓。

3)对倒角后的硅片上表面1、下表面7实施研磨；

4)对研磨后的硅片进行腐蚀处理(采用酸性药液)

5)对腐蚀后的硅片的上表面1实施抛光，抛光的去除量为厚度D，去除上表面斜边2，使得上表面1与圆弧EP1 3相交，以实现上表面边缘轮廓。

根据本发明提供的硅片制造方法，在加工过程中，硅晶片的倒角宽幅会随着硅片厚度的减薄而缩短。如附图6所示之硅片上表面1边缘轮廓，“X”表示抛光后硅片的最终宽幅；“Y”表示发生在圆弧部分的宽幅随厚度变化而变化的量；“Z”表示发生在斜边部分的宽幅随厚度变化而变化的量；“a”表示发生在斜边部分的厚度变化量；“b”表示发生在圆弧部分的厚度变化量；“c”表示抛光后硅片的厚度分布在圆弧部分的量。其数值指示在0到t之间范围内的距离。(t为附图3所示的硅片在背面减薄之后的最终厚度)“R1”表示圆弧部分的先端半径；“α”表示抛光后硅片圆弧顶端与先端圆弧圆心所成连线与硅片表面平行线的夹角；“β”表示倒角后硅片圆弧顶端与先端圆弧圆心所成连线与抛光后硅片圆弧顶端与先端圆弧圆心所成连线的夹角。在附图6中为两虚线之间的夹角。

当倒角宽幅随厚度变化而产生的变化发生在圆弧部分时，即附图6中宽幅Y所示部分，宽幅变化量与厚度变化量之间的关系满足如下公式：

$Y=\frac{[\cos \mathrm{\α}-\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})]\×b}{\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\β})-\sin }$

当倒角宽幅随厚度变化而产生的变化发生在直线部分时，即附图6中宽幅Z所示部分，宽幅变化量与厚度变化量之间的关系满足如下公式：

$Z=\frac{a}{\sin \mathrm{\θ}}$

本发明的优点是：此处参考图3，构造这样的硅片边缘，可使硅片在背面减薄处理后，边缘仍然保持直角和光滑的圆弧部分，从而避免出现边缘破损、缺口甚至是碎片，减少工艺缺陷诱发可能，减少颗粒污染的产生，提高了制程合格率。

Claims (2)

1.一种具有不对称边缘轮廓的硅片，硅片边缘轮廓包括从硅片上表面(1)环绕过硅片先端面(4)至硅片下表面(7)的轮廓，其特征在于所述的硅片先端面轮廓为一直线；硅片上表面(1)至硅片先端面(4)之间过渡边缘轮廓为一段圆弧EP1(3)，圆弧EP1(3)与硅片上表面(1)相交而与硅片先端面(4)相切，硅片下表面(7)至硅片先端面(4)之间过渡边缘轮廓为一长斜边(6)和一段圆弧EP2(5)，所述的长斜边(6)与硅片下表面(7)成α角，所述的圆弧EP2(5)分别与长斜边(6)和硅片先端面(4)相切，所述的圆弧EP1(3)的圆弧半径R1和圆弧EP2(5)的圆弧半径R2为30～250μm，所述的角度α为5°～30°，硅片先端边缘直线段的厚度为100～400μm，圆弧EP1(3)与硅片上表面(1)交点至硅片先端面(4)的距离A为1～140μm，长斜边(6)与硅片下表面(7)的交点至硅片先端面(4)的距离B为100～800μm。

2.一种具有不对称边缘轮廓的硅片的制备方法，用于制备根据权利要求1所述的具有不对称边缘轮廓的硅片，其特征在于加工步骤为：

a.将半导体硅晶体切成具有上下表面的至少一个半导体硅晶片；

b.采用中心定位分段倒角法对半导体硅晶片的周围边缘实施倒角，实现下表面边缘轮廓，而上表面留有抛光余量，该抛光余量的厚度为D，D的数值为1～25μm；圆弧EP1(3)与上表面(1)之间以斜边(2)连接；

c.对倒角后的硅片的上下表面实施研磨；

d.采用酸性湿法化学腐蚀方法对研磨后的硅片进行腐蚀处理；

e.对腐蚀后的硅片的上表面实施抛光，抛光去除预留抛光余量厚度D，使上表面与圆弧EP1(3)相交，实现上表面边缘轮廓。

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