CN104900492B - 一种异形半导体晶片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种异形半导体晶片及其制备方法，其中所述方法包括以下步骤：(1)由一种晶棒切割出晶片；(2)对晶片进行表面研磨加工；(3)将晶片解理成异形晶片；(4)对异形晶片进行磨边处理；(5)将异形晶片用一种粘结剂固定在一块支撑物上，对晶片进行粗抛光，然后进行精抛光，其中所述支撑物为刚性的平板。还任选对精抛后的异形晶片进行表面清洗处理。

Description

一种异形半导体晶片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种半导体晶片及其制备方法，更具体地，涉及一种异形半导体晶片及其制备方法。
背景技术
半导体晶片由于其在电子、通讯及能源等多种领域中的应用，越来越广泛地受到关注。其中，将半导体晶片用作太阳能电池的衬底材料是一个重要的应用方向。目前，太阳能电池的衬底材料多为圆形衬底，在衬底的外延和后续电池工艺完成后，再切割成方形的电池进行模组的加工，这造成靠近圆形半导体晶片边缘的电池材料的浪费。开发方形衬底，能节约半导体晶片外延和电池制作的成本，并能方便后续电池模组的加工。此外，在许多其他应用领域中，也希望使用方形半导体晶片。因此，研究包括方形半导体晶片在内的非圆形半导体晶片(统称为异形半导体晶片)的制备具有重要意义。
晶片在制造过程中需要研磨和抛光，为此，将晶片置于一个晶片支承垫(carrier)(也称游星轮)中呈穿透的洞形状的内腔内，在研磨或抛光设备中进行处理(其中支承垫放在研磨、抛光设备下盘的抛光垫上，晶片放在支承垫的内腔中，晶片下表面与抛光垫接触，研磨、抛光设备上盘的抛光垫压住晶片上表面，在抛光设备的带动下晶片做公转和自转，实现研磨和抛光)。在这些处理步骤中，与圆形半导体晶片相比，异形半导体晶片的处理要困难得多，例如，如果方形半导体晶片置于具有圆形内腔的传统圆片研磨和抛光设备中的晶片支承垫内，则方形晶片的直角处需采用较大的过渡圆弧，造成晶片有效面积的浪费；同时，在操作过程中，也不易将晶片控制在圆形的支承垫的内腔内，相反，晶片易从圆形的支承垫的内腔“逃”出，结果造成晶片的破碎。如果直接采用方形内腔的支承垫，则在操作过程中晶片角部集中受力，也同样易于造成晶片的破碎。
迄今为止，尚未见有成熟的、能以工业规模生产非圆形，即异形半导体晶片的方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种制备异形半导体晶片的方法，该方法包括以下步骤：
(1)由一种晶棒切割出晶片；
(2)对晶片进行表面研磨加工；
(3)将晶片解理成异形晶片；
(4)对异形晶片进行磨边处理；和
(5)将异形晶片用一种粘结剂固定在一块支撑物上，对晶片进行粗抛光，然后进行精抛光，其中所述支撑物为刚性的平板。
任选地，对精抛后的异形晶片进行表面清洗处理。
此外，本发明还提供了一种异形半导体晶片，其表面微粗糙度Ra(用原子力显微镜(AFM)测试，下同，详见实施例部分)不高于0.5纳米。
本发明制备异形半导体晶片的方法减少或避免了加工过程中晶片破损的风险，提高了晶片的成品率。此外，由本发明方法制得的异形半导体晶片还具有良好的晶片平整度，适于进行外延生长。
附图说明
图1为本发明方法的晶片倒角的示意图，其中图1a倒角为圆弧状，图1b倒角为坡形；
图2为本发明一个实施方案中所用多边形晶片磨削机及其主要部件示意图；
图3为用于实施本发明研磨、抛光方法的设备的一个实例。
具体实施方式
在本发明中，所述异形是指非圆形的、各边均为直边的形状，例如长方形、正方形、菱形或其他多边形等。
在本发明中，如无其他说明，则所有操作均在室温、常压实施。
本发明制备异形半导体晶片的方法，包括以下步骤：
(1)由一种晶棒切割出晶片；
(2)对晶片进行表面研磨加工；
(3)将晶片解理成异形晶片；
(4)对异形晶片进行磨边处理；和
(5)将异形晶片用一种粘结剂固定在一块支撑物上，对晶片进行粗抛光，然后进行精抛光，其中所述支撑物为刚性的平板。
任选地，对精抛后的异形晶片进行表面清洗处理。
在本发明方法的步骤(1)中，由一种晶棒切割出晶片。晶片厚度通常不高于850微米。所述晶棒可商购得到，或由本领域已知的方法制备。
在本发明的一个优选实施方案中，所述晶棒为硅晶棒、锗晶棒、IIIA-VA族半导体晶棒(即由IIIA族和VA族元素形成的半导体晶棒，例如砷化镓晶棒、磷化铟晶棒或磷化镓晶棒)、碳化硅晶棒以及蓝宝石(主要成分为氧化铝)晶棒等。
在本发明的一个优选实施方案中，所述晶棒为单晶晶棒。
在本发明的一个优选实施方案中，所述晶棒为横向截面为圆形的晶棒(简称圆形晶棒)，其长度方向的截面为长方形或正方形，其圆形横截面的直径通常为2-15厘米，优选为5-12厘米。
当然，晶棒也可以是横向截面为其他形状的晶棒，例如由圆形晶棒经过处理而得的横向截面为异形的晶棒，此时，步骤(1)所切割出的晶片为异形晶片(在这种实施方案中，上述第(3)步可以省略)。
所述切割通常使用本领域已知的外圆切割机、内圆切割机或多线切割机进行。由于多线切割机具有好的生产效率和出片率，因此优选多线切割机。通常，切出的晶片厚度为250-850微米，优选为270-820微米，更优选为300-800微米。
优选地，在步骤(1)切割之后，还进行步骤(1’)：对步骤(1)切出的晶片进行边缘倒角处理(如图1a和图1b所示)，使晶片边缘获得合适的圆弧(图1a)或坡度(图1b，其中α优选为45±10°)。图1a和1b为晶片倒角前后的横截面图示。优选地，使得晶片边缘的横截面具有圆弧状的边缘(图1a)。优选地，经过此步骤处理，可以减少或避免后续步骤中半导体晶片破损的风险。所述倒角处理通常使用倒角机进行，任何现有技术的倒角机均可用于该步骤。可以理解的是，如果步骤(1)所切割出的晶片为异形晶片，则此步骤优选对异形晶片的所有周边作倒角处理，但是，也可以只对晶片的角部作倒角处理。
步骤(2)为对晶片进行表面研磨加工，可在一种已知的研磨设备中进行(例如类似图3的设备)，晶片置于一个支承垫中，上下两侧垫有研磨垫(通常为聚酯类研磨垫)，研磨过程使用研磨液(可用已知的研磨液)。例如，在采用上下盘式的研磨设备(上下盘反向旋转)时，研磨过程中，晶片所受压力为0.03-0.18千克/平方厘米，优选0.05-0.15千克/平方厘米。上盘转速2-12转/分钟，优选3-10转/分钟；下盘转速5-20转/分钟，优选8-15转/分钟。研磨液量为60-120ml/m2研磨盘面积/分钟(按设备盘单面计)。研磨时间为20-50分钟，优选25-40分钟。表面研磨加工是为了消除切片工序中晶片表面的锯纹损伤，获得足够的晶片平整度，为后续的抛光工序作准备。在一个优选的实施方案中，将晶片放置在一种支承垫中对其进行双面研磨加工，消除切片工序带来的锯纹损伤。
步骤(3)为将晶片解理成异形晶片。此处，解理的含义是指将圆形晶片加工成异形晶片。解理可以采用以下方法：在圆形晶片上按照需要的异形晶片图形，用尖锐工具—例如钻石笔、手术刀等---切割晶片各边缘，使晶片各边缘成为直边。或者，也可以采用砂轮等磨出直边。
优选地，在步骤(3)中，将多片晶片一起加工成异形晶片。为此，可以使用粘结剂将多片晶片粘接在一起，然后将粘接在一起的多片晶片切割成异形晶片。例如，采用内圆切割机实施切割。这样，可以进一步提高生产效率。所述粘结剂可选自下列之一：天然及合成聚合物，例如纤维素类物质(例如羧甲基纤维素)、阿拉伯树胶、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、天然磷脂(如脑磷脂和卵磷脂)、合成磷脂、矿物油、植物油、蜡和松香等，优选蜡，例如蜂蜡。此外，在切割之后，粘结剂的去除可使用本领域已知的去除粘结剂的任何常规方法，包括物理方法和化学方法等，例如可使用加热、或使用水或有机溶剂如IPA(异丙醇)、酒精或化蜡剂等去除粘结剂，以不对晶片产生不利影响为限。优选地，粘结剂为水溶性粘结剂。
在本发明的一个优选实施方案中，所述异形晶片为方形晶片，例如正方形或长方形晶片。
步骤(4)为对异形晶片进行磨边处理。所述磨边处理可使用多边形晶片磨边机进行。例如，所述多边形晶片磨削机可以采用中国实用新型专利第201020567085.9号的晶片磨削机，该多边形晶片磨削机1如图2所示，包括：
工作吸盘2，用于通过抽真空容纳保持待磨边的多边形晶片的坯料，工作吸盘2可以围绕其轴线转动，该工作吸盘2优选采用吸气孔吸附方式或吸气槽吸附方式抽真空，吸气孔或吸气槽在工作吸盘上均匀且对称分布，使多边形晶片坯料受力均匀地吸附固定在该工作吸盘上；与多边形晶片相对应，工作吸盘为相应的多边形，在示例的实施方案中为正方形或长方形；
靠模6，按照多边形晶片成品期望的边缘形状制成并用作母型，设置在工作吸盘2的下方，与工作吸盘2同轴设置，并相对于工作吸盘2固定；
两个定位挡板3，用于在磨削作业开始前或在磨削作业过程中通过顶靠晶片坯料，而使它们在工作吸盘2上准确定位；
砂轮4，用于磨削所述晶片；
靠轮5，设置在砂轮4下方且与砂轮4同轴设置，在磨削过程中，该靠轮5顶在所述靠模6上，以使砂轮4按照该靠模6的形状来磨削晶片；以及
调整机构，其通过调整靠轮5和靠模6之间的相对位置，确保靠轮5和靠模6处于同一水平高度，防止了在磨削晶片的过程中出现直边不直、倒角的上下面宽度不一致的情况。
其中同轴设置的工作吸盘和靠模与同轴设置的砂轮和靠轮之间可以相对移动。
利用该多边形晶片磨削机对异形晶片的磨削可以按如下所述实施：首先，将该异形晶片放置在相应异形的工作吸盘2上。为确保该晶片准确定位，优选使该晶片的两个边顶靠在两个定位挡板3上。然后，开启抽真空装置，使该晶片吸附固定在工作吸盘2上。此时，可以撤出两个定位挡板3。接着，移动同轴设置的砂轮4和靠轮5，使它们朝晶片的方向移动，同时砂轮冷却水打开。当砂轮进入磨削作业时，工作吸盘2开始旋转，设置在砂轮4下方的靠轮5顶在靠模6上，使得砂轮4将会按照该靠模6的形状来磨削该晶片。当上述磨削进行至原始起点使该晶片被磨削一周后，即在放置该晶片的工作吸盘2相应旋转一周后，优选地，使该工作吸盘2接着继续旋转超过约5％至约10％来对该晶片进一步磨削，然后再转回至原始起点，以防止在磨削的异形晶片中出现接口。接下来，工作吸盘2停止转动，砂轮4后退，两个定位挡板3前进。最后，切断真空，取下磨边完毕后的异形晶片。
进行所述磨边处理可以去除外边缘的加工余量和锋利的棱角，获得所需的边形。
优选对磨边之后的晶片进行边缘倒角处理(可以参考图1a和图1b)，使晶片边缘获得合适的圆弧(图1a)或坡度(图1b)。优选地，使得晶片边缘的截面具有圆弧状的边缘(图1a)。
在本发明的另一个实施方案中，步骤(1)至(4)也可调换为步骤(1)、(3)、(4)、(2)。
步骤(5)为将异形晶片用一种粘结剂固定在一块支撑物上，对晶片进行粗抛光，然后进行精抛光，其中所述支撑物为刚性的平板。更具体而言，将来自第(4)步的晶片—优选已经作过倒角处理—用一种粘结剂固定在支撑物上，借助于支撑物的固定和支撑，对异形晶片实施粗抛光和精抛光。所述支撑物为刚性的平板，表面大小足于容纳异形晶片，优选与待抛光的异形晶片具有相同的形状、与异形晶片相匹配，或者优选为圆形。通常，支撑物的厚度与晶片厚度类似，例如为150-750微米，优选为165-720微米，更优选为180-700微米。支撑物表面平坦；优选表面光滑。支撑物表面微粗糙度Ra优选不高于0.5微米，更优选不高于0.3微米。支撑物外缘形状为圆形时，则步骤(5)可以利用已有的处理圆形晶片的设备，使支撑物与处理设备的形状匹配；当然，支撑物的外缘也可以是非圆形的，此时只需对抛光设备中的晶片固定机构略作修改即可。如果希望进行单面抛光，则将不需要抛光的一面通过粘结剂将晶片粘在支撑物上；如果希望进行双面抛光，则先加工一面，然后再加工另一面。考虑到晶片抛光时的实际条件，通常的刚性材料均足于保证抛光所需，即支撑物在抛光过程中不发生变形和破碎。通常，支撑物例如由塑料、石英、玻璃、陶瓷或在抛光条件下为惰性的金属(例如铝)制成。支撑物优选由塑料、玻璃、石英或陶瓷制成。通过采用支撑物，可以避免异形晶片在抛光过程中因受力不均而破损，提高晶片的成品率。固定晶片所使用的粘结剂可为可用于粘接目的并能使晶片与支撑物之间在抛光过程中不发生相对位移的任何粘结剂，其熔点(或软化点)高于抛光温度；另一方面，考虑到抛光后粘结剂的移除，优选粘结剂的熔点(或软化点)不应过高。通常，所述粘结剂的熔点(或软化点)可为40-150，℃优选为50-120，℃更优选为60-100。℃所述粘结剂可选自下列之一：天然及合成聚合物，例如纤维素类物质(例如羧甲基纤维素)、阿拉伯树胶、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、天然磷脂(如脑磷脂和卵磷脂)、合成磷脂、矿物油、植物油、蜡和松香等，优选蜡，例如蜂蜡。粘结剂的去除可使用本领域已知的去除粘结剂的任何常规方法，包括物理方法和化学方法等，例如可使用加热、或使用水或有机溶剂如IPA(异丙醇)、酒精或化蜡剂等去除粘结剂，以不对晶片产生不利影响为限。优选地，粘结剂为水溶性粘结剂。
在一个优选的实施方案中，将异形晶片的一面涂覆液体蜡并将该晶片贴在平整的陶瓷支撑物，轻轻施加压力以确保晶片和陶瓷盘之间没有间隙。将然后将载有晶片的陶瓷盘放在抛光机上，进行粗抛和精抛。
所述粗抛光和精抛光均可使用本领域已知的任何抛光方法和抛光设备进行。
对于粗抛光，也即机械化学抛光，例如在晶片为GaAs晶片的情况下，使用的粗抛光溶液，除水以外，还包括二氯代异氰尿酸盐、磺酸盐、焦磷酸盐、碳酸氢盐和硅溶胶。在本发明的一种优选实施方案中，粗抛光溶液中除水以外的成分按它们的重量百分比计(基于除水之外的成分的总量计)，包括二氯代异氰尿酸盐8.0-22.0％、磺酸盐0.01-0.30％、焦磷酸盐4.5-19.0％、碳酸氢盐3.0-13.0％和硅溶胶55.0-72.0％，各组分含量总和为100％。上述各组分溶于水后的总重量百分比以不对晶片产生不利影响为限，可以为任何浓度，但是优选不高于6.0％。在另一个实施方案中，在晶片为InP晶片的情况下，可使用商购抛光磨料以已知的常规方法进行，所述商购抛光磨料如日本Fujimi Corporation的Fujimi INSEC SP抛光磨料或INSEC IPP抛光磨料等。而在晶片为Si晶片的情况下，可使用购自美国AKZONOBEL Inc.的Nalco 2371抛光液。
对于粗抛光，在采用上下盘式的抛光设备(上下盘反向旋转)时，抛光过程中，晶片所受压力为0.04-0.15千克/平方厘米，优选0.05-0.12千克/平方厘米。上盘转速10-45转/分钟，优选15-35转/分钟；下盘转速5-40转/分钟，优选8-30转/分钟。抛光液流量为60-120升/cm2晶片面积/小时。抛光时间为20-70分钟，优选25-60分钟。
对于精抛光，也即化学机械抛光，例如在晶片为GaAs晶片的情况下，使用的精抛光溶液，除水以外，包括二氯代异氰尿酸盐、磺酸盐、酸式焦磷酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐。在本发明的一个优选实施方案中，除水之外，按重量百分比计(基于除水之外的成分的总量计)，精抛光溶液包括二氯代异氰尿酸盐29.00-40.00％、磺酸盐0.20-0.45％、酸式焦磷酸盐18.00-35.00％、碳酸氢盐17.00-24.00％和碳酸盐15.00～23.00％，各组分含量总和为100％。上述各组分溶于水后的总重量百分比以不对晶片产生不利影响为限，可以为任何浓度，但是优选不高于3.0％。在另一个实施方案中，在晶片为InP晶片的情况下，可使用商购抛光液以已知的常规方法进行，所述商购抛光液如日本Fujimi Corperation的FujimiINSEC SP抛光液或Fujimi COMPOL 80抛光液等。而在晶片为Si晶片的情况下，可使用购自美国Rodel Corporation的Rodel LS-10抛光液。
对于精抛光，在采用上下盘式的抛光设备(上下盘反向旋转)时，抛光过程中，晶片所受压力为0.05-0.15千克/平方厘米，优选0.07-0.12千克/平方厘米。上盘转速20-60转/分钟，优选25-50转/分钟；下盘转速12-40转/分钟，优选15-30转/分钟。抛光液流量为0.5-1.0ml/cm2晶片面积/分钟。抛光时间为3-20分钟，优选5-15分钟。
在本发明的各抛光溶液中，二氯代异氰尿酸盐、(酸式)焦磷酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐可以使用它们各自的水溶性盐类之一。优选的是，二氯代异氰尿酸盐、(酸式)焦磷酸盐、碳酸氢盐和碳酸盐为各自的水溶性的碱金属盐之一或为铵盐，特别优选为各自的钠盐或铵盐。
对于硅溶胶，可以使用常规的硅溶胶，例如市售的硅溶胶，或者是使用现有技术方法制备的硅溶胶。
对于磺酸盐，可以使用水溶性磺酸盐，优选水溶性碱金属盐之一或为铵盐，特别优选为钠盐或铵盐。优选的是，磺酸盐为例如C6-16芳基(即含6-16个碳原子的芳基，包括取代的芳基)的单磺酸盐或二磺酸盐(例如C4-10烷基-苯磺酸盐、苯磺酸盐、萘磺酸盐、蒽磺酸盐、C4-10烷基-苯基二磺酸二盐、苯基二磺酸二盐、萘基二磺酸二盐或蒽基二磺酸二盐，例如1,2-苯二磺酸二盐、1,3-苯二磺酸二盐、苯磺酸盐或萘磺酸盐)、烷基磺酸盐(优选为4-10个碳原子烷基的磺酸盐，例如丁烷基磺酸盐、戊烷基磺酸盐、己烷基磺酸盐、庚烷基磺酸盐、辛烷基磺酸盐、壬烷基磺酸盐和癸烷基磺酸盐等)和酚磺酸盐之一，进一步优选1,3-苯二磺酸盐、苯磺酸盐、萘磺酸盐或己烷基磺酸盐。
对于粗抛光和精抛光，虽然上面对于某些晶片示例了各自的方法，但是，由于粗抛光和精抛光本身可以采用现有技术的方法进行，因此不作进一步赘述。
经过粗抛光和精抛光，异形半导体晶片其表面微粗糙度不高于0.5纳米。优选地，该晶片厚度不高于750微米，例如为200-750微米，表面微粗糙度为0.2-0.5纳米。进一步优选地，所述异形半导体晶片厚度为280-700微米，表面微粗糙度为0.2-0.4纳米。再进一步优选地，所述异形半导体晶片厚度为320-650微米，表面微粗糙度为0.2-0.4纳米。按其所能形成的外接圆(与异形形状各个角都相交的圆)的直径计算，本发明的异形半导体晶片的外接圆直径通常为2-15厘米，优选为5-12厘米。
普通技术人员可以领会的是，如果在步骤(1)所切割出的晶片为异形晶片，则在上述步骤(1’)-(5)中，无需实施步骤(3)(即：将晶片解理成异形晶片)和(4)(即：对异形晶片进行磨边处理)。此时，在步骤(2)(即：对晶片进行表面研磨加工)中，也优选采用粘结剂，将晶片固定在支撑物上之后，再进行表面研磨；在需要双面研磨时，也采用先加工一面，然后再加工另一面的方式。
任选地，对精抛后的异形晶片进行表面清洗处理，优选进行湿法表面清洗处理。对清洗处理的过程无特别限制，只要其能使晶片表面达到所需的清洁程度即可。就湿法清洗处理而言，可根据所制备的异形半导体晶片的种类进行适当选择，套用现有技术处理圆形晶片的方法。优选地，所述步骤(6)的表面湿法清洗处理在不低于1000级的洁净室中进行。所述洁净室等级的定义参考美国联邦标准209D洁净室规格(见下表1)。在此，通常只考察微尘粒子数，例如，千级洁净室一般指，每立方英尺中，≥0.5微米的颗粒数≤1000颗；≥5.0微米的颗粒数≤10颗。优选地，经过步骤(6)的表面清洗处理，在光照下目测，晶片表面无颗粒、无白雾。并且晶片表面Zn和Cu金属残余量分别≤10×1010原子/cm2。这样，本发明方法的异形半导体晶片，不需要再进行任何外延前的处理，可达到开盒即用的水平。由于清洗可以采用现有技术的方法，在此不作进一步赘述。
表1 美国联邦标准209D洁净室规格
发明所述制备异形半导体晶片的方法，由于在抛光过程中晶片用粘结剂被固定在支撑物上，从而有效减少或避免了晶片破损的风险，提高了晶片的成品率，使工业化生产圆形晶片成为可能。
此外，本发明提供了一种异形半导体晶片，其表面微粗糙度不高于0.5纳米。优选地，该晶片厚度不高于750微米，例如为200-750微米，表面微粗糙度为0.2-0.5纳米。进一步优选地，所述异形半导体晶片厚度为280-700微米，表面微粗糙度为0.2-0.4纳米。再进一步优选地，所述异形半导体晶片厚度为320-650微米，表面微粗糙度为0.2-0.4纳米。
按其所能形成的外接圆的直径计算，本发明的异形半导体晶片的外接圆直径通常为2-15厘米，优选为5-12厘米。
优选的是，本发明的异形半导体晶片在光照下目测，晶片表面无颗粒、无白雾。并且晶片表面金属Zn和Cu残余量分别≤10×1010原子/cm2。
在本发明异形半导体晶片的一个优选实施方案中，所述异形半导体晶片为硅晶片、锗晶片、IIIA-VA族半导体晶片(即由IIIA族和VA族元素形成的半导体晶片，例如砷化镓晶片、磷化铟晶片或磷化镓晶片)、碳化硅晶片以及蓝宝石(主要成分为氧化铝)晶片等。
在本发明异形半导体晶片的一个优选实施方案中，所述异形半导体晶片为单晶晶片。
在本发明异形半导体晶片的一个优选实施方案中，所述异形半导体晶片为方形晶片，例如正方形或长方形晶片。
为更好地理解本发明，下文将结合实施例对本发明进行详细描述，但应认识到这些实施例仅为对本发明进行示例说明，而非意在限制本发明。
实施例
在各实施例中，采用图3所示的研磨和抛光机(上下盘直径1.0米)实施研磨和抛光，其中R1和R2为转动轴，11为研磨液或抛光液管，12为设备上盘，13为设备下盘，14为晶片和支承垫，16为研磨垫或抛光垫(研磨垫为购自美国环球光学公司Universal OpticsCo.Ltd的聚酯类研磨垫，牌号为LPS研磨垫；粗抛光垫为购自美国Rohm and Hass Inc.公司的聚氨酯抛光垫，牌号Suba-X Pad；精抛光垫为购自美国Rohm and Hass Inc.公司的聚氨酯抛光垫，牌号POLITEX Pad。下盘也有研磨垫和抛光垫，与上盘的相同，位于晶片和支承垫之下，未示出)。支承垫(研磨和抛光采用同一支承垫)、研磨垫和抛光垫直径为1米；支承垫用于承载晶片的4个孔位于半径方向的中部，沿圆周方向均匀分布。
研磨液采用日本Fujimi Corporation Fujimi 20T三氧化二铝研磨粉和水的混合液，重量比为1：1，研磨过程中的研磨液流量为每分钟90毫升/平方米设备盘面积(单面计)。
如无相反说明，则所制备的异形半导体晶片的检测条件如下(所测晶片表面为在抛光机中朝上的一面)：
1.用TXRF(反射X射线荧光分析仪；TREX 610型，OSAKA Japan Technos公司)检测经湿法清洗处理的方形晶片的表面痕量金属原子Zn和Cu残余量，合格标准为分别≤10×1010原子/cm2；
2.用AFM(原子力显微镜)(美国Digital Instrument公司NanoScope IIIa型)(垂直分辨率0.03纳米,分析区域5μm×5μm)测试晶片的表面粗糙度Ra，以纳米表示；
3.以目测无裂纹的晶片作为合格产品，除以处理的晶片总数，乘以100％表示成品率，以超过90％为合格；
4.用Ultrasort Instrument(平整度测试仪Tropel，生产商美国Corning TropelCorperation)测试抛光后晶片的平整度参数，以TTV(总体厚度变化)≤7μm，LTV(局部厚度变化)≤1.5μm@15X15mm区域内，WARP(翘曲度)≤10μm，Bow(弯曲度)≤5μm表示合格(以“√”表示)；
5.于日本SYNTEC Inc.公司产Yamada强光灯(光强大于100,000Lux)下目测是否有颗粒、白雾；
6.晶片厚度用接触式测厚仪(日本Mitutoyo,型号：ID-C112ED)检测。
7.Tencor 6220(表面颗粒度测试仪生产商美国KLA-Tencor公司)在0.3微米阈值条件下测试晶片表面的颗粒度，≤1颗/平方厘米表示合格(标为“无”)。
在多个晶片的情况下，数值取平均值。
实施例1
由一个直径5.1厘米的GaAs圆形晶棒用多线切割机一次切出50片(按15、15、10、10片分成第1-4组)厚度相同的圆形晶片，厚度均为450微米；使用倒角机对各片圆形晶片进行边缘倒角处理，使其边缘截面成为弧形；然后将经倒角的晶片放置在和270微米厚度的支承垫(型号为Carrier-9B-50，购自江苏江阴晶科电子研磨材料厂)中，在0.08千克/平方厘米压力下进行双面研磨加工30分钟，消除切片工序带来的锯纹损伤，其中，下盘逆时针旋转，转速为10转/分钟，中心齿圈和上盘顺时针旋转，转速为4转/分钟，外齿圈逆时针旋转，转速为8转/分钟。然后，将该晶片解理成3.5×3.5厘米的正方形晶片；使用类似于附图2所示的四边形晶片磨边机对正方形晶片进行磨边处理，获得合适的边缘形状；将经磨边的晶片的一面涂覆阿拉伯树胶后贴在一个3.6×3.6厘米方形的500微米厚的平坦陶瓷板(Ra<0.5微米)上，轻轻施加压力确保晶片和陶瓷板之间没有气泡；将载有晶片的陶瓷板放在抛光机的支承垫腔内(紧贴陶瓷板)，先将表2所示的粗抛光溶液用于该抛光设备，在表2所示粗抛条件下抛光60分钟，用去离子水(电阻率大于17.5兆欧姆·厘米----按25℃的值，下同)清洗后，干燥，再将表3所示的精抛光溶液用于该抛光设备，在表3所示精抛条件下抛光6分钟，然后将载有晶片的陶瓷板取出放在加热炉上，使胶熔化，将晶片移出陶瓷板，用去离子水清洗后，干燥；按下述进行表面湿法清洗处理：1.在10，℃将晶片在含有0.3重量％NH3、1.3重量％(基于溶液总重量，下同)过氧化氢的水溶液中浸渍5分钟，2.在10，℃用去离子水冲洗晶片表面3分钟，3.在20，℃将晶片用10重量％过氧化氢溶液浸渍5分钟，4.在15，℃用去离子水冲洗晶片表面3分钟，5.在20，℃将晶片用10重量％氨水溶液浸渍5分钟，6.在15，℃用去离子水冲洗晶片表面3分钟，7.将晶片放入晶片旋转干燥机中用热氮气干燥。
对所制备的GaAs方形半导体晶片进行检测，结果见表4-5。
表2 粗抛光溶液的组成及抛光条件
表3 精抛光溶液的组成及抛光条件
表4 晶片粗抛光和精抛光后的检测结果(平均)
第1组 第2组 第3组 第4组
Ra(nm) 0.25 0.35 0.28 0.30
一次成品率(％) 100 100 100 100
平整度数据 √ √ √ √
晶片厚度，μm 365 361 343 352
表5 经表面湿法清洗处理的GaAs方形晶片表面(平均)
*：表示1.5×1010，下同。
实施例2
由一个直径10.5厘米的InP圆形晶棒用多线切割机一次切出50片(按15、15、10、10片分成第1-4组)厚度相同的圆形晶片，厚度均为650微米；使用倒角机对各片圆形晶片进行边缘倒角处理，使其边缘截面成为弧形；然后将经倒角的晶片放置在500微米厚度的支承垫(型号为Carrier-9B-50，购自江苏江阴晶科电子研磨材料厂)中，在0.07千克/平方厘米压力下进行双面研磨加工30分钟，消除切片工序带来的锯纹损伤，其中，下盘逆时针旋转，转速为10转/分钟，中心齿圈和上盘顺时针旋转，转速为4转/分钟，外齿圈逆时针旋转，转速为8转/分钟。然后，将该晶片解理成7.0×7.0厘米的正方形晶片；使用类似于附图2所示的四边形晶片磨边机对正方形晶片进行磨边处理，获得合适的边缘形状；将经磨边的晶片的一面涂覆蜂蜡后贴在一个直径11厘米的500微米厚的圆形平坦石英板(Ra<0.5微米)上，轻轻施加压力确保晶片和石英板之间没有气泡；将载有晶片的石英板放在抛光机的支承垫腔内(紧贴石英板)，先将液体Fujimi INSEC SP抛光磨料用于该抛光设备，在表6所示粗抛条件下抛光55分钟，用去离子水清洗后，干燥，再将Fujimi COMPOL 80抛光液用于该抛光设备，在表7所示精抛条件下抛光8分钟，然后将载有晶片的石英板取出放在加热炉上烘烤，使蜂蜡熔化，将晶片移出陶瓷板，用去离子水清洗后，干燥；按下述进行表面湿法清洗处理：
(1)将待洗晶片浸入92重量％的浓硫酸中于65℃处理4秒；
(2)将上述晶片取出然后浸入98重量％浓硫酸中于25℃处理2秒；
(3)然后于20℃，将晶片放入冲洗槽中，用去离子水冲洗晶片表面55秒；
(4)将冲洗过的晶片浸入8重量％的柠檬酸溶液中于25℃处理30秒；
(5)然后将晶片放入冲洗槽中，于20℃，用去离子水冲洗晶片表面20秒；
(6)将冲洗过的晶片浸入NH4OH-H2O2溶液(H2O2:NH4OH:H2O的重量比为1:2:7)中于25℃处理5秒；
(7)然后于20℃，将晶片放入冲洗槽中，用去离子水冲洗晶片表面30秒；
(8)将冲洗后的晶片放入晶片旋转干燥机中用热氮气(70℃)干燥15分钟。
干燥后的晶片用强光灯、KLA-TENCOR 6220型、原子力显微镜灯检查表面。
用强光灯(Yamada强光灯(光强大于100,000Lux))检查晶片表面，无可见颗粒、无白雾。用KLA-TENCOR 6220型检查，面积大于0.11μm2的颗粒15颗(0.31颗/cm2)，白雾值(Haze值)＝0.7ppm。用TXRF测量金属含量，Cu＝4x1010原子/cm2，Zn＝3x1010原子/cm2。
其余结果见表8-9。
表6 粗抛光条件
表7 精抛光条件
表8 晶片粗抛光和精抛光后的检测结果(平均)
第1组 第2组 第3组 第4组
Ra(nm) 0.30 0.38 0.28 0.25
一次成品率(％) 100 100 100 100
平整度数据 √ √ √ √
晶片厚度，μm 515 520 526 530
表9 经表面湿法清洗处理的InP方形晶片表面(平均)
第1组 第2组 第3组 第4组
颗粒 无 无 无 无
白雾 无 无 无 无
实施例3
由一个直径12厘米的Si圆形晶棒用多线切割机一次切出50片(按15、15、10、10片分成第1-4组)厚度相同的圆形晶片，厚度均为480微米；使用倒角机对各片圆形晶片进行边缘倒角处理，使其边缘截面成为弧形；然后将经倒角的晶片放置在350微米厚度的支承垫(型号为Carrier-9B-50，购自晶科电子研磨材料厂)中，在0.10千克/平方厘米压力下进行双面研磨加工30分钟，消除切片工序带来的锯纹损伤，其中，下盘逆时针旋转，转速为10转/分钟，中心齿圈和上盘顺时针旋转，转速为4转/分钟，外齿圈逆时针旋转，转速为8转/分钟。然后，将该晶片解理成8.2×8.2厘米的正方形晶片；使用类似于附图2所示的四边形晶片磨边机对正方形晶片进行磨边处理，获得合适的边缘形状；将经磨边的晶片的一面涂覆羧甲基纤维素后贴在一个8.3×8.3厘米的500微米厚的方形平坦铝板(Ra<0.5微米)上，轻轻施加压力确保晶片和铝板之间没有气泡；将载有晶片的铝板放在单面抛光机的支承垫腔内(紧贴铝板)，先将购自美国的Nalco 2371抛光液用于该抛光设备，在表10所示粗抛条件下抛光25分钟，用去离子水清洗后，干燥，再将购自美国的Rodel LS-10抛光液用于该抛光设备，在表11所示精抛条件下抛光12分钟，然后将载有晶片的铝板取出，水洗、将晶片移出铝板，用去离子水清洗后，干燥；按下述进行表面湿法清洗处理：
第一步，使用的试剂由H2SO4-H2O2-H2O组成(其中H2SO4:H2O2:H2O的体积比为1：3：2，H2SO4和H2O2按各在室温的下形成饱和溶液计，下同)，在115℃温度下对硅片进行清洗150秒；
第二步，使用的试剂由H2SO4-H2O2-H2O组成，三者的体积比为1：1：5，清洗时的温度为75℃，历时75秒；
第三步，采用15重量％氢氟酸(HF)清洗，于23℃处理30秒；
第四步，采用HCl-H2O2-H2O组成混合液(三种物质的摩尔比例由1：1：6)，于75℃处理90秒。
第五步，用去离子水冲洗3分钟。
然后烘干，检测。检测结果见表12和13。
表10 粗抛光条件
表11 精抛光条件
表12 粗抛光和精抛光后的检测结果(平均)
第1组 第2组 第3组 第4组
Ra(nm) 0.20 0.28 0.22 0.23
一次成品率(％) 100 100 100 100
平整度数据 √ √ √ √
晶片厚度，μm 359 366 376 380
表13 经表面湿法清洗处理的Si方形晶片表面(平均)
对比实施例4
取实施例1的晶片1片重复实施例1(按第4组条件)，但是支承垫厚度为200微米，且在机械抛光步骤不采用陶瓷板，发现机械化学抛光步骤结束后，晶片破裂，不再进行后续步骤。
对比实施例5
取实施例2的晶片1片重复实施例2(按第4组条件)，但是支承垫厚度为240微米，且在机械抛光步骤不加石英板，发现机械化学抛光步骤结束后，晶片破裂，不再进行后续步骤。
对比实施例6
取实施例3的晶片1片重复实施例3(按第4组条件)，但是支承垫厚度为220微米，且在机械抛光步骤不加铝板，发现机械化学抛光步骤结束后，晶片破裂，不再进行后续步骤。
虽然已参照特定实施方案对本发明进行了说明，但本领域技术人员应认识到的是，在不偏离本发明主旨和范围的情况下，可对所述实施方案进行改变或改进，本发明范围通过所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种制备异形半导体晶片的方法，包括以下步骤：
(1)由一种晶棒切割出晶片；
(2)对晶片进行表面研磨加工；
(3)将晶片解理成异形晶片；
(4)对异形晶片进行磨边处理；和
(5)将异形晶片用一种粘结剂固定在一块支撑物上，对晶片进行粗抛光，然后进行精抛光，其中所述支撑物为刚性的平板，
其中，所得晶片的厚度为200-750微米，表面微粗糙度为0.2-0.5纳米。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在步骤(1)中的所述晶棒为硅晶棒、锗晶棒、IIIA-VA族半导体晶棒、碳化硅晶棒或蓝宝石晶棒。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，在步骤(1)之后，还进行步骤(1’)：对步骤(1)切出的晶片进行边缘倒角处理，使晶片边缘获得合适的坡度或圆弧。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，支撑物的表面微粗糙度Ra不高于0.5微米。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，在步骤(5)中的所述支撑物由塑料、石英、玻璃、陶瓷或在抛光条件下为惰性的金属制成。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，在步骤(5)中的所述粘结剂选自天然及合成聚合物。
7.根据权利要求1的方法，还对精抛后的异形晶片进行表面清洗处理。
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