CN104979185B - 一种超薄半导体晶片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备超薄半导体晶片及其制备方法，所述晶片厚度为150‑400微米，表面微粗糙度为0.2‑0.5纳米。其制备方法包括(1)由一种晶棒切割出厚度为250‑500微米的晶片；(2)将晶片用一种粘结剂固定在一块支撑物上，其中所述支撑物为刚性的平板；(3)在研磨机上研磨固定在支撑物上的晶片，(4)对固定在支撑物上的晶片进行粗抛光，然后进行精抛光。还任选地包括对精抛光后的晶片进行表面清洗处理。但是所述超薄半导体晶片不包括下列晶片：直径小于或等于5.12厘米、厚度为350‑400微米的晶片；直径为5.12‑7.68厘米、厚度为375‑400微米的晶片；以及直径高于7.68‑10.24厘米、厚度高于或等于385‑400微米的晶片。

Description

一种超薄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，涉及一种超薄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。例如，磷化铟单晶晶片常用于制造高频、高速、大功率微波器件和电路以及卫星和外层空间用的太阳能电池等。在制造晶片过程中，晶体材料被切割成一定厚度的晶片，经倒角，还需研磨和抛光，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)。这样，制备出适用于外延生长的晶体衬底。由于晶片材料本身强度所限，所以在晶片加工过程中容易破损，因此，业界一般采用厚度为300-500微米(随晶片直径不同而异，直径越大，厚度也越高)的衬底。待晶片外延及后续加工工艺完成之后，再减薄。这不仅增加了加工成本，还浪费了大量材料。
因此，希望有能以工业规模生产超薄半导体晶片的方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种制备超薄半导体晶片的方法，以制备一种厚度为150-400微米的超薄半导体晶片。该方法包括以下步骤：
(1)由一种晶棒切割出厚度为250-500微米的晶片；
(2)将晶片用一种粘结剂固定在一块支撑物上，其中所述支撑物为刚性的平板；
(3)在研磨机上研磨固定在支撑物上的晶片，和
(4)对固定在支撑物上的晶片进行粗抛光，然后进行精抛光；
其中，所得到的晶片产品厚度为150-400微米，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)为0.20-0.50纳米，但是不包括下列晶片：
a.直径小于或等于5.12厘米、厚度为350-400微米的晶片；
b.直径为5.12-7.68厘米、厚度为375-400微米的晶片；以及
c.直径高于7.68-10.24厘米(即从高于7.68厘米到10.24厘米的范围，以下类似)、厚度高于或等于385-400微米的晶片。
任选地，本发明的方法还包括对精抛后的晶片进行表面清洗处理。
优选的是，所得到的晶片产品平整度以TTV(Total Thickness Variation)计(下同，详见实施例)为3-7微米，优选3-5微米。
此外，本发明还提供了一种超薄半导体晶片，其厚度为150-400微米，表面微粗糙度Ra为0.20-0.50纳米；但是不包括下列晶片：
a.直径小于或等于5.12厘米、厚度为350-400微米的晶片；
b.直径为5.12-7.68厘米、厚度为375-400微米的晶片；以及
c.直径高于7.68-10.24厘米、厚度高于或等于385-400微米的晶片。
优选的是，本发明的晶片平整度3-7微米，优选3-5微米。
本发明制备超薄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超薄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，如无其他说明，则所有操作均在室温、常压实施。
在本发明中，晶片的直径应作如下理解：在晶片为圆形时，是指圆形的直径；在晶片为其他形状(如不规则圆形、正方形、长方形等)时，是指以晶片的中心为圆心画圆、使圆包括晶片所有部分所形成的圆的直径。
本发明制备超薄半导体晶片的方法包括以下步骤：
(1)由一种晶棒切割出厚度为250-500微米的晶片；
(2)将晶片用一种粘结剂固定在一块支撑物上，其中所述支撑物为刚性的平板；
(3)在研磨机上研磨固定在支撑物上的晶片，和
(4)对固定在支撑物上的晶片进行粗抛光，然后进行精抛光；
其中，所得到的晶片产品厚度为150-400微米，表面微粗糙度Ra为0.20-0.50纳米，优选0.20-0.40纳米，更优选0.20-0.35纳米，但是不包括下列晶片：
a.直径小于或等于5.12厘米、厚度为350-400微米的晶片；
b.直径为5.12-7.68厘米、厚度为375-400微米的晶片；以及
c.直径高于7.68-10.24厘米、厚度高于或等于385-400微米的晶片。
优选的是，所得到的晶片平整度为3-7微米，优选3-5微米。
任选地，本发明的方法还包括对精抛后的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。根据晶片的实际用途，其厚度通常为250-500微米，优选250-450微米，更优选为250-400微米，最优选为250-350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、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方形(正方形或长方形)的晶棒，此时，步骤(1)所切割出的晶片为非圆形的晶片。
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。
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)，由此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。
步骤(2)为将晶片用一种粘结剂固定在一块支撑物上，其中所述支撑物为刚性的平板。更具体而言，将来自第(1)步，或者来自第(1’)步的晶片用一种粘结剂固定在支撑物上。所述支撑物为刚性的平板，表面大小足于容纳晶片，优选与待抛光的晶片具有相同的形状、与晶片相匹配，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150-450微米，优选为165-420微米，更优选为180-400微米；支撑物表面平坦，平整度为3-8微米；优选表面光滑，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，例如为0.2-0.5微米，优选0.3-0.4微米。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，可以避免晶片在加工过程中因受力不均而破损，保证晶片的高成品率。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)高于晶片加工温度；另一方面，考虑到晶片加工之后粘结剂的移除，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。
在本发明方法的第(3)步，用研磨机研磨载于支撑物上的晶片。如果需要研磨晶片的两面，则可以在一面研磨后再研磨另一面。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。所述研磨可以本领域已知的任何方法进行，例如可在一种已知的研磨设备中进行(例如类似图2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。
在本发明方法的第(4)步，对载于支撑物上的晶片进行粗抛光，然后进行精抛光。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，可使用购自美国的AKZO NOBELInc.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12-35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，可使用购自美国的Rodel CorporationRodel 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0.06-0.12千克/平方厘米。上盘转速20-60转/分钟，优选25-50转/分钟；下盘转速10-35转/分钟，优选12-25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，超薄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400微米，例如为150-400微米，表面微粗糙度为0.20-0.50纳米，优选0.20-0.40纳米，更优选0.20-0.35纳米。进一步优选地，所述超薄半导体晶片厚度为150-350微米，表面微粗糙度为0.20-0.40纳米。再进一步优选地，所述超薄半导体晶片厚度为150-300微米，表面微粗糙度为0.20-0.35纳米。最优选地，所述超薄半导体晶片厚度为150-250微米，表面微粗糙度为0.20-0.35纳米。其直径通常为2-15厘米，优选为5-12厘米。
优选地，所得到的晶片平整度为3-7微米，优选3-5微米。
优选地，经过粗抛光和精抛光之后，本发明的超薄半导体晶片不包括
d.直径小于或等于5.12厘米、厚度为350-400微米的晶片；
e.直径为5.12-7.68厘米、厚度为375-400微米的晶片；以及
f.直径高于7.68-10.24厘米、厚度高于或等于385-400微米的晶片。
任选地，还对精抛后的超薄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，可根据所制备的超薄半导体晶片的种类进行适当选择，套用现有技术的方法。优选地，所述步骤(5)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(5)的表面清洗处理，在光照下目测，晶片表面无颗粒、无白雾。并且晶片表面金属Zn和Cu残余量分别≤10×1010原子/cm2。这样，本发明方法的超薄半导体晶片，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
由于表面清洗处理一般不改变晶片的表面物理状态，因此，经过表面清洗处理，超薄半导体晶片其表面微粗糙度不高于0.50纳米。优选地，该晶片厚度不高于400微米，例如为150-400微米，表面微粗糙度为0.20-0.50纳米，优选0.20-0.40纳米，更优选0.20-0.35纳米。进一步优选地，所述超薄半导体晶片厚度为150-350微米，表面微粗糙度为0.20-0.40纳米。再进一步优选地，所述超薄半导体晶片厚度为150-300微米，表面微粗糙度为0.20-0.35纳米。最优选地，所述超薄半导体晶片厚度为150-250微米，表面微粗糙度为0.20-0.35纳米。其直径通常为2-15厘米，优选为5-12厘米。优选的是，晶片平整度为3-7微米，优选3-5微米。但是，所述超薄晶片不包括
a.直径小于或等于5.12厘米、厚度为350-400微米的晶片；
b.直径为5.12-7.68厘米、厚度为375-400微米的晶片；以及
c.直径高于7.68-10.24厘米、厚度高于或等于385-400微米的晶片。
优选地，本发明的超薄晶片不包括：
a.直径小于或等于5.12厘米、厚度为325-400微米的晶片；
b.直径为5.12-7.68厘米、厚度为350-400微米的晶片；以及
c.直径高于7.68-10.24厘米、厚度高于或等于365-400微米的晶片。
更进一步优选的是，本发明的超薄晶片不包括：
a.直径小于或等于5.12厘米、厚度为300-400微米的晶片；
b.直径为5.12-7.68厘米、厚度为325-400微米的晶片；以及
c.直径高于7.68-10.24厘米、厚度高于或等于345-400微米的晶片。
再进一步优选的是，本发明的超薄晶片不包括：
a.直径小于或等于5.12厘米、厚度为275-400微米的晶片；
b.直径为5.12-7.68厘米、厚度为300-400微米的晶片；以及
c.直径高于7.68-10.24厘米、厚度高于或等于325-400微米的晶片。
最优选的是，本发明的超薄晶片不包括：
a.直径小于或等于5.12厘米、厚度为250-400微米的晶片；
b.直径为5.12-7.68厘米、厚度为275-400微米的晶片；以及
c.直径高于7.68-10.24厘米、厚度高于或等于300-400微米的晶片。
上述优选的、更进一步优选的、再进一步优选的以及最优选的限定条件同样适用于精抛光结束后的晶片。
本发明制备超薄半导体晶片的方法，由于在抛光过程中晶片用粘结剂固定在支撑物上，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，使工业化生产超薄晶片成为可能。
此外，本发明提供了一种超薄半导体晶片，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400微米，例如为150-400微米，表面微粗糙度为0.20-0.50纳米，优选0.20-0.40纳米，更优选0.20-0.35纳米。进一步优选地，所述超薄半导体晶片厚度为150-350微米，表面微粗糙度为0.20-0.40纳米。再进一步优选地，所述超薄半导体晶片厚度为150-300微米，表面微粗糙度为0.20-0.35纳米。最优选地，所述超薄半导体晶片厚度为150-250微米，表面微粗糙度为0.20-0.35纳米。优选的是，晶片平整度3-7微米，优选3-5微米。但是，所述超薄晶片不包括
a.直径小于或等于5.12厘米、厚度为350-400微米的晶片；
b.直径为5.12-7.68厘米、厚度为375-400微米的晶片；以及
c.直径高于7.68-10.24厘米、厚度高于或等于385-400微米的晶片。
本发明晶片的优选范围(即前述不包括的晶片范围)如上所述。
按其直径计算，本发明的超薄半导体晶片直径通常为2-15厘米，优选为2-12厘米。
优选的是，本发明的超薄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。
在本发明超薄半导体晶片的一个优选实施方案中，所述超薄半导体晶片为硅晶片、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。
在本发明超薄半导体晶片的一个优选实施方案中，所述超薄半导体晶片为单晶晶片。
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2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晶片的表面痕量金属原子的残余量，合格标准为Zn和Cu残余量分别≤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切出100片(按25、25、25、25片分成第1-4组)厚度相同的圆形晶片，厚度均为270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，将晶片的一面涂覆阿拉伯树胶后贴在一个直径5.2厘米圆形的、300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置在400微米厚度的支承垫上研磨(研磨机型号为Carrier-9B-50，购自江苏江阴晶科电子研磨材料厂)，在0.07千克/平方厘米压力下进行双面研磨加工15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。然后将载有晶片的陶瓷板放在抛光机的支承垫腔内(紧贴陶瓷板)，固定，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％(如无相反说明，以下各溶液均按重量百分比计，基于溶液总重量)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) 0.23 0.28 0.31 0.25
一次成品率(％) 100 100 100 100
平整度数据 √ √ √ √
TTV(μm) 3.3 3.5 3.2 3.2
晶片厚度(μm) 170 175 168 172
表5 经表面清洗处理的GaAs晶片表面(平均)
*：表示1.9×1010，以下类推。
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60片(按15、15、15、15片分成第1-4组)厚度相同的圆形晶片，厚度均为400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(但是第一组15片不作倒角处理)然后，将晶片的一面涂覆蜂蜡后贴在一个直径11厘米的300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。然后将载有晶片的石英板放置在和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0.05千克/平方厘米压力下进行双面研磨加工25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8转/分钟，中心齿圈和上盘顺时针旋转，转速为3/分钟，外齿圈逆时针旋转，转速为7转/分钟。然后，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。
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) 0.28 0.36 0.32 0.35
一次成品率(％) 93 100 100 100
平整度数据 √ √ √ √
TTV(μm) 5 4.5 3.5 3.2
晶片厚度，μm 303 299 297 304
表9 经表面湿法清洗处理的InP晶片表面(平均)
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100片(按25、25、25、25片分成第1-4组)厚度相同的圆形晶片，厚度均为350微米；使用倒角机对各片圆形晶片进行边缘倒角处理(但是第二组未倒角处理)，使其边缘截面成为弧形。然后，将晶片的一面涂覆羧甲基纤维素后贴在一个12.5厘米的300微米厚的圆形平坦铝板(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和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0.10千克/平方厘米压力下进行双面研磨加工20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11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9转/分钟。然后放在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) 0.22 0.25 0.23 0.25
一次成品率(％) 100 96 100 100
平整度数据 √ √ √ √
TTV(μm) 5.2 4.7 3.6 3.5
晶片厚度，μm 259 253 260 255
表13 经表面湿法清洗处理的Si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)，但是承载垫厚度为150微米、不采用陶瓷板，发现研磨步骤结束后，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)，但是承载垫厚度为280微米、不采用石英板，发现研磨步骤结束后，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)，但是承载垫厚度为230微米、不采用铝板，发现研磨步骤结束后，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 (9)

1.一种制备超薄半导体晶片的方法，包括
(1)由一种晶棒切割出厚度为250-500微米的晶片；
(2)将晶片用一种粘结剂固定在一块支撑物上，其中所述支撑物为刚性的平板；
(3)在研磨机上研磨固定在支撑物上的晶片，和
(4)对固定在支撑物上的晶片进行粗抛光，然后进行精抛光；
其中，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；
所述粘结剂可选自下列之一：天然及合成聚合物；
所得到的晶片产品厚度为150-400微米，表面微粗糙度Ra为0.20-0.50纳米；但是不包括下列晶片：
a.直径小于或等于5.12厘米、厚度为350-400微米的晶片；
b.直径为5.12-7.68厘米、厚度为375-400微米的晶片；以及
c.直径高于7.68-10.24厘米、厚度高于或等于385-400微米的晶片。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述晶棒为硅晶棒、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，还包括对精抛光后的晶片进行表面清洗处理。
4.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。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述粘结剂可选自下列之一：纤维素类物质、阿拉伯树胶、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、天然磷脂、合成磷脂、矿物油、植物油、蜡或松香。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述粘结剂为水溶性粘结剂。
7.一种超薄半导体晶片，其厚度为150-400微米，表面微粗糙度为0.20-0.50纳米，但是不包括下列晶片：
a.直径小于或等于5.12厘米、厚度为350-400微米的晶片；
b.直径为5.12-7.68厘米、厚度为375-400微米的晶片；以及
c.直径高于7.68-10.24厘米、厚度高于或等于385-400微米的晶片。
8.根据权利要求7的超薄半导体晶片，其特征在于，所述晶片平整度3-7微米。
9.根据权利要求8的超薄半导体晶片，其特征在于，所述晶片直径为2-15厘米。
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