CN105161397A - 一种异形半导体晶片、制备方法及晶片支承垫 - Google Patents

一种异形半导体晶片、制备方法及晶片支承垫 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种异形半导体晶片、其制备方法及晶片支承垫，所述方法包括：(1)提供一种异形晶片原片；(2)对晶片原片进行磨边处理；(3)对磨边后的晶片进行表面研磨加工，其中晶片置于一个支承垫的内腔中，支承垫的内腔具有多个直边，各直边延长线相交形成异形形状，内腔在各直边延长线相交形成的各个角部处还具有外凸部分，各外凸部分与相邻各直边以过渡圆弧连接，所述晶片的形状与内腔的形状匹配；(4)对异形支承垫内的晶片进行粗抛光，然后进行精抛光。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。

Description

一种异形半导体晶片、制备方法及晶片支承垫
技术领域
本发明涉及一种半导体晶片、其制备方法及晶片支承垫，更具体地，涉及一种异形半导体晶片、其制备方法及晶片支承垫。
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。
因此，目前用于制备太阳能电池的方形硅片由晶棒切割形成后，不进行倒角和表面研磨、化学机械抛光等处理，导致这样的硅片表面粗糙，难于在平整和粗糙度达到较高的要求。
总之，迄今为止，尚未见有成熟的、能以工业规模生产平整的非圆形，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平整的异形半导体晶片的方法，该方法包括以下步骤：
(1)提供一种异形晶片原片；
(2)对晶片原片进行磨边处理；
(3)对磨边后的晶片进行表面研磨加工，其中晶片置于一个支承垫的内腔中，支承垫的内腔具有多个直边，各直边延长线相交形成异形形状，内腔在各直边延长线相交形成的各个角部处还具有外凸部分，各外凸部分与相邻各直边以过渡圆弧连接，所述晶片的形状与内腔的形状匹配；
(4)对异形支承垫内的晶片进行粗抛光，然后进行精抛光。
任选地，对精抛光后的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)不高于0.5纳米，优选不高于0.4纳米。优选地，其平整度以弯曲度(Bow)计(下同，详见实施例)不高于5μm。优选地，按整体平整度/晶片对角线(位于晶片表面的边缘的、距离最长的两个点之间的连线)长度的比值计为0.025-0.075μm/mm，优选0.03-0.065μm/mm。优选地，晶片对角线长度为1.5-15厘米。
再者，本发明还提供一种用于对晶片加工的支承垫，所述支承垫具有至少一个异形内腔，所述内腔具有多个直边，各直边延长线相交形成异形形状，内腔在各直边延长线相交形成的各个角部处还具有外凸部分，各外凸部分与相邻各直边以过渡圆弧连接。此外，优选的是，支承垫的厚度T为200-800微米，优选260-650微米，更优选270-500微米。优选地，支承垫的肖氏硬度(采用上海万衡精密仪器有限公司HS-19A型肖氏硬度计检测，下同)为35-60，优选40-55；动态可压缩性(按JISK6505测得，下同)为60-100％，优选70-95％。
另外，本发明还提供了本发明异形半导体晶片用于太阳能电池中的用途。
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和粗糙度，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为一种晶片磨边机的示意图。
图3为用于实施本发明研磨或抛光方法的设备的一个实例。
图4为本发明的支承垫示意图，其中有内腔，内腔的角部有过渡圆弧。
图5为本发明支承垫内腔中，角部过渡圆弧的示意图。
图6为本发明晶片的角部过渡圆弧的示意图。
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，所述具有异形内腔的支承垫是指在晶片的研磨、抛光以及相关步骤中用于承载晶片的垫，其中容纳晶片的、穿透垫的腔或孔称为内腔，内腔的形状随所加工晶片的形状而异。
在本发明中，所述过渡圆弧是指在支承垫内腔或晶片本身具有角的位置处，将角去除而加工成圆弧状的部分。
在本发明中，如无其他说明，则所有操作均在室温、常压实施。
在本说明书中，为说明方便，有时结合附图，但是，附图仅仅是示例性的，也不一定按比例绘制，它们不对发明做任何限定。
本发明制备异形半导体晶片的方法包括以下步骤：
(1)提供一种异形晶片原片；
(2)对晶片原片进行磨边处理；
(3)对磨边处理后的晶片进行表面研磨加工，其中晶片置于一个支承垫的内腔中，支承垫的内腔具有多个直边，各直边延长线相交形成异形形状，内腔在各直边延长线相交形成的各个角部处还具有外凸部分，各外凸部分与相邻各直边以过渡圆弧连接，所述晶片的形状与内腔的形状匹配；
(4)对异形支承垫内的晶片进行粗抛光，然后进行精抛光。
任选地，对精抛光后的晶片进行表面清洗处理。
在优选的实施方案中，步骤(1)中所述晶片材料为硅晶体、锗晶体、IIIA-VA族半导体晶体(即由IIIA族和VA族元素形成的半导体晶体，例如砷化镓晶体、磷化铟晶体或磷化镓晶体)、碳化硅晶体以及蓝宝石晶体(主要成分为氧化铝)。在更优选的实施方案中，步骤(1)中所述晶片为单晶，优选为锗单晶、磷化铟单晶或砷化镓单晶。
在一种优选的实施方案中，步骤(1)如下进行：
将圆形晶棒切割成所需厚度的圆形晶片；
采用倒角机对圆形晶片进行边缘倒角处理；和
将圆形晶片解理或切割成异形晶片。
优选地，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，采用内圆锯实施切割。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。
步骤(1)例如可如下进行：将圆形晶棒采用多线切割机切割成一定厚度的薄片；采用倒角机对圆形晶片进行边缘倒角处理；采用解理的方法把晶片解理成四个直边分别为<110>的方形晶片，或采用上蜡的方法把多片圆形晶片粘接在一起，然后采用内圆锯把粘接在一起的晶片一次性的切割成四个直边全部为<110>或<100>的方形晶片。
在另一种优选的实施方案中，步骤(1)如下进行：
将一种圆形晶棒切割成异形晶棒；和
将获得的异形晶棒切割成所需厚度的异形晶片。
上述过程例如可如下进行：采用内圆锯将直径为2-15厘米的圆形晶棒切割成一定尺寸的异形晶棒，切割过程中采用X射线衍射仪定出需要切的直边的晶向，晶向的精度范围控制在±5°，优选控制在±3°以内，更优选控制在±1°以内，将各个直边依次切出，获得需要的异形晶棒；对异形晶棒的一个端面用X射线衍射仪定出所需的异形晶片的表面晶向；将获得的异形晶棒采用多线切割机一次性地切割成厚度为270-800微米的异形晶片。为了降低异形晶片切割过程中的破损，切割前将异形晶棒在切割机工作台上固定为一个侧面保持水平。
在更优选的实施方案中，步骤(1)得到的异形晶片为方形(正方形或长方形)。各个直边的晶向可以全部为<100>或全部为<110>。
所使用的晶棒可商购得到，或由本领域已知的方法制备。例如可为硅晶棒、锗晶棒、IIIA-VA族半导体晶棒、碳化硅晶棒以及蓝宝石晶棒等。圆形晶棒的横向截面的直径通常为2-15厘米，优选为5-12厘米。
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270-800微米，优选为300-750微米，更优选为320-700微米。
优选地，在步骤(1)切割之后，还进行步骤(1’)：对步骤(1)得到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)为对晶片进行磨边处理。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原片，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(示出一个，另一个与示出的一个成直角方向)，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，将该异形晶片原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，优选使该晶片原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，使该晶片原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，使它们朝晶片原片的方向移动，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原片。当上述磨削进行至原始起点使该晶片原片被磨削一周后，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％来对该晶片原片进一步磨削，然后再转回至原始起点，以防止在磨削的异形晶片原片中出现接口。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原片。
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。
在步骤(2)之后，还任选地对晶片原片进行角部的加工，使其角部产生过渡圆弧。如图6的A所示，晶片的角部处理成具有过渡圆弧。
步骤(3)为对磨边处理后的晶片进行表面研磨加工，其中晶片置于一个支承垫的内腔中(例如，如图4-6所示，其中如图6所示，晶片的角部(优选具有过渡圆弧A)对应于支承垫的角部定位，支承垫直边B与相邻直边延长线形成角)。支承垫的内腔具有多个直边，各直边延长线相交形成异形形状，内腔在各直边延长线相交形成的各个角部处还具有外凸部分，各外凸部分与相邻各直边以过渡圆弧连接，所述晶片的形状与内腔的形状匹配。此外，优选的是，支承垫的厚度T小于研磨和抛光后晶片的厚度。更优选的是，T满足下列关系式(支承垫的厚度T及晶片厚度均以微米计)：待加工晶片的厚度的50％≤T≤待加工晶片的厚度的80％，进一步优选的是，待加工晶片的厚度的60％≤T≤待加工晶片的厚度的70％。
因此，本发明也提供一种用于晶片加工的支承垫，所述支承垫具有至少一个异形内腔，所述内腔具有多个直边，各直边延长线相交形成异形形状，内腔在各直边延长线相交形成的各个角部处还具有外凸部分，各外凸部分与相邻各直边以过渡圆弧连接。此外，优选的是，支承垫的厚度T为200-800微米，优选260-650微米，更优选270-500微米。图4示例了一种这样的支承垫，其中包括4个内腔。可以领会的是，内腔的数目可以改变。另外，图4虽然示例的是方形的内腔，但是，也可以是其他的形状，例如菱形或其他多边形，它们具有多个直边，各直边延长线相交形成异形形状，内腔在各直边延长线相交形成的各个角部处还具有外凸部分，各外凸部分与相邻各直边以过渡圆弧连接。图5以放大的方式示出了一种内腔角部处的形状。
优选地，内腔中各直边延长线相交形成的各个角之间的最大直线距离(通常为对角线)通常为2-15厘米，优选为5-12厘米。
本发明用于晶片加工的支承垫可以采用金属或高分子材料制成，例如，由橡胶或塑料制成，例如采用玻璃纤维增强的环氧树脂材料等制成，其肖氏硬度(采用上海万衡精密仪器有限公司HS-19A型肖氏硬度计检测，下同)为35-60，优选40-55；动态可压缩性(按JISK6505测得，下同)为60-100％，优选70-95％。
步骤(3)可在一种已知的研磨设备中进行(例如类似图3的设备，其中R1和R2分别表示上下盘12、13的轴，箭头表示旋转方向)，晶片上下两侧垫有研磨垫14、16(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，由研磨液管11通入)。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3-5转/分钟；下盘转速5-20转/分钟，优选9-15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。
经过步骤(3)对晶片进行表面研磨加工，可以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，对晶片实施行双面研磨加工，消除切片工序带来的锯纹损伤。
步骤(4)为对异形支承垫内的晶片的抛光。在一种优选的实施方案中，步骤(3)和步骤(4)采用同一异形支承垫。
在实施步骤(3)和(4)时，支承垫内腔的对角线(通常为晶片表面上直线距离最大的两点之间的连线)与研磨、抛光设备的半径重合，或内腔的至少一个直边与轮半径重合。
步骤(4)中，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FujimiCorporation的FujimiINSECSP抛光磨料或INSECIPP抛光磨料等。而在晶片为Si晶片的情况下，可使用购自美国AKZONOBELInc.的Nalco2371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15-35转/分钟，优选18-28转/分钟；下盘转速8-18转/分钟，优选10-15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。
步骤(4)中，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FujimiCorperation的FujimiINSECSP抛光液或FujimiCOMPOL80抛光液等。而在晶片为Si晶片的情况下，可使用购自美国RodelCorporation的RodelLS-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25-50转/分钟，优选30-45转/分钟；下盘转速15-30转/分钟，优选20-25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，以弯曲度计，异形晶片的平整度不超过5微米。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0.2-0.5nm。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0.2-0.4nm。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0.2-0.4nm。优选地，连接本发明的异形半导体晶片表面上两点的最大直线距离通常为2-15厘米，优选为5-12厘米。优选地，其平整度按整体平整度/晶片对角线(位于晶片表面的边缘的、距离最长的两个点之间的连线)长度的比值计为0.025-0.075μm/mm，优选0.03-0.065μm/mm。
任选地，本发明的方法还包括为对精抛光后的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，直接采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，同时≥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。并且晶片表面总的金属残余量≤100×1010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
在本发明方法的一种优选实施方案中，还包括对晶片进行包装的步骤：对晶片的包装也在不低于1000级超洁净环境下进行，由此可以保证用户开盒即用。
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)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0.2-0.5nm。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0.2-0.4nm。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0.2-0.4nm。以弯曲度计，异形晶片的平整度不超过5微米。优选地，其平整度按整体平整度/晶片对角线(位于晶片表面的边缘的、距离最长的两个点之间的连线)长度的比值计为0.025-0.075μm/mm，优选0.03-0.065μm/mm。优选地，晶片对角线长度为1.5-15厘米。
本发明的异形半导体晶片表面上直线距离最大的两点之间的距离通常为1.5-15厘米，优选为5-12厘米。本发明的异形半导体晶片相邻边形成的角部处的过渡圆弧(图6的A部分)的半径在2.5-5mm的范围内，优选在3-4.5mm的范围内。
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。并且晶片表面总的金属残余量≤100×1010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，优选地，所述单晶晶片为硅晶片、锗晶片、砷化镓晶片、磷化铟晶片或磷化镓晶片或碳化硅晶片。
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。
在本发明异形半导体晶片的一个更优选的实施方案中，所述异形半导体晶片为方形晶片，且所述方形晶片的主面尺寸在10-110mm×10-110mm范围内,四个角的内接圆半径R在2.5-5mm范围内，四个直边的晶向全部为<100>或全部为<110>，晶片厚度在280-700微米范围内。
另外，本发明还提供了本发明的异形半导体晶片在太阳能电池中的用途。
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UniversalOpticsCo.Ltd的聚酯类研磨垫，牌号为LPS研磨垫，肖氏硬度50，动态可压缩性20％；粗抛光垫为购自美国RohmandHassInc.公司的聚氨酯抛光垫，牌号Suba-XPad，肖氏硬度51，动态可压缩性15％；精抛光垫为购自美国RohmandHassInc.公司的聚氨酯抛光垫，牌号POLITEXPad，肖氏硬度51，动态可压缩性15％。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FujimiCorporationFujimi20T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)。
实施例使用的支承垫为市售产品，按肖氏硬度和动态可压缩性选择，必要时经过放置或老化，以获得所示的特征参数。
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；TREX610型，日本OSAKAJapanTechnos公司)检测经湿法清洗处理的方形晶片的表面痕量总的金属原子的残余量，合格标准为≤100×1010原子/cm2；
2.用AFM(原子力显微镜)(美国DigitalInstrument公司NanoScopeIIIa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；
4.用UltrasortInstrument(平整度测试仪Tropel，生产商美国CorningTropelCorperation)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)≤1.5μm15X15mm区域内，WARP(翘曲度)≤10μm，Bow(弯曲度)≤5μm表示合格(以“√”表示)；
5.于日本SYNTECInc.公司产Yamada强光灯(光强大于100,000Lux)下目测是否有白雾；
6.晶片厚度用接触式测厚仪(日本Mitutoyo，型号：ID-C112ED)检测；
7.Tencor6220(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；然后将晶片放置在280微米厚度、如图4所示的支承垫(型号为Carrier-9B-50，购自江苏江阴晶科电子研磨材料厂，经过发明人自行加工，形成图4所示的内腔，内腔直边延长线相交形成3.5×3.5厘米的正方形(对角线约4.95厘米)，直边延长线相交形成的各个角部处还具有外凸部分，各外凸部分与相邻各直边以过渡圆弧连接)，其肖氏硬度为55，动态压缩弹性率为75％。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，上盘顺时针旋转，转速为4转/分钟。然后，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，然后将晶片取出，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％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)
表5经表面湿法清洗处理的GaAs方形晶片表面(平均)
*：表示1.6×1010，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，将该晶片解理成7.0×7.0厘米的正方形晶片(对角线9.9厘米)；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；然后将经倒角的晶片放置在360微米厚度、如图4所示的支承垫(型号为Carrier-9B-50，购自江苏江阴晶科电子研磨材料厂，经过发明人自行加工，形成图4所示的内腔，内腔直边延长线相交形成7.0×7.0厘米的正方形，直边延长线相交形成的各个角部处还具有外凸部分，各外凸部分与相邻各直边以过渡圆弧连接)，其肖氏硬度为50，动态压缩弹性率为85％。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，上盘顺时针旋转，转速为4转/分钟。然后，将液体FujimiINSECSP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FujimiCOMPOL80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，然后晶片取出，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。
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)
表9经表面湿法清洗处理的InP方形晶片表面(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，将该晶片解理成8.2×8.2厘米的正方形晶片(对角线约11.6厘米)；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；然后将经倒角的晶片放置在290微米厚度、如图4所示的支承垫(购自美国PRHORRMAN公司的Lexan型支撑垫，经过发明人自行加工，形成图4所示的内腔，内腔直边延长线相交形成8.2×8.2厘米的正方形，直边延长线相交形成的各个角部处还具有外凸部分，各外凸部分与相邻各直边以过渡圆弧连接)，其肖氏硬度为45，动态压缩弹性率为90％。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，上盘顺时针旋转，转速为4转/分钟。然后，将购自美国的Nalco2371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RodelLS-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，然后将晶片取出，水洗，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)
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)，但是在双面研磨步骤采用圆孔内腔(圆孔的最大内接正方形边长等于晶片边长)的支承垫，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)，但是在机械抛光步骤采用圆孔内腔(圆孔的最大内接正方形边长等于晶片边长)的支承垫，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)，但是在机械抛光步骤采用圆孔内腔(圆孔的最大内接正方形边长等于晶片边长)的支承垫，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7
重复实施例1第4组的实验，但是采用肖氏硬度为85，动态压缩弹性率为5％的支承垫。发现研磨结束时，晶片破裂。
对比实施例8
重复实施例2第4组的实验，但是采用肖氏硬度为20，动态压缩弹性率为120％的支承垫。发现研磨结束时，晶片破裂。
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 (10)

1.一种制备异形半导体晶片的方法，该方法包括以下步骤：
(1)提供一种异形晶片原片；
(2)对晶片原片进行磨边处理；
(3)对磨边处理后的晶片进行表面研磨加工，其中晶片置于一个支承垫的内腔中，支承垫的内腔具有多个直边，各直边延长线相交形成异形形状，内腔在各直边延长线相交形成的各个角部处还具有外凸部分，各外凸部分与相邻各直边以过渡圆弧连接，所述晶片的形状与内腔的形状匹配；
(4)对异形支承垫内的晶片进行粗抛光，然后进行精抛光。
2.根据权利要求1的制备异形半导体晶片的方法，还包括对精抛光后的晶片进行表面清洗处理。
3.根据权利要求1的制备异形半导体晶片的方法，其中，步骤(1)中所述晶片材料为硅晶体、锗晶体、IIIA-VA族半导体晶体、碳化硅晶体以及蓝宝石晶体。
4.根据权利要求1-3之一的制备异形半导体晶片的方法，其中所述支承垫的肖氏硬度为35-60，优选40-55；动态可压缩性为60-100％，优选70-95％。
5.根据权利要求1的制备异形半导体晶片的方法，其中，在步骤(1)切割之后，还进行步骤(1’)：对步骤(1)得到的晶片进行边缘倒角处理，使晶片边缘获得合适的圆弧或坡度。
6.根据权利要求1的制备异形半导体晶片的方法，其中在实施步骤(3)和(4)时，支承垫内腔的对角线与研磨、抛光设备的半径重合，或内腔的至少一个直边与轮半径重合。
7.一种用于晶片加工的支承垫，具有至少一个异形内腔，所述内腔具有多个直边，各直边延长线相交形成异形形状，内腔在各直边延长线相交形成的各个角部处还具有外凸部分，各外凸部分与相邻各直边以过渡圆弧连接。
8.根据权利要求7的用于晶片加工的支承垫，其中支承垫的厚度T为250-850微米。
9.根据权利要求7或8的用于晶片加工的支承垫，其肖氏硬度为35-60，优选40-55；动态可压缩性为60-100％，优选70-95％。
10.一种异形半导体晶片，其表面平整度按以弯曲度计，整体平整度/晶片对角线长度的比值计为0.025-0.075μm/mm，优选0.03-0.065μm/mm。优选地，其表面微粗糙度Ra不高于0.5纳米。
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