CN113990781A - 一种制备单面氧化超薄硅片的装置及方法 - Google Patents

一种制备单面氧化超薄硅片的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制备单面氧化超薄硅片的装置及方法。本发明包括：第一基板、第二基板和密封件，所述第二基板设有镂空部分，所述第一基板与第二基板可互相连接与拆卸；待减薄的硅片的两面通过密封件固定于第一基板与第二基板之间，所述待减薄的硅片需保留氧化层的一面朝向金属基板，所述待减薄的硅片待除去氧化层的表面暴露于所述镂空部分。本发明提供了一种制备单面氧化超薄硅片的装置和方法，能够有效的对硅片一侧氧化层进行保护，并且提供充足的应力释放空间，避免硅片在加工过程中由于受力不均被破坏，能够简单、低成本的实现单面氧化超薄硅片的制备。

Description

一种制备单面氧化超薄硅片的装置及方法
技术领域
本发明涉及硅片制备技术领域，尤其是指一种制备单面氧化超薄硅片的装置及方法。
背景技术
硅是最重要的半导体材料之一，具有优异的电学和光电性能，已经被广泛用于制造电子元器件、集成电路、光电探测器等各种器件。目前，光电子器件发展的一个重要趋势是具备柔性、便携特点的光电子器件，传统单晶硅材料及器件由于硅晶圆的刚性和脆性，难以用于柔性光电子器件。而之前的研究表明，通过减小硅晶圆厚度，能够使材料获得较好的柔性，从而用于制备柔性可弯曲器件。由于场效应晶体管(FET)等电子器件需要在单面具有致密氧化层的硅片上进行制备，因此获得具有单面氧化的超薄硅片对于制备电子器件非常重要。但现有技术对于获得具有单面氧化的超薄硅片有如下缺陷：
传统的磨削、抛光等机械加工工艺能够减小硅晶圆厚度，但由于在加工过程中会对硅片产生机械作用力，需要硅片具有一定的强度而不会被破坏，这就使得其加工能够得到最小硅片厚度约为100微米。当硅片厚度小于100微米，由于强度太低，在加工过程中会被破坏；
近年来发展的湿法刻蚀工艺能够将硅片进一步减薄，在溶液中通过强碱溶液的化学腐蚀作用，能够使硅片减薄，利用这种方法已经能够获得厚度几微米至数十微米的超薄硅片。然而，能够对硅片进行腐蚀的强酸强碱溶液也能够对氧化硅进行腐蚀，因此，利用这种方法无法得到单面氧化的超薄硅片；
过去，为了从双面氧化硅片得到单面氧化硅片，可以通过旋涂或沉积光刻胶等高分子材料保护硅片一侧氧化层然后对另外一侧氧化层进行腐蚀去除，这种方法能够在几分钟的腐蚀时间内去除一侧氧化层，然后将光刻胶等高分子材料洗去即可得到单面氧化的硅片。但这种方法仍然难以得到单面氧化的超薄硅片，因为超薄硅片的腐蚀往往需要在加热的强碱溶液中腐蚀一小时以上，起保护作用的高分子材料也会被腐蚀或剥落，难以对单面氧化层进行有效保护。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中难以得到单面氧化的超薄硅片、无法对单侧氧化层进行有效保护、或者加工过程会造成超薄硅片被破坏的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种制备单面氧化超薄硅片的装置，包括：第一基板、第二基板和密封件，所述第二基板设有镂空部分，所述第一基板与第二基板可互相连接与拆卸；待减薄的硅片的两面通过密封件固定于第一基板与第二基板之间，所述待减薄的硅片需保留氧化层的一面朝向金属基板，所述待减薄的硅片待除去氧化层的表面暴露于所述镂空部分。
在本发明的一个实施例中，所述第一基板、第二基板均为金属材质，所述金属材质包括不锈钢、铁、铜的一种。
在本发明的一个实施例中，所述密封件为高分子密封垫片，所述高分子密封垫片的材质包括硅橡胶、PDMS、聚丙烯的一种。
在本发明的一个实施例中，所述第一基板的外形为圆形薄板，所述第二基板的外形为圆环形薄板，所述密封件的外形为圆环形薄板。
在本发明的一个实施例中，所述第一基板、第二基板均开设有螺纹孔，所述第一基板与第二基板通过螺丝连接与拆卸。
本发明还提供一种制备单面氧化超薄硅片的方法，包括如下步骤：
步骤S1：在第一基板上放置一密封件，并将待减薄的硅片放置在密封件上，所述待减薄的硅片需要保留氧化层的一面朝向第一基板，随后在将待减薄的硅片上方依次放置一密封件、第二基板，将第一基板、第二基板固定连接；
步骤S2：用腐蚀液去除硅片暴露于镂空部分的表面氧化层，然后将整个装置放入加热的强碱溶液中预设时间进行刻蚀；
步骤S3：将刻蚀好的硅片从强碱溶液捞出，并对刻蚀后的表面在去离子水中清洗干净，待干燥后将第一基板、第二基板拆开，得到单面氧化的超薄硅片。
在本发明的一个实施例中，所述腐蚀液为5％浓度的氢氟酸溶液。
在本发明的一个实施例中，所述强碱溶液为50％浓度的氢氧化钾溶液。
在本发明的一个实施例中，所述强碱溶液的温度为90摄氏度。
在本发明的一个实施例中，所述待减薄的硅片为双面抛光、双面氧化的硅片。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明提供了一种制备单面氧化超薄硅片的装置和方法，能够有效的对硅片一侧氧化层进行保护，并且提供充足的应力释放空间，避免硅片在加工过程中由于受力不均被破坏，能够简单、低成本的实现单面氧化超薄硅片的制备；利用本发明的装置和技术方案能够获得单面氧化的超薄硅片，所得到的超薄硅片厚度2-100微米。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明的制备单面氧化超薄硅片的装置结构示意图。
图2是本发明的第一基板结构示意图。
图3是本发明的第二基板结构示意图。
图4是本发明的密封件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一
参照图1至图4所示，本实施例提供了一种制备单面氧化超薄硅片的装置，包括：第一基板、第二基板和密封件，所述第二基板设有镂空部分，所述第一基板与第二基板可互相连接与拆卸；待减薄的硅片的两面通过密封件固定于第一基板与第二基板之间，所述待减薄的硅片需保留氧化层的一面朝向金属基板，所述待减薄的硅片待除去氧化层的表面暴露于所述镂空部分。
具体地，所述第一基板、第二基板均为金属材质，所述金属材质包括不锈钢、铁、铜的一种。
具体地，所述密封件为弹性高分子密封垫片，所述高分子密封垫片的材质包括硅橡胶、PDMS(聚二甲基硅氧烷)、聚丙烯的一种，通过弹性高分子垫片结合金属基板压紧作用，能够有效的对硅片进行密封，防止溶液渗透腐蚀密封侧的硅片氧化层，通过弹性高分子缓冲，能够防止基板压紧对硅片产生损坏。
具体地，所述第一基板的外形为圆形薄板，所述第二基板的外形为圆环形薄板，所述密封件的外形为圆环形薄板。采用圆环形密封件的设计，使得硅片中间部分悬空，在加工和腐蚀过程中能够有足够的应变释放空间，从而防止在加工过程中的损坏。
具体地，所述第一基板、第二基板均开设有螺纹孔，所述第一基板与第二基板通过螺丝连接与拆卸。
本实施例中，装置的各部件具体尺寸根据所要加工的硅片尺寸进行设计。
实施例二
本实施例提供一种制备单面氧化超薄硅片的方法，包括如下步骤：
步骤S1：在第一基板上放置一密封件，并将待减薄的硅片放置在密封件上，所述待减薄的硅片需要保留氧化层的一面朝向第一基板，随后在将待减薄的硅片上方依次放置一密封件、第二基板，将第一基板、第二基板固定连接；
步骤S2：用腐蚀液去除硅片暴露于镂空部分的表面氧化层，然后将整个装置放入加热的强碱溶液中预设时间进行刻蚀；
步骤S3：将刻蚀好的硅片从强碱溶液捞出，并对刻蚀后的表面在去离子水中清洗干净，待干燥后将第一基板、第二基板拆开，即可得到单面氧化的超薄硅片。
具体地，去除硅片氧化层的腐蚀液可以是氢氟酸溶液、氟化铵溶液等，优选的是5％浓度的氢氟酸溶液。
具体地，强碱溶液可以是氢氧化钠、氢氧化钾等，优选的是50％浓度的氢氧化钾溶液。
具体地，所述强碱溶液腐蚀加热温度可以是0到100度，所述强碱溶液的温度优选为90摄氏度。
具体地，所述待减薄的硅片为双面抛光、双面氧化的硅片。
实施例三
本实施例利用取4英寸、200微米厚度、双面抛光、双面氧化的硅片作为初始材料制备单面氧化超薄硅片。选用外径13厘米的圆形金属基板，上面放置内径8.5cm，外径9.5cm的圆环形垫片，然后在垫片上方放置4英寸硅片，硅片上方放置另外一片内径8.5cm，外径9.5cm的圆环形垫片，接着将外径13cm、内径8cm的圆环形金属基板放置其上，并用螺丝将上下两基板固定。
将固定好的硅片暴露在外的表面用5％的氢氟酸溶液处理1分钟，去掉表面氧化层，然后将硅片连同装置投入90摄氏度，50％的氢氧化钾溶液中刻蚀100分钟，最后，将硅片和装置捞出，在去离子水中清洗干净，待干燥后拆开，即可得到单面氧化，厚度为50微米的超薄硅片。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种制备单面氧化超薄硅片的装置，其特征在于，包括：第一基板、第二基板和密封件，所述第二基板设有镂空部分，所述第一基板与第二基板可互相连接与拆卸；
待减薄的硅片的两面通过密封件固定于第一基板与第二基板之间，所述待减薄的硅片需保留氧化层的一面朝向金属基板，所述待减薄的硅片待除去氧化层的表面暴露于所述镂空部分。
2.根据权利要求1所述的一种制备单面氧化超薄硅片的装置，其特征在于，所述第一基板、第二基板均为金属材质，所述金属材质包括不锈钢、铁、铜的一种。
3.根据权利要求1所述的一种制备单面氧化超薄硅片的装置，其特征在于，所述密封件为高分子密封垫片，所述高分子密封垫片的材质包括硅橡胶、PDMS、聚丙烯的一种。
4.根据权利要求1所述的一种制备单面氧化超薄硅片的装置，其特征在于，所述第一基板的外形为圆形薄板，所述第二基板的外形为圆环形薄板，所述密封件的外形为圆环形薄板。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种制备单面氧化超薄硅片的装置，其特征在于，所述第一基板、第二基板均开设有螺纹孔，所述第一基板与第二基板通过螺丝连接与拆卸。
6.一种利用权利要求1-5任一项所述的装置来制备单面氧化超薄硅片的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：在第一基板上放置一密封件，并将待减薄的硅片放置在密封件上，所述待减薄的硅片需要保留氧化层的一面朝向第一基板，随后在待减薄的硅片上方依次放置一密封件、第二基板，将第一基板、第二基板固定连接；
步骤S2：用腐蚀液去除硅片暴露于镂空部分的表面氧化层，然后将整个装置放入加热的强碱溶液中预设时间进行刻蚀；
步骤S3：将刻蚀好的硅片从强碱溶液捞出，并对刻蚀后的表面在去离子水中清洗干净，待干燥后将第一基板、第二基板拆开，得到单面氧化的超薄硅片。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述腐蚀液为5％浓度的氢氟酸溶液。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述强碱溶液为50％浓度的氢氧化钾溶液。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述强碱溶液的温度为90摄氏度。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述待减薄的硅片为双面抛光、双面氧化的硅片。
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