TWI668738B - 一種矽片製作方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種矽片製作方法，包括以下步驟：提供一矽片；對矽 片的第一面和第二面同時進行磨削，矽片的第一面和第二面均形成由邊緣至中心逐漸增厚的形貌；將該矽片吸附於一吸盤裝置，該矽片的第二面與該吸盤裝置接觸，對該矽片的第一面進行研磨；將該矽片翻轉並吸附於該吸盤裝置，該矽片的第一面與該吸盤裝置接觸，對該矽片的第二面進行研磨，形成碗狀結構的矽片；對矽片的第一面和第二面同時進行平坦化；在矽片的第一面或第二面上磊晶生長磊晶層。
Description
本發明係有關於半導體工藝技術領域，具體是與一種矽片製作方法相關。
磊晶生長技術發展於50年代末60年代初，目前業界廣泛採用在矽片上生長磊晶層(即新單晶層)的方式。磊晶生長的新單晶層可在導電類型、電阻率等方面與矽片(即單晶矽基板)不同，並且，可通過磊晶生長技術在矽片上生長不同厚度和不同要求的多層單晶，從而提高元件設計的靈活性和元件的性能。
在矽片上生長磊晶層時，由於磊晶層與矽片的晶格不匹配，會產生晶格失配。以常見的在硼摻雜的低電阻率的單晶矽基板上生長硼摻雜的高電阻率的磊晶層為例，由於晶格失配且硼原子的共價鍵鍵長比矽原子的共價鍵鍵長短，會導致矽片形成由邊緣至中心逐漸凸起的形貌。當然，在矽片上磊晶生長其他摻雜或不同電阻率的磊晶層時，矽片某些情況下也會出現由邊緣至中心逐漸凹陷的形貌。若磊晶片具有凸起或者凹陷，可能無法滿足後續工藝對矽片厚度均一性的要求。
公開號為US7781313B2的專利文獻提供了一種製作矽片的方法，如圖1和圖2所示，其包括以下步驟：首先，提供一矽片；接著，將該矽片吸附於一吸盤裝置(圖1中未示出)，該矽片的第二面B1與該吸盤裝
置接觸；接著，對該矽片的第一面A1進行研磨並且平坦化，使第一面A1最終形成由邊緣至中心厚度逐漸減薄的凹陷形貌，如圖1所示；接著，將該矽片翻轉並吸附於該吸盤裝置，該矽片的第一面A1與該吸盤裝置接觸，由於該矽片第一面A1中心較薄，吸附於該吸盤裝置時，由於真空吸力的作用，會使該矽片的邊緣首先與研磨盤接觸；接著，對該矽片的第二面B1進行研磨並且平坦化，由於該矽片邊緣首先與研磨盤接觸，所以研磨時會將由邊緣至中心逐漸研磨；最終，撤去該吸盤裝置的真空吸力，該矽片會形成一碗形結構，如圖2所示。
對於磊晶生長過程中會形成凸起的磊晶層來說，適宜生長於碗形結構的矽片的第二面B1上；對於生長過程中會形成凹陷的磊晶層來說，適宜生長於碗形結構的矽片的第一面A1上，這樣，即可得到均一性符合要求的矽片。
然而上述方法存在以下兩個問題：1.波紋狀奈米形貌問題，在採用多線切割法切割出矽片的過程中，切割線會在矽片表面形成波紋狀奈米形貌，採用上述方法進行單面研磨時，矽片會吸附於一吸盤裝置，由於彈性形變此波紋狀奈米形貌會暫時消失，當研磨完成撤去真空吸力後，此波紋狀奈米形貌又會出現。2.對矽片第一面和第二面逐一進行單面平坦化存在平坦度不足的問題。
為解決在磊晶層生長後矽片形成中間凸起或者凹陷形貌，導致矽片均一性不符合要求的問題，並消除波紋狀奈米形貌，本發明提供了一種矽片的製作方法。
本發明提供了一種矽片的製作方法，其包括以下步驟：提供一矽片；對該矽片的第一面和第二面同時進行磨削，該矽片的第一面和第二面均形成由邊緣至中心逐漸增厚的形貌；將該矽片吸附於一吸盤裝置，該矽片的第二面與該吸盤裝置接觸，對該矽片的第一面進行研磨；將該矽片翻轉並吸附於該吸盤裝置，該矽片的第一面與該吸盤裝置接觸，對該矽片的第二面進行研磨，形成碗狀結構的矽片；對該矽片的第一面和第二面同時進行平坦化；在該矽片的第一面或第二面上磊晶生長磊晶層。
可選的，對該矽片的第一面和第二面同時進行平坦化之後，還包括：對該矽片的第一面進行最終平坦化，該磊晶層磊晶生長於該矽片的第一面上。
可選的，該矽片的第一面的中心凹陷，該矽片的第二面的中心凸起，該磊晶層磊晶生長時形成由邊緣至中心逐漸凹陷的形貌。
可選的，對該矽片的第一面和第二面同時進行平坦化之後，還包括：對該矽片的第二面進行最終平坦化，該磊晶層磊晶生長於該矽片的第二面上。
可選的，該矽片的第一面的中心凹陷，該矽片的第二面的中心凸起，該磊晶層磊晶生長時形成由邊緣至中心逐漸凸起的形貌。
可選的，對該矽片的第一面和第二面同時進行磨削的步驟中，採用研磨輪對該矽片進行物理研磨。
可選的，該研磨輪的直徑大於或者等於該矽片的半徑。
可選的，對該矽片的第一面和第二面同時進行平坦化的步驟中，採用化學機械拋光工藝對該矽片的第一面和第二面同時進行平坦化。
可選的，對該矽片的第一面和第二面同時進行磨削之前或者之後，還包括一磨邊工藝。
可選的，對該矽片的第一面和第二面同時進行磨削之前和/或之後，還包括一濕式清洗工藝。
可選的，對該矽片的第二面進行研磨之後，還包括一濕式蝕刻工藝。
可選的，對該矽片的第一面和第二面同時進行平坦化之前，還包括一邊緣平坦化工藝。
可選的，在該邊緣平坦化工藝之後，還包括一濕式清洗工藝。
可選的，對該矽片的第一面和第二面同時進行平坦化之後，還包括一邊緣平坦化工藝。
可選的，在該邊緣平坦化工藝之後，還包括一濕式清洗工藝。
可選的，對該矽片的第一面和第二面同時進行平坦化之後，還包括一濕式清洗工藝。
可選的，在該最終平坦化之後，還包括一濕式清洗工藝。
採用本發明提供的矽片的製作方法，由於採用雙面磨削工藝，消除了在切割矽片的過程中形成波紋狀奈米形貌，並且，採用雙面平坦化工藝，相比于現有技術中採用單面平坦化工藝具有更好的局部與整體平坦度。
A1、A2、A3‧‧‧矽片的第一面
B1、B2、B3‧‧‧矽片的第二面
d1‧‧‧研磨輪與矽片邊緣之間的垂直距離
d2‧‧‧研磨輪與矽片中心之間的垂直距離
101‧‧‧承載盤
102‧‧‧轉動馬達
103、403‧‧‧矽片
104、105、203‧‧‧研磨輪
201‧‧‧旋轉杆
202‧‧‧研磨輪固定裝置
204‧‧‧吸盤裝置
301、501‧‧‧磊晶層
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7‧‧‧步驟
图1是現有技術中對矽片第一面進行平坦化後的矽片的示意圖；图2是現有技術中最終得到的碗形結構的矽片的示意圖；
圖3是本發明實施例一提供的矽片的製作方法的流程圖；圖4是本發明實施例一提供的矽片的製作方法中，雙面磨削工藝採用的矽片與承載盤、轉動馬達以及研磨輪的示意圖；圖5是本發明實施例一提供的矽片的製作方法中，雙面磨削工藝前，矽片與研磨輪的示意圖；圖6是本發明實施例一提供的矽片的製作方法中，雙面磨削工藝後，矽片與研磨輪的示意圖；圖7是本發明實施例一提供的矽片的製作方法中，研磨矽片第一面時，吸盤裝置還未對矽片施加真空吸力時的矽片與旋轉杆、研磨輪固定裝置、研磨輪以及吸盤裝置的示意圖；圖8是本發明實施例一提供的矽片的製作方法中，研磨矽片第一面時，吸盤裝置對矽片施加真空吸力後的矽片與旋轉杆、研磨輪固定裝置、研磨輪以及吸盤裝置的示意圖；圖9是本發明實施例一提供的矽片的製作方法中，研磨矽片第一面後，撤去吸盤裝置的真空吸力後的矽片與旋轉杆、研磨輪固定裝置、研磨輪以及吸盤裝置的示意圖；圖10是本發明實施例一提供的矽片的製作方法中，研磨矽片第二面時，吸盤裝置還未對矽片施加真空吸力時的矽片與旋轉杆、研磨輪固定裝置、研磨輪以及吸盤裝置的示意圖；圖11是本發明實施例一提供的矽片的製作方法中，研磨矽片第二面時，吸盤裝置對矽片施加真空吸力後的矽片與旋轉杆、研磨輪固定裝置、研磨輪以及吸盤裝置的示意圖；
圖12是本發明實施例一提供的矽片的製作方法中，研磨矽片第二面後，碗狀結構矽片與旋轉杆、研磨輪固定裝置、研磨輪以及吸盤裝置的示意圖；圖13是本發明實施例一提供的矽片的製作方法中，磊晶層生長後的矽片的示意圖；圖14是本發明實施例二提供的矽片的製作方法中，磊晶層生長後的矽片的示意圖。
以下結合附圖和具體實施例對本發明提出的矽片的製作方法詳細說明。根據下面說明和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精准的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
<實施例一>
本發明實施例一提供了一種矽片的製作方法，如圖3所示，其包括以下步驟：S1、提供一矽片；S2、對該矽片的第一面和第二面同時進行磨削，該矽片的第一面和第二面均形成由邊緣至中心逐漸增厚的形貌；S3、將該矽片吸附於一吸盤裝置，該矽片的第二面與該吸盤裝置接觸，對該矽片的第一面進行研磨；S4、將該矽片翻轉並吸附於該吸盤裝置，該矽片的第一面與該吸盤裝置接觸，對該矽片的第二面進行研磨，形成碗狀結構的矽片；S5、對該矽片的第一面和第二面同時進行平坦化；S6、對該矽片的第二面進行最終平坦化工藝處理，該最終平坦化工藝例如是化學機械拋光工藝；S7、在該矽片第二面上磊晶生長磊晶層。
下面根據圖4-圖14，對上述矽片的製作方法做進一步詳細說明。如圖4所示，其為雙面磨削工藝中矽片103與承載盤101、轉動馬達102、研磨輪104以及研磨輪105的示意圖。在步驟S2中，該矽片103邊緣被夾持於承載盤101上，轉動馬達102與該承載盤101由齒輪連接，該轉動馬達102轉動時可帶動承載盤101自轉(即該承載盤101圍繞其軸心進行轉動)，從而帶動該矽片103自轉(相當於矽片103也是圍繞承載盤的軸心進行轉動)。該矽片103的兩側設置有兩個研磨輪104、105，即矽片103的一側設置有研磨輪104，另一側設置有研磨輪105，兩個研磨輪104、105對稱分佈於矽片103的兩側且高速轉動以對該矽片103進行雙面磨削，研磨時兩個研磨輪104、105貼近矽片表面。
如圖5所示，其為步驟S2雙面磨削工藝中矽片103與研磨輪104、105的示意圖。如圖5所示，該研磨輪104、105相對於矽片103具有一傾斜角度，該研磨輪105與該矽片103邊緣之間的垂直距離d1小於該研磨輪105與該矽片103中心之間的垂直距離d2，該研磨輪104與105對稱分佈於矽片103兩側。優選的，該研磨輪104、105的直徑均大於或者等於該矽片103的半徑矽片，這樣可以保證雙面磨削時，研磨到該矽片103的整個區域，有利於提高研磨效果。雙面磨削工藝之後，該矽片103最終形成由邊緣至中心逐漸增厚的形貌，如圖6所示。雙面磨削工藝不僅可使矽片103形成上述中間厚邊緣薄的形貌，還將該矽片103在採用多線切割法切割出矽片103的過程中形成的波紋狀奈米形貌去除了。
如圖7所示，其是本發明實施例提供的矽片103的製作方法中，步驟S3研磨矽片103的第一面A2時，吸盤裝置204還未對矽片103施加真空
吸力時的矽片103與旋轉杆201、研磨輪固定裝置202、研磨輪203以及吸盤裝置204的示意圖。研磨輪203安裝於研磨輪固定裝置202上，該研磨輪固定裝置202與旋轉杆201相連，該矽片103放置於吸盤裝置204上，該矽片的第二面B2與該吸盤裝置204部分接觸。此時該吸盤裝置204還未對該矽片103施加真空吸力，該矽片103仍是具有邊緣至中心逐漸增厚的形貌。
該吸盤裝置204該矽片103施加真空吸力之後，由於彈性形變，該矽片103的第二面B2變為平坦面，並與該吸盤裝置204全部接觸，該矽片103轉變為第一面A2中間凸起的結構(中間厚邊緣薄)，如圖8所示。此時旋轉杆201轉動帶動該研磨輪固定裝置202轉動，進而帶動該研磨輪203轉動，即可對該矽片103進行研磨，由於該矽片103中間凸起，所以主要研磨中間部分，使得矽片103對的中心和邊緣區域厚度基本相同。研磨完成後，升起研磨輪203，撤去吸盤裝置204對矽片103的真空吸力，該矽片103發生彈性形變，即形成碗狀結構，其第一面A2中間凹陷，第二面B2中間凸起，如圖9所示。
參閱圖10，其是本發明實施例提供的矽片103的製作方法中，步驟S4研磨第二面B2時，吸盤裝置204還未對矽片103施加真空吸力時的矽片103與旋轉杆201、研磨輪固定裝置202、研磨輪203以及吸盤裝置204的示意圖。將該矽片103放置於該吸盤裝置204上，該矽片的第一面A2與該吸盤裝置204部分接觸。此時，此時該吸盤裝置204還未對該矽片103施加真空吸力，該矽片103仍保持碗狀結構，其第二面B2中心凸起，第一面A2中心凹陷。
該吸盤裝置204該矽片103施加真空吸力之後，由於彈性形變，該矽片103會變平整，如圖11所示。研磨完成後，升起該研磨輪203，撤去吸盤裝置204對矽片103的真空吸力，該矽片103恢復之前碗狀結構，如圖12所示。此時該矽片103厚度有所減薄，第二面B2也更加平坦。
本實施例提供的矽片的製作方法中，步驟S5採用雙面平坦化工藝，即，即對該矽片103的第一面A2和矽片103的第二面B2同時進行平坦化，本實施例中，該平坦化是指化學機械拋光工藝，且同一批次的矽片103工藝時間相同。當然在實際應用中，也可採用其它平坦化工藝，工藝參數也可隨不同矽片103的要求進行適當調整。較之單面平坦化工藝，採用雙面平坦化工藝的矽片103的整體平整度以及局部平整度都要更高。
本實施例提供的矽片103的製作方法中，步驟S6最終平坦化工藝，即，對矽片後續要磊晶生長磊晶層的一面再進行一次平坦化。本實施例中，對該矽片103的第二面B2進行平坦化，形成最終的碗狀結構的矽片103。
最後，如步驟S7，在該矽片103的第二面B2上生長指定磊晶層301，即完成矽片的製作，如圖13所示。此磊晶層301在生長過程中會形成由邊緣至中心逐漸凹陷的形貌，此磊晶層生長301時，由於晶格失配對矽片103形貌產生的影響正好抵消矽片103的第二面B2由邊緣至中心逐漸凸起的形貌，所以能夠形成平整的、均一度符合要求的矽片。
作為一個非限制性的例子，在步驟S1與步驟S2之間或者步驟S2與步驟S3之間，即，在該雙面磨削工藝之前或者之後，還可增加一磨邊工
藝，即，對該矽片103的邊緣進行研磨，將雙面磨削工藝難以研磨到的邊緣區域也研磨光滑。
作為一個非限制性的例子，在步驟S1與步驟S2之間或者步驟S2與步驟S3之間，即，在雙面磨削工藝之前和/或之後，還可增加一濕式清洗工藝，例如採用去離子水，並且可以使用超聲波清洗方式。
作為一個非限制性的例子，在步驟S4與步驟S5之間，即，在研磨第二面B2之後，還可增加一濕式蝕刻工藝，優選鹼性蝕刻液進行蝕刻，蝕刻液例如是NaOH或者KOH，用於去除研磨後的內應力。
作為一個非限制性的例子，在步驟S4與步驟S5之間或者步驟S5與步驟S6之間，即，在雙面平坦化工藝之前或者之後，還可增加一邊緣平坦化工藝。增加邊緣平坦化工藝之後，還可在邊緣平坦化工藝之後增加一濕式清洗工藝，此濕式清洗優選用同時具有1號液(NH4OH：H2O2：H2O)，2號液(HCL：H2O2：H2O，可加適量氫氟酸)清洗槽的濕式清洗機進行清洗。
作為一個非限制性的例子，在步驟S5與步驟S6之間或者步驟S6與步驟S7之間，即，在該雙面平坦化之後或者最終平坦化之後，還可增加一濕式清洗工藝，此濕式清洗優選用同時具有1號液(NH4OH：H2O2：H2O)，2號液(HCL：H2O2：H2O，可加適量氫氟酸)清洗槽的濕式清洗機進行清洗。
<實施例二>
本發明實施例二提供的矽片的製作方法與實施例一的區別在於，其磊晶層501生長於該矽片403的第一面A3，如圖14所示。其磊晶層
501為在生長時會形成由邊緣至中心逐漸凸起形貌的材質，此磊晶層501生長時，由於晶格失配對矽片403形貌產生的影響正好抵消矽片403的第一面A3由邊緣至中心逐漸凹陷的形貌，所以能夠形成平整的、均一度符合要求的矽片403。當然之前的最終平坦化步驟中，也是對矽片403的第一面A3進行平坦化。
綜上該，採用本發明提供的矽片的製作方法，由於採用雙面磨削工藝，消除了在切割矽片的過程中形成波紋狀奈米形貌，並且，採用雙面平坦化工藝，相比于現有技術中採用單面平坦化工藝具有更好的局部與整體平坦度。
上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明範圍的任何限定，本發明該技術領域中具有通常知識者根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬於申請專利範圍的保護範圍。
Claims (17)
- 一種矽片的製作方法，其特徵在於，包括以下步驟：提供一矽片；對該矽片的第一面和第二面同時進行磨削，該矽片的第一面和第二面均形成由邊緣至中心逐漸增厚的形貌；將該矽片吸附於一吸盤裝置，該矽片的第二面與該吸盤裝置接觸，對該矽片的第一面進行研磨；將該矽片翻轉並吸附於該吸盤裝置，該矽片的第一面與該吸盤裝置接觸，對該矽片的第二面進行研磨，形成碗狀結構的矽片；對該矽片的第一面和第二面同時進行平坦化；及在該矽片的第一面或第二面上磊晶生長磊晶層。
- 如申請專利範圍第1項所述的矽片製作方法，其中，對該矽片的第一面和第二面同時進行平坦化之後，還包括：對該矽片的第一面進行最終平坦化，該磊晶層磊晶生長於該矽片的第一面上。
- 如申請專利範圍第2項所述的矽片製作方法，其中，該矽片的第一面的中心凹陷，該矽片的第二面的中心凸起，該磊晶層磊晶生長時形成由邊緣至中心逐漸凸起的形貌。
- 如申請專利範圍第1項所述的矽片製作方法，其中，對該矽片的第一面和第二面同時進行平坦化之後，還包括：對該矽片的第二面進行最終平坦化，該磊晶層磊晶生長於該矽片的第二面上。
- 如申請專利範圍第4項所述的矽片製作方法，其中，該矽片的第一面的中心凹陷，該矽片的第二面的中心凸起，該磊晶層磊晶生長時形成由邊緣至中心逐漸凹陷的形貌。
- 如申請專利範圍第1項所述的矽片製作方法，其中，對該矽片的第一面和第二面同時進行磨削的步驟中，採用一研磨輪對該矽片進行物理研磨。
- 如申請專利範圍第6項所述的矽片製作方法，其中，該研磨輪的直徑大於或者等於該矽片的半徑。
- 如申請專利範圍第1項所述的矽片製作方法，其中，對該矽片的第一面和第二面同時進行平坦化的步驟中，採用化學機械拋光工藝對該矽片的第一面和第二面同時進行平坦化。
- 如申請專利範圍第1~8項中任意一項所述的矽片製作方法，其中，對該矽片的第一面和第二面同時進行磨削之前或者之後，還包括一磨邊工藝。
- 如申請專利範圍第1~8項中任意一項所述的矽片製作方法，其中，對該矽片的第一面和第二面同時進行磨削之前和/或之後，還包括一濕式清洗工藝。
- 如申請專利範圍第1~8項中任意一項所述的矽片製作方法，其中，對該矽片的第二面進行研磨之後，還包括一濕式蝕刻工藝。
- 如申請專利範圍第1~8項中任意一項所述的矽片製作方法，其中，對該矽片的第一面和第二面同時進行平坦化之前，還包括一邊緣平坦化工藝。
- 如申請專利範圍第12項所述的矽片製作方法，其中，在該邊緣平坦化工藝之後，還包括一濕式清洗工藝。
- 如申請專利範圍第1~8項中任意一項所述的矽片製作方法，其中，對該矽片的第一面和第二面同時進行平坦化之後，還包括一邊緣平坦化工藝。
- 如申請專利範圍第14項所述的矽片製作方法，其中，在該邊緣平坦化工藝之後，還包括一濕式清洗工藝。
- 如申請專利範圍第1~8項中任意一項所述的矽片製作方法，其中，對該矽片的第一面和第二面同時進行平坦化之後，還包括一濕式清洗工藝。
- 如申請專利範圍第2項或第4項所述的矽片製作方法，其中，在該最終平坦化之後，還包括一濕式清洗工藝。
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