專(zhuān)利名稱(chēng)：表面極少缺陷的晶片的制備方法，這種晶片的用途和由此得到的電子元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有極少缺陷的有源表面和低應(yīng)力的襯底晶片，該晶片的制備方法及其應(yīng)用以及由此所得到的電子元件，如LED、晶體管和芯片。
背景技術(shù)：
電子和光電半導(dǎo)體元件，如激光器、高速晶體管、LD、LED和其它復(fù)雜的元件，通常都包含有較薄的載體或晶片襯底，而在它們之上的功能層特別互相以梯臺(tái)狀排布。這類(lèi)功能層通常是半導(dǎo)體層或也可以是絕緣層或補(bǔ)償層。為制備這種元件，通常事先要將塊狀、圓柱體形或管狀的各襯底鋸成晶片盤(pán)，為了得到盡可能平整和光滑的表面，接著對(duì)其進(jìn)行打磨、研磨和拋光，該表面可具有最大的彈性或平整度和最小的粗糙度。晶片的研磨以及拋光通常是這樣進(jìn)行的，即將晶片襯底固定在固定器上，而該固定器優(yōu)選圍繞著其縱軸旋轉(zhuǎn)，并且視需要改變其旋轉(zhuǎn)方向，即擺動(dòng)。其中要將晶片襯底緊壓在一個(gè)同樣視需要具有變化的旋轉(zhuǎn)方向且設(shè)置有拋光墊的旋轉(zhuǎn)研磨盤(pán)或拋光盤(pán)上。以此方式即能將待涂覆的襯底表面盡可能均一地研磨和磨蝕，由此就能得到很好乃至非常好的表面。這樣處理之后就能將前述的功能層涂覆在堅(jiān)固的且通常較薄的襯底晶片上。
一種可能的涂覆這類(lèi)涂層的方式是所謂的取向生長(zhǎng)，特別是有機(jī)金屬氣相取向生長(zhǎng)(MOCVD＝有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積或者也可是MOCVPE＝有機(jī)金屬化學(xué)氣相取向生長(zhǎng))。在這種方法中，通過(guò)相互反應(yīng)的氣相原料的沉積而將半導(dǎo)體層沉積在加熱過(guò)的襯底上。其中襯底盤(pán)或晶片盤(pán)經(jīng)受高溫處理，而這會(huì)導(dǎo)致薄層或薄板的彎曲和變形，從而在不利的情況下再也無(wú)法得到均勻涂層。
另外，事實(shí)表明，半導(dǎo)體涂層在晶片上的沉積過(guò)程對(duì)溫度非常敏感，特別是在LED的生產(chǎn)中，1℃的微小溫差就可能導(dǎo)致波長(zhǎng)偏移約1nm。
此外，事實(shí)表明，表面中的缺陷可能是晶體結(jié)構(gòu)紊亂、雜質(zhì)或也可以是表面內(nèi)的不平整以及其它缺陷，這些缺陷可能會(huì)導(dǎo)致層結(jié)構(gòu)中的位置缺失，而這種位置缺失又能損害涂層的理想的電、絕緣和/或光電性能。一個(gè)單個(gè)表面可見(jiàn)的這種缺陷暗示著結(jié)構(gòu)中的結(jié)晶缺陷的存在，將這種缺陷記作“凹點(diǎn)”。用于驗(yàn)證這種典型缺陷的特別合適的方法是干涉顯微鏡(例如借助一種萊卡干涉顯微鏡，160倍(16×10)放大，分辨率最大0.8μm)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在提供一種用于生產(chǎn)電子半導(dǎo)體元件和/或光電半導(dǎo)體元件的晶片襯底，其在取向生長(zhǎng)進(jìn)行涂覆時(shí)對(duì)溫度變化不敏感，并由此得到在其半導(dǎo)體層內(nèi)至少是缺陷極少的、特別是在表面上是無(wú)“凹點(diǎn)”的半導(dǎo)體元件。
該目的可利用權(quán)利要求中所定義的特征來(lái)達(dá)到。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，借助對(duì)待涂層的有源襯底表面進(jìn)行最終拋光，至少可顯著地減少凹點(diǎn)的形成，多數(shù)情況下甚至可完全防止其形成。根據(jù)本發(fā)明，要使待處理或待拋光的表面在連續(xù)變化的方向上進(jìn)行拋光，確切地說(shuō)，要使得基本上在360。周角的各個(gè)方向表面上的每個(gè)位置都能被涂抹到。方向的變化是按如下方式進(jìn)行的，即要使得按統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律無(wú)論從那個(gè)方向看去，每個(gè)位置都被均勻而經(jīng)常地涂抹拋光。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，這一點(diǎn)可通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)，即將待涂覆的襯底設(shè)置在拋光元件之間并使其能自由活動(dòng)。以這種方式所得到的晶片襯底在涂層時(shí)，特別是以取自生長(zhǎng)法涂層時(shí)，有時(shí)對(duì)溫度變化極不敏感，此外還能得到缺陷很少、甚至是毫無(wú)缺陷的元件。
在本發(fā)明的拋光方法中，優(yōu)選將晶片襯底放置在載體(具有支撐面的支撐臺(tái))上，并利用頂件將其壓在載體上。其中可將載體、頂件或此兩者設(shè)計(jì)成拋光工具。優(yōu)選將此兩者都設(shè)置成拋光工具。在拋光期間，在這兩個(gè)元件(載體元件和頂件)之間，襯底可以相對(duì)于拋光工具沿著任一方向自由滑動(dòng)。這種自由運(yùn)動(dòng)包括二維直線(xiàn)式的和曲線(xiàn)式的運(yùn)動(dòng)，以及還可繞著垂直于晶片表面的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。載體上優(yōu)選具有一條界線(xiàn)或棱邊，用以限定晶片襯底所在的且拋光時(shí)晶片可在上面自由活動(dòng)的支撐面，同時(shí)該棱邊還應(yīng)使得襯底不會(huì)從載體上掉落。載體上優(yōu)選具有一盡可能平整的平面，特別優(yōu)選載體為一完全的平面。一種優(yōu)選的實(shí)施方式包括一個(gè)至少具有一個(gè)平面圓孔形缺口的定向墊圈，并且該缺口較待加工的晶片有更大的直徑。通常，但非必須地，該缺口形成一個(gè)貫穿盤(pán)體厚度的孔。這類(lèi)定向墊圈適宜具有多個(gè)這樣的缺口或孔，而這些缺口或孔可通過(guò)沖制或鋸而得到。將待加工的晶片放置于該缺口或孔中。此時(shí)定向墊圈中的孔起到了籠子或“夾持工具”的作用，使得晶片能在其中自由運(yùn)動(dòng)。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，也可將定向墊圈寬松地、能自由活動(dòng)地設(shè)置在載體上，從而使它們?cè)趻伖夂痛蚰ミ^(guò)程中也能在各個(gè)空間方向上運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。該定向墊圈通常由金屬和/或塑料構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，通過(guò)這樣一種預(yù)處理方法不僅能得到特別平整的晶片襯底表面，還能由此明顯地消除晶片材料中、特別是在近表面處晶體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力，比如在晶片的成形過(guò)程中，特別是在分割和打磨盤(pán)坯的過(guò)程中由于機(jī)械負(fù)荷而形成的且只通過(guò)回火明顯無(wú)法消除的應(yīng)力。
在一優(yōu)選實(shí)施方式中是對(duì)層合制品形式的晶片進(jìn)行拋光。為此要將晶片貼附在載體上。然后優(yōu)選在拋光過(guò)程中使載體能自由活動(dòng)和滑動(dòng)的方式放置在載體上，并且拋光工具的壓力沿著大致垂直的方向作用在待處理的晶片表面上。但原則上也可以在拋光時(shí)將具有待拋光的和隨后待涂層的有源表面的晶片設(shè)置在載體上，使其可向下自由滑動(dòng)。在一特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明還能使用另一個(gè)晶片作為載體，從而使得可同時(shí)對(duì)靠近(外)于載體上的一個(gè)晶片(載體晶片)的表面，和另一(第二)晶片的相對(duì)位置處的外表面進(jìn)行拋光。將晶片層合體以可自由活動(dòng)的方式引入到所謂的籠子或“夾持工具”中，而它們同樣可如載體一樣實(shí)現(xiàn)持續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，載體和位于其上的頂件就可起到拋光裝置中拋光工具的作用。
優(yōu)選利用拋光劑或拋光介質(zhì)來(lái)進(jìn)行拋光。原則上，可用作拋光劑的是所有常規(guī)的拋光介質(zhì)，條件是只要其不會(huì)在晶片表面內(nèi)造成刮痕或其它機(jī)械損傷并且能產(chǎn)生足夠的表面平滑度或最小的表面粗糙度，同時(shí)還不會(huì)進(jìn)一步損害而是提高在晶片的分割、打磨和研磨過(guò)程中所得到的晶片表面的平整度(平直度)。通過(guò)拋光，就能將由打磨或研磨步驟所引起的深層損傷，也稱(chēng)為SSD(面下?lián)p傷)處理掉的同時(shí)還不會(huì)引入討厭新的其它損傷。此外，還能將預(yù)拋光過(guò)程中所產(chǎn)生的深層損傷去除，并保證取向生長(zhǎng)涂層的最佳晶核密度。其中，比較理想的表面粗糙度通常最大為0.3nm，比較理想的平整度一般為最大不超過(guò)10μm，優(yōu)選不超過(guò)5μm，其中，特別優(yōu)選在常見(jiàn)的2″至4″晶片的整個(gè)有源晶片表面上為最大2μm。
本發(fā)明方法中可采用的拋光劑優(yōu)選含有拋光體。這類(lèi)拋光體優(yōu)選具有直徑為10-1000nm的平均粒徑，其中特別優(yōu)選的是直徑為50-500nm，尤其是150-300nm的顆粒。所述平均直徑或粒徑通?？梢怨墓鈱W(xué)方法用散射光法來(lái)確定?？勺鳛闇y(cè)量?jī)x器的有，例如“Lambda Physics”公司(哥廷根，德國(guó))的設(shè)備和具有集成球體的設(shè)備“Lambda 900UV/Vis/IR”。
還可優(yōu)選那些諸如也能用于處理硅晶片、半導(dǎo)體、微芯片、光學(xué)元件以及鐘表晶體和玻璃成分的拋光劑。本發(fā)明的拋光過(guò)程是利用各個(gè)研磨體的磨蝕而進(jìn)行的，由此就能在表面上磨出理想的層厚度。優(yōu)選的研磨體是按普通工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為懸浮體可獲得的膠體二氧化硅。這類(lèi)產(chǎn)品可從，例如，“EminessTechnologies，Inc.”公司以“Ultra-Sol”牌號(hào)(www.eminess.com/products/usslurry.html)或從“Rodel”公司以商品名“Ondeo NALCO Company”的“NALCO”購(gòu)得(Naperville，IL，USA)(www.rodel.com/rodel/products/Substrates)。在一特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，可將這種研磨劑以溶膠來(lái)使用。粒徑可在20至300nm之間變化。研磨劑的pH值通常為5-11，優(yōu)選為6.5-11，特別優(yōu)選為8.5-10.5。用于調(diào)整其pH值的緩沖液優(yōu)選是碳酸氫鹽。
拋光通常是在加壓條件下進(jìn)行的。其中需要將拋光工具壓在待拋光的表面上。這種壓力通常為0.05-1kg/cm2，優(yōu)選為0.1-0.6kg/cm2，其中極其優(yōu)選為0.15-0.35kg/cm2。
進(jìn)行拋光時(shí)，視需要進(jìn)行振動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速度為5-200轉(zhuǎn)/分，特別優(yōu)選10-80轉(zhuǎn)/分，其中又特別優(yōu)選20-50轉(zhuǎn)/分。通常拋光時(shí)間為不超過(guò)10小時(shí)，其中優(yōu)選不超過(guò)4小時(shí)，特別優(yōu)選不超過(guò)2.5小時(shí)。其中磨蝕厚度為0.5-5μm/h，特別是0.8-3μm/h，特別優(yōu)選的磨蝕率為1-2μm/h。以這種方式就可以磨蝕多至6μm的深層損傷，特別是多至5μm的深度，特別優(yōu)選多至4μm的深度，同時(shí)還不會(huì)顯著地將應(yīng)力引入到晶片中，這一點(diǎn)可以，例如，利用市售普通的干涉儀測(cè)量平整度或平直度來(lái)得到驗(yàn)證。現(xiàn)已驚人地發(fā)現(xiàn)，利用本發(fā)明的方法還能使用那些一般不被推薦來(lái)對(duì)晶片表面進(jìn)行最終拋光的拋光劑，如使用拋光劑NALCO 2354的情況。
本發(fā)明的拋光還優(yōu)選在低于100℃，優(yōu)選低于50℃的溫度下進(jìn)行，其中又特別優(yōu)選低于25℃的溫度。極其優(yōu)選拋光在20℃的室溫下進(jìn)行，其中容許有+/-8℃，特別是+/-5℃，優(yōu)選+/-2℃的偏差。晶片拋光時(shí)溫度是非常重要的，因?yàn)閽伖鈩┑某矶葘?shí)際上會(huì)很快由于諸如拋光顆粒的凝結(jié)和/或粘度的提高而發(fā)生改變。
為了制得本發(fā)明優(yōu)選的待拋光的襯底，需要將晶片拆下地固定在自由活動(dòng)的載體上，特別優(yōu)選是一個(gè)拋光盤(pán)或另一個(gè)晶片。其通常借助粘合劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中的粘合層厚度優(yōu)選為0.5-5μm，特別優(yōu)選為0.8-3μm，尤其優(yōu)選為1-2μm。粘合劑優(yōu)選可受熱軟化，從而使得待拋光的被粘結(jié)晶片，或者晶片和載體能通過(guò)升溫而重新拆下。其中粘合劑的軟化溫度優(yōu)選為低于150℃，更優(yōu)選為低于120℃，特別優(yōu)選為＜100℃。極其優(yōu)選的軟化溫度是低于80℃，特別是低于70℃甚和極其特別優(yōu)選低于50℃的溫度。原則上可對(duì)依據(jù)本發(fā)明方法的粘合劑進(jìn)行如下方式的選擇，即使其軟化溫度高于表面拋光溫度至少10℃，優(yōu)選至少20℃。優(yōu)選的粘合劑應(yīng)能表現(xiàn)出壓彈性、剪切彈性和/或拉伸彈性。
優(yōu)選蠟和/或松香，極其優(yōu)選的是它們的混合物。其中可通過(guò)變化它們的混合比而調(diào)節(jié)粘結(jié)料的軟化點(diǎn)，并且軟化點(diǎn)越低就需要越多量的蠟，而且優(yōu)選是蜂蠟。但原則上也可使用所有的蠟，只要其具有前述的可受熱再次松脫的性能即可。本發(fā)明中所用的蠟可以是植物蠟，也可以是動(dòng)物蠟和/或礦物蠟，視需要還可是它們的混合物。合適的植物蠟可以是小燭樹(shù)蠟、棕櫚蠟、日本蠟、茅草蠟、軟木蠟、巴西可可蠟、米胚芽油蠟等。優(yōu)選的動(dòng)物蠟特別是蜂蠟、鯨蠟、羊毛脂以及尾部油脂。合適的礦物蠟則有地蠟、礦蠟、石蠟和微晶蠟以及礦物蠟。這些蠟可以是經(jīng)過(guò)天然或化學(xué)變性的或者也可是完全合成的。但其中特別優(yōu)選的是熔點(diǎn)在60-70℃或63-65℃之間的蜂蠟以及具有類(lèi)似組成或類(lèi)似性質(zhì)的類(lèi)似的蠟。特別優(yōu)選屬于該類(lèi)物質(zhì)的是特別含有1-蜂花醇作為醇成分且特別是和棕櫚酸和蠟酸酯化后得到的蠟酯。此外，還優(yōu)選使用羥基脂肪酸的蠟酯，如蠟基羥基棕櫚酸酯及其衍生物。
優(yōu)選本發(fā)明中所用的粘合劑可再?gòu)木r底中除去。例如通過(guò)加熱流動(dòng)和/或通過(guò)使用合適的不會(huì)損害晶片或晶片性質(zhì)的溶劑而實(shí)現(xiàn)所述除去過(guò)程。
優(yōu)選的晶片襯底是結(jié)晶晶片襯底，其中特別優(yōu)選結(jié)晶的Al2O3(藍(lán)寶石)和SiC晶體。Al2O3晶體一般可利用已知的培養(yǎng)法而得到，例如借助切克勞斯基單晶生長(zhǎng)技術(shù)。但是事實(shí)表明，用于每種任意的晶片襯底的本發(fā)明方法與其制備方法和預(yù)處理步驟無(wú)關(guān)，并且能得到所需良好的結(jié)果。利用本發(fā)明方法可以制得能用于生產(chǎn)具有半導(dǎo)體涂層體系的電子元件和/或光電元件的晶片襯底，其中很少缺陷并且凹點(diǎn)密度優(yōu)選可為＜1000/cm2，更優(yōu)選＜500/cm2，特別優(yōu)選＜100/cm2。在多數(shù)情況下，還可以制得凹點(diǎn)密度為＜60/cm2，更優(yōu)選＜50/cm2，特別優(yōu)選＜30/cm2，極其優(yōu)選＜20/cm2的這種元件。在最多數(shù)情況下，還可以制得凹點(diǎn)密度＜10/cm2甚或特別少缺陷，即＜1-2/cm2的這類(lèi)元件。
特別優(yōu)選依據(jù)本發(fā)明的拋光方法借助于CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)法進(jìn)行。其中優(yōu)選使用硅膠體，而所述硅膠體是根據(jù)溶膠凝膠法通過(guò)將醇/水溶液中的硅酸甲酯和100-200ppm的銨鹽水解成細(xì)分散的膠體而得到的。常見(jiàn)的溶液中含有25％的這種膠體，其中膠體的粒徑在550nm之間，優(yōu)選在250nm之間。還可以通過(guò)諸如添加過(guò)氧化氫來(lái)抑制細(xì)菌生成。這種膠體可從市售購(gòu)得。需要注意的是，應(yīng)避免諸如由于脫水或硅膠體的縮合而發(fā)生附聚，否則會(huì)在襯底表面造成刮痕。如果使用基于氧化鋁的CMP法，則SiO2會(huì)與Al2O3反應(yīng)生成比藍(lán)寶石(Al2O3)更軟的硅酸鋁Al2Si2O7。另外，在拋光過(guò)程中還很容易借助機(jī)械壓力再將其除去。本發(fā)明還涉及利用本發(fā)明的方法得到的襯底晶片，以及它們?cè)谏a(chǎn)用于高溫和高功率電子設(shè)備、激光器和強(qiáng)發(fā)光二極管中的電子元件方面的應(yīng)用。本發(fā)明也涉及到將這種晶片用于制備太陽(yáng)能電池的用途。
最后，本發(fā)明還涉及一種可用本發(fā)明方法制得的電子半導(dǎo)體元件，其包括一個(gè)或多個(gè)層疊在襯底上的極少缺陷的半導(dǎo)體材料層。所述方法特別包括，制備單晶并視需要對(duì)單晶進(jìn)行回火處理，將這種單晶分割成晶片襯底盤(pán)，打磨和/或研磨和拋光所述的盤(pán)片，并根據(jù)本發(fā)明包括對(duì)至少一個(gè)盤(pán)片表面進(jìn)行最終拋光和清潔。


附圖示出圖1一種用于實(shí)施依據(jù)本發(fā)明拋光過(guò)程的裝置。
圖2均用MOCVD法涂覆的LED(發(fā)光二極管)表面的比較圖，它們分別被涂覆在依據(jù)本發(fā)明所制得的襯底(圖2a)和商業(yè)通用的襯底(圖2b)上。
圖3顯示了涂覆在依據(jù)本發(fā)明所得襯底上的HEMT(高電子活動(dòng)度晶體管)功能層(圖3a)以及兩個(gè)普通市售購(gòu)得的對(duì)比襯底(圖3b，3c)上的表面質(zhì)量。
圖4顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的標(biāo)準(zhǔn)拋光過(guò)程來(lái)處理的商業(yè)通用藍(lán)寶石襯底(圖4a)和根據(jù)本發(fā)明方法處理的晶片(圖4b)的表面質(zhì)量或粗糙度，作為比較。
具體實(shí)施例方式
附圖1中所示為依據(jù)本發(fā)明的方法。其中，利用粘結(jié)劑30使晶片10與載體20結(jié)合。如此形成的層合體10、20、30具有外表面12、22以及相互粘合的內(nèi)表面14、24，放置在一個(gè)可圍繞軸48旋轉(zhuǎn)的拋光盤(pán)40上。拋光盤(pán)的外邊沿上設(shè)置有擋壁44，其用于防止晶片層合體和/或?qū)虮P(pán)掉落。有目的地將晶片固定并引導(dǎo)到盤(pán)上，并且優(yōu)選通過(guò)塑料盤(pán)，即所謂的籠子或“夾持工具”來(lái)實(shí)現(xiàn)(未示出)。拋光盤(pán)在其內(nèi)表面42上含有拋光劑50，該拋光劑中含有細(xì)小顆粒。視需要也可使拋光盤(pán)進(jìn)行偏心旋轉(zhuǎn)，但優(yōu)選進(jìn)行變換旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即振動(dòng)旋轉(zhuǎn)。其下底面62上同樣含有研磨劑50的壓制板60從上向下作用在晶片層合體上。壓制板60同樣可繞著縱軸66進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)。優(yōu)選將拋光劑涂覆在布料(未示出)上。這種拋光布料可由，例如，商業(yè)通用的聚氨酯布料構(gòu)成。層合結(jié)構(gòu)體10、20、30可在邊界擋板44內(nèi)并在壓制或拋光板60與拋光盤(pán)40之間自由活動(dòng)。優(yōu)選以多步來(lái)實(shí)施CMP過(guò)程，其中逐步減小顆粒粒徑。通常使顆粒粒徑從1000減小到10nm，優(yōu)選從600減小到40，特別優(yōu)選從500減小到50nm。一般而言，在依據(jù)本發(fā)明的拋光過(guò)程中，顆粒粒徑經(jīng)過(guò)至少兩個(gè)步驟，優(yōu)選三個(gè)步驟而逐步減小。
依據(jù)本發(fā)明的拋光過(guò)程的積極作用效果或根據(jù)LED或HEMT涂層法的結(jié)果，都記錄在附圖2和3中。
其中，圖2a顯示的是根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行加工過(guò)的晶片表面的LED(發(fā)光二極管)結(jié)構(gòu)的表面情況(參見(jiàn)表2)，圖2b顯示的則是表2中所述經(jīng)LED涂層過(guò)的商業(yè)通用的對(duì)比晶片的表面(對(duì)比晶片3號(hào))。圖3顯示的則是表3中所述的HEMT(高電子活動(dòng)度晶體管)結(jié)構(gòu)的干涉顯微鏡照片，該結(jié)構(gòu)體是取向生長(zhǎng)在根據(jù)本發(fā)明方法進(jìn)行加工的藍(lán)寶石襯底(圖3a)上和商業(yè)通用的對(duì)比材料(圖3b-c)上的，且溫度為高于生產(chǎn)商規(guī)定的最佳加工溫度50K。
圖4a顯示的是各個(gè)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)拋光加工過(guò)程(如商業(yè)上通常規(guī)定的)處理過(guò)的商業(yè)通用的藍(lán)寶石襯底的表面質(zhì)量，而圖4b顯示的則是相同的晶片經(jīng)用本發(fā)明所述的拋光方法處理之后的表面質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行拋光的藍(lán)寶石襯底對(duì)于取向生長(zhǎng)層而言表現(xiàn)出了特別優(yōu)選的均勻而對(duì)稱(chēng)的表面結(jié)構(gòu)。依據(jù)本發(fā)明方法進(jìn)行拋光的襯底的表面不僅具有實(shí)際上較小的0.2nm的粗糙度，而且在整個(gè)2或4″的直徑上還具有實(shí)際上較大的5μm的平整度。與之比較，現(xiàn)有技術(shù)(商業(yè)通用的襯底規(guī)格)中的粗糙度為約0.3nm，且在整個(gè)直徑上，2″晶片上的平整度為7-8μm，或者是4″晶片上的平整度為不超過(guò)10μm。
以下將根據(jù)所附的實(shí)施例來(lái)闡述本發(fā)明。
利用切克勞斯基法培養(yǎng)出直徑為55mm且長(zhǎng)度為200mm的藍(lán)寶石晶體，接著將其回火，如按照同一申請(qǐng)人未公開(kāi)的申請(qǐng)DE-A10306801.5中所述的方法那樣處理。然后將如.此制得的單晶以已知的方法鋸成厚度為0.5mm的薄片盤(pán)，并采用通常用于生產(chǎn)藍(lán)寶石晶片的方法對(duì)其進(jìn)行打磨和研磨，比如記載在F.Schmid等的美國(guó)專(zhuān)利6418921B1中的方法。然后使晶片經(jīng)歷如下所述的根據(jù)本發(fā)明的拋光法處理。
每次將兩個(gè)晶片襯底在其一面上相互粘合起來(lái)。可用作粘結(jié)劑的是軟化點(diǎn)在80℃的一種松香-蜂蠟混合物，并且粘合厚度為約2μm。
然后在粒徑為250-300nm的硅懸浮液中對(duì)該層合體進(jìn)行化學(xué)機(jī)械預(yù)拋光1.5小時(shí)，接著將其置入另一含有粒徑為80nm的膠體硅懸浮液的拋光機(jī)器中進(jìn)行化學(xué)機(jī)械式的最終拋光過(guò)程，并且拋光時(shí)間可變。所述兩個(gè)過(guò)程的起始條件是，操作壓力為0.1-0.3kg/cm2且拋光盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度為50-150轉(zhuǎn)/分。其中，利用具有不同軟化點(diǎn)溫度的不同配比的混合物將所述晶片襯底相互粘合在一起。粘合劑按這樣調(diào)節(jié)，使得在其軟化溫度下，用于分離所需的力應(yīng)不超過(guò)1Kp(每5cm晶片[對(duì)應(yīng)于20cm2])。
用作化學(xué)機(jī)械拋光劑的有商業(yè)通用的CMP洗劑，比如可從CabotMicroelectronics公司購(gòu)得的品名為NALCO且產(chǎn)品分類(lèi)號(hào)為2350，2371和SS-25的產(chǎn)品。兩個(gè)過(guò)程的拋光時(shí)間為不超過(guò)四小時(shí)，其中采用0.2-2.5μm/h的磨蝕率還可消除不超過(guò)2μm深度的深層損傷，同時(shí)還不會(huì)將實(shí)際能引起變形的應(yīng)力顯著地引入到晶片中，關(guān)于這一點(diǎn)可借助商業(yè)通用的干涉儀測(cè)得。
實(shí)際的磨蝕情況可以借助商業(yè)通用的“Spectra/Physics”公司的白光干涉儀(WLJ)來(lái)進(jìn)行追蹤觀察，直至磨蝕到至少2μm之后第二次拋光過(guò)程結(jié)束。MOVCD涂覆之后用LED涂層或其凹點(diǎn)密度來(lái)表征由依據(jù)本發(fā)明方法所制得的襯底。
試驗(yàn)結(jié)果列于下表1中。
表1


接著，將根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行加工的晶片與商業(yè)通用的晶片進(jìn)行比較。經(jīng)涂覆的藍(lán)寶石襯底所具有的缺陷密度記載在表2或圖2a-2b中。
表2

在另一試驗(yàn)中，利用常規(guī)的方法在相同條件下，在一個(gè)多晶片MOCVD設(shè)備中，向本發(fā)明所制得的晶片襯底上涂覆HEMT功能層，但是在涂覆時(shí)間內(nèi)，操作溫度是變化的。試驗(yàn)結(jié)果列于表3中。試驗(yàn)表明，在利用依據(jù)本發(fā)明方法進(jìn)行處理過(guò)的晶片上，操作溫度可在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)，即在高至50℃的范圍內(nèi)波動(dòng)，而不會(huì)形成生長(zhǎng)缺陷。在現(xiàn)有技術(shù)的晶片上，當(dāng)涂層時(shí)出現(xiàn)些微的變化就能導(dǎo)致形成大量的生長(zhǎng)缺陷，如圖3a-3c和表3中所示的那樣。只有采用本發(fā)明的拋光方法才能得到令人驚異的差別。如果同樣用依據(jù)本發(fā)明的拋光方法來(lái)處理那些商業(yè)通用的和可市售購(gòu)得的現(xiàn)有技術(shù)中的晶片，則它們也能表現(xiàn)出如本發(fā)明那樣的均勻而對(duì)稱(chēng)的表面特性(參見(jiàn)圖4a-4b)，并且與那些為著特殊應(yīng)用而培養(yǎng)得到且經(jīng)回火處理的晶片襯底一樣，它們表現(xiàn)出同樣強(qiáng)的對(duì)于溫度變化的不靈敏性。
表3

權(quán)利要求
1.用于制備具有至少一個(gè)以已知方法涂覆的有源表面且應(yīng)力特別低的晶片盤(pán)的方法，其中的有源表面具有很少造成涂層缺失的缺陷，該方法包括借助拋光步驟來(lái)打磨所述表面并且其中是利用拋光元件來(lái)對(duì)有源表面進(jìn)行拋光的，該方法的特征在于，利用拋光工具以不斷改變拋光方向的方式來(lái)涂抹該晶片表面，使得表面上沿著360°周角的每一個(gè)方向上的每個(gè)位置都能按統(tǒng)計(jì)學(xué)均勻地涂抹到。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在拋光時(shí)，設(shè)置晶片相對(duì)于可拋光工具可自由活動(dòng)。
3.前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，在拋光時(shí)，設(shè)置晶片在二維方向上自由活動(dòng)并可自由旋轉(zhuǎn)。
4.前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，晶片是藍(lán)寶石晶體或碳化硅晶體。
5.前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，拋光時(shí)的壓力為0.05至1.0kg/cm2。
6.前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，利用粘合劑將晶片固定在自由活動(dòng)的載體上。
7.前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，粘合劑的厚度為1至2μm。
8.前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，所述載體是其背面被粘合的第二晶片并且同時(shí)對(duì)兩晶片的表面進(jìn)行拋光。
9.前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，用作拋光劑的是一種粒徑為500至50nm的膠體硅溶膠。
10.用于無(wú)缺陷的半導(dǎo)體元件的襯底晶片，其由權(quán)利要求1至9之一的方法制得。
11.權(quán)利要求10的晶片用于制備高溫和高功率設(shè)備、激光器和強(qiáng)發(fā)光二極管中的電子元件的用途。
12.電子半導(dǎo)體元件，包含襯底以及一個(gè)或多個(gè)層疊放置在其上的缺陷極少的半導(dǎo)體材料層，其通過(guò)以下操作制得制備單晶并視需要對(duì)該單晶進(jìn)行回火處理，將該單晶分割成盤(pán)片，研磨和/或打磨并拋光以及對(duì)所得盤(pán)片進(jìn)行回火處理，對(duì)至少一個(gè)盤(pán)片表面進(jìn)行最終拋光和清潔處理，以及接著用半導(dǎo)體材料涂覆表面，其特征在于，極少缺陷的半導(dǎo)體元件是通過(guò)如權(quán)利要求1至9之一所述的拋光方法制得的。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種特別低應(yīng)力的晶片基材的生產(chǎn)方法，該晶片基材具有可用至少一種本身為已知的方法涂刷的活性表面，其中該活性表面具有很少由涂層缺失造成的缺陷。該方法包括借助拋光步驟來(lái)打磨該表面，其中利用拋光元件來(lái)對(duì)有源表面進(jìn)行拋光。該方法中，利用拋光工具以不斷改變拋光方向的方式來(lái)涂抹該晶片表面，使得表面上沿著360°周角的每一個(gè)方向上的每個(gè)位置都能按統(tǒng)計(jì)學(xué)均勻地涂到。
文檔編號(hào)B24B37/04GK1684234SQ200510071699
公開(kāi)日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2005年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月3日
發(fā)明者P·布勞姆, B·施佩特, I·克勒, B·呂丁格爾, W·貝爾 申請(qǐng)人:肖特股份有限公司