一種單晶硅片及單晶硅片減薄方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種單晶硅片及單晶硅片的減薄方法及應(yīng)用，屬于半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]為了制造分立或集成硅半導(dǎo)體器件，首先要把單晶硅錠切成在上面通常要做出許多相同器件的圓片。圓片通常要拋光，以使得表面光滑和平行，來滿足以后的圓片工藝。
然后，拋光的圓片進行不同的摻雜工藝，根據(jù)制作的器件圖形生成具有不同摻雜水平的半導(dǎo)體區(qū)域。根據(jù)應(yīng)用，通常就集成電路來說，器件做在圓片所謂的“正面”，并且所有相應(yīng)的金屬接觸孔也在正面。對于功率或高壓器件，器件做在硅片正面和背面上，并且在硅片的背面還包括一個或幾個接觸。
半導(dǎo)體器件制造的不同步驟(掩膜，隔離淀積或生長，注入/擴散，清洗，等等)要求對圓片分批或單片進行多項處理。然而，硅片非常脆(易碎)，并且這種處理會帶來很高的碎片危險。此外，表面越大，對于一定厚度的圓片就更容易碎。
為了解決這個脆性問題，圓片要根據(jù)它們的直徑確定最小厚度。硅片的目前直徑在10um到200um的范圍內(nèi)，而且還有望更大的直徑。例如，對于制造集成電路直徑為200mm的圓片，厚度一般在800um的數(shù)量級。
大多時候，在劃片以及將電路封在管殼中之前，必須將硅片進行背面減薄(修整)。這種修整有幾個目的。
第一個目的是考慮到管殼的尺寸，這些管殼放置較小尺寸晶體管組成的電路(這樣厚度更小)。
第二個目的是減少或去除背面的寄生注入/擴散，它們很可能產(chǎn)生工作缺陷。
這種在圓片工藝結(jié)束時修整的方法減少了全部圓片在加工第一步破碎的危險。然而，減薄的圓片對于以后的步驟(金屬化，清洗，芯片切割，等等)以及所需的處理來說就變得極其脆弱。此外，這種機械脆性也體現(xiàn)在做好的集成電路芯片中。
目前在集成電路制造工藝結(jié)束時，減薄圓片采用的方法包括采用金鋼研磨輪對圓片背面進行修整，從而減小它們的最終厚度。
為制造功率器件，硅圓片從其兩個表面進行摻雜。這樣圓片的最終厚度必須在器件制作各步之前確定。這樣，硅片將以初始化的修整被減到最終襯底厚度(根據(jù)圓片直徑通常在200um到400um之間)。在這項技術(shù)中，一般采用能夠得到比研磨或化學(xué)腐蝕方法(等其它修整方法)更好的表面光滑度的機械-化學(xué)拋光法。
可期望能夠進一步減少圓片厚度，尤其是這會有利于圓片厚度中注入/擴散的工作。然而，目前厚度的這種減少不是導(dǎo)致脆性的原因。事實上，目前圓片厚度的限制是由最小可接受的不會由于處理而帶來許多損失的抗機械力指標(biāo)決定。就目前200um到400um間的厚度來說，對于用來做集成電路來說，硅片已是極為易脆。
[0003]專利申請DD-A-217 246闡述了厚度小于50um用于X射線分析的硅片。該文件不同于任何拋光制造，并指出所用的制造方法導(dǎo)致±10um的厚度變化。這種圓片具有標(biāo)稱50um厚度的方法，使得有些地方厚度為40um，而其它地方厚度為60um。所以，圓片不足以滿足形成半導(dǎo)體器件襯底。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的一個目的是提供一個比現(xiàn)有單晶硅片脆性小，具體說就是不易碎的新硅片。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個具有厚度基本均勻的硅片。
本發(fā)明的又一個目的是提供一個改善單晶硅片上制造集成電路時抗機械力的硅片。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種將單晶硅片厚度減薄到小于大約80um的減薄方法。 為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括:
一種單晶硅片，所述硅片具有小于SOum的均勻厚度，優(yōu)選的，本發(fā)明硅晶片厚度在25到60um間，并且柔韌而且富有彎曲彈性。當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)中因為薄厚度單晶硅片的脆性而要求厚度增加時，本發(fā)明卻相反地使得單晶硅片厚度減少。事實上，使用者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，厚度降到80um水平以下時，硅片不再易碎。它變得柔韌。
參照其它的材料，可以認為，對于硅來說，其脆性與厚度相關(guān)。事實上，目前做成極薄厚度(從幾百埃到幾個微米)的二氧化硅(S12)仍很容易碎。為了使二氧化硅不易碎，有必要在其中加入添加劑，生成在一定厚度下并且根據(jù)采用的添加劑而變得不易脆的玻璃。然而，這種添加劑不易與半導(dǎo)體領(lǐng)域中硅的使用相兼容。
[0005]作為本發(fā)明的一個實施方法，硅片形成一個制作半導(dǎo)體功能器件的襯底。
作為本發(fā)明的一個實施方法，硅片正面包括確定集成電路的元件。
[0006]一種單晶硅片減薄方法，它包括至少對硅片第一面進行機械-化學(xué)拋光修整，以及只靠單晶硅片第二面和固定設(shè)備的平面支承座間產(chǎn)生的分子真空將單晶硅片懸掛到相對于拋光氈以擺線旋轉(zhuǎn)運動方式驅(qū)動的固定設(shè)備上。
[0007]所述單晶娃片厚度在80um以下。
[0008]進一步的，包括在進行機械-化學(xué)拋光之前至少對單晶硅片的第一表面進行化學(xué)腐蝕。
[0009]一個半導(dǎo)體功能器件，包括上述方法制備的厚度小于SOum的所述單晶硅片襯底。
[0010]一個集成電路芯片，包括上述半導(dǎo)體功能器件，厚度小于80um。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著效果包括:
(1)本發(fā)明所得單晶硅片厚度基本均勻；
(2)所述單晶硅片在承受機械應(yīng)力時，厚度小于SOum的單晶硅片會彎曲，而不是破裂，當(dāng)機械應(yīng)力消失時，單晶硅片就會重新恢復(fù)它的起始平面形狀，并且不會留有缺陷痕跡；
(3)單晶硅片的柔韌性并沒有改變單晶硅作為半導(dǎo)體材料的功能。
【具體實施方式】
[0011]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本案發(fā)明人經(jīng)長期研宄和大量實踐，得以提出本發(fā)明的技術(shù)方案。如下將對該技術(shù)方案、其實施過程及原理等作進一步的解釋說明。
[0012]下面將描述的減薄方法是尤其適用于得到非常薄硅片的方法。 這個方法采用傳統(tǒng)設(shè)備，如已知商標(biāo)為“MECAPOL 660E”的設(shè)備，來完成機械-化學(xué)拋光步驟。
這個設(shè)備一般由尺寸相對大的平板組成，并且在上面粘有拋光氈。拋光硅片放在可以懸掛在平板上面的單晶硅片舟中，以便拋光硅片表面能與拋光氈接觸。單晶硅片粘在固定于單晶硅片舟中的固定圓盤上被掛到支承座上面。這個圓盤一般靠單晶硅片舟中的吸附固定。
在拋光過程中，平板旋轉(zhuǎn)。通過旋轉(zhuǎn)臂懸掛于一個驅(qū)動機械上的單晶硅片舟，以外擺線和交替十字運動方式旋轉(zhuǎn)，并且降低，以便單晶硅片與氈接觸。
支承座主要在于選擇的材料，以使得避免了橫向運動的單晶硅片，靠相對于拋光面表面的表面張力保持與支承座間的固定。事實上，表面光滑，尤其是當(dāng)表面拋光時，會使得單晶硅片表面對表面地垂直粘附在支承座上。然而，已經(jīng)知道，雖然合適的拋光面可與另一平面粘附，但兩個表面相互間會滑動。
這樣，傳統(tǒng)的機械-化學(xué)拋光設(shè)備一般包括固定在支承座或圓盤上的外圍框架，這個框架有足夠的高度超出支承座，從側(cè)向固定單晶硅片。
為了能夠使得硅片一直減薄到80um以下，根據(jù)本發(fā)明采用的設(shè)備沒有橫向單晶硅片固定框。橫向固定框的省略，對于與拋光面相對的單晶硅片表面來說，避免了厚度容限，從而可以進行機械-化學(xué)拋光，以得到很薄的厚度。
選擇的支承座固定盤要堅固，并且在支承的一面要盡可能的平。例如，可采用不銹鋼圓盤，或者為了重量輕，可采用鋁圓盤，兩種材料都適合得到平整表面。
根據(jù)本發(fā)明，選取的支承座要有下列特性。
第一，這個支承座要有足夠的韌性來容許堅固的圓盤以及與拋光面相對的另一單晶硅片表面的表面光滑誤差。如果，單晶硅片兩面都要進行拋光，那么，第一面進行拋光過程中掩蓋的另一面不會表現(xiàn)出很好的表面光滑性。
此外，在對已完成集成電路制造的硅片用拋光方法進行減薄的例子中，無需修整的單晶硅片正面由于電路制造的步驟而會變得很不平整。
此外，至少在拋光開始，單晶硅片會有一定的厚度，在這種厚度下硅片很容易碎。結(jié)果，支承座和單晶硅片間輕微的灰塵斑點或輕微的缺陷會在拋光過程中產(chǎn)生單晶硅片破裂的危險。這樣支承座不得不通過其柔性為單晶硅片形成一個墊子。
此外，選取的支承座要非常平整，以滿足兩單晶硅片平面間的平行度。因為支承座柔性不會負面影響兩單晶硅片表面的平行度，所以支承座最好要薄(例如，小于5mm的厚度)。
支承座的選取最好具有6到22%的可壓縮性以及小于2_的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的實施方法，支承座的表面由與可硬化單元相關(guān)的多