半導體和太陽能晶片及其處理方法
2023-05-28 13:35:06 3
專利名稱：半導體和太陽能晶片及其處理方法
技術領域：
本發明涉及半導體和太陽能晶片例如絕緣體上矽(SOI)接合結構，更具體而言，涉及一種接合的絕緣體上矽晶片及其製造方法。
背景技術：
半導體晶片通常通過將單晶錠料(例如，矽錠料)切片成單個晶片而製成。雖然這裡參照由矽製成的半導體晶片來進行說明，但是也可以採用其它材料，例如鍺、砷化鎵或下述其它材料。一種晶片是絕緣體上矽(SOI)晶片。SOI晶片包括在絕緣層(例如，氧化物層)頂上的薄矽層(有源層)，其中上述絕緣層又設置在矽襯底上。接合的SOI半導體晶片是一種SOI結構。因為器件寬度縮小、功率節省、超高速性能和/或電子工業中的特殊應用，對於SOI (絕緣體上矽)晶片的要求越來越高。一個挑戰是如何有效去除接合到支撐襯底的有源層晶片的未接合外周部分以避免層離。層離會導致晶片的工藝和/或裝置線上出現顆粒汙染。當製造SOI晶片時，待接合的兩個晶片的外周部分要經受R或T倒角或邊緣整形(profiling)(下面將進一步說明)，以便防止晶片斷開、開裂和/或產生顆粒。以及，接合的結構的外周部分因切片 步驟而具有不均勻厚度。因為厚度不均勻，所以在接合過程中，該外周部分不能接合和/或弱接合。當有源晶片厚度隨例如研磨、蝕刻、拋光等處理工藝進展而變小時，該未接合部分在膜厚減小過程中從接合結構部分地層離出來。層離部分會帶來膜厚減小、清潔以及測量過程的問題。而且，在器件工藝中，剩餘的未接合部分層離，導致產生顆粒並且嚴重影響器件產量。現有技術也試圖解決上述層離問題。例如，圖1A-1D示出用於相互接合襯底晶片S和有源層晶片A然後倒角接合的晶片W的周邊邊緣部分的步驟流程圖。圖1A示出有源層晶片下面的襯底，而圖1B示出接合的晶片。圖1C示出研磨晶片的外周緣的研磨機G，而圖1D示出完成的SOI晶片W (注意，該完成的晶片還要經過進一步處理)。該方法與日本專利申請No. 1986-256621所述的方法基本類似。該示例的缺點之一是，晶片W的直徑小於標準晶片直徑，這會為下遊處理設施和夾具帶來麻煩。在圖2A-2D所示的另一個現有技術示例中，接合的SOI晶片W如上所述由有源層晶片A和襯底晶片S形成。如圖2B-2C所示研磨該晶片邊緣，以使得有源層晶片A的整個外緣被磨掉，但是僅磨掉襯底的一部分。該方法與日本專利申請No. 1989-227441所述方法基本上類似。該方法的缺點是效率低下。在圖3A所示現有技術示例中，有源晶片A在邊緣處經研磨形成凸緣(Iedge)L (因此晶片A是預研磨晶片)。在圖3B中，晶片A接合到襯底晶片S。在圖3C中，接合的SOI晶片W的頂表面經研磨去除凸緣L，在圖3D中形成完成的晶片。有源層晶片的未接合部分因此之後能夠研磨掉。該方法與日本專利申請No. 1992-85827所述方法基本上類似。在圖4A的現有技術中，接合的SOI晶片W如上所述由有源層晶片A和襯底晶片S形成。在圖4B中，有源晶片A在上周緣E處經研磨形成圖4C所示的凸緣L。為了完成圖4D的晶片處理過程，採用選擇性蝕刻、拋光和/或PAC (等離子體輔助化學蝕刻)工藝將未接合部分從有源層晶片A的外周緣去除。該方法與美國專利6，534，384 B2所述方法基本上類似，該美國專利被通過引用併入本文。可以看到，需要許多步驟來形成完成的晶片。在圖5A的現有技術中，有源層晶片A包括在接合之前形成在下表面中的槽R。在圖5B中，有源晶片A接合到襯底晶片S。該方法與美國專利申請2009/0203167 Al所述方法基本上類似，該美國專利申請被通過弓I用併入本文。在圖5C中，在槽R相對側，對晶片A執行研磨操作。在將晶片研磨到預定厚度之後，晶片A的外周部分的未接合部分可以被去除，如圖5D的完成的晶片W所不。因此仍然需要一種能夠解決當前方法缺陷即防止接合的結構的有源層的外周部分層離的晶片表面處理方法和晶片。
發明內容
在一個實施例中，提供一種製造絕緣體上矽結構的方法，該絕緣體上矽結構包括襯底晶片、有源晶片和位於襯底晶片和有源晶片之間的氧化物層。該方法包括以下步驟熱處理上述結構，梯形研磨晶片邊緣以及研磨晶片表面。在另一個實施例中，提供一種製造絕緣體上矽晶片的方法，該絕緣體上矽晶片包括襯底晶片、有源晶片和位於襯底晶片和有源晶片之間的氧化物層。該方法依次包括以下步驟將襯底晶片和有源晶片接合在一起以形成絕緣體上矽晶片，熱處理該絕緣體上矽晶片，研磨該絕緣體上矽晶片的表面以及梯形研磨該絕緣體上矽晶片的邊緣。在另一個實施例中，提供一種製造接合晶片的方法，包括以下步驟將氧化物層沉積到有源晶片的前表面上，將有源晶片接合到襯底晶片以形成接合晶片，熱處理該接合晶片，研磨該接合晶片的表面以及梯`形研磨該接合晶片的邊緣，從而抑制接合晶片的層離。可以進行多種改進，其中也包含上述實施例中提到的特徵。在上述實施例中還可以結合其它特徵。這些改進和其它特徵可以單獨或組合。例如，在下述具體實施方式
部分闡述的多個特徵可以單獨或一起結合到任一上述實施例中。
圖1A-5D是用於說明現有技術中SOI晶片製造方法的側視圖。圖6是根據一個實施例的SOI晶片製造方法的流程圖。圖7A-7E是圖6的製造方法的方面的步驟進展側視圖。圖8是根據另一個實施例的SOI晶片製造方法的流程圖。圖9A-9D是圖8的製造方法的方面的步驟進展側視圖。圖10和11示出用於執行梯形研磨步驟的一個實施例的研磨輪。圖12是對準圖10的研磨輪的槽的SOI晶片的側視圖。圖13是在梯形研磨之後SOI晶片的放大圖。這些附圖都不是按比例繪製，有些部件進行了放大以便清楚示出。在所有附圖中，相同的附圖標記表示相同的部件。
具體實施例方式現在參照圖6和7A-7E，示出一種接合的晶片(可選地，絕緣體上矽結構或SOI晶片)的製造或處理方法100。圖7A所示的有源晶片101和襯底晶片103是傳統晶片。它們都具有鏡面拋光的前表面101FU03F，並且相對而言沒有缺陷。有源晶片101和襯底晶片103可以由適用於SOI結構的任何單晶半導體材料製成。通常，晶片可以由選自矽、鍺、砷化鎵、矽鍺、氮化鎵、氮化鋁、磷、藍寶石及其組合的材料構成。在一個實施例中，晶片101、103由矽製成。在有源晶片的前表面上沉積102氧化物層。通常在立式熔爐例如商業可得的AMS400中執行氧化。然後，將該晶片的前表面接合104到襯底晶片的前表面，形成圖7B所示的接合晶片105。可以在傳統親水接合工藝中，利用例如奧地利的EV集團生產的型號EVG 850的工具來執行該接合。在電爐(例如來自賓夕法尼亞州的TPS的型號Blue Μ)中執行熱處理106以便增強接合。在下一個步驟中，參照圖7C來進一步說明梯形研磨108。如圖7D所示，可以利用單面研磨機例如日本Disco公司生產的、型號為DFG-830的研磨機來執行表面研磨110。表面研磨110適宜地包括粗研磨步驟和細研磨步驟。可以利用20-30微米磨料尺寸的600目(mesh)來適宜地執行粗研磨，細研磨為3000目和2_6微米磨料尺寸。 再次參照圖6，接下來，在接合晶片105上進行蝕刻112，可以利用鹼蝕刻劑在傳統蝕刻裝置中執行該蝕刻操作，但是也可以利用酸蝕刻劑。然後執行拋光114，可以利用Strasbaug Mark9_K在前表面105F上執行單面拋光。可選地,拋光114可以為在前表面105F和後表面105B 二者上的雙面拋光。接合的晶片105的完成116，包括檢測晶片是否符合所有需求參數，例如平整度和顆粒計數，然後封裝晶片以便貨運至顧客。可以從圖7E和13看到，完成的或接合的晶片105具有梯形上部。更具體而言，該上部包括有源層晶片101的剩餘部分和襯底晶片的相對小的部分，該上部在外周緣部分成角度設置，以使得晶片具有梯形形狀或橫截面為梯形。注意，接合的晶片105的下部(在該實施例中它大致對應於襯底晶片103)在外周緣具有傳統的倒角(bevel)或倒圓形狀(廣義來講是彎曲形狀)，因此不成梯形。在該實施例中，接合的晶片105的上部與有源晶片101基本重合。再次參照圖7C，有源晶片101的外周緣接觸到研磨輪，並且以相對於接合晶片105的前表面105F的角度研磨。該角度適宜地為3°至10°之間，在該實施例中該角度大約為7°。執行邊緣研磨,直到整個外周緣被研磨,如圖7D所示。研磨消除外周緣中的任何凹口。可以適當地執行研磨，以使得成角度或傾斜部分的長度在大約Imm至1. 5_之間，例如大約1. 25mm。注意研磨的角度和深度，使得襯底晶片103的頂部倒角119的小部分在梯形研磨過程中去除。在圖7C中，研磨有源晶片101的表面直到其具有40-50微米的厚度，如圖7D所示。注意有源晶片101的梯形形狀，如圖7D所示。以及，執行邊緣研磨，以使得襯底晶片103的一部分被研磨。參照圖8和9A-9D，其研磨步驟和圖6和7A-7D相反。換言之，在梯形研磨之前，首先研磨有源晶片101的表面。步驟順序如圖8所示。該表面研磨步驟也包括粗研磨步驟和細研磨步驟。可以利用600目和20-30微米磨料尺寸來執行粗研磨，利用3000目和2_6微米磨料尺寸來執行細研磨。表面研磨成如圖9B所示，然後在圖9C中接著研磨有源晶片101的邊緣,直到這些邊緣具有如圖9D所示的梯形形狀。參照圖10和11，為達成梯形研磨108的性能，設計一個實施例的研磨輪151 (廣義來講，梯形研磨工具)。該輪151適用於安裝到執行梯形研磨的傳統邊緣整形機152上。在該實施例中，整形機採用適於200mm直徑晶片的STC EP-5800RH0機器。該輪151安裝到整形機152的主軸153上。該實施例的輪151為環形或環，具有適於將輪安裝到整形機152的主軸153上的中心孔154。該輪151的直徑D為202mm，中心孔直徑HD為30mm，厚度為20mm。該實施例的輪151具有設置在該輪的外緣的上部槽155、中心槽157和下部槽159。槽155、157、159在該實施例中為通常的V形。注意，該輪151可選地僅有一個槽，或者落入本公開的範圍內的實踐上任意其它數量的槽。在該實施例中，上部槽155和中心槽157適於細研磨，而下部槽159適於粗研磨。每個槽適宜地包括金剛石磨料。對於細研磨而言，2000或3000目的金剛石磨料尺寸是合適尺寸。對於粗研磨而言，600或800目是合適的。該輪151適於由金屬合金、招合金或不鏽鋼製成，但是也可以採用其它材料。該實施例的每個槽壁從槽的底部向槽的頂部傾斜，並具有平坦底部。在該實施例中，該傾斜大約為7°角。槽底部的寬度大約為1. 8mm,以適用於總厚度大約200_的接合晶片，從而在梯形研磨過程中，襯底晶片或晶片的後表面不會接觸到槽。每個槽最寬部分的寬度(槽的頂部)大約為3. 5_。槽壁以約O. 2mm的半徑彎曲到槽底部。槽深度GD約為6. Omm,以及槽根深(root depth) RD 為約 8. 0mm。該輪151安裝到邊緣整形機152上，例如位於STC EP-5800 RHO的主軸上。在安裝輪之後，再細調主軸高度(垂直方向)和距離(水平方向)，以使得輪151的槽155和接合晶片105對準，如圖 12所示。注意，襯底晶片邊緣的最外圍部分和底表面沒有接觸到研磨槽155。然後，如上所述執行梯形研磨。可以利用粗磨料槽或細磨料槽或者兩個磨料槽(首先用粗磨料槽，再用細磨料槽)來執行該梯形研磨。可以單道次或多道次工藝執行研磨，具體根據例如邊緣質量需求而定。上述示例方法應用於去除接合到襯底晶片的有源層晶片的未接合外周部分。這導致接合晶片具有更加牢固接合的外周部分。在合適的方法中，在將有源層晶片接合到支撐襯底以及接合對的接合後熱處理之後，採用梯形研磨來去除有源層晶片的未接合外周部分。可以採用邊緣研磨輪例如輪151來執行梯形研磨步驟。在優點中，根據本發明實施例的接合晶片不太會發生層離。此外，接合晶片可以抑制或防止顆粒汙染，因晶片處理/裝置線上層離的未接合部分而可能發生該顆粒汙染。當介紹本發明或實施例的部件時，冠詞「一個」、「一」和「所述」意指一個或多個部件。術語「包括」、「包含」和「具有」為非排他性限定，也就是說除了所列部件之外還可以包含其它部件。可以對上述結構進行多種變型而不會脫離本發明的範圍，包含在上述說明和附圖中的所有內容都應當理解為示例性而非限制性說明。
權利要求
1.一種用於製造絕緣體上矽結構的方法，其中所述絕緣體上矽結構包括襯底晶片、有源晶片和位於所述襯底晶片和所述有源晶片之間的氧化物層，所述方法包括以下步驟 熱處理所述結構； 梯形研磨所述晶片的邊緣；以及 研磨所述晶片的表面。
2.根據權利要求1所述的方法，其中梯形研磨包括研磨所述有源晶片的外周緣。
3.根據權利要求1所述的方法，其中梯形研磨包括研磨所述襯底晶片的上周緣。
4.根據權利要求1所述的方法，其中梯形研磨包括含有第一粗研磨道次和第二細研磨道次的至少兩個研磨道次。
5.根據權利要求1所述的方法，其中在所述表面研磨步驟之後執行所述梯形研磨步驟。
6.根據權利要求1所述的方法，還包括在完成兩個研磨步驟之後蝕刻所述晶片。
7.根據權利要求6所述的方法，還包括在蝕刻所述晶片之後拋光所述晶片。
8.根據權利要求7所述的方法，其中使用具有用於接收所述晶片邊緣的槽的研磨輪來執行所述梯形研磨步驟。
9.一種用於製造絕緣體上矽晶片的方法，所述絕緣體上矽晶片包括襯底晶片、有源晶片和位於所述襯底晶片和所述有源晶片之間的氧化物層，該方法依次包括以下步驟 將所述襯底晶片和所述有源晶片接合在一起形成所述絕緣體上矽晶片； 熱處理所述絕緣體上矽晶片； 研磨所述絕緣體上矽晶片的表面；以及 梯形研磨所述絕緣體上娃晶片的邊緣。
10.根據權利要求9所述的方法，其中梯形研磨包括研磨所述有源晶片的外周緣。
11.根據權利要求10所述的方法，其中梯形研磨包括研磨所述襯底晶片的上周緣。
12.根據權利要求11所述的方法，其中梯形研磨包括含有第一粗研磨道次和第二細研磨道次的至少兩個研磨道次。
13.根據權利要求12所述的方法，還包括在完成兩個研磨步驟之後蝕刻所述晶片。
14.根據權利要求13所述的方法，還包括在蝕刻所述晶片之後拋光所述晶片。
15.根據權利要求14所述的方法，其中使用具有用於接收所述晶片邊緣的至少兩個槽的研磨輪來執行所述梯形研磨步驟。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述襯底晶片和有源晶片都由矽製成。
17.—種製造接合晶片的方法，包括以下步驟 將氧化物層沉積在有源晶片的前表面上； 將所述有源晶片接合到襯底晶片以形成所述接合晶片； 熱處理所述接合晶片； 研磨所述接合晶片的表面；以及 梯形研磨所述接合晶片邊緣，從而抑制所述接合晶片的層離。
18.根據權利要求17所述的方法，其中梯形研磨包括研磨所述有源晶片的外周緣和研磨所述襯底晶片的上周緣。
19.根據權利要求18所述的方法，其中在表面研磨步驟之後執行所述梯形研磨步驟，以及還包括在完成兩個研磨步驟之後蝕刻所述晶片以及在蝕刻所述晶片之後拋光所述晶片。
20.根據權利要求19所述的方法，其中所述有源晶片和接合晶片均包括矽。
全文摘要
一種製造絕緣體上矽結構的方法，該絕緣體上矽結構包括襯底晶片、有源晶片和位於襯底晶片和有源晶片之間的氧化物層。該方法包括以下步驟熱處理上述結構，梯形研磨晶片邊緣以及研磨晶片表面。
文檔編號H01L21/762GK103038875SQ201180037452
公開日2013年4月10日 申請日期2011年7月22日 優先權日2010年7月30日
發明者G·D·張, R·旺達姆 申請人:Memc電子材料有限公司