CN108400081A - 硅片的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种硅片的制作方法，其包括以下步骤：提供一硅片；对硅片的第一面和第二面同时进行磨削，硅片的第一面和第二面均形成由边缘至中心逐渐增厚的形貌；将所述硅片吸附于一吸盘装置，所述硅片的第二面与所述吸盘装置接触，对所述硅片的第一面进行研磨；将所述硅片翻转并吸附于所述吸盘装置，所述硅片的第一面与所述吸盘装置接触，对所述硅片的第二面进行研磨，形成碗状结构的硅片；对硅片的第一面和第二面同时进行平坦化；在硅片的第一面或第二面上外延生长外延层。本发明解决了传统工艺在硅片上生长外延层时，得到的硅片中间凸起或者凹陷的问题，同时消除了切割硅片时产生的波纹状纳米形貌，而且较现有技术有更好的局部与整体平坦度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺技术领域，具体涉及一种硅片的制作方法。
背景技术
外延生长技术发展于50年代末60年代初，目前业界广泛采用在硅片上生长外延层(即新单晶层)的方式。外延生长的新单晶层可在导电类型、电阻率等方面与硅片(即单晶硅衬底)不同，并且，可通过外延生长技术在硅片上生长不同厚度和不同要求的多层单晶，从而提高器件设计的灵活性和器件的性能。
在硅片上生长外延层时，由于外延层与硅片的晶格不匹配，会产生晶格失配。以常见的在硼掺杂的低电阻率的单晶硅衬底上生长硼掺杂的高电阻率的外延层为例，由于晶格失配且硼原子的共价键键长比硅原子的共价键键长短，会导致硅片形成由边缘至中心逐渐凸起的形貌。当然，在硅片上外延生长其他掺杂或不同电阻率的外延层时，硅片某些情况下也会出现由边缘至中心逐渐凹陷的形貌。若外延片具有凸起或者凹陷，可能无法满足后续工艺对硅片厚度均一性的要求。
公开号为US7781313B2的专利文献提供了一种制作硅片的方法，如图1和图2所示，其包括以下步骤：
首先，提供一硅片；
接着，将所述硅片吸附于一吸盘装置(图1中未示出)，所述硅片的第二面B1与所述吸盘装置接触；
接着，对所述硅片的第一面A1进行研磨并且平坦化，使第一面A1最终形成由边缘至中心厚度逐渐减薄的凹陷形貌，如图1所示；
接着，将所述硅片翻转并吸附于所述吸盘装置，所述硅片的第一面A1与所述吸盘装置接触，由于所述硅片第一面A1中心较薄，吸附于所述吸盘装置时，由于真空吸力的作用，会使所述硅片的边缘首先与研磨盘接触；
接着，对所述硅片的第二面B1进行研磨并且平坦化，由于所述硅片边缘首先与研磨盘接触，所以研磨时会将由边缘至中心逐渐研磨；
最终，撤去所述吸盘装置的真空吸力，所述硅片会形成一碗形结构，如图2所示。
对于外延生长过程中会形成凸起的外延层来说，适宜生长于碗形结构的硅片的第二面B1上；对于生长过程中会形成凹陷的外延层来说，适宜生长于碗形结构的硅片的第一面A1上，这样，即可得到均一性符合要求的硅片。
然而上述方法存在以下两个问题：
1.波纹状纳米形貌问题，在采用多线切割法切割出硅片的过程中，切割线会在硅片表面形成波纹状纳米形貌，采用上述方法进行单面研磨时，硅片会吸附于一吸盘装置，由于弹性形变此波纹状纳米形貌会暂时消失，当研磨完成撤去真空吸力后，此波纹状纳米形貌又会出现。
2.对硅片第一面和第二面逐一进行单面平坦化存在平坦度不足的问题。
发明内容
为解决在外延层生长后硅片形成中间凸起或者凹陷形貌，导致硅片均一性不符合要求的问题，并消除波纹状纳米形貌，本发明提供了一种硅片的制作方法。
本发明提供了一种硅片的制作方法，其包括以下步骤：
提供一硅片；
对所述硅片的第一面和第二面同时进行磨削，所述硅片的第一面和第二面均形成由边缘至中心逐渐增厚的形貌；
将所述硅片吸附于一吸盘装置，所述硅片的第二面与所述吸盘装置接触，对所述硅片的第一面进行研磨；
将所述硅片翻转并吸附于所述吸盘装置，所述硅片的第一面与所述吸盘装置接触，对所述硅片的第二面进行研磨，形成碗状结构的硅片；
对所述硅片的第一面和第二面同时进行平坦化；
在所述硅片的第一面或第二面上外延生长外延层。
可选的，对所述硅片的第一面和第二面同时进行平坦化之后，还包括：
对所述硅片的第一面进行最终平坦化，所述外延层外延生长于所述硅片的第一面上。
可选的，所述硅片的第一面的中心凹陷，所述硅片的第二面的中心凸起，所述外延层外延生长时形成由边缘至中心逐渐凹陷的形貌。
可选的，对所述硅片的第一面和第二面同时进行平坦化之后，还包括：
对所述硅片的第二面进行最终平坦化，所述外延层外延生长于所述硅片的第二面上。
可选的，所述硅片的第一面的中心凹陷，所述硅片的第二面的中心凸起，所述外延层外延生长时形成由边缘至中心逐渐凸起的形貌。
可选的，对所述硅片的第一面和第二面同时进行磨削的步骤中，采用研磨轮对所述硅片进行物理研磨。
可选的，所述研磨轮的直径大于或者等于所述硅片的半径。
可选的，对所述硅片的第一面和第二面同时进行平坦化的步骤中，采用化学机械抛光工艺对所述硅片的第一面和第二面同时进行平坦化。
可选的，对所述硅片的第一面和第二面同时进行磨削之前或者之后，还包括一磨边工艺。
可选的，对所述硅片的第一面和第二面同时进行磨削之前和/或之后，还包括一湿法清洗工艺。
可选的，对所述硅片的第二面进行研磨之后，还包括一湿法刻蚀工艺。
可选的，对所述硅片的第一面和第二面同时进行平坦化之前，还包括一边缘平坦化工艺。
可选的，在所述边缘平坦化工艺之后，还包括一湿法清洗工艺。
可选的，对所述硅片的第一面和第二面同时进行平坦化之后，还包括一边缘平坦化工艺。
可选的，在所述边缘平坦化工艺之后，还包括一湿法清洗工艺。
可选的，对所述硅片的第一面和第二面同时进行平坦化之后，还包括一湿法清洗工艺。
可选的，在所述最终平坦化之后，还包括一湿法清洗工艺。
采用本发明提供的硅片的制作方法，由于采用双面磨削工艺，消除了在切割硅片的过程中形成波纹状纳米形貌，并且，采用双面平坦化工艺，相比于现有技术中采用单面平坦化工艺具有更好的局部与整体平坦度。
附图说明
图1是现有技术中对硅片第一面进行平坦化后的硅片的示意图；
图2是现有技术中最终得到的碗形结构的硅片的示意图；
图3是本发明实施例一提供的硅片的制作方法的流程图；
图4是本发明实施例一提供的硅片的制作方法中，双面磨削工艺采用的硅片与承载盘、转动马达以及研磨轮的示意图；
图5是本发明实施例一提供的硅片的制作方法中，双面磨削工艺前，硅片与研磨轮的示意图；
图6是本发明实施例一提供的硅片的制作方法中，双面磨削工艺后，硅片与研磨轮的示意图；
图7是本发明实施例一提供的硅片的制作方法中，研磨硅片第一面时，吸盘装置还未对硅片施加真空吸力时的硅片与旋转杆、研磨轮固定装置、研磨轮以及吸盘装置的示意图；
图8是本发明实施例一提供的硅片的制作方法中，研磨硅片第一面时，吸盘装置对硅片施加真空吸力后的硅片与旋转杆、研磨轮固定装置、研磨轮以及吸盘装置的示意图；
图9是本发明实施例一提供的硅片的制作方法中，研磨硅片第一面后，撤去吸盘装置的真空吸力后的硅片与旋转杆、研磨轮固定装置、研磨轮以及吸盘装置的示意图；
图10是本发明实施例一提供的硅片的制作方法中，研磨硅片第二面时，吸盘装置还未对硅片施加真空吸力时的硅片与旋转杆、研磨轮固定装置、研磨轮以及吸盘装置的示意图；
图11是本发明实施例一提供的硅片的制作方法中，研磨硅片第二面时，吸盘装置对硅片施加真空吸力后的硅片与旋转杆、研磨轮固定装置、研磨轮以及吸盘装置的示意图；
图12是本发明实施例一提供的硅片的制作方法中，研磨硅片第二面后，碗状结构硅片与旋转杆、研磨轮固定装置、研磨轮以及吸盘装置的示意图；
图13是本发明实施例一提供的硅片的制作方法中，外延层生长后的硅片的示意图；
图14是本发明实施例二提供的硅片的制作方法中，外延层生长后的硅片的示意图；
附图1-附图13的标记说明如下：
A1、A2、A3-硅片的第一面；
B1、B2、B3-硅片的第二面；
d1-研磨轮与硅片边缘之间的垂直距离；
d2-研磨轮与硅片中心之间的垂直距离；
101-承载盘；
102-转动马达；
103、403-硅片；
104、105、203-研磨轮；
201-旋转杆；
202-研磨轮固定装置；
204-吸盘装置；
301、501-外延层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的硅片的制作方法详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
<实施例一>
本发明实施例一提供了一种硅片的制作方法，如图3所示，其包括以下步骤：
S1、提供一硅片；
S2、对所述硅片的第一面和第二面同时进行磨削，所述硅片的第一面和第二面均形成由边缘至中心逐渐增厚的形貌；
S3、将所述硅片吸附于一吸盘装置，所述硅片的第二面与所述吸盘装置接触，对所述硅片的第一面进行研磨；
S4、将所述硅片翻转并吸附于所述吸盘装置，所述硅片的第一面与所述吸盘装置接触，对所述硅片的第二面进行研磨，形成碗状结构的硅片；
S5、对所述硅片的第一面和第二面同时进行平坦化；
S6、对所述硅片的第二面进行最终平坦化工艺处理，所述最终平坦化工艺例如是化学机械抛光工艺；
S7、在所述硅片第二面上外延生长外延层。
下面根据图4-图14，对上述硅片的制作方法做进一步详细说明。
如图4所示，其为双面磨削工艺中硅片103与承载盘101、转动马达102、研磨轮104以及研磨轮105的示意图。在步骤S2中，所述硅片103边缘被夹持于承载盘101上，转动马达102与所述承载盘101由齿轮连接，所述转动马达102转动时可带动承载盘101自转(即所述承载盘101围绕其轴心进行转动)，从而带动所述硅片103自转(相当于硅片103也是围绕承载盘的轴心进行转动)。所述硅片103的两侧设置有两个研磨轮104、105，即硅片103的一侧设置有研磨轮104，另一侧设置有研磨轮105，两个研磨轮104、105对称分布于硅片103的两侧且高速转动以对所述硅片103进行双面磨削，研磨时两个研磨轮104、105贴近硅片表面。
如图5所示，其为步骤S2双面磨削工艺中硅片103与研磨轮104、105的示意图。如图5所示，所述研磨轮104、105相对于硅片103具有一倾斜角度，所述研磨轮105与所述硅片103边缘之间的垂直距离d1小于所述研磨轮105与所述硅片103中心之间的垂直距离d2，所述研磨轮104与105对称分布于硅片103两侧。优选的，所述研磨轮104、105的直径均大于或者等于所述硅片103的半径硅片，这样可以保证双面磨削时，研磨到所述硅片103的整个区域，有利于提高研磨效果。双面磨削工艺之后，所述硅片103最终形成由边缘至中心逐渐增厚的形貌，如图6所示。双面磨削工艺不仅可使硅片103形成上述中间厚边缘薄的形貌，还将所述硅片103在采用多线切割法切割出硅片103的过程中形成的波纹状纳米形貌去除了。
如图7所示，其是本发明实施例提供的硅片的制作方法中，步骤S3研磨硅片103的第一面A2时，吸盘装置204还未对硅片103施加真空吸力时的硅片103与旋转杆201、研磨轮固定装置202、研磨轮203以及吸盘装置204的示意图。研磨轮203安装于研磨轮固定装置202上，所述研磨轮固定装置202与旋转杆201相连，所述硅片103放置于吸盘装置204上，所述硅片的第二面B2与所述吸盘装置204部分接触。此时所述吸盘装置204还未对所述硅片103施加真空吸力，所述硅片103仍是具有边缘至中心逐渐减薄的形貌。
所述吸盘装置204所述硅片103施加真空吸力之后，由于弹性形变，所述硅片103的第二面B2变为平坦面，并与所述吸盘装置204全部接触，所述硅片103转变为第一面A2中间凸起的结构(中间厚边缘薄)，如图8所示。此时旋转杆201转动带动所述研磨轮固定装置202转动，进而带动所述研磨轮203转动，即可对所述硅片103进行研磨，由于所述硅片103中间凸起，所以主要研磨中间部分，使得硅片103对的中心和边缘区域厚度基本相同。研磨完成后，升起研磨轮203，撤去吸盘装置204对硅片103的真空吸力，所述硅片103发生弹性形变，即形成碗状结构，其第一面A2中间凹陷，第二面B2中间凸起，如图9所示。
参阅图10，其是本发明实施例提供的硅片的制作方法中，步骤S4研磨第二面B2时，吸盘装置204还未对硅片103施加真空吸力时的硅片103与旋转杆201、研磨轮固定装置202、研磨轮203以及吸盘装置204的示意图。将所述硅片103放置于所述吸盘装置204上，所述硅片的第一面A2与所述吸盘装置204部分接触。此时，此时所述吸盘装置204还未对所述硅片103施加真空吸力，所述硅片103仍保持碗状结构，其第二面B2中心凸起，第一面A2中心凹陷。
所述吸盘装置204所述硅片103施加真空吸力之后，由于弹性形变，所述硅片103会变平整，如图11所示。研磨完成后，升起所述研磨轮203，撤去吸盘装置204对硅片103的真空吸力，所述硅片103恢复之前碗状结构，如图12所示。此时所述硅片103厚度有所减薄，第二面B2也更加平坦。
本实施例提供的硅片的制作方法中，步骤S5采用双面平坦化工艺，即，即对所述硅片103的第一面A2和硅片103的第二面B2同时进行平坦化，本实施例中，所述平坦化是指化学机械抛光工艺，且同一批次的硅片103工艺时间相同。当然在实际应用中，也可采用其它平坦化工艺，工艺参数也可随不同硅片103的要求进行适当调整。较之单面平坦化工艺，采用双面平坦化工艺的硅片103的整体平整度以及局部平整度都要更高。
本实施例提供的硅片的制作方法中，步骤S6最终平坦化工艺，即，对硅片后续要外延生长外延层的一面再进行一次平坦化。本实施例中，对所述硅片103的第二面B2进行平坦化，形成最终的碗状结构的硅片103。
最后，如步骤S7，在所述硅片103的第二面B2上生长指定外延层301，即完成硅片的制作，如图13所示。此外延层301在生长过程中会形成由边缘至中心逐渐凹陷的形貌，此外延层生长301时，由于晶格失配对硅片103形貌产生的影响正好抵消硅片103的第二面B2由边缘至中心逐渐凸起的形貌，所以能够形成平整的、均一度符合要求的硅片。
作为一个非限制性的例子，在步骤S1与步骤S2之间或者步骤S2与步骤S3之间，即，在所述双面磨削工艺之前或者之后，还可增加一磨边工艺，即，对所述硅片103的边缘进行研磨，将双面磨削工艺难以研磨到的边缘区域也研磨光滑。
作为一个非限制性的例子，在步骤S1与步骤S2之间或者步骤S2与步骤S3之间，即，在双面磨削工艺之前和/或之后，还可增加一湿法清洗工艺，例如采用去离子水，并且可以使用超声波清洗方式。
作为一个非限制性的例子，在步骤S4与步骤S5之间，即，在研磨第二面B2之后，还可增加一湿法刻蚀工艺，优选碱性刻蚀液进行刻蚀，刻蚀液例如是NaOH或者KOH，用于去除研磨后的内应力。
作为一个非限制性的例子，在步骤S4与步骤S5之间或者步骤S5与步骤S6之间，即，在双面平坦化工艺之前或者之后，还可增加一边缘平坦化工艺。增加边缘平坦化工艺之后，还可在边缘平坦化工艺之后增加一湿法清洗工艺，此湿法清洗优选用同时具有1号液(NH4OH:H2O2:H2O)，2号液(HCL:H2O2:H2O，可加适量氢氟酸)清洗槽的湿法清洗机进行清洗。
作为一个非限制性的例子，在步骤S5与步骤S6之间或者步骤S6与步骤S7之间，即，在所述双面平坦化之后或者最终平坦化之后，还可增加一湿法清洗工艺，此湿法清洗优选用同时具有1号液(NH4OH:H2O2:H2O)，2号液(HCL:H2O2:H2O，可加适量氢氟酸)清洗槽的湿法清洗机进行清洗。
<实施例二>
本发明实施例二提供的硅片的制作方法与实施例一的区别在于，其外延层501生长于所述硅片403的第一面A2，如图14所示。其外延层501为在生长时会形成由边缘至中心逐渐凸起形貌的材质，此外延层501生长时，由于晶格失配对硅片403形貌产生的影响正好抵消硅片403的第一面A3由边缘至中心逐渐凹陷的形貌，所以能够形成平整的、均一度符合要求的硅片403。当然之前的最终平坦化步骤中，也是对硅片403的第一面A3进行平坦化。
综上所述，采用本发明提供的硅片的制作方法，由于采用双面磨削工艺，消除了在切割硅片的过程中形成波纹状纳米形貌，并且，采用双面平坦化工艺，相比于现有技术中采用单面平坦化工艺具有更好的局部与整体平坦度。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (17)
1.一种硅片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一硅片；
对所述硅片的第一面和第二面同时进行磨削，所述硅片的第一面和第二面均形成由边缘至中心逐渐增厚的形貌；
将所述硅片吸附于一吸盘装置，所述硅片的第二面与所述吸盘装置接触，对所述硅片的第一面进行研磨；
将所述硅片翻转并吸附于所述吸盘装置，所述硅片的第一面与所述吸盘装置接触，对所述硅片的第二面进行研磨，形成碗状结构的硅片；
对所述硅片的第一面和第二面同时进行平坦化；
在所述硅片的第一面或第二面上外延生长外延层。
2.如权利要求1所述硅片的制作方法，其特征在于，对所述硅片的第一面和第二面同时进行平坦化之后，还包括：
对所述硅片的第一面进行最终平坦化，所述外延层外延生长于所述硅片的第一面上。
3.如权利要求2所述硅片的制作方法，其特征在于，所述硅片的第一面的中心凹陷，所述硅片的第二面的中心凸起，所述外延层外延生长时形成由边缘至中心逐渐凸起的形貌。
4.如权利要求1所述硅片的制作方法，其特征在于，对所述硅片的第一面和第二面同时进行平坦化之后，还包括：
对所述硅片的第二面进行最终平坦化，所述外延层外延生长于所述硅片的第二面上。
5.如权利要求4所述硅片的制作方法，其特征在于，所述硅片的第一面的中心凹陷，所述硅片的第二面的中心凸起，所述外延层外延生长时形成由边缘至中心逐渐凹陷的形貌。
6.如权利要求1所述硅片的制作方法，其特征在于，对所述硅片的第一面和第二面同时进行磨削的步骤中，采用研磨轮对所述硅片进行物理研磨。
7.如权利要求6所述硅片的制作方法，其特征在于，所述研磨轮的直径大于或者等于所述硅片的半径。
8.如权利要求1所述硅片的制作方法，其特征在于，对所述硅片的第一面和第二面同时进行平坦化的步骤中，采用化学机械抛光工艺对所述硅片的第一面和第二面同时进行平坦化。
9.如权利要求1～8中任意一项所述硅片的制作方法，其特征在于，对所述硅片的第一面和第二面同时进行磨削之前或者之后，还包括一磨边工艺。
10.如权利要求1～8中任意一项所述硅片的制作方法，其特征在于，对所述硅片的第一面和第二面同时进行磨削之前和/或之后，还包括一湿法清洗工艺。
11.如权利要求1～8中任意一项所述硅片的制作方法，其特征在于，对所述硅片的第二面进行研磨之后，还包括一湿法刻蚀工艺。
12.如权利要求1～8中任意一项所述硅片的制作方法，其特征在于，对所述硅片的第一面和第二面同时进行平坦化之前，还包括一边缘平坦化工艺。
13.如权利要求12所述硅片的制作方法，其特征在于，在所述边缘平坦化工艺之后，还包括一湿法清洗工艺。
14.如权利要求1～8中任意一项所述硅片的制作方法，其特征在于，对所述硅片的第一面和第二面同时进行平坦化之后，还包括一边缘平坦化工艺。
15.如权利要求14所述硅片的制作方法，其特征在于，在所述边缘平坦化工艺之后，还包括一湿法清洗工艺。
16.如权利要求1～8中任意一项所述硅片的制作方法，其特征在于，对所述硅片的第一面和第二面同时进行平坦化之后，还包括一湿法清洗工艺。
17.如权利要求2或4所述硅片的制作方法，其特征在于，在所述最终平坦化之后，还包括一湿法清洗工艺。
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