一种超薄Ge单晶衬底材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种Ge单晶衬底材料及其制备方法，更具体地，涉及一种超薄Ge单晶 衬底材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 锗单晶衬底材料作为一种基础材料用途广泛。例如，以锗晶片为基板的三结太阳 能电池因其性能好，光电转换率高，已被全球各国运用到空间供电系统中；同时，随着科技 的发展，三结太阳能电池制造成本的降低，地面光伏市场对太阳能电池用锗晶片的需求也 将有较大的潜力。锗单晶衬底材料作为三结太阳能电池制造的上游产业，在降低制造成本， 减薄晶片厚度，提高晶片质量等方面的改革已是刻不容缓。
[0003] 晶片的强度与其厚度成正比，当晶片减薄到一定程度其强度也会相应的降低，易 损易碎，给薄片生产加工带来很大的难度；同时越薄，其加工过程越容易造成各种细小的损 伤，晶片的质量受到很大影响。
[0004] 常规生产锗晶圆片过程中，在抛光时，给晶片背面"贴膜"保护是必不可少的。但 是，如果在生产超薄晶片时，"贴膜"这一工序会造成晶片破损；此外，贴膜抛光的晶片表面 平整度参数，如平整度（TTV)，翘曲度（Bow)等明显变差，影响产品质量。
[0005] 因此，需要能够以工业规模生产超薄Ge单晶衬底材料的方法。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本发明提供了一种制备Ge单晶衬底材料的方法，该方法包括以 下步骤：
[0007] (1)由一种晶棒切割出厚度为140-250微米的晶片；
[0008] (2)在减薄机上对晶片背面进行减薄，然后将晶片放入腐蚀液中进行湿法腐蚀；
[0009] (3)在减薄机上对晶片主面进行减薄，将减薄的晶片用一种粘结剂固定在一块支 撑物上，其中所述支撑物为刚性的平板，然后对固定在支撑物上的晶片进行抛光；
[0010] ⑷使用水和/或有机溶剂去除粘结剂。
[0011] 优选地，仅进行一次抛光。
[0012] 此外，本发明还提供了一种超薄Ge单晶衬底材料，其厚度为60-160微米，优选 70-140微米，更优选80-120微米，最优选90-110微米；直径为2-24厘米，优选3-22厘米， 更优选5-20厘米；表面粗糙度Ra为0. 2-0. 5纳米，优选0. 2-0. 4纳米，更优选0. 25-0. 35 纳米；平整度为1. 5至4微米，优选2-3微米；弯曲度为2-5微米，优选2. 5至4. 5微米；翘 曲度为5_+5微米，优选4_+4微米，更优选3_+3微米，非常优选2_+2微米，最优选1_+1微 米。
[0013] 本发明制备超薄Ge单晶衬底材料的方法能够制备厚度为60-160微米的超薄Ge 晶片。此外，由本发明方法制得的超薄Ge单晶衬底材料还具有良好的晶片平整度、表面总 平整度、弯曲度和翘曲度，适于进行外延生长。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明方法的晶片倒角的示意图，其中图Ia倒角为圆弧状，图Ib倒角为坡 形；
[0015] 图2为用于实施本发明抛光方法的设备的一个实例。
【具体实施方式】
[0016] 在本发明中，如无其他说明，则所有操作均在室温、常压实施。
[0017] 在本发明中，晶片的直径应作如下理解：在晶片为圆形时，是指圆形的直径；在晶 片为其他形状（如不规则圆形、正方形、长方形等）时，是指以晶片的中心为圆心画圆、使圆 包括晶片所有部分所形成的圆的直径。
[0018] 本发明的制备Ge单晶衬底材料的方法包括以下步骤：
[0019] (1)由一种晶棒切割出厚度为140-250微米的晶片；
[0020] (2)在减薄机上对晶片背面进行减薄，然后将晶片放入腐蚀液中进行湿法腐蚀；
[0021 ] (3)在减薄机上对晶片主面进行减薄，将减薄的晶片用一种粘结剂固定在一块支 撑物上，其中所述支撑物为刚性的平板，然后对固定在支撑物上的晶片进行抛光；
[0022] (4)使用水和/或有机溶剂去除粘结剂。
[0023] 优选地，仅进行一次抛光。
[0024] 所得到的晶片产品厚度为60-160微米，优选70-140微米，更优选80-120微米，最 优选90-110微米；直径为2-24厘米，优选3-22厘米，更优选5-20厘米；表面粗糙度Ra为 0. 2-0. 5纳米，优选0. 2-0. 4纳米，更优选0. 25-0. 35纳米；平整度为1. 5至4微米，优选2-3 微米；弯曲度为2-5微米，优选2. 5至4. 5微米；翘曲度为5-+5微米，优选4-+4微米，更优 选3_+3微米，非常优选2_+2微米，最优选1_+1微米。
[0025] 在本发明方法的步骤（1)中，由一种Ge晶棒切割出晶片。根据晶片的实际用途， 其厚度通常为140-250微米，优选160-200微米。所述Ge晶棒可商购得到，或由本领域已 知的方法制备。
[0026] 在本发明的一个优选实施方案中，所述Ge晶棒为Ge单晶晶棒。
[0027] 在本发明的一个优选实施方案中，所述Ge晶棒为横向截面为圆形的Ge晶棒（简 称圆形Ge晶棒），其长度方向的截面为长方形或正方形，其圆形横截面的直径通常为2-20 厘米，优选为5-20厘米。
[0028] 当然，Ge晶棒也可以是横向截面为其他形状的Ge晶棒，例如由圆形Ge晶棒经过 处理而得的横向截面为方形（正方形或长方形）的Ge晶棒，此时，步骤（1)所切割出的晶 片为非圆形的晶片。
[0029] 所述切割通常使用本领域已知的外圆切割机、内圆切割机或多线切割机进行。由 于多线切割机具有好的生产效率和出片率，因此优选多线切割机。
[0030] 优选地，在步骤（1)切割之后，还进行步骤（Γ):对步骤（1)切出的晶片进行边缘 倒角处理（如图Ia和图Ib所示），使晶片边缘获得合适的圆弧（图la)或坡度（图lb，其 中α优选为45±10° )。图Ia和Ib为晶片倒角前后的横截面图示。优选地，使得晶片边 缘的横截面具有圆弧状的边缘（图la)，由此可以减少或避免后续步骤中半导体晶片破损 的风险。所述倒角处理通常使用倒角机进行，任何现有技术的倒角机均可用于该步骤。
[0031] 在本发明方法的步骤（2)中，将晶片主面朝下放进减薄机中的机台上，通过吸真 空将晶片吸在平整的机台上，以确保晶片与机台之间没有间隙，然后调整机台参数，将晶片 送入机台中进行加工。加工完成后晶片背面呈现螺旋状的纹路，背面一般减薄20-30微米 左右。所用的减薄机为商购可得，例如购自日本DISCO的型号为DAG810的减薄机。并且减 薄可通过常规方法进行。
[0032] 在本发明方法的步骤（2)中，将背面减薄后的晶片放入腐蚀液中进行湿法腐蚀， 可以去除前道加工的残余磨肩，同时腐蚀掉晶片表面的损伤层（约8-15微米），露出尽量完 整的单晶表层，晶片的强度有所提高。这样，晶片背面加工完成。
[0033] 在本发明的一个优选实施方案中，所述减薄机所用的砂轮为8000#超细砂轮，砂 轮粒径为< 1微米。
[0034] 在步骤（2)中，湿法腐蚀后的晶片背面的表面粗糙度Ra为0. 02-0. 05微米，优选 0. 02-0. 04 微米，更优选 0. 025-0. 035 微米。
[0035] 与现有技术采用2000#砂轮（粒径3-8微米）进行减薄相比，本发明采用8000# 超细砂轮（粒径< 1微米）进行减薄，减少了对晶片造成的损伤，同时也减少了晶片的粗糙 度，达到减薄晶片和提高晶片强度的目的。
[0036] 在本发明的一个优选实施方案中，所述减薄机所用的砂轮选自金刚石砂轮、碳化 硅砂轮和陶瓷砂轮，优选金刚石砂轮。
[0037] 在本发明的一个优选实施方案中，所述腐蚀液为酸性溶液的混合液。
[0038] 在本发明的一个优选实施方案中，所述腐蚀液选自40 %浓度（重量百分 浓度，下同）的氢氟酸的溶液，优选选自40 %浓度的氢氟酸和65 %浓度的硝酸以 (I. 0-1. 5) : (2. 0-2. 5)混合比（体积比，下同）的混合液，40%浓度的氢氟酸、65%浓度的硝 酸和99%浓度的冰醋酸以（1. 0-1. 5) : (2. 0-2. 5) : (1. 0-1. 8)混合比的混合液，以及40%浓 度的氢氟酸、65%浓度的硝酸和95%浓度的硫酸以（1. 0-1. 5) : (2. 0-2. 5) : (0. 9-1. 5)混合 比的混合液。
[0039] 在本发明方法的步骤（3)中，将晶片背面朝下放进减薄机中的机台上，通过吸真 空将晶片吸在平整的机台上，以确保晶片与机台之间没有间隙，然后调整机台参数，将晶片 送入机台中进行加工。加工完成后晶片背面呈现螺旋状的纹路，主面一般减薄20-30微米 左右。
[0040] 在本发明方法的步骤（3)中，将主面减薄后的晶片的背面用一种粘结剂固定在一 块支撑物上，其中所述支撑物为刚性的平板。所述支撑物的表面大小足以容纳晶片，优选与 待抛光的晶片具有相同的形状、与晶片相匹配，或者优选为圆形。通常，支撑物的厚度与晶 片厚度类似，例如为60-180微米，优选为60-160微米；支撑物表面平坦，平整度为2-5微 米，优选2-4微米；优选表面光滑，表面粗糙度Ra优选不高于0. 5微米，更优选不高于0. 4 微米，例如为0. 2-0. 5微米，优选0. 2-0. 4微米。考虑到