专利名称：用于晶片的梯形磨削的磨削工具的制作方法
技术领域：
本公开涉及半导体和太阳能晶片，诸如绝缘体上硅(SOI)结合结构，并且更加具体地，涉及用于磨削结合的SOI晶片的磨削工具。
背景技术：
一般地，由单晶体晶锭(例如，硅锭)来制备半导体晶片，该单晶体晶锭被切片成单独的晶片。虽然本文中涉及的是由硅构造成的半导体晶片，但是也可以使用其他的材料，诸如锗、砷化镓或者下述的其他的材料。一种类型的晶片是绝缘体上硅(SOI)晶片。SOI晶片包括在绝缘层(即，氧化层)上面的薄的硅层(工作层)，该绝缘层继而设置在硅基板上。结合的S01半导体晶片是一种类型的SOI结构。由于器件宽度缩小、能量存储、超高速性能和/或在电子工业中的特殊应用，对SOI (绝缘体上硅)晶片的需求不断增加。一个难题是有效地移除结合到支撑基板的工作层晶片的未结合的外周部分以避免层离。层离在晶片的处理和/或器件生产线中将导致颗粒污染。当制造SOI晶片时，为了防止晶片损坏、破裂和/或产生颗粒，使将要结合的两个晶片的外周部分经受R或者T倒角处理或者边缘仿形加工(edge profiling)(如下文进一步说明的)。此外，所结合的基板的外周部分由于形成晶片的步骤而具有不均匀的厚度。由于这种不均匀的厚度，在结合过程期间，外周部分根本不能被结合和/或很弱地结合。当工作晶片厚度通过诸如磨削、蚀刻、抛光等处理而减小时，在膜厚度减小的处理过程中，所述未结合的部分从被结合的基板部分地层离。发生层离的部分对于膜厚度减小、清洁和测量处理会产生问题。此外，在器件处理过程中，其余的未结合部分被层离，这将导致颗粒产生并且严重影响器件的产量。存在几种现有技术试图来解决层离现象。例如，图1A至ID示出了如下的步骤进程:将基底晶片S与工作层晶片A彼此结合，然后对结合晶片W的边缘外周部分进行倒角处理。图1A示出了工作层晶片之下的基板，图1B示出了结合的晶片。图1C示出了磨削晶片的外周边缘的磨削工具G，图1D示出了完整的SOI晶片W (应注意的是完整的晶片要进行进一步的处理)。该方法被认为与日本专利申请N0.1986-256621中示出的方法基本类似。本示例除了其他缺陷以外，特别地，晶片W的直径比标准晶片直径小，这对于下游的操作设备和夹具会产生问题。在图2A至图2D示出的另一个现有技术的示例中，如上所述由工作层晶片A和基底晶片S形成结合的SOI晶片W。如图2B至图2C所示，磨削晶片边缘，使得工作晶片A的整个外边缘被磨削掉，但是基板只有一部分被磨削掉。这种方法被认为与日本专利申请N0.1989-227441中示出的方法基本类似。这种方法的效率很低。在图3A示出的现有技术的示例中，工作晶片A在其边缘处被磨削以形成突出部L(晶片A因此是预磨削晶片)。在图3B中，该晶片A被结合到基底晶片S。在图3C中，结合SOI晶片W的顶面被磨削以移除突出部L，并且在图3D中示出了完整的晶片。该工作层晶片的未结合部分此后可以被磨削掉。该方法被认为与日本专利申请N0.1992-85827中示出的方法基本类似。在图4A的现有技术中，如上所述由工作层晶片A和基底晶片S形成结合的SOI晶片W。在图4B中，工作晶片A在其上周缘E处被磨削以形成如图4C所示的突出部L。为了完成图4D的晶片处理，使用选择性的蚀刻、抛光和/或PAC (等离子体辅助化学蚀刻)工艺从工作层晶片A的外周边缘上移除未结合的部分。该方法被认为与US专利6，534，384B2中示出的方法基本类似，并且该专利的内容通过引用并入此文。可以看到，为了形成完整的晶片需要很多步骤。在图5A的现有技术中，工作层晶片A包括在结合之前在其下表面中形成的槽R。在图5B中，工作晶片A被结合到基底晶片S。该方法被认为与US专利申请2009/0203167A1中示出的方法基本类似，该专利申请的内容通过引用并入此文。在图5C中，在与槽R相反的一侧对晶片A进行磨削。在将晶片磨削到预定厚度之后，能够移除晶片A的外周部分的未结合部分，如图的完整晶片W所示。仍然存在对如下的晶片表面处理方法和晶片的需求:该晶片表面处理方法和晶片能够解决防止结合结构的工作层的外周部分发生层离现象的现有方法的缺陷。
发明内容
在一个方面中，一种用于在仿形加工机床上对晶片进行梯形磨削的磨削工具包括环形的轮，所述轮包括适配成将所述轮安装到心轴上的中心孔。所述轮包括设置在所述轮的外缘处的至少两个槽，所述槽的尺寸设计为用于接收晶片的外缘。这些槽中的至少一个适用于晶片的粗磨。这些槽中的至少另一个适用于晶片的细磨。在另一个方面中，磨削工具的轮包括设置在所述轮的外缘处的三个或更多的槽，这些槽的尺寸设计为用于接收晶片的外缘。这些槽中的至少一个适用于晶片的粗磨，并且这些槽中的至少另一个适用于晶片的细磨。每个槽的尺寸和形状设计为使得仅所述晶片的上周缘被磨削。在又一个方面中，一种用于在仿形加工机床上对晶片进行磨削的磨削工具包括环形的轮，所述轮包括适配成将所述轮安装到心轴上的中心孔。所述轮包括设置在所述轮的外缘处的三个或更多的槽，所述槽的尺寸设计为用于接收晶片的外缘。一个槽用于对晶片进行粗磨，至少两个槽用于对晶片进行细磨。每个槽具有V形截面，并且相对于所述晶片尺寸设计为使得仅所述晶片的上周缘被磨削。对于上述各方面中提及的特征存在各种改进。在上述各方面中也可以结合其他的特征。这些改进和附加的特征可以单独地或以任何组合存在。例如，下文关于任何所示的实施例讨论的各种特征可以单独地或以任何组合结合在任何上述方面中。
图1A至图是示出了制造SOI晶片的现有技术方法的侧视图。图6是示出根据一个实施例的制造SOI晶片的方法的流程图。图7A至图7E是示出图6的制造方法的各个方面的连续的侧视图。图8是示出根据另一个实施例的制造SOI晶片的方法的流程图。
图9A至图9D是示出图8的制造方法的各个方面的连续的侧视图.
图10和图11示出了用于执行梯形磨削步骤的一个实施例的磨削轮。图12是与图10的磨削轮的槽对齐的SOI晶片的侧视图。图13是SOI晶片在梯形磨削之后的放大图。这些附图没有按照比例绘制，并且其中一些部分出于说明的目的被放大。所有附图中的对应的附图标记表示对应的部件。
具体实施例方式现在参考图6和图7A至图7E，其中示出了制造或加工结合晶片(或者，绝缘体上硅结构或SOI晶片)的方法100。工作晶片101和基底晶片103 (诸如图7A中示出的)是常规的晶片。这些晶片都具有镜面抛光的前表面101FU03F，并且相对没有缺陷。工作晶片101和基底晶片103可以是适合用在SOI结构中的任意的单晶体半导体材料。通常情况下，晶片可以由如下的材料组成的组中选出的材料组成:硅、锗、砷化镓、硅锗、氮化镓、氮化铝、磷、蓝宝石以及这些材料的组合。在一个实施例中，晶片101、103由硅制成。在步骤102中，在工作晶片的前表面上沉积氧化层。通常在立式炉中进行氧化，例如，市场上可买到的AMS400。随后在步骤104中，将晶片的前表面结合到基底晶片的前表面，以形成如图7B所示的结合晶片105。可以使用诸如奥地利的EV Group的Model EVG 850的工具在常规的亲水结合处理中进行结合。在步骤106中，在电炉(诸如来自宾西法利亚的TPS的Model Blue Μ)中适当地进行热处理以强化结合。在下一个步骤108中，进行梯形磨削，对此下文将参考图`7C进一步的说明。在步骤110中，如图7D中所示，使用单侧磨削机(诸如日本Disco Corporation的Model DFG-830)适当地执行表面磨肖1J。表面磨削步骤110适当地包括粗磨步骤和细磨步骤。使用具有20-30微米粒度的600目来适当地进行粗磨，并且细磨是3000目和2-6微米的粒度。再次参考图6，然后在步骤112中，在结合晶片105上执行蚀刻，并且该蚀刻是使用碱性蚀刻剂在常规的蚀刻设备中适当进行的，但是也可以使用酸性蚀刻剂。然后在步骤114中执行抛光，所述抛光合适地为使用Strasbaugh Mark9_K在前表面105F上的单侧抛光。或者，所述抛光步骤114可以是前表面105F和后表面105B 二者的双侧抛光。结合晶片105的精整(finishing)步骤116包括检测晶片的所有所需参数，诸如平整度和颗粒数，然后包装晶片以便运输给客户。从图7E和图13中可以看出，完成的或者结合的晶片105具有梯形形状的上部。更具体地，包括工作层晶片101的剩余部分和基底晶片的较小部分的上部在外周边缘部分处成一定角度，使得晶片可以被认为具有梯形形状或者梯形截面。应当注意，结合晶片105的下部(在此实施例中，该下部与基底晶片103基本对应)在它的外周缘处具有常规的形成斜面或者形成圆角的形状(广义地讲，弯曲的形状)，因此不具有梯形形状。在此实施例中，结合晶片105的上部与工作晶片101基本一致。再次参考图7C，使工作晶片101的外周缘与磨削轮接触，并且相对于结合晶片105的前表面105F以一定角度磨削所述外周缘。所述角度适当地在大约3°至10°之间，在此实施例中，所述角度为大约7°。执行边缘磨削，直到如图7D所示整个外周缘被磨削。这种磨削消除了外周缘中的任何凹口。可以适当地执行磨削以使得成角度的或成斜坡的部分的长度在大约Imm至1.5mm之间，例如大约1.25mm。需要注意，磨削的角度和深度使得基底晶片103的上斜面119的一小部分在梯形磨削期间被移除。在图7C中，工作晶片101的表面被磨削，直到如图7D所示它具有40-50微米的厚度。需要注意，在图7D中示出了工作晶片101的梯形形状。此外，执行边缘磨削也使得基底晶片103的一部分被磨削。参考图8和图9A至图9D，与图6和图7A至图7D相比，磨削步骤被颠倒。换句话说，在梯形磨削之前，首先对工作晶片101的表面进行磨削。在图8中示出了这种步骤顺序。同样地，表面磨削步骤也包括粗磨步骤和细磨步骤。使用600目和20-30微米的粒度来适当地执行粗磨，并且细磨是3000目和2-6微米的粒度。如图9B所示对表面进行磨削，然后在图9C中对工作晶片101的边缘进行磨削，直到边缘具有如图9D所示的梯形形状。参考图10和图11，一个实施例的磨削轮151 (广义地讲，梯形磨削工具)设计为用于执行梯形磨削(步骤)108。轮151适配成安装到执行梯形磨削的常规边缘仿形加工机床152上。在此实施例中，仿形加工机床是适用于200mm直径晶片的STC EP-5800RH0机床。该轮151安装在仿形加工机床152的心轴153上。此实施例的轮151是圈形或者环形，并且具有中心孔154，该中心孔154适于将所述轮安装到仿形加工机床152的心轴153上。轮151的直径D为202mm，中心孔的直径HD为30mm，并且厚度为20mm。此实施例的轮151具有设置在轮的外缘处的上部槽155、中心槽157和下部槽159。在此实施例中，槽155、157、159是大致V形的。需要注意，在本公开的范围内，轮151也可以仅具有一个槽,或者实际上具有任何其他数量的槽。在此实施例中，上部槽155和中心槽157适于细磨，下部槽159适于粗磨。各个槽适当地包含金刚石砂粒。对于细磨而言，2000或3000目的金刚石砂粒粒度是合适的。对于粗磨而言，600目或800目是合适的。轮151由金属合金、铝合金或者不锈钢适当地制成，但是其他的材料也是可以想到的。此实施例的各个槽壁从槽的底部到槽的顶部形成斜度，并且具有平坦底部。在此实施例中，坡度是大约7°的角度。槽的底部的宽度是大约1.8_，以用于具有大约200_的总厚度的结合晶片，以便基底晶片或者晶片的后表面在梯形磨削期间不与所述槽接触。各个槽的宽度在最宽的部分(槽的顶部)处大约为3.5_。槽的壁以大约0.2mm的半径弯曲进入槽的底部中。槽的深度⑶是大约6.0mm,并且槽的根深(root depth) RD是大约8.0mm。将轮151安装在边缘仿形加工机床152上，例如安装在STC EP-5800RH0的心轴上。在安装轮之后，精细地调整心轴高度(竖直方向)和距离(水平方向)，使得轮151的槽155与结合晶片105对齐，如图12所示。需要注意，基底晶片边缘的最外部以及底面不与磨削槽155接触。然后，如上所述执行梯形磨削。可以通过粗粒度槽或者在细粒度槽或者这两种粒度的槽(首先是粗粒度槽，然后是细粒度槽)执行梯形磨削。根据例如边缘品质要求，可以作为单次通过或者多次通过工艺来执行磨削。上述的示例性方法适用于移除结合到基底晶片的工作层晶片的未结合外周部分。这使得结合晶片具有更加牢固结合的外周部。在一个适当的方法中，在将工作层晶片结合到载体基底并且对结合的一对晶片进行结合后热处理之后，应用梯形磨削来移除工作层晶片的未结合的外周部分。可以使用诸如轮151的边缘磨削轮来执行梯形磨削步骤。除了其他优点以外，根据本公开的实施例的结合晶片不太可能发生层离。另外，结合晶片抑制或者防止了微粒污染，在晶片的加工/器件生产线中由于层离的未结合部分可能引起所述微粒污染。当介绍本发明的或者其实施例的元件时，冠词“一”、“该”和“所述”旨在意味着存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”是指包括在内的，意味着除了所列出的元件以外还可以存在附加的元件。在不脱离本发明的范围的基础上，可以对上述的构造进行各种改变，包含在上述说明中的以及附图中示出的所有内容应理解为示例性的，并不是限制性的。
权利要求
1.一种用于在仿形加工机床上对晶片进行梯形磨削的磨削工具，所述工具包括: 环形的轮，所述轮包括适配成将所述轮安装到心轴上的中心孔， 所述轮包括设置在所述轮的外缘处的至少两个槽，所述槽的尺寸设计为用于接收晶片的外缘， 所述槽中的至少一个适用于晶片的粗磨， 所述槽中的至少另一个适用于晶片的细磨。
2.如权利要求1所述的磨削工具，其特征在于，每个槽形成角度，使得所述晶片的上周缘被磨削而所述晶片的下周缘不被磨削。
3.如权利要求2所述的磨削工具，其特征在于，所述槽具有大约3°至10°之间的角度；所述槽具有平坦底部，使得仅所述晶片的上周缘被磨削。
4.如权利要求2所述的磨削工具，其特征在于，每个槽具有V形截面，并且截面的尺寸设计为使得仅所述晶片的上周缘被磨削。
5.如权利要求1所述的磨削工具，其特征在于，所述至少两个槽设置为彼此邻近，使得晶片能够很容易地从一个槽移动到另一个槽。
6.如权利要求1所述的磨削工具，其特征在于，用于粗磨的槽具有大约600目至大约800目的金刚石砂粒粒度，用于细磨的槽具有大约2000目至大约3000目的金刚石砂粒粒度。
7.如权利要求1所述的磨削工具，其特征在于，所述轮包括两个用于细磨的槽和一个用于粗磨的槽。
8.一种用于在仿形加工机床上对晶片进行磨削的磨削工具，所述工具包括: 环形的轮，所述轮包括适配成将所述轮安装到心轴上的中心孔， 所述轮包括设置在所述轮的外缘处的三个或更多的槽，所述槽的尺寸设计为用于接收晶片的外缘， 所述槽中的至少一个适用于晶片的粗磨， 所述槽的至少另一个适用于晶片的细磨，以及 每个槽的尺寸和形状设计为使得仅所述晶片的上周缘被磨削。
9.如权利要求8所述的磨削工具，其特征在于，每个槽形成角度，使得所述晶片的上周缘被磨削而所述晶片的下周缘不被磨削。
10.如权利要求9所述的磨削工具，其特征在于，所述槽具有大约7°的角度；所述槽具有平坦底部，使得仅所述晶片的上周缘被磨削。
11.如权利要求10所述的磨削工具，其特征在于，每个槽具有V形截面。
12.如权利要求11所述的磨削工具，其特征在于，所述槽设置为彼此邻近，使得晶片能够快速地从一个槽移动到另一个槽。
13.如权利要求1所述的磨削工具，其特征在于，用于粗磨的槽具有大约600目至大约800目的金刚石砂粒粒度，用于细磨的槽具有大约2000目至大约3000目的金刚石砂粒粒度。
14.如权利要求13所述的磨削工具，其特征在于，所述轮包括两个用于细磨的槽和一个用于粗磨的槽。
15.一种用于在仿形加工机床上对晶片进行磨削的磨削工具，所述工具包括:环形的轮，所述轮包括适配成将所述轮安装到心轴上的中心孔， 所述轮包括设置在所述轮的外缘处的三个或更多的槽，所述槽的尺寸设计为用于接收晶片的外缘， 一个槽用于对晶片进行粗磨， 至少两个槽用于对晶片进行细磨，以及 每个槽具有V形截面，并且相对于所述晶片尺寸设计为使得仅所述晶片的上周缘被磨削。
16.如权利要求15所述的磨削工具，其特征在于，所述槽具有大约7°的角度；所述槽是具有平坦底部的V形形状，使得仅所述晶片的上周缘被磨削。
17.如权利要求16所述的磨削工具，其特征在于，所述槽设置为彼此邻近，使得晶片能够快速地从一个槽移动到另一个槽。
18.如权利要求17所述的磨削工具，其特征在于，用于粗磨的槽具有大约600目至大约800目的金刚石砂粒粒度，用于细磨的槽具有大约2000目至大约3000目的金刚石砂粒粒度。
全文摘要
本发明涉及一种用于在仿形加工机床上对晶片进行梯形磨削的磨削工具，所述工具包括环形的轮，所述轮包括适于将所述轮安装到心轴上的中心孔。所述轮包括至少两个槽，所述槽设置在所述轮的外缘处，并且所述槽的尺寸设计为用于接收所述晶片的外缘。所述槽中的至少一个适于所述晶片的粗磨。所述槽中的至少另一个适于所述晶片的细磨。
文档编号B24B9/06GK103180098SQ201180037605
公开日2013年6月26日 申请日期2011年7月22日 优先权日2010年7月30日
发明者G·D·张, R·旺达姆, P·D·阿尔布雷克特 申请人:Memc电子材料有限公司