专利名称：半导体和太阳能晶片及其处理方法
技术领域：
本发明涉及半导体和太阳能晶片例如绝缘体上硅(SOI)接合结构，更具体而言，涉及一种接合的绝缘体上硅晶片及其制造方法。
背景技术：
半导体晶片通常通过将单晶锭料(例如，硅锭料)切片成单个晶片而制成。虽然这里参照由硅制成的半导体晶片来进行说明，但是也可以采用其它材料，例如锗、砷化镓或下述其它材料。一种晶片是绝缘体上硅(SOI)晶片。SOI晶片包括在绝缘层(例如，氧化物层)顶上的薄硅层(有源层)，其中上述绝缘层又设置在硅衬底上。接合的SOI半导体晶片是一种SOI结构。因为器件宽度缩小、功率节省、超高速性能和/或电子工业中的特殊应用，对于SOI (绝缘体上硅)晶片的要求越来越高。一个挑战是如何有效去除接合到支撑衬底的有源层晶片的未接合外周部分以避免层离。层离会导致晶片的工艺和/或装置线上出现颗粒污染。当制造SOI晶片时，待接合的两个晶片的外周部分要经受R或T倒角或边缘整形(profiling)(下面将进一步说明)，以便防止晶片断开、开裂和/或产生颗粒。以及，接合的结构的外周部分因切片 步骤而具有不均匀厚度。因为厚度不均匀，所以在接合过程中，该外周部分不能接合和/或弱接合。当有源晶片厚度随例如研磨、蚀刻、抛光等处理工艺进展而变小时，该未接合部分在膜厚减小过程中从接合结构部分地层离出来。层离部分会带来膜厚减小、清洁以及测量过程的问题。而且，在器件工艺中，剩余的未接合部分层离，导致产生颗粒并且严重影响器件产量。现有技术也试图解决上述层离问题。例如，图1A-1D示出用于相互接合衬底晶片S和有源层晶片A然后倒角接合的晶片W的周边边缘部分的步骤流程图。图1A示出有源层晶片下面的衬底，而图1B示出接合的晶片。图1C示出研磨晶片的外周缘的研磨机G，而图1D示出完成的SOI晶片W (注意，该完成的晶片还要经过进一步处理)。该方法与日本专利申请No. 1986-256621所述的方法基本类似。该示例的缺点之一是，晶片W的直径小于标准晶片直径，这会为下游处理设施和夹具带来麻烦。在图2A-2D所示的另一个现有技术示例中，接合的SOI晶片W如上所述由有源层晶片A和衬底晶片S形成。如图2B-2C所示研磨该晶片边缘，以使得有源层晶片A的整个外缘被磨掉，但是仅磨掉衬底的一部分。该方法与日本专利申请No. 1989-227441所述方法基本上类似。该方法的缺点是效率低下。在图3A所示现有技术示例中，有源晶片A在边缘处经研磨形成凸缘(Iedge)L (因此晶片A是预研磨晶片)。在图3B中，晶片A接合到衬底晶片S。在图3C中，接合的SOI晶片W的顶表面经研磨去除凸缘L，在图3D中形成完成的晶片。有源层晶片的未接合部分因此之后能够研磨掉。该方法与日本专利申请No. 1992-85827所述方法基本上类似。在图4A的现有技术中，接合的SOI晶片W如上所述由有源层晶片A和衬底晶片S形成。在图4B中，有源晶片A在上周缘E处经研磨形成图4C所示的凸缘L。为了完成图4D的晶片处理过程，采用选择性蚀刻、抛光和/或PAC (等离子体辅助化学蚀刻)工艺将未接合部分从有源层晶片A的外周缘去除。该方法与美国专利6，534，384 B2所述方法基本上类似，该美国专利被通过引用并入本文。可以看到，需要许多步骤来形成完成的晶片。在图5A的现有技术中，有源层晶片A包括在接合之前形成在下表面中的槽R。在图5B中，有源晶片A接合到衬底晶片S。该方法与美国专利申请2009/0203167 Al所述方法基本上类似，该美国专利申请被通过弓I用并入本文。在图5C中，在槽R相对侧，对晶片A执行研磨操作。在将晶片研磨到预定厚度之后，晶片A的外周部分的未接合部分可以被去除，如图5D的完成的晶片W所不。因此仍然需要一种能够解决当前方法缺陷即防止接合的结构的有源层的外周部分层离的晶片表面处理方法和晶片。
发明内容
在一个实施例中，提供一种制造绝缘体上硅结构的方法，该绝缘体上硅结构包括衬底晶片、有源晶片和位于衬底晶片和有源晶片之间的氧化物层。该方法包括以下步骤热处理上述结构，梯形研磨晶片边缘以及研磨晶片表面。在另一个实施例中，提供一种制造绝缘体上硅晶片的方法，该绝缘体上硅晶片包括衬底晶片、有源晶片和位于衬底晶片和有源晶片之间的氧化物层。该方法依次包括以下步骤将衬底晶片和有源晶片接合在一起以形成绝缘体上硅晶片，热处理该绝缘体上硅晶片，研磨该绝缘体上硅晶片的表面以及梯形研磨该绝缘体上硅晶片的边缘。在另一个实施例中，提供一种制造接合晶片的方法，包括以下步骤将氧化物层沉积到有源晶片的前表面上，将有源晶片接合到衬底晶片以形成接合晶片，热处理该接合晶片，研磨该接合晶片的表面以及梯`形研磨该接合晶片的边缘，从而抑制接合晶片的层离。可以进行多种改进，其中也包含上述实施例中提到的特征。在上述实施例中还可以结合其它特征。这些改进和其它特征可以单独或组合。例如，在下述具体实施方式
部分阐述的多个特征可以单独或一起结合到任一上述实施例中。
图1A-5D是用于说明现有技术中SOI晶片制造方法的侧视图。图6是根据一个实施例的SOI晶片制造方法的流程图。图7A-7E是图6的制造方法的方面的步骤进展侧视图。图8是根据另一个实施例的SOI晶片制造方法的流程图。图9A-9D是图8的制造方法的方面的步骤进展侧视图。图10和11示出用于执行梯形研磨步骤的一个实施例的研磨轮。图12是对准图10的研磨轮的槽的SOI晶片的侧视图。图13是在梯形研磨之后SOI晶片的放大图。这些附图都不是按比例绘制，有些部件进行了放大以便清楚示出。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的部件。
具体实施例方式现在参照图6和7A-7E，示出一种接合的晶片(可选地，绝缘体上硅结构或SOI晶片)的制造或处理方法100。图7A所示的有源晶片101和衬底晶片103是传统晶片。它们都具有镜面抛光的前表面101FU03F，并且相对而言没有缺陷。有源晶片101和衬底晶片103可以由适用于SOI结构的任何单晶半导体材料制成。通常，晶片可以由选自硅、锗、砷化镓、硅锗、氮化镓、氮化铝、磷、蓝宝石及其组合的材料构成。在一个实施例中，晶片101、103由硅制成。在有源晶片的前表面上沉积102氧化物层。通常在立式熔炉例如商业可得的AMS400中执行氧化。然后，将该晶片的前表面接合104到衬底晶片的前表面，形成图7B所示的接合晶片105。可以在传统亲水接合工艺中，利用例如奥地利的EV集团生产的型号EVG 850的工具来执行该接合。在电炉(例如来自宾夕法尼亚州的TPS的型号Blue Μ)中执行热处理106以便增强接合。在下一个步骤中，参照图7C来进一步说明梯形研磨108。如图7D所示，可以利用单面研磨机例如日本Disco公司生产的、型号为DFG-830的研磨机来执行表面研磨110。表面研磨110适宜地包括粗研磨步骤和细研磨步骤。可以利用20-30微米磨料尺寸的600目(mesh)来适宜地执行粗研磨，细研磨为3000目和2_6微米磨料尺寸。 再次参照图6，接下来，在接合晶片105上进行蚀刻112，可以利用碱蚀刻剂在传统蚀刻装置中执行该蚀刻操作，但是也可以利用酸蚀刻剂。然后执行抛光114，可以利用Strasbaug Mark9_K在前表面105F上执行单面抛光。可选地,抛光114可以为在前表面105F和后表面105B 二者上的双面抛光。接合的晶片105的完成116，包括检测晶片是否符合所有需求参数，例如平整度和颗粒计数，然后封装晶片以便货运至顾客。可以从图7E和13看到，完成的或接合的晶片105具有梯形上部。更具体而言，该上部包括有源层晶片101的剩余部分和衬底晶片的相对小的部分，该上部在外周缘部分成角度设置，以使得晶片具有梯形形状或横截面为梯形。注意，接合的晶片105的下部(在该实施例中它大致对应于衬底晶片103)在外周缘具有传统的倒角(bevel)或倒圆形状(广义来讲是弯曲形状)，因此不成梯形。在该实施例中，接合的晶片105的上部与有源晶片101基本重合。再次参照图7C，有源晶片101的外周缘接触到研磨轮，并且以相对于接合晶片105的前表面105F的角度研磨。该角度适宜地为3°至10°之间，在该实施例中该角度大约为7°。执行边缘研磨,直到整个外周缘被研磨,如图7D所示。研磨消除外周缘中的任何凹口。可以适当地执行研磨，以使得成角度或倾斜部分的长度在大约Imm至1. 5_之间，例如大约1. 25mm。注意研磨的角度和深度，使得衬底晶片103的顶部倒角119的小部分在梯形研磨过程中去除。在图7C中，研磨有源晶片101的表面直到其具有40-50微米的厚度，如图7D所示。注意有源晶片101的梯形形状，如图7D所示。以及，执行边缘研磨，以使得衬底晶片103的一部分被研磨。参照图8和9A-9D，其研磨步骤和图6和7A-7D相反。换言之，在梯形研磨之前，首先研磨有源晶片101的表面。步骤顺序如图8所示。该表面研磨步骤也包括粗研磨步骤和细研磨步骤。可以利用600目和20-30微米磨料尺寸来执行粗研磨，利用3000目和2_6微米磨料尺寸来执行细研磨。表面研磨成如图9B所示，然后在图9C中接着研磨有源晶片101的边缘,直到这些边缘具有如图9D所示的梯形形状。参照图10和11，为达成梯形研磨108的性能，设计一个实施例的研磨轮151 (广义来讲，梯形研磨工具)。该轮151适用于安装到执行梯形研磨的传统边缘整形机152上。在该实施例中，整形机采用适于200mm直径晶片的STC EP-5800RH0机器。该轮151安装到整形机152的主轴153上。该实施例的轮151为环形或环，具有适于将轮安装到整形机152的主轴153上的中心孔154。该轮151的直径D为202mm，中心孔直径HD为30mm，厚度为20mm。该实施例的轮151具有设置在该轮的外缘的上部槽155、中心槽157和下部槽159。槽155、157、159在该实施例中为通常的V形。注意，该轮151可选地仅有一个槽，或者落入本公开的范围内的实践上任意其它数量的槽。在该实施例中，上部槽155和中心槽157适于细研磨，而下部槽159适于粗研磨。每个槽适宜地包括金刚石磨料。对于细研磨而言，2000或3000目的金刚石磨料尺寸是合适尺寸。对于粗研磨而言，600或800目是合适的。该轮151适于由金属合金、招合金或不锈钢制成，但是也可以采用其它材料。该实施例的每个槽壁从槽的底部向槽的顶部倾斜，并具有平坦底部。在该实施例中，该倾斜大约为7°角。槽底部的宽度大约为1. 8mm,以适用于总厚度大约200_的接合晶片，从而在梯形研磨过程中，衬底晶片或晶片的后表面不会接触到槽。每个槽最宽部分的宽度(槽的顶部)大约为3. 5_。槽壁以约O. 2mm的半径弯曲到槽底部。槽深度GD约为6. Omm,以及槽根深(root depth) RD 为约 8. 0mm。该轮151安装到边缘整形机152上，例如位于STC EP-5800 RHO的主轴上。在安装轮之后，再细调主轴高度(垂直方向)和距离(水平方向)，以使得轮151的槽155和接合晶片105对准，如图 12所示。注意，衬底晶片边缘的最外围部分和底表面没有接触到研磨槽155。然后，如上所述执行梯形研磨。可以利用粗磨料槽或细磨料槽或者两个磨料槽(首先用粗磨料槽，再用细磨料槽)来执行该梯形研磨。可以单道次或多道次工艺执行研磨，具体根据例如边缘质量需求而定。上述示例方法应用于去除接合到衬底晶片的有源层晶片的未接合外周部分。这导致接合晶片具有更加牢固接合的外周部分。在合适的方法中，在将有源层晶片接合到支撑衬底以及接合对的接合后热处理之后，采用梯形研磨来去除有源层晶片的未接合外周部分。可以采用边缘研磨轮例如轮151来执行梯形研磨步骤。在优点中，根据本发明实施例的接合晶片不太会发生层离。此外，接合晶片可以抑制或防止颗粒污染，因晶片处理/装置线上层离的未接合部分而可能发生该颗粒污染。当介绍本发明或实施例的部件时，冠词“一个”、“一”和“所述”意指一个或多个部件。术语“包括”、“包含”和“具有”为非排他性限定，也就是说除了所列部件之外还可以包含其它部件。可以对上述结构进行多种变型而不会脱离本发明的范围，包含在上述说明和附图中的所有内容都应当理解为示例性而非限制性说明。
权利要求
1.一种用于制造绝缘体上硅结构的方法，其中所述绝缘体上硅结构包括衬底晶片、有源晶片和位于所述衬底晶片和所述有源晶片之间的氧化物层，所述方法包括以下步骤 热处理所述结构； 梯形研磨所述晶片的边缘；以及 研磨所述晶片的表面。
2.根据权利要求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缘。
3.根据权利要求1所述的方法，其中梯形研磨包括研磨所述衬底晶片的上周缘。
4.根据权利要求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细研磨道次的至少两个研磨道次。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述表面研磨步骤之后执行所述梯形研磨步骤。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括在完成两个研磨步骤之后蚀刻所述晶片。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括在蚀刻所述晶片之后抛光所述晶片。
8.根据权利要求7所述的方法，其中使用具有用于接收所述晶片边缘的槽的研磨轮来执行所述梯形研磨步骤。
9.一种用于制造绝缘体上硅晶片的方法，所述绝缘体上硅晶片包括衬底晶片、有源晶片和位于所述衬底晶片和所述有源晶片之间的氧化物层，该方法依次包括以下步骤 将所述衬底晶片和所述有源晶片接合在一起形成所述绝缘体上硅晶片； 热处理所述绝缘体上硅晶片； 研磨所述绝缘体上硅晶片的表面；以及 梯形研磨所述绝缘体上娃晶片的边缘。
10.根据权利要求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缘。
11.根据权利要求10所述的方法，其中梯形研磨包括研磨所述衬底晶片的上周缘。
12.根据权利要求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细研磨道次的至少两个研磨道次。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括在完成两个研磨步骤之后蚀刻所述晶片。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括在蚀刻所述晶片之后抛光所述晶片。
15.根据权利要求14所述的方法，其中使用具有用于接收所述晶片边缘的至少两个槽的研磨轮来执行所述梯形研磨步骤。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述衬底晶片和有源晶片都由硅制成。
17.—种制造接合晶片的方法，包括以下步骤 将氧化物层沉积在有源晶片的前表面上； 将所述有源晶片接合到衬底晶片以形成所述接合晶片； 热处理所述接合晶片； 研磨所述接合晶片的表面；以及 梯形研磨所述接合晶片边缘，从而抑制所述接合晶片的层离。
18.根据权利要求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缘和研磨所述衬底晶片的上周缘。
19.根据权利要求18所述的方法，其中在表面研磨步骤之后执行所述梯形研磨步骤，以及还包括在完成两个研磨步骤之后蚀刻所述晶片以及在蚀刻所述晶片之后抛光所述晶片。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述有源晶片和接合晶片均包括硅。
全文摘要
一种制造绝缘体上硅结构的方法，该绝缘体上硅结构包括衬底晶片、有源晶片和位于衬底晶片和有源晶片之间的氧化物层。该方法包括以下步骤热处理上述结构，梯形研磨晶片边缘以及研磨晶片表面。
文档编号H01L21/762GK103038875SQ201180037452
公开日2013年4月10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 申请人:Memc电子材料有限公司