一种单晶硅片及单晶硅片减薄方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种单晶硅片及单晶硅片的减薄方法及应用，属于半导体器件的制造技术领域。
【背景技术】
[0002]为了制造分立或集成硅半导体器件，首先要把单晶硅锭切成在上面通常要做出许多相同器件的圆片。圆片通常要抛光，以使得表面光滑和平行，来满足以后的圆片工艺。
然后，抛光的圆片进行不同的掺杂工艺，根据制作的器件图形生成具有不同掺杂水平的半导体区域。根据应用，通常就集成电路来说，器件做在圆片所谓的“正面”，并且所有相应的金属接触孔也在正面。对于功率或高压器件，器件做在硅片正面和背面上，并且在硅片的背面还包括一个或几个接触。
半导体器件制造的不同步骤(掩膜，隔离淀积或生长，注入/扩散，清洗，等等)要求对圆片分批或单片进行多项处理。然而，硅片非常脆(易碎)，并且这种处理会带来很高的碎片危险。此外，表面越大，对于一定厚度的圆片就更容易碎。
为了解决这个脆性问题，圆片要根据它们的直径确定最小厚度。硅片的目前直径在10um到200um的范围内，而且还有望更大的直径。例如，对于制造集成电路直径为200mm的圆片，厚度一般在800um的数量级。
大多时候，在划片以及将电路封在管壳中之前，必须将硅片进行背面减薄(修整)。这种修整有几个目的。
第一个目的是考虑到管壳的尺寸，这些管壳放置较小尺寸晶体管组成的电路(这样厚度更小)。
第二个目的是减少或去除背面的寄生注入/扩散，它们很可能产生工作缺陷。
这种在圆片工艺结束时修整的方法减少了全部圆片在加工第一步破碎的危险。然而，减薄的圆片对于以后的步骤(金属化，清洗，芯片切割，等等)以及所需的处理来说就变得极其脆弱。此外，这种机械脆性也体现在做好的集成电路芯片中。
目前在集成电路制造工艺结束时，减薄圆片采用的方法包括采用金钢研磨轮对圆片背面进行修整，从而减小它们的最终厚度。
为制造功率器件，硅圆片从其两个表面进行掺杂。这样圆片的最终厚度必须在器件制作各步之前确定。这样，硅片将以初始化的修整被减到最终衬底厚度(根据圆片直径通常在200um到400um之间)。在这项技术中，一般采用能够得到比研磨或化学腐蚀方法(等其它修整方法)更好的表面光滑度的机械-化学抛光法。
可期望能够进一步减少圆片厚度，尤其是这会有利于圆片厚度中注入/扩散的工作。然而，目前厚度的这种减少不是导致脆性的原因。事实上，目前圆片厚度的限制是由最小可接受的不会由于处理而带来许多损失的抗机械力指标决定。就目前200um到400um间的厚度来说，对于用来做集成电路来说，硅片已是极为易脆。
[0003]专利申请DD-A-217 246阐述了厚度小于50um用于X射线分析的硅片。该文件不同于任何抛光制造，并指出所用的制造方法导致±10um的厚度变化。这种圆片具有标称50um厚度的方法，使得有些地方厚度为40um，而其它地方厚度为60um。所以，圆片不足以满足形成半导体器件衬底。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明的一个目的是提供一个比现有单晶硅片脆性小，具体说就是不易碎的新硅片。
本发明的另一个目的是提供一个具有厚度基本均匀的硅片。
本发明的又一个目的是提供一个改善单晶硅片上制造集成电路时抗机械力的硅片。
本发明的再一个目的是提供一种将单晶硅片厚度减薄到小于大约80um的减薄方法。 为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括:
一种单晶硅片，所述硅片具有小于SOum的均匀厚度，优选的，本发明硅晶片厚度在25到60um间，并且柔韧而且富有弯曲弹性。当现有技术中因为薄厚度单晶硅片的脆性而要求厚度增加时，本发明却相反地使得单晶硅片厚度减少。事实上，使用者已经发现，厚度降到80um水平以下时，硅片不再易碎。它变得柔韧。
参照其它的材料，可以认为，对于硅来说，其脆性与厚度相关。事实上，目前做成极薄厚度(从几百埃到几个微米)的二氧化硅(S12)仍很容易碎。为了使二氧化硅不易碎，有必要在其中加入添加剂，生成在一定厚度下并且根据采用的添加剂而变得不易脆的玻璃。然而，这种添加剂不易与半导体领域中硅的使用相兼容。
[0005]作为本发明的一个实施方法，硅片形成一个制作半导体功能器件的衬底。
作为本发明的一个实施方法，硅片正面包括确定集成电路的元件。
[0006]一种单晶硅片减薄方法，它包括至少对硅片第一面进行机械-化学抛光修整，以及只靠单晶硅片第二面和固定设备的平面支承座间产生的分子真空将单晶硅片悬挂到相对于抛光毡以摆线旋转运动方式驱动的固定设备上。
[0007]所述单晶娃片厚度在80um以下。
[0008]进一步的，包括在进行机械-化学抛光之前至少对单晶硅片的第一表面进行化学腐蚀。
[0009]一个半导体功能器件，包括上述方法制备的厚度小于SOum的所述单晶硅片衬底。
[0010]一个集成电路芯片，包括上述半导体功能器件，厚度小于80um。
与现有技术相比，本发明的显著效果包括:
(1)本发明所得单晶硅片厚度基本均匀；
(2)所述单晶硅片在承受机械应力时，厚度小于SOum的单晶硅片会弯曲，而不是破裂，当机械应力消失时，单晶硅片就会重新恢复它的起始平面形状，并且不会留有缺陷痕迹；
(3)单晶硅片的柔韧性并没有改变单晶硅作为半导体材料的功能。
【具体实施方式】
[0011]鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研宄和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0012]下面将描述的减薄方法是尤其适用于得到非常薄硅片的方法。 这个方法采用传统设备，如已知商标为“MECAPOL 660E”的设备，来完成机械-化学抛光步骤。
这个设备一般由尺寸相对大的平板组成，并且在上面粘有抛光毡。抛光硅片放在可以悬挂在平板上面的单晶硅片舟中，以便抛光硅片表面能与抛光毡接触。单晶硅片粘在固定于单晶硅片舟中的固定圆盘上被挂到支承座上面。这个圆盘一般靠单晶硅片舟中的吸附固定。
在抛光过程中，平板旋转。通过旋转臂悬挂于一个驱动机械上的单晶硅片舟，以外摆线和交替十字运动方式旋转，并且降低，以便单晶硅片与毡接触。
支承座主要在于选择的材料，以使得避免了横向运动的单晶硅片，靠相对于抛光面表面的表面张力保持与支承座间的固定。事实上，表面光滑，尤其是当表面抛光时，会使得单晶硅片表面对表面地垂直粘附在支承座上。然而，已经知道，虽然合适的抛光面可与另一平面粘附，但两个表面相互间会滑动。
这样，传统的机械-化学抛光设备一般包括固定在支承座或圆盘上的外围框架，这个框架有足够的高度超出支承座，从侧向固定单晶硅片。
为了能够使得硅片一直减薄到80um以下，根据本发明采用的设备没有横向单晶硅片固定框。横向固定框的省略，对于与抛光面相对的单晶硅片表面来说，避免了厚度容限，从而可以进行机械-化学抛光，以得到很薄的厚度。
选择的支承座固定盘要坚固，并且在支承的一面要尽可能的平。例如，可采用不锈钢圆盘，或者为了重量轻，可采用铝圆盘，两种材料都适合得到平整表面。
根据本发明，选取的支承座要有下列特性。
第一，这个支承座要有足够的韧性来容许坚固的圆盘以及与抛光面相对的另一单晶硅片表面的表面光滑误差。如果，单晶硅片两面都要进行抛光，那么，第一面进行抛光过程中掩盖的另一面不会表现出很好的表面光滑性。
此外，在对已完成集成电路制造的硅片用抛光方法进行减薄的例子中，无需修整的单晶硅片正面由于电路制造的步骤而会变得很不平整。
此外，至少在抛光开始，单晶硅片会有一定的厚度，在这种厚度下硅片很容易碎。结果，支承座和单晶硅片间轻微的灰尘斑点或轻微的缺陷会在抛光过程中产生单晶硅片破裂的危险。这样支承座不得不通过其柔性为单晶硅片形成一个垫子。
此外，选取的支承座要非常平整，以满足两单晶硅片平面间的平行度。因为支承座柔性不会负面影响两单晶硅片表面的平行度，所以支承座最好要薄(例如，小于5mm的厚度)。
支承座的选取最好具有6到22%的可压缩性以及小于2_的厚度。
根据本发明的实施方法，支承座的表面由与可硬化单元相关的多