一种超薄半导体晶片及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种半导体晶片及其制备方法，更具体地，涉及一种超薄半导体晶片 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 半导体晶片由于其在电子、通讯及能源等多种领域中的应用，越来越广泛地受到 关注。例如，磷化铟单晶晶片常用于制造高频、高速、大功率微波器件和电路以及卫星和外 层空间用的太阳能电池等。在制造晶片过程中，晶体材料被切割成一定厚度的晶片，经倒 角，还需研磨和抛光，为此，将晶片置于一个晶片支承垫（carrier)(也称游星轮）中呈穿透 的洞形状的内腔内，在研磨或抛光设备中进行处理（其中支承垫放在研磨、抛光设备下盘 的抛光垫上，晶片放在支承垫的内腔中，晶片下表面与抛光垫接触，研磨、抛光设备上盘的 抛光垫压住晶片上表面，在抛光设备的带动下晶片做公转和自转，实现研磨和抛光）。这样， 制备出适用于外延生长的晶体衬底。由于晶片材料本身强度所限，所以在晶片加工过程中 容易破损，因此，业界一般采用厚度为300-500微米（随晶片直径不同而异，直径越大，厚度 也越高）的衬底。待晶片外延及后续加工工艺完成之后，再减薄。这不仅增加了加工成本， 还浪费了大量材料。
[0003] 因此，希望有能以工业规模生产超薄半导体晶片的方法。
【发明内容】
[0004] 为解决上述问题，本发明提供了一种制备超薄半导体晶片的方法，以制备一种厚 度为150-400微米的超薄半导体晶片。该方法包括以下步骤：
[0005] (1)由一种晶棒切割出厚度为250-500微米的晶片；
[0006] (2)将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；
[0007] (3)在研磨机上研磨固定在支撑物上的晶片，和
[0008] (4)对固定在支撑物上的晶片进行粗抛光，然后进行精抛光；
[0009] 其中，所得到的晶片产品厚度为150-400微米，表面微粗糙度Ra(用原子力显微镜 (AFM)测试，下同，详见实施例部分）为0.20-0. 50纳米，但是不包括下列晶片：
[0010]a.直径小于或等于5. 12厘米、厚度为350-400微米的晶片；
[0011] b.直径为5. 12-7. 68厘米、厚度为375-400微米的晶片；以及
[0012] c.直径高于7. 68-10. 24厘米（即从高于7. 68厘米到10. 24厘米的范围，以下类 似）、厚度高于或等于385-400微米的晶片。
[0013] 任选地，本发明的方法还包括对精抛后的晶片进行表面清洗处理。
[0014] 优选的是，所得到的晶片产品平整度以TTV(Total Thickness Variation)计（下 同，详见实施例）为3-7微米，优选3-5微米。
[0015] 此外，本发明还提供了一种超薄半导体晶片，其厚度为150-400微米，表面微粗糙 度Ra为0. 2〇-〇. 50纳米；但是不包括下列晶片：
[0016]a.直径小于或等于5. 12厘米、厚度为350-400微米的晶片；
[0017] b.直径为5. 12-7. 68厘米、厚度为375-400微米的晶片；以及
[0018]c.直径高于7. 68-10. 24厘米、厚度高于或等于385-400微米的晶片。
[0019] 优选的是，本发明的晶片平整度3-7微米，优选3-5微米。
[0020] 本发明制备超薄半导体晶片的方法减少或避免了加工过程中晶片破损的风险，提 高了晶片的成品率。此外，由本发明方法制得的超薄半导体晶片还具有良好的晶片平整度， 适于进行外延生长。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明方法的晶片倒角的示意图，其中图la倒角为圆弧状，图lb倒角为坡 形；
[0022] 图2为用于实施本发明研磨、抛光方法的设备的一个实例。
【具体实施方式】
[0023] 在本发明中，如无其他说明，则所有操作均在室温、常压实施。
[0024] 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。
[0025] 本发明制备超薄半导体晶片的方法包括以下步骤：
[0026] (1)由一种晶棒切割出厚度为250-500微米的晶片；
[0027] (2)将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；
[0028] (3)在研磨机上研磨固定在支撑物上的晶片，和
[0029] (4)对固定在支撑物上的晶片进行粗抛光，然后进行精抛光；
[0030] 其中，所得到的晶片产品厚度为150-400微米，表面微粗糙度Ra为0. 20-0. 50纳 米，优选0. 20-0. 40纳米，更优选0. 20-0. 35纳米，但是不包括下列晶片：
[0031]a.直径小于或等于5. 12厘米、厚度为350-400微米的晶片；
[0032]b.直径为5. 12-7. 68厘米、厚度为375-400微米的晶片；以及
[0033]c.直径高于7. 68-10. 24厘米、厚度高于或等于385-400微米的晶片。
[0034] 优选的是，所得到的晶片平整度为3-7微米，优选3-5微米。
[0035] 任选地，本发明的方法还包括对精抛后的晶片进行表面清洗处理。
[0036] 在本发明方法的步骤（1)中，由一种晶棒切割出晶片。根据晶片的实际用途，其厚 度通常为250-500微米，优选250-450微米，更优选为250-400微米，最优选为250-350微 米。所述晶棒可商购得到，或由本领域已知的方法制备。
[0037] 在本发明的一个优选实施方案中，所述晶棒为硅晶棒、IIIA-VA族半导体晶棒（即 由IIIA族和VA族元素形成的半导体晶棒，例如砷化镓晶棒、磷化铟晶棒或磷化镓晶棒）、碳 化硅晶棒以及蓝宝石（主要成分为氧化铝）晶棒等。
[0038] 在本发明的一个优选实施方案中，所述晶棒为单晶晶棒。
[0039] 在本发明的一个优选实施方案中，所述晶棒为横向截面为圆形的晶棒（简称圆形 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2-15厘米，优选 为5-12厘米。
[0040] 当然，晶棒也可以是横向截面为其他形状的晶棒，例如由圆形晶棒经过处理而得 的横向截面为方形（正方形或长方形）的晶棒，此时，步骤（1)所切割出的晶片为非圆形的 晶片。
[0041] 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。
[0042] 优选地，在步骤a)切割之后，还进行步骤（r):对步骤a)切出的晶片进行边缘 倒角处理（如图la和图lb所示），使晶片边缘获得合适的圆弧（图la)或坡度（图lb，其 中a优选为45±10° )。图la和lb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。
[0043] 步骤（2)为将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。更具体而言，将来自第（1)步，或者来自第（r)步的晶片用一种粘结剂固定在支撑物 上。所述支撑物为刚性的平板，表面大小足于容纳晶片，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150-450 微米，优选为165-420微米，更优选为180-400微米；支撑物表面平坦，平整度为3-8微 米；优选表面光滑，表面微粗糙度Ra优选不高于0. 5微米，更优选不高于0. 3微米，例如为 0. 2-0. 5微米，优选0. 3-0. 4微米。考虑到晶片抛光时的实际条件，通常的刚性材料均足于 保证抛光所需，即支撑物在抛光过程中不发生变形和破碎。通常，支撑物例如由塑料、石英、 玻璃、陶瓷或在抛光条件下为惰性的金属（例如铝）制成。支撑物优选由塑料、玻璃、石英 或陶瓷制成。通过采用支撑物，可以避免晶片在加工过程中因受力不均而破损，保证晶片的 高成品率。固定晶片所使用的粘结剂可为可用于粘接目的并能使晶片与支撑物之间在抛光 过程中不发生相对位移的任何粘结剂，其熔点（或软化点）高于晶片加工温度；另一方面， 考虑到晶片加工之后粘结剂的移除，优选粘结剂的熔点（或软化点）不应过高。通常，所述 粘结剂的熔点（或软化点）可为40-150°C，优选为50-120°C，更优选为60-100°C。所述粘 结剂可选自下列之一：天然及合成聚合物，例如纤维素类物质（例如羧甲基纤维素）、阿拉 伯树胶、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、天然磷脂（如脑磷脂和卵磷脂）、合成磷脂、矿物油、植物 油、蜡和松香等，优选蜡，例如蜂蜡。粘结剂的去除可使用本领域已知的去除粘结剂的任何 常规方法，包括物理方法和化学方法等，例如可使用加热、或使用水或有机溶剂如IPA(异 丙醇）、酒精或化蜡剂等去除粘结剂，以不对晶片产生不利影响为限。优选地，粘结剂为水溶 性粘结剂。
[0044] 在一个优选的实施方案中，将晶片的一面涂覆液体蜡并将该晶片贴在平整的陶瓷 支撑物，轻轻施加压力以确保晶片和陶瓷盘之间没有间隙。
[0045] 在本发明方法的第（3