專利名稱：一種用硅單晶薄片制造晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用薄的單晶硅片制造晶體管的方法，主要是輕摻(硅片的頂層)/重 摻(硅片的底層)結(jié)構(gòu)硅基片的制造方法。
背景技術(shù)：
生產(chǎn)N-/N+、 P/N+ 、 N/P+、 P/P+結(jié)構(gòu)的硅片，通常有兩種方法一是在重?fù)焦?片表面外延一層輕摻硅的方法；方法二是用輕摻硅片在擴(kuò)散爐中進(jìn)行熱擴(kuò)散在表面形成重 摻，然后將硅片的一面進(jìn)行研磨拋光來實(shí)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)。方法一即外延方法制成的上述結(jié)構(gòu) 的硅片質(zhì)量好，但加工成本較高，其使用的外延爐的設(shè)備成本也很高，而且隨著外延厚度 的增加，成本會(huì)更高。為了降低成本以加工一些對硅片品質(zhì)要求不高的硅片，所以有了方 法二。圖l是方法二以加工N-ZN+為例的示意圖，先把N-硅片放入擴(kuò)散爐進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)磷， 在硅片的兩面形成N+層，然后將一面的N+層全部及一部分N-層研磨掉，然后進(jìn)行拋光 形成N-ZN+層結(jié)構(gòu)，在這個(gè)過程中，有差不多一半的硅料要被研磨損失掉。而且三重?cái)U(kuò)散 方法需要在1275度左右、200小時(shí)左右進(jìn)行處理，長時(shí)間的高溫?zé)崽幚頃?huì)在硅片體內(nèi)引 入再生熱缺陷。這些熱缺陷會(huì)導(dǎo)致器件工藝中摻雜劑在缺陷處的擴(kuò)散速度與其他區(qū)域的擴(kuò) 散速度不同，會(huì)導(dǎo)致器件參數(shù)的一致性差，加工器件的漏電流大，擊穿電壓低等，從而使 器件性能差。
發(fā)明專利CN1064766A提供了一種可以減少硅料損耗的，同時(shí)還能減少硅片高溫處理 時(shí)間的方法(如圖2所示)是先將硅片進(jìn)行預(yù)擴(kuò)磷，然后進(jìn)行單面研磨拋光，背面淀積一 層膜，將2片硅片的背面用玻璃粉進(jìn)行粘結(jié)，然后進(jìn)行器件工藝。但這種方法存在以下幾 點(diǎn)缺陷1、由于用玻璃粉粘結(jié)，在粘結(jié)界面必然會(huì)有很多氣泡，氣泡的存在會(huì)導(dǎo)致兩片 硅片間大量的應(yīng)力存在，在后續(xù)的器件工藝中，應(yīng)力在高溫下會(huì)誘生晶體缺陷，從而大大 降低器件性能。2由于在硅片正面已經(jīng)做成拋光片的情況下再進(jìn)行玻璃粘結(jié)，要保證硅片 正面不被損傷，操作難度大；而且很容易弄傷拋光片表面
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種成本低廉的用薄單晶硅片制造晶體管的方法， 采用該方法制作晶體管具有工藝成本低，加工過程中硅片內(nèi)部缺陷少，從而保證晶體管性 能的特點(diǎn)。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用硅單晶薄片制造晶體管的方法，依次包 括如下步驟
1) 、選用2片輕摻雜的拋光硅片，每片拋光硅片的正面為拋光面；
2) 、上述每片硅片均進(jìn)行N+或P+預(yù)擴(kuò)，然后在預(yù)擴(kuò)后的拋光硅片的正面設(shè)置氧化層;
3) 、使上述2片帶有氧化層的拋光硅片正面兩兩正對后進(jìn)行室溫鍵合，得鍵合硅片組; 將上述鍵合硅片組放到高溫爐中進(jìn)行高溫處理，得高溫處理后硅片組；
4) 、對高溫處理后硅片組的兩表面進(jìn)行機(jī)械研磨和拋光；
5) 、采用常規(guī)的半導(dǎo)體平面工藝在步驟4)所得硅片組的兩表面分別制造晶體管芯片， 然后在上述分別帶有晶體管芯片的硅片組兩表面分別設(shè)置抗腐蝕用的光刻膠；
6) 、將步驟5)所得的硅片組置于HF溶液中使硅片分離；
7) 、將硅片的不設(shè)晶體管芯片的表面金屬化，然后去除光刻膠、劃片和封裝；得晶體管。
在本發(fā)明中，電阻率在l歐姆.厘米以上的為輕摻雜，電阻率在l歐姆.厘米以下的為重?fù)诫s。
作為本發(fā)明的用硅單晶薄片制造晶體管的方法的改進(jìn)步驟2)中位于拋光硅片正面 的氧化層的厚度為0.5um 3um、表面粗糙度《0.8nm、且大于0.5um的顆粒為0 (即不存在 0.5um以上的顆粒)。設(shè)置氧化層的方法為熱氧化法。
由于設(shè)置氧化層后，作為拋光硅片正面的拋光面表面的粗糙度會(huì)惡化，當(dāng)粗糙度大于 0.8nm時(shí)，需要對拋光硅片正面的氧化層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，使其表面粗糙度《0.8nm; 要嚴(yán)格控制化學(xué)機(jī)械拋光的拋去量，即在滿足上述表面粗糙度的前提下，化學(xué)機(jī)械拋光的 拋去量越小越好；務(wù)必不能拋光掉整個(gè)位于拋光硅片正面的氧化層，否則會(huì)導(dǎo)致后續(xù)步驟 6)的硅片不能分離。
作為本發(fā)明的用硅單晶薄片制造晶體管的方法的進(jìn)一步改進(jìn)步驟3)高溫處理溫度 為900 1290°C ，時(shí)間為1 O分鐘 1 OO小時(shí)。
作為本發(fā)明的用硅單晶薄片制造晶體管的方法的進(jìn)一步改進(jìn)步驟4)對高溫處理后
硅片組的兩表面進(jìn)行機(jī)械研磨和拋光，每個(gè)表面的去除量為30 100um，且每個(gè)表面粗糙度《1. 2nm。
作為本發(fā)明的用硅單晶薄片制造晶體管的方法的進(jìn)一步改進(jìn)步驟6)中HF溶液的重 量百分比濃度為10% 50% 。
本發(fā)明的用硅單晶薄片制造晶體管的方法，是一種先將拋光硅片進(jìn)行磷預(yù)擴(kuò)，然后再 將兩片硅片拋光面(正面)相對進(jìn)行鍵合加固，再將鍵合硅片組的兩面進(jìn)行研磨和拋光處 理，然后進(jìn)行平面器件工藝，之后將硅片進(jìn)行分離后進(jìn)行背面(即不設(shè)晶體管芯片的那個(gè) 表面)金屬化和劃片封裝的制造晶體管的方法。
在本發(fā)明中
1、 步驟l):拋光硅片的原始厚度為150 350um，直徑為2 12英寸(inch);以拋 光硅片的正面作為鍵合面，拋光硅片的反面可以是研磨面、腐蝕面或者拋光面。
2、 在步驟2)中，由于氧化層厚度與后續(xù)步驟的硅片分離有關(guān)，氧化層厚度越厚越 有利于后面的硅片分離；但同時(shí)氧化層厚度越厚，氧化的成本也會(huì)相應(yīng)增加。因此，鍵合 層處氧化層的厚度優(yōu)選lum 6um (即2個(gè)氧化層厚度之和)。
3、 步驟3)的鍵合方法為常規(guī)的硅片室溫直接鍵合方法，鍵合區(qū)域空氣潔凈等級為 《IO級。
將硅片組的兩表面進(jìn)行拋光，可采用雙拋機(jī)進(jìn)行雙面拋光的形式，或者采用單拋機(jī) 對兩面單獨(dú)進(jìn)行拋光，從而分兩次完成拋光這個(gè)步驟。
本發(fā)明的硅單晶薄片制造晶體管的方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1) 節(jié)省硅料；
2) 工藝成本相對低，減少了長時(shí)間高溫處理時(shí)間；
3) 大大降低了由于界面應(yīng)力導(dǎo)致的缺陷，能提高器件性能。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 圖l是現(xiàn)有的帶重?fù)诫s擴(kuò)散層的硅拋光片的制備流程圖； 圖2是發(fā)明專利CN1064766A的制備流程圖； 圖3是本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l、圖3給出了一種硅片鍵合分離方法，依次進(jìn)行如下步驟
1)、選用2片單晶拋光硅片，該單晶硅片的晶向?yàn)?lt;111>，摻雜型號為N型，摻雜劑為
5磷，電阻率為33歐姆.厘米 35歐姆.厘米，該單晶拋光硅片的正面為表面粗糙度0.5nm的拋 光面，該單晶硅片的厚度為230um、直徑為100mm。
2) 、每片硅片均進(jìn)行如下操作
將硅片置于高溫?cái)U(kuò)散爐，采用常規(guī)的磷預(yù)擴(kuò)工藝，溫度114(TC通磷源(POCL3)，于 硅片表面作雜質(zhì)(N+)進(jìn)行預(yù)沉積擴(kuò)散，時(shí)間為4小時(shí)。
然后采用常規(guī)的熱氧化法，工藝條件為溫度為1140度，氧氣流量6.6升/分鐘，Hf流 量9升/分鐘，時(shí)間為3小時(shí)；從而使位于單晶硅片正面的氧化層厚度為1.0um。
因?yàn)椴捎脽嵫趸?，故所得的N型(111)單晶硅片的表面(即正反2面)均會(huì)出現(xiàn)氧 化層。位于單晶硅片的正面的氧化層的厚度為1.0um，表面粗糙度為0.6nm，表面存在著 》0.5um的顆粒。
使上述2片單晶硅片依次在清洗機(jī)上用SC1和SC2藥液進(jìn)行清洗，并用顆粒測試儀對 位于單晶硅片正面的氧化層進(jìn)行表面顆粒測試，如果有〉0.5um的顆粒存在，則判定為不 合要求，重復(fù)的依次用SC1和SC2藥液進(jìn)行清洗(或者輕微拋光后，再重復(fù)的依次用SC1 和SC2藥液進(jìn)行清洗)，直至表面不存在〉0.5um的顆粒。
SC1藥液的配方如下NH4OH:H202:H20=l:l:6 (體積比)，
SC2藥液的配方如下H2O2:HCL:H2O=l:l:10 (體積比)。
3) 、將上述符合要求的帶有氧化層的拋光硅片正面兩兩正對后在鍵合機(jī)上進(jìn)行室溫 鍵合，鍵合方法采用常規(guī)的硅片室溫直接鍵合法，鍵合區(qū)域空氣潔凈等級為10級，得鍵合 硅片組。
然后將上述鍵合硅片組放到高溫退火爐中進(jìn)行高溫處理，高溫退火爐中通氮?dú)?，?理溫度為100(TC，時(shí)間為2小時(shí)；得高溫處理后硅片組；
經(jīng)紅外攝像儀對此步驟3)所得的高溫處理后硅片組的界面進(jìn)行氣泡檢測，無氣泡。
4) 、將高溫處理后硅片組在雙面研磨機(jī)上進(jìn)行均勻地雙面研磨，然后在雙拋機(jī)上進(jìn) 行均勻地雙面拋光，使硅片組總厚度為340um (即單片厚度為170um);其中雙面研磨去除 量80um，雙面拋光去除量40um，保證每個(gè)表面的粗糙度均《1. 2nm。
5) 、采用常規(guī)的半導(dǎo)體平面工藝，在步驟4)所得的硅片組的兩表面分別制造晶體管 芯片；然后在上述分別帶有晶體管芯片的硅片組兩表面分別設(shè)置抗腐蝕用的光刻膠(例如 選用FSH—2型高抗蝕反面膠)，光刻膠層的厚度為10um，設(shè)置此光刻膠的目的是為了 保護(hù)晶體管芯片。6) 、將步驟5)所得的硅片組置于質(zhì)量濃度40。/。的HF溶液中，從而使兩片硅片相分離;
7) 、按照常規(guī)工藝，將硅片不設(shè)晶體管芯片的那面金屬化，然后除去表面光刻膠， 再進(jìn)行劃片和封裝；得晶體管。
鍵合最大的問題是如何避免界面的氣泡，按照本行業(yè)的常規(guī)知識，氣泡會(huì)導(dǎo)致后續(xù) 的熱加工過程中硅片內(nèi)部產(chǎn)生大量滑移線，從而導(dǎo)致加工出的器件性能降低。而在本實(shí)施 例中，由于保證了步驟3)所得的高溫處理后硅片組的界面無氣泡；因此能確保器件性能。
對比實(shí)驗(yàn)l、
以完全同實(shí)施例l的單晶拋光硅片作為原料，按照CN1064766A告知的制備方法，粘 合后的硅片組用紅外攝像儀進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)界面存在大量氣泡；因此無法保證最后所得的 器件性能。
實(shí)施例2、 一種硅片鍵合分離方法，依次進(jìn)行如下步驟-
1) 、選用2片單晶拋光硅片，該單晶硅片的晶向?yàn)?lt;111>，摻雜型號為N型，摻雜劑為 磷，電阻率為33歐姆.厘米 35歐姆.厘米，該單晶硅片的正面為表面粗糙度0.5nm的拋光面， 該單晶硅片的厚度為170um、直徑為125mm。
2) 、同實(shí)施例l。
3) 、將上述符合要求的帶有氧化層的拋光硅片的正面兩兩正對后在鍵合機(jī)上進(jìn)行室 溫鍵合，鍵合方法采用常規(guī)的硅片室溫直接鍵合法，鍵合區(qū)域空氣潔凈等級為10級，得鍵 合硅片組。
然后將上述鍵合硅片組放到高溫退火爐中進(jìn)行處理，退火爐中通氮?dú)?，處理溫度?128(TC，時(shí)間為20分鐘；得高溫處理后硅片組；
經(jīng)紅外攝像儀對此步驟3)所得的高溫處理后硅片組的界面進(jìn)行氣泡檢測，無氣泡。
4) 、將高溫處理后硅片組在單面研磨機(jī)上用砂輪進(jìn)行研磨，每面各1次，每面去除量 均為35um;然后在雙拋機(jī)上進(jìn)行雙面拋光，雙面拋光去除40um;使硅片組的總厚度為 230um (即單片厚度為115um)，保證每個(gè)表面的粗糙度均《1. 2nm。
5) 、采用常規(guī)的半導(dǎo)體平面工藝在步驟4)所得的硅片組兩表面上制造晶體管芯片； 然后在上述分別帶有晶體管芯片的硅片組兩表面(即正反2個(gè)外表面)設(shè)置抗腐蝕用的光 刻膠；光刻膠層的厚度為lOum。溶液中，從而使硅片分離；
7) 、按照常規(guī)工藝，將硅片不設(shè)晶體管芯片的那面金屬化，然后除去表面光刻膠， 再進(jìn)行劃片和封裝；得晶體管。
鍵合最大的問題是如何避免界面的氣泡，按照本行業(yè)的常規(guī)知識，氣泡會(huì)導(dǎo)致后續(xù) 的熱加工過程中硅片內(nèi)部產(chǎn)生大量滑移線，從而導(dǎo)致加工出的器件性能降低。而在本實(shí)施 例中，由于保證了步驟3)所得的加固后硅片組的界面無氣泡；因此能確保器件性能。
對比實(shí)驗(yàn)2、
以完全同實(shí)施例2的單晶拋光硅片作為原料，按照CN1064766A告知的制備方法，粘 合后的硅片組用超聲波進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)界面存在大量氣泡；因此無法保證最后所得的器件 性能。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明 不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直 接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
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權(quán)利要求
1、一種用硅單晶薄片制造晶體管的方法，其特性在于依次包括如下步驟1)、選用2片輕摻雜的拋光硅片，所述每片拋光硅片的正面為拋光面；2)、上述每片硅片均進(jìn)行N+或P+預(yù)擴(kuò)，然后在預(yù)擴(kuò)后的拋光硅片的正面設(shè)置氧化層；3)、使上述2片帶有氧化層的拋光硅片正面兩兩正對后進(jìn)行室溫鍵合，得鍵合硅片組；將上述鍵合硅片組放到高溫爐中進(jìn)行高溫處理，得高溫處理后硅片組；4)、對高溫處理后硅片組的兩表面進(jìn)行機(jī)械研磨和拋光；5)、采用常規(guī)的半導(dǎo)體平面工藝在步驟4)所得硅片組的兩表面分別制造晶體管芯片，然后在上述分別帶有晶體管芯片的硅片組兩表面分別設(shè)置抗腐蝕用的光刻膠；6)、將步驟5)所得的硅片組置于HF溶液中使硅片分離；7)、將硅片的不設(shè)晶體管芯片的表面金屬化，然后去除光刻膠、劃片和封裝；得晶體管。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用硅單晶薄片制造晶體管的方法，其特征是所述步驟2)中位 于拋光硅片正面的氧化層的厚度為0.5um 3um、表面粗糙度《0.8nm且大于0.5um的顆粒為0。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用硅單晶薄片制造晶體管的方法，其特征是所述歩驟2)設(shè)置 氧化層的方法為熱氧化法。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用硅單晶薄片制造晶體管的方法，其特征是所述步驟3)高溫 處理溫度為900 1290°C ，時(shí)間為1 O分鐘 1 OO小時(shí)。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的用硅單晶薄片制造晶體管的方法，其特征是所述步驟4)對 高溫處理后硅片組的兩表面進(jìn)行機(jī)械研磨和拋光，每個(gè)表面的去除量為30 100um，且每個(gè)表 面粗糙度《1. 2nm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用硅單晶薄片制造晶體管的方法，其特征是所述步驟6)中 HF溶液的質(zhì)量濃度為10 %到50%。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用硅單晶薄片制造晶體管的方法，其特征是所述步驟l)中拋 光硅片的原始厚度為150 350um。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用硅單晶薄片制造晶體管的方法，包括如下步驟1)選用2片輕摻雜的拋光硅片，每片拋光硅片的正面為拋光面；2)每片硅片均進(jìn)行N+或P+預(yù)擴(kuò)，然后在預(yù)擴(kuò)后的拋光硅片的正面設(shè)置氧化層；3)使上述2片帶有氧化層的拋光硅片正面兩兩正對后進(jìn)行室溫鍵合，將所得鍵合硅片組放到高溫爐中進(jìn)行高溫處理；4)對所得硅片組的兩表面進(jìn)行機(jī)械研磨和拋光；5)在硅片組的兩表面分別制造晶體管芯片；6)將步驟5)所得的硅片組置于HF溶液中使硅片分離；7)將硅片的不設(shè)晶體管芯片的表面金屬化，然后去除光刻膠、劃片和封裝；得晶體管。采用本發(fā)明方法能保證晶體管性能。
文檔編號H01L21/02GK101661884SQ20091015241
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月8日
發(fā)明者肖型奎 申請人:杭州海納半導(dǎo)體有限公司