專利名稱：晶棒表面納米化工藝、晶圓制造方法及其晶圓的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種表面納米化工藝，尤其涉及一種晶棒表面納米化工藝及其晶圓制造方法與所制作的芯片。
背景技術(shù)：
日常生活中所使用的信息產(chǎn)品、信息家電等，例如手機(jī)、計算機(jī)的主機(jī)板、微處理器、內(nèi)存、數(shù)字相機(jī)、PDA等電子產(chǎn)品，均具有由IC半導(dǎo)體所組成的運算單元，而所謂的IC就是利用晶圓經(jīng)過各種半導(dǎo)體工藝所制作的具有特定電性功能的電路組件。半導(dǎo)體加工工藝可包含最初的長晶、進(jìn)而至切片、研磨、拋光、清洗等相關(guān)步驟，其中在晶棒切割形成晶圓的過程，就直接決定出所生產(chǎn)的晶圓的數(shù)量，其又直接影響到半導(dǎo)體后段工藝所產(chǎn)出的芯片數(shù)量，故提升晶棒切割的質(zhì)量可連帶增加半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。一般硅晶圓工藝中需先針對晶棒進(jìn)行機(jī)械加工，例如外圓輪磨后再進(jìn)行切片。然而，前述的機(jī)械加工對于脆性 較高的晶棒，可能導(dǎo)致較高的不良率，其主要原因在于高脆性的晶棒，切片時刀具造成的應(yīng)力容易造成晶棒表面的脆裂，并在晶圓邊緣產(chǎn)生微小的裂痕，而使得后續(xù)的晶圓工藝中易發(fā)生破片現(xiàn)象，嚴(yán)重影響晶圓工藝的良率。再者，切片所得的晶圓在各種加工工藝中可能會受到外力的作用，當(dāng)外力超出晶圓的最大負(fù)載或是應(yīng)力過度集中時就會造成晶圓裂痕、晶圓破片的問題，導(dǎo)致生產(chǎn)工藝的良率下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一，在于提供一種晶棒表面納米化工藝及其晶圓制造方法，以在晶棒進(jìn)行切片之前針對晶棒表面進(jìn)行改質(zhì)，以在晶棒表面制作出具有納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層，所述的具有納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層可強(qiáng)化晶棒表面強(qiáng)度，以降低切片的碎邊率。為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種晶棒表面納米化工藝，是在晶棒進(jìn)行切片步驟之前，先針對晶棒的至少一表面進(jìn)行一表面處理步驟，以在所述表面形成一具有納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種晶圓制造方法，包括以下步驟:形成一晶棒，所述晶棒是由一初始晶棒所加工形成，所述晶棒具有一黏著面；進(jìn)行一表面處理步驟，以在所述黏著面形成一具有納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層；提供一載具，并形成一連接層于所述黏著面的微結(jié)構(gòu)層上，以利用所述連接層將所述晶棒固定在所述載具上；進(jìn)行一切片步驟。請注意，本發(fā)明實施例所指的“晶棒”、“初始晶棒”乃為泛指的名詞，實際上針對不同結(jié)晶態(tài)樣或各階段的加工工藝后，產(chǎn)業(yè)界會以特定的名稱加以命名，然本發(fā)明可含括各種不同名稱的”晶棒”、“初始晶棒”。本發(fā)進(jìn)一步提供一種晶圓制造方法，包括以下步驟:形成一晶棒，所述晶棒是由一初始晶棒所加工形成；進(jìn)行一表面處理步驟，以在所述晶棒的表面上形成一具有納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層；提供一載具，并形成一連接層于所述微結(jié)構(gòu)層上，以利用所述連接層將所述晶棒固定在所述載具上；進(jìn)行一切片步驟。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種晶圓，其是由一晶棒經(jīng)過切割所形成，所述晶圓具有至少一個由相鄰兩切割道所界定的側(cè)面，所述側(cè)面上形成一具有納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層。本發(fā)明具有以下有益的效果:本發(fā)明主要利用表面處理方法將晶棒的至少一表面進(jìn)行表面改質(zhì)，以在晶棒表面生成淺層的納米結(jié)構(gòu)層，所述納米結(jié)構(gòu)層并不會影響晶棒表面的特性；另外，所述納米結(jié)構(gòu)層可釋放切片時刀具造成的應(yīng)力，故可有效強(qiáng)化晶棒表面的機(jī)械強(qiáng)度，以降低切片時晶棒邊角的崩角問題。為使能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制者。


圖1是本發(fā)明的晶棒表面納米化工藝的流程圖。圖2是本發(fā)明的晶圓制造方法的流程圖。圖3A-3C是本發(fā)明的多晶棒的工藝示意圖。圖4A-4D是本發(fā)明的單晶棒的工藝示意圖。圖5是本發(fā)明的多晶棒(即晶棒)通過連接層固定在載具上的示意圖。圖6是本發(fā)明的圓棒(即另一態(tài)樣的晶棒)通過連接層固定在載具上的示意圖。圖7A是本發(fā)明第一實施例的晶圓的示意圖，其中微結(jié)構(gòu)層形成在單一個側(cè)面上。圖7B是本發(fā)明第一實施例`的晶圓的示意圖，其中微結(jié)構(gòu)層形成在多個側(cè)面上。圖8A是本發(fā)明第二實施例的晶圓的示意圖，其中微結(jié)構(gòu)層形成在一部分的側(cè)面上。圖SB是本發(fā)明第二實施例的晶圓的示意圖，其中微結(jié)構(gòu)層形成在全部的側(cè)面上。主要組件符號說明 IOA 晶錠
IOB 塊狀晶棒 IOC 多晶棒 20A 粗棒 20B 單棒 20C 分段單棒 20D 圓棒
100、200晶圓
101、201側(cè)面 101A、201A 黏著面 1011、2011 微結(jié)構(gòu)層
11連接層
12載具
SlOl S103、S201 S207 步驟。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的具體實施方式
做詳細(xì)說明。本發(fā)明提出一種晶棒表面納米化工藝及其晶圓制造方法，所述晶棒表面納米化工藝主要是在晶棒進(jìn)行切片步驟之前，先針對晶棒的至少一表面進(jìn)行一表面處理步驟，使所述表面上形成一具有納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層，所形成的微結(jié)構(gòu)層可提供釋放應(yīng)力的效果，以降低晶棒進(jìn)行切片步驟的碎邊率(chipping ratio),進(jìn)而提高晶圓制造的良率及質(zhì)量。本發(fā)明所提出的晶棒表面納米化工藝是利用濕蝕刻方式針對晶棒表面進(jìn)行表面改質(zhì)的處理，使晶棒表面生成納米結(jié)構(gòu)，如納米針結(jié)構(gòu)、納米柱結(jié)構(gòu)等等，此納米結(jié)構(gòu)的形態(tài)類似于草狀(grass-like)結(jié)構(gòu)，故又可稱作娃草(silicon grass)結(jié)構(gòu)，或稱作黑晶(black Si)現(xiàn)象，經(jīng)過表面改質(zhì)的處理后，晶棒表面在視覺上近乎呈現(xiàn)黑色，即代表入射光幾乎被晶棒表面所吸收，因此具有較佳的抗反射率特性。然而，在其它變化實施例中，晶棒表面亦可通過干蝕刻，如等離子體(plasma)等蝕刻方法進(jìn)行表面改質(zhì)的處理。如圖1所示，本發(fā)明的晶棒表面納米化工藝包括以下步驟:
步驟SlOl:制備蝕刻液。在具體實施例中，是選用氫氟酸(HF)溶液、水(即溶劑)、硝酸銀(AgNO3)溶液及過氧化氫(H2O2)溶液依照一預(yù)定比例進(jìn)行混合。需注意的是，上述溶液的濃度可根據(jù)實際的工藝進(jìn)行調(diào)整；而在此實施例中，氫氟酸溶液的濃度約為49%，硝酸銀溶液的濃度約為0.1M (摩爾/升)，而過氧化氫溶液的濃度約為39%。首先，在預(yù)定溫度下將濃度49%的氫氟酸溶液、濃度0.1M的硝酸銀溶液、濃度39%的過氧化氫溶液及水依照一預(yù)定比例混合均勻以配制成一酸性蝕刻液。所述酸性蝕刻液即可作為用以蝕刻晶棒，在本具體實施例中，氫氟酸溶液、水、硝酸銀溶液及過氧化氫溶液的比例約為20:40:1:4。再者，混合液可以在溫度約為20°C (室溫)下配制而成。另外，在一變化實施例中，亦可選用硝酸、磷酸與溶劑等依照一預(yù)定比例均勻混合而成。步驟S103:通過所述蝕刻液對晶棒(如硅晶棒)的表面進(jìn)行表面處理，亦即操作者可以選取硅晶棒的一個或多個表面浸泡于上述酸性蝕刻液中，以在所浸泡的表面上形成前述的具有納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層1011 (如圖7所示)。在本具體實施例中，是將所述硅晶棒的一個表面(即后續(xù)涂布連接層的表面)浸泡于酸性蝕刻液中，以利用化學(xué)濕式蝕刻方式進(jìn)行本發(fā)明的表面處理步驟，所選取的所述硅晶棒的一個表面是浸泡于上述酸性蝕刻液約30秒至5分鐘，例如60秒，以在所述表面形成有納米結(jié)構(gòu)，實質(zhì)上，所述微結(jié)構(gòu)層1011是為一淺層結(jié)構(gòu)，其約形成于所述表面下數(shù)納米至數(shù)十納米深，故對于所述表面的微米等級的表面特性而言，所述微結(jié)構(gòu)層1011并不會造成太大的影響(此部分將于后文以表面粗糙度進(jìn)行說明)。以下將本發(fā)明的晶棒表面納米化工藝應(yīng)用于一晶圓制造方法，并進(jìn)行相關(guān)實驗以具體說明本發(fā)明的功效，其中所述的晶圓制造方法包括以下步驟(如圖2):
步驟S201:形成一晶棒。首先，請配合圖3A-3C及圖4A-4D，其分別是為多晶棒及單晶棒的示意圖，值得說明的是，本發(fā)明所定義的“晶棒”可廣泛地解釋，并不特指某一工藝所制作者。請先參考圖3A-3C，圖3Α顯示利用將原料多晶硅鑄造形成的晶錠10A(Ingot)，晶錠IOA即為一種初始晶棒；接著，如圖3Β所示的割錠成塊的步驟，將晶錠IOA切方(squaring)、切割以形成近似四方柱形的塊狀晶棒IOB ;接著，如圖3C所示，切方所得后進(jìn)行拋光即為多晶棒IOC (即本發(fā)明所稱的晶棒)，其可用于制造太陽能晶圓。又例如圖4A-4D,先利用拉晶等方法形成一粗棒20A,其亦為如述的初始晶棒,例如本領(lǐng)域常見的旋轉(zhuǎn)拉晶法，具體而言，可利用柴式拉晶法(Czochralski method,簡稱CZ法)，將籽晶(seed crystal)浸入于石英坩堝內(nèi)所形成的硅熔融液中，并使石英坩堝及籽晶進(jìn)行反向或同向旋轉(zhuǎn)，同時向上提拉籽晶，借以利用籽晶為結(jié)晶核而使硅單晶形成于籽晶下方以制作出粗棒20A ;又或者利用區(qū)熔法(floating zone method,簡稱FZ法)制作一粗棒20A等等；粗棒20A經(jīng)過多個加工步驟后以形成為圓棒20D (即本發(fā)明所稱的晶棒)，例如，粗棒20A是先經(jīng)過移除晶棒頭尾；再經(jīng)過外圓輪磨等加工，使長成后的粗棒20A進(jìn)行輪磨，以修整粗棒20A的不規(guī)則表面與結(jié)構(gòu)的變質(zhì)層，使粗棒20A呈適當(dāng)?shù)膱A截面及所需的外徑(如圖4B所示的單棒20B);再經(jīng)過切割形成分段單棒20C ;接著，針對前述分段單棒20C進(jìn)行一圓磨(又稱輪磨)步驟，以去除分段單棒20C的表面因切割所形成的機(jī)械損傷層或結(jié)構(gòu)的變質(zhì)層，而形成圓棒20D (即本發(fā)明所稱的晶棒)。如圖3C所示的實施例中，所述多晶棒IOC具有四個側(cè)面101，操作者可選用上述四個側(cè)面101的其中的一為一黏著面IOlA (如圖5所示)，所述黏著面IOlA是用于形成一連接層11，以利用所述連接層11將多晶棒IOC固定在一載具12上，進(jìn)而進(jìn)行后續(xù)的切片步驟(此步驟將于后文再于以詳細(xì)說明)，且本發(fā)明所提出的晶棒表面納米化工藝即可針對前述的黏著面IOlA進(jìn)行納米化的改質(zhì)，以降低多晶棒IOC進(jìn)行切片步驟的碎邊率。步驟S203:進(jìn)行一表面處理步驟，此步驟即為前述的晶棒表面納米化的步驟(即SlOl與S103);如同前述，先制備蝕刻液，例如先在預(yù)定溫度下將濃度49%的氫氟酸溶液、濃度0.1M的硝酸銀溶液、濃度39%的過氧化氫溶液及水依照一預(yù)定比例混合均勻以配制成一酸性蝕刻液，或是以硝酸、磷酸與溶劑等混合均勻以配制成另一蝕刻液；接著，將所述黏著面IOlA浸入前述的酸性蝕刻液，使黏著面IOlA上形成一具有納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層1011。另一方面，由于黏著面10IA必須形成有一連接層11，以利用所述連接層11將多晶棒IOC固定在載具12上，進(jìn)而進(jìn)行后續(xù)的切片步驟，為了避免表面處理步驟影響所述黏著面的表面特性，造成黏著面IOlA與連接層11的接著特性不佳，本發(fā)明特將傳統(tǒng)未經(jīng)本發(fā)明表面處理步驟的晶棒(即對照例)與經(jīng)本發(fā)明表面處理步驟的晶棒(即實驗例1、2)進(jìn)行表面粗糙度的量測，以確保表面處理的蝕刻步驟不會影響?zhàn)ぶ鍵OlA與連接層11的接著強(qiáng)度，量測結(jié)果如表一所示，其中Ra表示中心線平均粗糙度；Rmax表示最大高度粗糙度,且由表一可知，經(jīng)過晶棒表面納米化的蝕刻處理后，實驗例1、2的表面粗糙度依然接近于對照例，表示本發(fā)明的晶棒表面納米化處理不會影響?zhàn)ぶ鍵OlA與連接層11的接著強(qiáng)度。表一
權(quán)利要求
1.一種晶棒表面納米化工藝，其特征在于，在晶棒進(jìn)行切片步驟之前，先針對晶棒的至少一表面進(jìn)行一表面處理步驟，以在所述表面形成一具有納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層。
2.如權(quán)利要求1所述的晶棒表面納米化工藝，其特征在于，所述表面處理步驟是針對所述表面進(jìn)行濕蝕刻。
3.如權(quán)利要求2所述的晶棒表面納米化工藝，其特征在于，所述表面處理步驟是將所述表面浸入至少由氫氟酸溶液、硝酸銀溶液、過氧化氫溶液及溶劑依照一預(yù)定比例混合所得的酸性蝕刻液。
4.如權(quán)利要求3所述的晶棒表面納米化工藝，其特征在于，所述酸性蝕刻液中的氫氟酸溶液、溶劑、硝酸銀溶液及過氧化氫溶液的比例為20:40:1:4。
5.如權(quán)利要求2所述的晶棒表面納米化工藝，其特征在于，所述表面處理步驟是將所述表面浸入至少由硝酸、磷酸與溶劑混合所得的蝕刻液。
6.一種晶圓制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 形成一晶棒，所述晶棒是由一初始晶棒所加工形成，所述晶棒具有一黏著面； 進(jìn)行一表面處理步驟，以在所述黏著面形成一具有納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層； 提供一載具，并形成一連接層于所述黏著面的微結(jié)構(gòu)層上，以利用所述連接層將所述晶棒固定在所述載具上； 進(jìn)行一切片步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的晶圓制造方法，其特征在于，所述表面處理步驟是針對所述黏著面進(jìn)行濕蝕刻或干蝕刻。
8.如權(quán)利要求7所述的晶圓制造方法，其特征在于，所述表面處理步驟是將所述黏著面浸入至少由氫氟酸溶液、硝酸銀溶液、過氧化氫溶液及溶劑依照一預(yù)定比例混合所得的酸性蝕刻液；或者所述表面處理步驟是將所述黏著面浸入至少由硝酸、磷酸與溶劑混合所得的蝕刻液；或者所述表面處理步驟是利用等離子體將所述黏著面進(jìn)行改質(zhì)。
9.如權(quán)利要求8所述的晶圓制造方法，其特征在于，所述酸性蝕刻液中的氫氟酸溶液、溶劑、硝酸銀溶液及過氧化氫溶液的比例為20:40:1: 4。
10.如權(quán)利要求6所述的晶圓制造方法，其特征在于，在進(jìn)行一表面處理步驟的步驟中，還包括一將所述晶棒的全表面制作出所述具有納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層的步驟。
11.一種晶圓，是由一晶棒經(jīng)過切割所形成的，所述晶圓具有至少一個由相鄰兩切割道所界定的側(cè)面，所述側(cè)面上形成一具有納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層。
12.如權(quán)利要求11所述的晶圓，其特征在于，所述的具有納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層是形成于所述側(cè)面的全部或一部分。
13.一種晶圓制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 形成一晶棒，所述晶棒是由一初始晶棒所加工形成； 進(jìn)行一表面處理步驟，以在所述晶棒的表面上形成一具有納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層； 提供一載具，并形成一連接層于所述微結(jié)構(gòu)層上，以利用所述連接層將所述晶棒固定在載具上； 進(jìn)行一切片步驟。
14.如權(quán)利要求13所述的晶圓制造方法，其特征在于，所述表面處理步驟是針對黏著面進(jìn)行濕蝕刻或干蝕刻。
15.如權(quán)利要求14所述的晶圓制造方法，其特征在于，所述表面處理步驟是將黏著面浸入至少由氫氟酸溶液、硝酸銀溶液、過氧化氫溶液及溶劑依照一預(yù)定比例混合所得的酸性蝕刻液；或者所述表面處理步驟是將黏著面浸入至少由硝酸、磷酸與溶劑混合所得的蝕刻液；或者所述表面處理步驟是利用等離子體將黏著面進(jìn)行改質(zhì)。
16.如權(quán)利要求15所述的晶圓制造方法，其特征在于，所述酸性蝕刻液中的氫氟酸溶液、溶劑、硝酸銀溶液及過氧化氫溶液的比例為20:40:1:4。
全文摘要
一種晶棒表面納米化工藝，是在晶棒進(jìn)行切片步驟之前，先針對晶棒的至少一表面進(jìn)行一表面處理步驟，以及在所述表面形成一具有納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層；所述的具有納米結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)層可強(qiáng)化晶棒表面的強(qiáng)度，以降低切片時的碎邊率。本發(fā)明還涉及晶圓制造方法及其晶圓。
文檔編號C30B33/00GK103160930SQ201210017290
公開日2013年6月19日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者錢俊逸, 李建志, 楊昆霖, 徐文慶 申請人:昆山中辰矽晶有限公司