用硅單晶薄片制造晶體管的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用硅單晶薄片制造晶體管的方法，依次包括如下步驟：1）選用2片輕摻雜的拋光硅片；2）每片拋光硅片均進行N+或P+預(yù)擴；3）使上述2片預(yù)擴后的拋光硅片正面兩兩正對后進行室溫鍵合，將鍵合硅片組放到高溫爐中進行加固；4）對加固后硅片組的兩表面進行機械研磨和拋光；5）采用半導(dǎo)體平面工藝在所得硅片組的兩表面均進行基極和發(fā)射極擴散以及電極加工，然后在所得硅片組的兩個外表面分別貼上保護膜；6）將步驟5）所得的硅片組用多線切割的方法從鍵合的界面處分切為2片；7）去除保護膜，將硅片的切開面進行表面金屬化，然后進行劃片和封裝；得晶體管。
【專利說明】用硅單晶薄片制造晶體管的方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]輕摻/重摻架構(gòu)的硅片大量用于大功率雙極晶體管的制造，而生產(chǎn)這種結(jié)構(gòu)硅片的方法通常有兩種方法:方法一是在重摻硅片表面外延一層輕摻硅的方法；方法二所謂的三重擴散法，即用輕摻硅片在擴散爐中進行熱擴散在表面形成重摻，然后將硅片的一面進行研磨拋光來實現(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，而且隨著外延厚度的增加，成本會更高。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。先把N-硅片放入擴散爐進行高溫擴磷，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，再進行拋光形成N-/N+層結(jié)構(gòu)的拋光片，在這個過程中，有差不多一半的硅料要被研磨損失掉。而且三重擴散方法需要在1275度左右、200小時左右進行處理，長時間的高溫熱處理會在硅片體內(nèi)引入再生熱缺陷。這些熱缺陷會導(dǎo)致器件工藝中摻雜劑在缺陷處的擴散速度與其他區(qū)域的擴散速度不同，引起器件參數(shù)的一致性差，加工器件的漏電流大，擊穿電壓低等，從而使器件性能變差。
[0003]發(fā)明專利CN1064766A提供了一種可以減少硅料損耗，同時還能減少硅片高溫處理時間的方法，其先將硅片進行預(yù)擴磷，然后進行單面研磨拋光，背面淀積一層膜，將2片硅片的背面用玻璃粉進行粘結(jié)，然后進行器件工藝。但這種方法存在以下幾點缺陷:1、由于用玻璃粉粘結(jié)，在粘結(jié)界面必然會有很多氣泡，氣泡的存在會導(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。
`[0004]發(fā)明專利200910152416.4提供了一種可以解決上述問題的方法，但是預(yù)擴后需要較長時間氧化(時間與氧化層厚度有關(guān)，氧化層越厚時間越長，1.0um氧化層約需要8小時)，而且進行HF分離的時間長(一般需要10天以上)的缺點。
[0005]發(fā)明專利CN101186082A (申請?zhí)?200710160389.6，發(fā)明名稱《用多線切割機將多
個薄硅片沿徑向一次性分切的方法》)提供了一種用線切割方法將硅片一分為二的方法。其存在著線切后表面很臟、難清洗的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種成本低廉、工藝簡潔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不但能在較短時間內(nèi)完成晶體管的制造，還能確保晶體管的性能。
[0007]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:[0008]I)、選用2片輕摻雜的拋光娃片,每片拋光娃片的正面為拋光面；
[0009]2)、上述每片拋光硅片均進行N+或P+預(yù)擴；
[0010]3)、使上述2片預(yù)擴后的拋光硅片正面兩兩正對后進行室溫鍵合，得鍵合硅片組；將上述鍵合硅片組放到高溫爐中進行加固，得加固后硅片組；
[0011]4)、對加固后娃片組的兩表面進行機械研磨和拋光；
[0012]5)、采用半導(dǎo)體平面工藝(屬于常規(guī)工藝)在步驟4)所得硅片組的兩表面均進行基極和發(fā)射極擴散以及電極加工，然后在所得硅片組的兩個外表面分別貼上保護膜；
[0013]備注說明:電極是作引線的；
[0014]6)、將步驟5)所得的硅片組用多線切割的方法從鍵合的界面處分切為2片(按專利CN101186082A所述分切方法)；
[0015]7)、去除防酸膜，將硅片的切開面表面金屬化，然后進行劃片和封裝；得晶體管。
[0016]在本發(fā)明中，電阻率在I歐姆.厘米以上的為輕摻雜，電阻率在I歐姆.厘米以下的為重摻雜。
[0017]作為本發(fā)明的用硅單晶薄片制造晶體管的方法的改進:步驟2)所得的預(yù)擴后的拋光硅片的正面表面粗糙度< 0.8nm，且表面不存在> 0.5um的顆粒。
[0018]由于進行N+或P+預(yù)擴后，作為拋光硅片正面的拋光面表面的粗糙度會惡化，當粗糙度大于0.Snm時，需要對拋光硅片正面的氧化層進行輕微的化學(xué)機械拋光，使表面粗糙度< 0.Snm ;要嚴格控制化學(xué)機械拋光的拋去量，即在滿足上述表面粗糙度的前提下，化學(xué)機械拋光的拋去量越小越好。
[0019]作為本發(fā)明的用硅單晶薄片制造晶體管的方法的進一步改進:步驟3)高溫加固溫度為900?1290°C，時間為5小時?100小時。
[0020]作為本發(fā)明的用硅單晶薄片制造晶體管的方法的進一步改進:步驟4)對加固后硅片組的兩表面進行機械研磨和拋光，每個表面的去除量為30?lOOum，且每個表面粗糙度< 1.2nm。
[0021]作為本發(fā)明的用硅單晶薄片制造晶體管的方法的進一步改進:步驟I)中拋光硅片的原始厚度為210?410um。
[0022]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行N+或P+預(yù)擴，然后再將兩片硅片拋光面(正面)相對進行鍵合加固，再將加固硅片組的兩面進行研磨和拋光處理，然后進行平面器件工藝并加貼保護膜，之后將硅片進行分離后進行背面(即不設(shè)晶體管芯片的那個表面)金屬化和劃片封裝的制造晶體管的方法。
[0023]在本發(fā)明中:
[0024]1、步驟I):拋光硅片的原始厚度為210?410um，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。
[0025]2、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(10 級。
[0026]3、將硅片組的兩表面進行拋光，可采用雙拋機進行雙面拋光的形式，或者采用單拋機對兩面單獨進行拋光，從而分兩次完成拋光這個步驟。
[0027]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:
[0028]I)節(jié)省娃料；[0029]常規(guī)的三擴工藝是525um原始硅片厚度，而本發(fā)明的拋光硅片的原始厚度僅為210~410um ;因此實現(xiàn)了節(jié)省硅料。
[0030]2)工藝成本相對低，相對于發(fā)明專利200910152416.4而言，取消了步驟2)中的“在預(yù)擴后的拋光硅片的正面設(shè)置氧化層”的高溫處理步驟，因此能提高器件性能。
[0031]3)預(yù)擴后不用氧化工序，從而減少氧化時間，可以降低成本。
[0032]4)分切精度要求可大大降低，按照專利CN101186082A所述的方法就能實現(xiàn)把鍵合的界面磨掉，且不把低阻層磨穿?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0033]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0034]圖1是發(fā)明專利200910152416.4的制備流程圖；
[0035]圖2是本發(fā)明的流程圖。
【具體實施方式】
[0036]實施例1、圖2給出了一種用硅單晶薄片制造晶體管的方法，依次進行如下步驟:
[0037]I)、選用2片單晶拋光硅片，該單晶硅片的晶向為〈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230um、直徑為100mm。
[0038]2)、每片硅片均進行如下操作:
[0039]將硅片置于高溫擴散爐，采用常規(guī)的磷預(yù)擴工藝，溫度1140°C通磷源(P0CL3)，于硅片表面作雜質(zhì)(N+)進行預(yù)沉積擴散，時間為4小時。
[0040]所得的N型(111)單晶硅片的表面(即正反2面)表面粗糙度為0.6nm，表面存在著≥0.5um的顆粒。
[0041]使上述2片單晶硅片依次在清洗機上用SCl和SC2藥液進行清洗，并用顆粒測試儀進行表面顆粒測試，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SCl和SC2藥液進行清洗(或者輕微拋光后，再重復(fù)的依次用SCl和SC2藥液進行清洗)，直至表面不存在> 0.5um的顆粒。
[0042]SCl 藥液的配方如下:NH4OH:H2O2:H2O=1: 1:6 (體積比)，
[0043]SC2 藥液的配方如下:H202:HCL:H20=1: 1:10 (體積比)。
[0044]3)、將上述符合要求的拋光硅片正面兩兩正對后在鍵合機上進行室溫鍵合，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。
[0045]然后將上述鍵合硅片組放到高溫退火爐中進行高溫加固處理，高溫退火爐中通氮氣，處理溫度為1270°C，時間為10小時；得加固后硅片組；
[0046]經(jīng)紅外攝像儀對此步驟3)所得的加固后硅片組的界面進行氣泡檢測，無氣泡。
[0047]4)、將加固后硅片組在雙面研磨機上進行均勻地雙面研磨，然后在雙拋機上進行均勻地雙面拋光，使鍵合硅片組總厚度為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，保證每個表面的粗糙度均≤1.2nm。
[0048]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均進行基極和發(fā)射極擴散以及電極加工，然后在所得硅片組的兩個外表面分別貼上保護膜，保護膜的作用是保護晶體管基極和發(fā)射極在后續(xù)的線切加工中保持干凈，并能提高硅片強度。
[0049]保護膜例如可以選用蘇州瑩俊光電科技有限公司生產(chǎn)的晶圓切割保護膜。
[0050]6)、按照CN101186082A告知的方法，將步驟5)所得的硅片組置于多線切割機上進行切割，從界面處將兩片硅片分離；該步驟耗時僅為340分鐘。
[0051]7)、去除保護膜，按照常規(guī)工藝，將硅片的切開面進行表面金屬化(B卩，將硅片不設(shè)晶體管基極和發(fā)射極的那面金屬化)，然后進行劃片和封裝；得晶體管。
[0052]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(采用紅外攝像儀檢測無氣泡)；因此能確保器件性能。
[0053]對比例1-1，
[0054]以完全同實施例1的單晶硅片按照CN101661884 (發(fā)明專利200910152416.4)所述方法進行，所得的晶體管的性能同實施例1。即，按照該方法的步驟3)處理后所得的硅片組的界面無氣泡(采用紅外攝像儀檢測無氣泡)。
[0055]但按照CN101661884 (發(fā)明專利200910152416.4)所述方式實現(xiàn)兩片硅片僅分離至少需要10天，而本發(fā)明的分離僅需340分鐘。
[0056]對比例1-2、將實施例1步驟6)改成按照‘“CNlO 1661884 (發(fā)明專利200910152416.4)所述方法”的步驟6)所述的HF溶液浸泡；其余等同于實施例1。
[0057]所得結(jié)果為:無法實現(xiàn)硅片的分離。
[0058]對比例1-3、取消步驟5)中貼保護膜，其余等同于實施例1。
[0059]切割及后續(xù)的處理中，碎片率明顯提高，而且表面的沾污很難清洗干凈，導(dǎo)致產(chǎn)品合格率大大降低。
[0060]實施例2、一種硅片鍵合分離方法，依次進行如下步驟:
[0061]I)、選用2片單晶拋光硅片，該單晶硅片的晶向為〈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230um、直徑為125mm。
[0062]2)、同實施例1。
[0063]3)、將上述符合要求的預(yù)擴后的拋光硅片的正面兩兩正對后在鍵合機上進行室溫鍵合，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。
[0064]然后將上述鍵合硅片組放到高溫退火爐中進行高溫加固處理，高溫退火爐中通氮氣，處理溫度為1280°C，時間為5小時；得加固后硅片組；
[0065]經(jīng)紅外攝像儀對此步驟3)所得的加固后硅片組的界面進行氣泡檢測，無氣泡。
[0066]4)、將加固后硅片組放在單面研磨機上用砂輪進行研磨，每面各I次，每面去除量均為35um，然后在雙拋機上進行雙面拋光，雙面拋光去除40um，使鍵合硅片厚度總厚度為350um，單片厚度為175um，保證表面的粗糙度≤1.2nm。
[0067]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均進行基極和發(fā)射極擴散以及電極加工，然后在所得硅片組的兩個外表面分別貼上保護膜，保護膜的作用是保護晶體管基極和發(fā)射極在后續(xù)的線切加工中保持干凈，并能提高硅片強度。[0068]6)、按照CN101186082A告知的方法，將步驟5)所得的硅片組置于多線切割機上進行切割，從界面處將兩片硅片分離；該步驟耗時僅為510分鐘。
[0069]7)、去除保護膜，按照常規(guī)工藝，將硅片的切開面進行表面金屬化(B卩，將硅片不設(shè)晶體管基極和發(fā)射極的那面金屬化)，然后進行劃片和封裝；得晶體管。
[0070]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。
[0071]對比例2-1，
[0072]以完全同實施例2的單晶硅片按照CN101661884 (發(fā)明專利200910152416.4)所述方法進行，所得的晶體管的性能同實施例2。即，按照該方法的步驟3)處理后所得的硅片組的界面無氣泡(采用紅外攝像儀檢測無氣泡)。
[0073]但按照CN101661884 (發(fā)明專利200910152416.4)所述方式實現(xiàn)兩片硅片分離至少需要10天，而本發(fā)明的分尚僅需510分鐘。
[0074]對比例2-2、將實施例1步驟6)改成按照“CNlO 1661884 (發(fā)明專利200910152416.4)所述方法”的步驟6)所述的HF溶液浸泡；其余等同于實施例2。
[0075]所得結(jié)果為:無法實現(xiàn)硅片的分離。
[0076]對比例2-3、取消步驟5)中貼保護膜，其余等同于實施例2。
[0077]切割及后續(xù)的處理中，碎片率明顯提高，而且表面的沾污很難清洗干凈，導(dǎo)致產(chǎn)品合格率大大降低。
[0078]最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，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)認為是本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.用硅單晶薄片制造晶體管的方法，其特性是依次包括如下步驟: 1)、選用2片輕摻雜的拋光娃片,所述每片拋光娃片的正面為拋光面； 2)、上述每片拋光硅片均進行N+或P+預(yù)擴； 3)、使上述2片預(yù)擴后的拋光硅片正面兩兩正對后進行室溫鍵合，得鍵合硅片組；將上述鍵合硅片組放到高溫爐中進行加固，得加固后硅片組； 4 )、對加固后娃片組的兩表面進行機械研磨和拋光； 5)、采用半導(dǎo)體平面工藝在步驟4)所得硅片組的兩表面均進行基極和發(fā)射極擴散以及電極加工，然后在所得硅片組的兩個外表面分別貼上保護膜； 6)、將步驟5)所得的硅片組用多線切割的方法從鍵合的界面處分切為2片； 7)、去除保護膜，將硅片的切開面進行表面金屬化，然后進行劃片和封裝；得晶體管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1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)所得的預(yù)擴后的拋光硅片的正面表面粗糙度< 0.8nm，且表面不存在> 0.5um的顆粒。
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:所述步驟3)高溫加固溫度為900?1290°C，時間為5小時?100小時。
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4)對加固后硅片組的兩表面進行機械研磨和拋光，每個表面的去除量為30?lOOum，且每個表面粗糙度< 1.2nm。
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I)中拋光硅片的原始厚度為210?410um。
【文檔編號】H01L21/331GK103730358SQ201410020788
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】肖型奎, 陳杰, 劉浦鋒, 宋洪偉, 陳猛 申請人:上海超硅半導(dǎo)體有限公司