[發明專利]一種用于制備大面積柔性超薄單晶硅片的濕法化學腐蝕法

有效

• 申請號: 201510219200.0
• 申請日: 2015-05-04
• 公開（公告）號: CN105047528B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 李美成;李瑞科;陳杰威;付鵬飛;白帆;黃睿
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了屬于半導體技術領域的一種用于制備大面積柔性超薄單晶硅片的濕法化學腐蝕法。本發明采用N（100）雙面拋光單晶硅片，利用丙酮、無水乙醇、去離子水和氫氟酸預處理得到清潔的硅表面，配制由氫氧化鉀、異丙醇和去離子水均勻混合而成的減薄液并放入水浴中預熱，然后把用夾具固定好的硅片浸入減薄液，通過控制反應時間和溫度可獲得所需厚度的超薄硅片。超薄硅片表面光亮平整，呈鏡面效果，無明顯的減薄缺陷。本發明利用單步法簡化硅片減薄的工藝過程，并保持了低溫、常壓下濕法腐蝕的特征，首次獲得了厚度可達10mm以下的超薄硅片，拓寬了濕法硅刻蝕的應用范疇，為硅片減薄工藝提供了新的思路和技術手段。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，特別涉及在便攜、超薄、快速散熱半導體器件制備中使用的一種超薄單晶硅片的制備方法。具體涉及一種用于制備大面積柔性超薄單晶硅片的濕法化學腐蝕法。

背景技術

硅片減薄技術能夠達到較高的生產效率和簡便的厚度控制，最早應用于內圓切片引起的硅片切割缺陷處理。隨著集成電路封裝工藝的飛速發展，電子終端設備的微型化、便攜化和智能化對芯片封裝結構的改進與散熱效率的提高提出更高的要求，超薄芯片（<50mm）已成為微型智能器件堆疊/3D封裝的主要構件。現如今，在世界范圍內硅片減薄技術仍然是一個科技難題。因此，對硅片減薄技術的探索和開發具有極高的學術意義和實用價值。

在傳統的機械減薄技術工藝下，最多只能將硅片從晶圓加工后的原始厚度減薄到120mm左右，且減薄后會在硅片表面甚至內部殘留一些損傷和內應力，這個厚度可以應對傳統減薄工藝中各個工序對硅片的損傷和內應力。如此減薄的硅片，當厚度在120mm左右，由于其本身的剛性可以保持平整的狀態。當厚度在50mm以下，則顯現出很強的脆性和不穩定性，在傳統加工和轉移過程中極易破裂損壞。除不能滿足減薄要求外，傳統減薄工藝過程繁瑣、設備要求高，磨削排出的粉塵不能回收且污染環境；且需要高溫條件、耗能太大。所以傳統的機械減薄工藝具有非常大的局限性。與之相比，化學濕法腐蝕技術由于其操作簡單、工藝條件要求低等獨特的優勢，得到了深入的發展和廣泛的應用。本發明采用化學濕法各向異性腐蝕的原理，實現了單步法對硅表面的均勻腐蝕，獲得了表面光滑平整的超薄單晶硅片（＜50mm）；且可按需要控制反應條件，進一步制備出厚度在10mm以下具有超強機械柔性的超薄硅片。這種硅片減薄技術具有明顯的優勢：首先，減薄后的硅表面光滑平整，且不會出現裂紋和崩邊；其次，低溫常壓下濕法化學刻蝕，單步實現硅片減薄，不需要復雜的高溫加熱設備與鍍膜儀器，可重復性好，成本低，易于工業化生產；最后，硅片的尺寸不受限制。因此，開發這種簡單、高效的硅片減薄技術具有很好的實際應用價值。

發明內容

本發明的目的是提出一種用于制備大面積柔性超薄單晶硅片的濕法化學腐蝕法。其特征在于：利用強堿能腐蝕硅和保護劑在刻蝕過程中能保護硅片表面的特性，將預處理后的硅片浸入“水/強堿/保護劑”均勻混合的減薄液中，恒溫水浴環境下一步即可實現硅片的均勻減薄；減薄厚度可以自由控制，最薄可以達到10mm以下。具體步驟如下：

a.硅片預處理：依次利用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗，每步超聲完都用大量去離子水沖洗，此過程可除去硅片表面附著的灰塵和有機污染物等雜質；再用氫氟酸浸泡，去除硅片表面的氧化層；然后去離子水沖洗，得到清潔的硅表面；

b.減薄液配制：在聚四氟乙烯容器中配制一定濃度范圍的“水/強堿/保護劑”混合溶液，放在磁力攪拌器上攪拌10~20分鐘，使溶液充分混合，然后放入水浴中預熱；

c.硅片的減薄：把預處理好的硅片用夾具固定好，然后連同夾具一起豎直浸沒到減薄液中，可以觀察到硅片兩側立刻生成大量氣泡；采用這種方法，只要反應容器足夠大，硅片的尺寸不受限制；

d.厚度的控制：減薄液配比和水浴溫度恒定的情況下，控制反應時間即可獲得特定厚度的硅片：反應一定時間后，將硅片取出，迅速用大量去離子水沖洗數次；