专利名称：晶棒表面纳米化工艺、晶圆制造方法及其晶圆的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种表面纳米化工艺，尤其涉及一种晶棒表面纳米化工艺及其晶圆制造方法与所制作的芯片。
背景技术：
日常生活中所使用的信息产品、信息家电等，例如手机、计算机的主机板、微处理器、内存、数字相机、PDA等电子产品，均具有由IC半导体所组成的运算单元，而所谓的IC就是利用晶圆经过各种半导体工艺所制作的具有特定电性功能的电路组件。半导体加工工艺可包含最初的长晶、进而至切片、研磨、抛光、清洗等相关步骤，其中在晶棒切割形成晶圆的过程，就直接决定出所生产的晶圆的数量，其又直接影响到半导体后段工艺所产出的芯片数量，故提升晶棒切割的质量可连带增加半导体产业的经济效应。一般硅晶圆工艺中需先针对晶棒进行机械加工，例如外圆轮磨后再进行切片。然而，前述的机械加工对于脆性 较高的晶棒，可能导致较高的不良率，其主要原因在于高脆性的晶棒，切片时刀具造成的应力容易造成晶棒表面的脆裂，并在晶圆边缘产生微小的裂痕，而使得后续的晶圆工艺中易发生破片现象，严重影响晶圆工艺的良率。再者，切片所得的晶圆在各种加工工艺中可能会受到外力的作用，当外力超出晶圆的最大负载或是应力过度集中时就会造成晶圆裂痕、晶圆破片的问题，导致生产工艺的良率下降。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种晶棒表面纳米化工艺及其晶圆制造方法，以在晶棒进行切片之前针对晶棒表面进行改质，以在晶棒表面制作出具有纳米结构的微结构层，所述的具有纳米结构的微结构层可强化晶棒表面强度，以降低切片的碎边率。为了解决上述问题，本发明提供一种晶棒表面纳米化工艺，是在晶棒进行切片步骤之前，先针对晶棒的至少一表面进行一表面处理步骤，以在所述表面形成一具有纳米结构的微结构层。本发明进一步提供一种晶圆制造方法，包括以下步骤:形成一晶棒，所述晶棒是由一初始晶棒所加工形成，所述晶棒具有一黏着面；进行一表面处理步骤，以在所述黏着面形成一具有纳米结构的微结构层；提供一载具，并形成一连接层于所述黏着面的微结构层上，以利用所述连接层将所述晶棒固定在所述载具上；进行一切片步骤。请注意，本发明实施例所指的“晶棒”、“初始晶棒”乃为泛指的名词，实际上针对不同结晶态样或各阶段的加工工艺后，产业界会以特定的名称加以命名，然本发明可含括各种不同名称的”晶棒”、“初始晶棒”。本发进一步提供一种晶圆制造方法，包括以下步骤:形成一晶棒，所述晶棒是由一初始晶棒所加工形成；进行一表面处理步骤，以在所述晶棒的表面上形成一具有纳米结构的微结构层；提供一载具，并形成一连接层于所述微结构层上，以利用所述连接层将所述晶棒固定在所述载具上；进行一切片步骤。本发明进一步提供一种晶圆，其是由一晶棒经过切割所形成，所述晶圆具有至少一个由相邻两切割道所界定的侧面，所述侧面上形成一具有纳米结构的微结构层。本发明具有以下有益的效果:本发明主要利用表面处理方法将晶棒的至少一表面进行表面改质，以在晶棒表面生成浅层的纳米结构层，所述纳米结构层并不会影响晶棒表面的特性；另外，所述纳米结构层可释放切片时刀具造成的应力，故可有效强化晶棒表面的机械强度，以降低切片时晶棒边角的崩角问题。为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
图1是本发明的晶棒表面纳米化工艺的流程图。图2是本发明的晶圆制造方法的流程图。图3A-3C是本发明的多晶棒的工艺示意图。图4A-4D是本发明的单晶棒的工艺示意图。图5是本发明的多晶棒(即晶棒)通过连接层固定在载具上的示意图。图6是本发明的圆棒(即另一态样的晶棒)通过连接层固定在载具上的示意图。图7A是本发明第一实施例的晶圆的示意图，其中微结构层形成在单一个侧面上。图7B是本发明第一实施例`的晶圆的示意图，其中微结构层形成在多个侧面上。图8A是本发明第二实施例的晶圆的示意图，其中微结构层形成在一部分的侧面上。图SB是本发明第二实施例的晶圆的示意图，其中微结构层形成在全部的侧面上。主要组件符号说明 IOA 晶锭
IOB 块状晶棒 IOC 多晶棒 20A 粗棒 20B 单棒 20C 分段单棒 20D 圆棒
100、200晶圆
101、201侧面 101A、201A 黏着面 1011、2011 微结构层
11连接层
12载具
SlOl S103、S201 S207 步骤。
具体实施例方式下面结合附图对本发明提供的具体实施方式
做详细说明。本发明提出一种晶棒表面纳米化工艺及其晶圆制造方法，所述晶棒表面纳米化工艺主要是在晶棒进行切片步骤之前，先针对晶棒的至少一表面进行一表面处理步骤，使所述表面上形成一具有纳米结构的微结构层，所形成的微结构层可提供释放应力的效果，以降低晶棒进行切片步骤的碎边率(chipping ratio),进而提高晶圆制造的良率及质量。本发明所提出的晶棒表面纳米化工艺是利用湿蚀刻方式针对晶棒表面进行表面改质的处理，使晶棒表面生成纳米结构，如纳米针结构、纳米柱结构等等，此纳米结构的形态类似于草状(grass-like)结构，故又可称作娃草(silicon grass)结构，或称作黑晶(black Si)现象，经过表面改质的处理后，晶棒表面在视觉上近乎呈现黑色，即代表入射光几乎被晶棒表面所吸收，因此具有较佳的抗反射率特性。然而，在其它变化实施例中，晶棒表面亦可通过干蚀刻，如等离子体(plasma)等蚀刻方法进行表面改质的处理。如图1所示，本发明的晶棒表面纳米化工艺包括以下步骤:
步骤SlOl:制备蚀刻液。在具体实施例中，是选用氢氟酸(HF)溶液、水(即溶剂)、硝酸银(AgNO3)溶液及过氧化氢(H2O2)溶液依照一预定比例进行混合。需注意的是，上述溶液的浓度可根据实际的工艺进行调整；而在此实施例中，氢氟酸溶液的浓度约为49%，硝酸银溶液的浓度约为0.1M (摩尔/升)，而过氧化氢溶液的浓度约为39%。首先，在预定温度下将浓度49%的氢氟酸溶液、浓度0.1M的硝酸银溶液、浓度39%的过氧化氢溶液及水依照一预定比例混合均匀以配制成一酸性蚀刻液。所述酸性蚀刻液即可作为用以蚀刻晶棒，在本具体实施例中，氢氟酸溶液、水、硝酸银溶液及过氧化氢溶液的比例约为20:40:1:4。再者，混合液可以在温度约为20°C (室温)下配制而成。另外，在一变化实施例中，亦可选用硝酸、磷酸与溶剂等依照一预定比例均匀混合而成。步骤S103:通过所述蚀刻液对晶棒(如硅晶棒)的表面进行表面处理，亦即操作者可以选取硅晶棒的一个或多个表面浸泡于上述酸性蚀刻液中，以在所浸泡的表面上形成前述的具有纳米结构的微结构层1011 (如图7所示)。在本具体实施例中，是将所述硅晶棒的一个表面(即后续涂布连接层的表面)浸泡于酸性蚀刻液中，以利用化学湿式蚀刻方式进行本发明的表面处理步骤，所选取的所述硅晶棒的一个表面是浸泡于上述酸性蚀刻液约30秒至5分钟，例如60秒，以在所述表面形成有纳米结构，实质上，所述微结构层1011是为一浅层结构，其约形成于所述表面下数纳米至数十纳米深，故对于所述表面的微米等级的表面特性而言，所述微结构层1011并不会造成太大的影响(此部分将于后文以表面粗糙度进行说明)。以下将本发明的晶棒表面纳米化工艺应用于一晶圆制造方法，并进行相关实验以具体说明本发明的功效，其中所述的晶圆制造方法包括以下步骤(如图2):
步骤S201:形成一晶棒。首先，请配合图3A-3C及图4A-4D，其分别是为多晶棒及单晶棒的示意图，值得说明的是，本发明所定义的“晶棒”可广泛地解释，并不特指某一工艺所制作者。请先参考图3A-3C，图3Α显示利用将原料多晶硅铸造形成的晶锭10A(Ingot)，晶锭IOA即为一种初始晶棒；接着，如图3Β所示的割锭成块的步骤，将晶锭IOA切方(squaring)、切割以形成近似四方柱形的块状晶棒IOB ;接着，如图3C所示，切方所得后进行抛光即为多晶棒IOC (即本发明所称的晶棒)，其可用于制造太阳能晶圆。又例如图4A-4D,先利用拉晶等方法形成一粗棒20A,其亦为如述的初始晶棒,例如本领域常见的旋转拉晶法，具体而言，可利用柴式拉晶法(Czochralski method,简称CZ法)，将籽晶(seed crystal)浸入于石英坩埚内所形成的硅熔融液中，并使石英坩埚及籽晶进行反向或同向旋转，同时向上提拉籽晶，借以利用籽晶为结晶核而使硅单晶形成于籽晶下方以制作出粗棒20A ;又或者利用区熔法(floating zone method,简称FZ法)制作一粗棒20A等等；粗棒20A经过多个加工步骤后以形成为圆棒20D (即本发明所称的晶棒)，例如，粗棒20A是先经过移除晶棒头尾；再经过外圆轮磨等加工，使长成后的粗棒20A进行轮磨，以修整粗棒20A的不规则表面与结构的变质层，使粗棒20A呈适当的圆截面及所需的外径(如图4B所示的单棒20B);再经过切割形成分段单棒20C ;接着，针对前述分段单棒20C进行一圆磨(又称轮磨)步骤，以去除分段单棒20C的表面因切割所形成的机械损伤层或结构的变质层，而形成圆棒20D (即本发明所称的晶棒)。如图3C所示的实施例中，所述多晶棒IOC具有四个侧面101，操作者可选用上述四个侧面101的其中的一为一黏着面IOlA (如图5所示)，所述黏着面IOlA是用于形成一连接层11，以利用所述连接层11将多晶棒IOC固定在一载具12上，进而进行后续的切片步骤(此步骤将于后文再于以详细说明)，且本发明所提出的晶棒表面纳米化工艺即可针对前述的黏着面IOlA进行纳米化的改质，以降低多晶棒IOC进行切片步骤的碎边率。步骤S203:进行一表面处理步骤，此步骤即为前述的晶棒表面纳米化的步骤(即SlOl与S103);如同前述，先制备蚀刻液，例如先在预定温度下将浓度49%的氢氟酸溶液、浓度0.1M的硝酸银溶液、浓度39%的过氧化氢溶液及水依照一预定比例混合均匀以配制成一酸性蚀刻液，或是以硝酸、磷酸与溶剂等混合均匀以配制成另一蚀刻液；接着，将所述黏着面IOlA浸入前述的酸性蚀刻液，使黏着面IOlA上形成一具有纳米结构的微结构层1011。另一方面，由于黏着面10IA必须形成有一连接层11，以利用所述连接层11将多晶棒IOC固定在载具12上，进而进行后续的切片步骤，为了避免表面处理步骤影响所述黏着面的表面特性，造成黏着面IOlA与连接层11的接着特性不佳，本发明特将传统未经本发明表面处理步骤的晶棒(即对照例)与经本发明表面处理步骤的晶棒(即实验例1、2)进行表面粗糙度的量测，以确保表面处理的蚀刻步骤不会影响黏着面IOlA与连接层11的接着强度，量测结果如表一所示，其中Ra表示中心线平均粗糙度；Rmax表示最大高度粗糙度,且由表一可知，经过晶棒表面纳米化的蚀刻处理后，实验例1、2的表面粗糙度依然接近于对照例，表示本发明的晶棒表面纳米化处理不会影响黏着面IOlA与连接层11的接着强度。表一
权利要求
1.一种晶棒表面纳米化工艺，其特征在于，在晶棒进行切片步骤之前，先针对晶棒的至少一表面进行一表面处理步骤，以在所述表面形成一具有纳米结构的微结构层。
2.如权利要求1所述的晶棒表面纳米化工艺，其特征在于，所述表面处理步骤是针对所述表面进行湿蚀刻。
3.如权利要求2所述的晶棒表面纳米化工艺，其特征在于，所述表面处理步骤是将所述表面浸入至少由氢氟酸溶液、硝酸银溶液、过氧化氢溶液及溶剂依照一预定比例混合所得的酸性蚀刻液。
4.如权利要求3所述的晶棒表面纳米化工艺，其特征在于，所述酸性蚀刻液中的氢氟酸溶液、溶剂、硝酸银溶液及过氧化氢溶液的比例为20:40:1:4。
5.如权利要求2所述的晶棒表面纳米化工艺，其特征在于，所述表面处理步骤是将所述表面浸入至少由硝酸、磷酸与溶剂混合所得的蚀刻液。
6.一种晶圆制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 形成一晶棒，所述晶棒是由一初始晶棒所加工形成，所述晶棒具有一黏着面； 进行一表面处理步骤，以在所述黏着面形成一具有纳米结构的微结构层； 提供一载具，并形成一连接层于所述黏着面的微结构层上，以利用所述连接层将所述晶棒固定在所述载具上； 进行一切片步骤。
7.如权利要求6所述的晶圆制造方法，其特征在于，所述表面处理步骤是针对所述黏着面进行湿蚀刻或干蚀刻。
8.如权利要求7所述的晶圆制造方法，其特征在于，所述表面处理步骤是将所述黏着面浸入至少由氢氟酸溶液、硝酸银溶液、过氧化氢溶液及溶剂依照一预定比例混合所得的酸性蚀刻液；或者所述表面处理步骤是将所述黏着面浸入至少由硝酸、磷酸与溶剂混合所得的蚀刻液；或者所述表面处理步骤是利用等离子体将所述黏着面进行改质。
9.如权利要求8所述的晶圆制造方法，其特征在于，所述酸性蚀刻液中的氢氟酸溶液、溶剂、硝酸银溶液及过氧化氢溶液的比例为20:40:1: 4。
10.如权利要求6所述的晶圆制造方法，其特征在于，在进行一表面处理步骤的步骤中，还包括一将所述晶棒的全表面制作出所述具有纳米结构的微结构层的步骤。
11.一种晶圆，是由一晶棒经过切割所形成的，所述晶圆具有至少一个由相邻两切割道所界定的侧面，所述侧面上形成一具有纳米结构的微结构层。
12.如权利要求11所述的晶圆，其特征在于，所述的具有纳米结构的微结构层是形成于所述侧面的全部或一部分。
13.一种晶圆制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 形成一晶棒，所述晶棒是由一初始晶棒所加工形成； 进行一表面处理步骤，以在所述晶棒的表面上形成一具有纳米结构的微结构层； 提供一载具，并形成一连接层于所述微结构层上，以利用所述连接层将所述晶棒固定在载具上； 进行一切片步骤。
14.如权利要求13所述的晶圆制造方法，其特征在于，所述表面处理步骤是针对黏着面进行湿蚀刻或干蚀刻。
15.如权利要求14所述的晶圆制造方法，其特征在于，所述表面处理步骤是将黏着面浸入至少由氢氟酸溶液、硝酸银溶液、过氧化氢溶液及溶剂依照一预定比例混合所得的酸性蚀刻液；或者所述表面处理步骤是将黏着面浸入至少由硝酸、磷酸与溶剂混合所得的蚀刻液；或者所述表面处理步骤是利用等离子体将黏着面进行改质。
16.如权利要求15所述的晶圆制造方法，其特征在于，所述酸性蚀刻液中的氢氟酸溶液、溶剂、硝酸银溶液及过氧化氢溶液的比例为20:40:1:4。
全文摘要
一种晶棒表面纳米化工艺，是在晶棒进行切片步骤之前，先针对晶棒的至少一表面进行一表面处理步骤，以及在所述表面形成一具有纳米结构的微结构层；所述的具有纳米结构的微结构层可强化晶棒表面的强度，以降低切片时的碎边率。本发明还涉及晶圆制造方法及其晶圆。
文档编号C30B33/00GK103160930SQ201210017290
公开日2013年6月19日 申请日期2012年1月19日 优先权日2011年12月9日
发明者钱俊逸, 李建志, 杨昆霖, 徐文庆 申请人:昆山中辰矽晶有限公司