一種超薄Ge單晶襯底材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種Ge單晶襯底材料及其制備方法，更具體地，涉及一種超薄Ge單晶 襯底材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 鍺單晶襯底材料作為一種基礎材料用途廣泛。例如，以鍺晶片為基板的三結太陽 能電池因其性能好，光電轉換率高，已被全球各國運用到空間供電系統中；同時，隨著科技 的發展，三結太陽能電池制造成本的降低，地面光伏市場對太陽能電池用鍺晶片的需求也 將有較大的潛力。鍺單晶襯底材料作為三結太陽能電池制造的上游產業，在降低制造成本， 減薄晶片厚度，提高晶片質量等方面的改革已是刻不容緩。
[0003] 晶片的強度與其厚度成正比，當晶片減薄到一定程度其強度也會相應的降低，易 損易碎，給薄片生產加工帶來很大的難度；同時越薄，其加工過程越容易造成各種細小的損 傷，晶片的質量受到很大影響。
[0004] 常規生產鍺晶圓片過程中，在拋光時，給晶片背面"貼膜"保護是必不可少的。但 是，如果在生產超薄晶片時，"貼膜"這一工序會造成晶片破損；此外，貼膜拋光的晶片表面 平整度參數，如平整度（TTV)，翹曲度（Bow)等明顯變差，影響產品質量。
[0005] 因此，需要能夠以工業規模生產超薄Ge單晶襯底材料的方法。
【發明內容】
[0006] 為解決上述問題，本發明提供了一種制備Ge單晶襯底材料的方法，該方法包括以 下步驟：
[0007] (1)由一種晶棒切割出厚度為140-250微米的晶片；
[0008] (2)在減薄機上對晶片背面進行減薄，然后將晶片放入腐蝕液中進行濕法腐蝕；
[0009] (3)在減薄機上對晶片主面進行減薄，將減薄的晶片用一種粘結劑固定在一塊支 撐物上，其中所述支撐物為剛性的平板，然后對固定在支撐物上的晶片進行拋光；
[0010] ⑷使用水和/或有機溶劑去除粘結劑。
[0011] 優選地，僅進行一次拋光。
[0012] 此外，本發明還提供了一種超薄Ge單晶襯底材料，其厚度為60-160微米，優選 70-140微米，更優選80-120微米，最優選90-110微米；直徑為2-24厘米，優選3-22厘米， 更優選5-20厘米；表面粗糙度Ra為0. 2-0. 5納米，優選0. 2-0. 4納米，更優選0. 25-0. 35 納米；平整度為1. 5至4微米，優選2-3微米；彎曲度為2-5微米，優選2. 5至4. 5微米；翹 曲度為5_+5微米，優選4_+4微米，更優選3_+3微米，非常優選2_+2微米，最優選1_+1微 米。
[0013] 本發明制備超薄Ge單晶襯底材料的方法能夠制備厚度為60-160微米的超薄Ge 晶片。此外，由本發明方法制得的超薄Ge單晶襯底材料還具有良好的晶片平整度、表面總 平整度、彎曲度和翹曲度，適于進行外延生長。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發明方法的晶片倒角的示意圖，其中圖Ia倒角為圓弧狀，圖Ib倒角為坡 形；
[0015] 圖2為用于實施本發明拋光方法的設備的一個實例。
【具體實施方式】
[0016] 在本發明中，如無其他說明，則所有操作均在室溫、常壓實施。
[0017] 在本發明中，晶片的直徑應作如下理解：在晶片為圓形時，是指圓形的直徑；在晶 片為其他形狀（如不規則圓形、正方形、長方形等）時，是指以晶片的中心為圓心畫圓、使圓 包括晶片所有部分所形成的圓的直徑。
[0018] 本發明的制備Ge單晶襯底材料的方法包括以下步驟：
[0019] (1)由一種晶棒切割出厚度為140-250微米的晶片；
[0020] (2)在減薄機上對晶片背面進行減薄，然后將晶片放入腐蝕液中進行濕法腐蝕；
[0021 ] (3)在減薄機上對晶片主面進行減薄，將減薄的晶片用一種粘結劑固定在一塊支 撐物上，其中所述支撐物為剛性的平板，然后對固定在支撐物上的晶片進行拋光；
[0022] (4)使用水和/或有機溶劑去除粘結劑。
[0023] 優選地，僅進行一次拋光。
[0024] 所得到的晶片產品厚度為60-160微米，優選70-140微米，更優選80-120微米，最 優選90-110微米；直徑為2-24厘米，優選3-22厘米，更優選5-20厘米；表面粗糙度Ra為 0. 2-0. 5納米，優選0. 2-0. 4納米，更優選0. 25-0. 35納米；平整度為1. 5至4微米，優選2-3 微米；彎曲度為2-5微米，優選2. 5至4. 5微米；翹曲度為5-+5微米，優選4-+4微米，更優 選3_+3微米，非常優選2_+2微米，最優選1_+1微米。
[0025] 在本發明方法的步驟（1)中，由一種Ge晶棒切割出晶片。根據晶片的實際用途， 其厚度通常為140-250微米，優選160-200微米。所述Ge晶棒可商購得到，或由本領域已 知的方法制備。
[0026] 在本發明的一個優選實施方案中，所述Ge晶棒為Ge單晶晶棒。
[0027] 在本發明的一個優選實施方案中，所述Ge晶棒為橫向截面為圓形的Ge晶棒（簡 稱圓形Ge晶棒），其長度方向的截面為長方形或正方形，其圓形橫截面的直徑通常為2-20 厘米，優選為5-20厘米。
[0028] 當然，Ge晶棒也可以是橫向截面為其他形狀的Ge晶棒，例如由圓形Ge晶棒經過 處理而得的橫向截面為方形（正方形或長方形）的Ge晶棒，此時，步驟（1)所切割出的晶 片為非圓形的晶片。
[0029] 所述切割通常使用本領域已知的外圓切割機、內圓切割機或多線切割機進行。由 于多線切割機具有好的生產效率和出片率，因此優選多線切割機。
[0030] 優選地，在步驟（1)切割之后，還進行步驟（Γ):對步驟（1)切出的晶片進行邊緣 倒角處理（如圖Ia和圖Ib所示），使晶片邊緣獲得合適的圓弧（圖la)或坡度（圖lb，其 中α優選為45±10° )。圖Ia和Ib為晶片倒角前后的橫截面圖示。優選地，使得晶片邊 緣的橫截面具有圓弧狀的邊緣（圖la)，由此可以減少或避免后續步驟中半導體晶片破損 的風險。所述倒角處理通常使用倒角機進行，任何現有技術的倒角機均可用于該步驟。
[0031] 在本發明方法的步驟（2)中，將晶片主面朝下放進減薄機中的機臺上，通過吸真 空將晶片吸在平整的機臺上，以確保晶片與機臺之間沒有間隙，然后調整機臺參數，將晶片 送入機臺中進行加工。加工完成后晶片背面呈現螺旋狀的紋路，背面一般減薄20-30微米 左右。所用的減薄機為商購可得，例如購自日本DISCO的型號為DAG810的減薄機。并且減 薄可通過常規方法進行。
[0032] 在本發明方法的步驟（2)中，將背面減薄后的晶片放入腐蝕液中進行濕法腐蝕， 可以去除前道加工的殘余磨肩，同時腐蝕掉晶片表面的損傷層（約8-15微米），露出盡量完 整的單晶表層，晶片的強度有所提高。這樣，晶片背面加工完成。
[0033] 在本發明的一個優選實施方案中，所述減薄機所用的砂輪為8000#超細砂輪，砂 輪粒徑為< 1微米。
[0034] 在步驟（2)中，濕法腐蝕后的晶片背面的表面粗糙度Ra為0. 02-0. 05微米，優選 0. 02-0. 04 微米，更優選 0. 025-0. 035 微米。
[0035] 與現有技術采用2000#砂輪（粒徑3-8微米）進行減薄相比，本發明采用8000# 超細砂輪（粒徑< 1微米）進行減薄，減少了對晶片造成的損傷，同時也減少了晶片的粗糙 度，達到減薄晶片和提高晶片強度的目的。
[0036] 在本發明的一個優選實施方案中，所述減薄機所用的砂輪選自金剛石砂輪、碳化 硅砂輪和陶瓷砂輪，優選金剛石砂輪。
[0037] 在本發明的一個優選實施方案中，所述腐蝕液為酸性溶液的混合液。
[0038] 在本發明的一個優選實施方案中，所述腐蝕液選自40 %濃度（重量百分 濃度，下同）的氫氟酸的溶液，優選選自40 %濃度的氫氟酸和65 %濃度的硝酸以 (I. 0-1. 5) : (2. 0-2. 5)混合比（體積比，下同）的混合液，40%濃度的氫氟酸、65%濃度的硝 酸和99%濃度的冰醋酸以（1. 0-1. 5) : (2. 0-2. 5) : (1. 0-1. 8)混合比的混合液，以及40%濃 度的氫氟酸、65%濃度的硝酸和95%濃度的硫酸以（1. 0-1. 5) : (2. 0-2. 5) : (0. 9-1. 5)混合 比的混合液。
[0039] 在本發明方法的步驟（3)中，將晶片背面朝下放進減薄機中的機臺上，通過吸真 空將晶片吸在平整的機臺上，以確保晶片與機臺之間沒有間隙，然后調整機臺參數，將晶片 送入機臺中進行加工。加工完成后晶片背面呈現螺旋狀的紋路，主面一般減薄20-30微米 左右。
[0040] 在本發明方法的步驟（3)中，將主面減薄后的晶片的背面用一種粘結劑固定在一 塊支撐物上，其中所述支撐物為剛性的平板。所述支撐物的表面大小足以容納晶片，優選與 待拋光的晶片具有相同的形狀、與晶片相匹配，或者優選為圓形。通常，支撐物的厚度與晶 片厚度類似，例如為60-180微米，優選為60-160微米；支撐物表面平坦，平整度為2-5微 米，優選2-4微米；優選表面光滑，表面粗糙度Ra優選不高于0. 5微米，更優選不高于0. 4 微米，例如為0. 2-0. 5微米，優選0. 2-0. 4微米。考慮到