DE102005046726B4

DE102005046726B4 - Nichtpolierte monokristalline Siliziumscheibe und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102005046726B4
Application number: DE102005046726A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hensel; Rudolf Lehner; Dr. Schwenk Helmut
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: KR100790926B1; CN100521094C; CN1941290A; JP2007096323A; DE102005046726A1; KR20070036723A; US20070072423A1; US20100237474A1; SG131054A1; TW200802566A; US7754009B2; TWI334622B

Abstract

Nichtpolierte monokristalline Siliciumscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei wenigstens ihre Vorderseite geschliffen sowie Vorder- und Rückseite geätzt sind, die ein Reflektivitätsvermögen von 95% oder höher auf Vorder- und Rückseite, eine kurzwellige Oberflächenrauhigkeit von 2–4 nm wenigstens auf ihrer Vorderseite, eine Dicke von 80–2500 μm sowie einen globalen Ebenheitswert GBIR von 0,5–5 μm aufweist, wobei ein Randausschluss von 3 mm zugrunde gelegt ist, und ein photolithographisches Auflösungsvermögen von bis zu 0,8 μm aufweist, und die des Weiteren eine native Oxidschicht einer Dicke von 0,5–3 nm jeweils auf ihrer Vorder- und Rückseite beinhaltet.

Description

Die Erfindung betrifft eine nichtpolierte Halbleiterscheibe und ein Verfahren zur Herstellung einer nichtpolierten Halbleiterscheibe.
Gemäß dem Stand der Technik werden Halbleiterscheiben in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Prozessschritten hergestellt, die sich allgemein in folgende Gruppen unterteilen lassen:

a) Herstellung eines Einkristalls aus Halbleitermaterial (Kristallziehen);
b) Trennen des Halbleiter-Einkristalls in einzelne Scheiben („Wafering”, „Sägen”);
c) mechanische Bearbeitung der Halbleiterscheiben;
d) chemische Bearbeitung der Halbleiterscheiben;
e) chemo-mechanische Bearbeitung der Halbleiterscheiben.

EP 1 049 145 A1 offenbart beispielsweise einen Prozessablauf zur Herstellung einer Halbleiterscheibe.
Dazu kommt eine Vielzahl an Nebenschritten wie Reinigen, Messen und Verpacken.
Die Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls erfolgt üblicherweise durch Ziehen eines Einkristalls aus einer Schmelze (CZ- bzw. „Czochralski”-Verfahren) oder durch Rekristallisation eines Stabes aus polykristallinem Halbleitermaterial (FZ- bzw. „floating zone”-Verfahren).
Als Trennverfahren sind Drahtsägen („multi-wire slicing”, MWS) sowie Innenlochsägen bekannt.
Beim Drahtsägen wird eine Vielzahl von Halbleiterscheiben in einem Arbeitsgang von einem Kristallstück abgetrennt.
Drahtsägen besitzen ein Drahtgatter, das von einem Sägedraht gebildet wird, der um zwei oder mehrere Drahtführungsrollen gewickelt ist. Der Sägedraht kann mit Schneidkorn (Diamantdraht-MWS) belegt sein. Bei Verwendung von Drahtsägen mit Sägedraht ohne fest gebundenes Schneidkorn wird Schneidkorn in Form einer Suspension („slurry”-MWS) während des Abtrennvorgangs zugeführt. Beim Abtrennvorgang durchdringt das Kristallstück das Drahtgatter, in dem der Sägedraht in Form parallel nebeneinander liegender Drahtabschnitte angeordnet ist. Die Durchdringung des Drahtgatters wird mit einer Vorschubeinrichtung bewirkt, die das Kristallstück gegen das Drahtgatter oder das Drahtgatter gegen das Kristallstück führt.
Beim Innenlochsägen werden ein kreisrundes, rotierendes, an seinem Außenumfang in einem Spannsystem eingespanntes Sägeblatt, das eine zentrale kreisförmige Bohrung aufweist (Innenloch) und dessen Umfangsbereich mit einem Schneidbelag versehen ist, und das zu zerschneidende Kristallstück, das mittels einer Adaptiereinrichtung in einer Halterung befestigt ist und über einen Zustellmechanismus in die vorgesehene Schnittposition gebracht und dort gehalten wird, einer Relativbewegung unterworfen, durch welche sich die Schneidkante radial durch das Kristallstück hindurcharbeitet, bis schließlich eine Halbleiterscheibe abgetrennt ist.
Die mechanische Bearbeitung dient der Entfernung von Sägewelligkeiten, dem Abtrag der durch die raueren Sägeprozesse kristallin geschädigten oder vom Sägedraht kontaminierten Oberflächenschichten und vor allem der globalen Einebnung der Halbleiterscheiben. Hier werden sequentielle Einseiten-Schleifverfahren („single-side grinding”, SSG) und simultane Doppelseiten-Schleifverfahren („double-dick grinding”, DDG) sowie Läppen verwendet.
Beim Einseitenschleifen wird die Halbleiterscheibe rückseitig auf einer Unterlage („chuck”) gehalten und vorderseitig von einer Topf- oder, was weniger gebräuchlich ist, von einer Außenschleifscheibe unter Drehung von Unterlage und Schleifscheibe und langsamer radialer Zustellung eingeebnet.
Beim simultanen Doppelseitenschleifen („double-disk grinding”, DDG) wird die Halbleiterscheibe frei schwimmend zwischen zwei, auf gegenüberliegenden kollinearen Spindeln montierten Schleifscheiben gleichzeitig beidseitig bearbeitet und dabei weitgehend frei von Zwangskräften axial zwischen einem vorder- und rückseitig wirkenden Wasser-(hydrostatisches Prinzip) oder Luftkissen (aerostatisches Prinzip) geführt und radial lose von einem umgebenden dünnen Führungsring oder von einzelnen radialen Speichen am Davonschwimmen gehindert.
Weiterhin lässt sich je nach Körnung und Bindung der Schleifscheiben zwischen Grobschleifen und Feinschleifen unterscheiden, wie beispielsweise in DE 10 2004 005 702 A1 offenbart.
Im Rahmen dieser Erfindung ist mit Feinschleifen gemeint, dass Schleifscheiben mit kunstharzgebundenem Schleifkorn (resin bond) und einer Schleifmittelkörnung von #1500 (mesh) und feiner (größere mesh-Zahl) verwendet werden.
Ist von Grobschleifen die Rede, wird darunter ein Schleifschritt unter Verwendung von Schleifscheiben mit Schleifmittelkörnungen von kleiner als #1500 verstanden.
Derartige Schleifscheiben sind beispielsweise bei Disco Corp. Japan erhältlich. Die Angabe der Schleifmittelkörnung erfolgt gemäß Japanese Industrial Standard JIS R 6001:1998.
Beim Läppen werden die Halbleiterscheiben unter Zuführung einer Abrasivstoffe enthaltenden Suspension zwischen einer oberen und einer unteren Arbeitsscheibe, die meist aus Stahl bestehen und mit Kanälen zur besseren Verteilung des Läppmittels versehen sind, unter einem gewissen Druck bewegt und dadurch Halbleitermaterial entfernt. Die Halbleiterscheiben liegen dabei in geeignet dimensionierten Aussparungen von so genannten Läuferscheiben, wobei die Läuferscheiben mittels eines inneren und eines äußeren Antriebskranzes in Rotation versetzt und die Halbleiterscheiben somit auf einer durch Antriebsparameter bestimmten geometrischen Bahn geführt werden. Der Druck wird üblicherweise über eine pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch arbeitende Kraftübertragungseinrichtung von der oberen Arbeitsscheibe auf die Halbleiterscheiben und das sich zwischen den Arbeitsscheiben und den Halbleiterscheiben befindende Läppmittel übertragen.
Die Kante der Halbleiterscheibe einschließlich gegebenenfalls vorhandener mechanischer Markierungen wie einer Orientierungskerbe („notch”) oder einer im Wesentlichen geradlinigen Abflachung des Scheibenrandes („flat”) wird üblicherweise auch bearbeitet (Kantenverrunden, „edge-notchgrinding”). Hierzu werden konventionelle Schleifschritte mit profilierten Schleifscheiben, Bandschleifverfahren mit kontinuierlichem oder periodischem Werkzeugvorschub oder integrierte Kantenverrundungsverfahren (Kantenschleifen und Kantenpolieren in einem Schritt) eingesetzt.
Die Gruppe der chemischen Bearbeitungsschritte umfasst Reinigungs- und Ätzschritte, insbesondere zum Entfernen von Verunreinigungen, zum Abtragen von geschädigten Oberflächenschichten und zur Verringerung der Oberflächenrauigkeit. Beim Ätzen kommen Ätzschritte mit alkalischen Medien, insbesondere auf Basis von NaOH (Natronlauge), KOH (Kalilauge) oder TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid) und Ätzschritte mit sauren Medien, insbesondere auf Basis von Mischungen von HNO₃/HF (Salpetersäure/Flusssäure) oder Kombinationen solcher Ätzschritte zum Einsatz. Gelegentlich werden auch andere Ätzverfahren wie Plasmaätzen verwendet.
Die Gruppe der chemo-mechanischen Bearbeitungsschritte umfasst Polierschritte, mit denen durch teilweise chemische Reaktion und teilweise mechanischen Materialabtrag (Abrasion) die Oberfläche bezüglich lokaler Ebenheit, Nanotopologie und Oberflächenrauhigkeit geglättet wird und Restschädigungen der Oberfläche entfernt werden. Das Polieren umfasst in der Regel einen oder mehrere Vor-(Abtragspolitur) und Schleierfrei-(Feinpolitur) Polierschritte und gegebenenfalls noch Zwischenschritte („buff polish”).
In DE 10215960 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben beschrieben, bei dem die folgende Prozesssequenz zum Einsatz kommt:

a) Auftrennen eines Halbleiter-Einkristalls in Scheiben,
b) Läppen der Vorder- und Rückseiten der Halbleiterscheiben,
c) Ätzen der Vorder- und Rückseiten der Halbleiterscheiben,
d) Feinschleifen wenigstens der Vorderseiten der Halbleiterscheiben,
e) Ätzen der Vorder- und Rückseiten der Halbleiterscheiben,
f) Polieren der Halbleiterscheiben.

Bei der Herstellung von Halbleiterscheiben für CMOS („Complementary Metal Oxide Semiconductor”)-Anwendungen ist wie gemäß Schritt f) in DE 10215960 bei allen bekannten Verfahren eine abschließende Politur wenigstens der Vorderseite der Halbleiterscheibe vorgesehen, um den hohen Anforderungen an globale und lokale Ebenheit und Nanotopologie von Ausgangsmaterialien für die Herstellung dieser Bauelemente zu genügen.
Für die Herstellung von Halbleiterscheiben für Anwendungen in der Leistungselektronik bzw. für die Fabrikation diskreter Bauelemente sind diese Verfahren dagegen zu aufwändig und unwirtschaftlich.
Daher werden Halbleiterscheiben, die für solche Anwendungen vorgesehen sind, üblicherweise nach Abtrennen von einem Einkristall geläppt und mit einem Ätzmedium behandelt. Eine Politur der Halbleiterscheiben ist dabei nicht vorgesehen. Die Anforderungen an Ebenheit und Glanz der Halbleiterscheibe werden allein durch Läppen und Ätzen zu erreichen versucht.
Aus US 6,063,301 ist beispielsweise ein Verfahren mit einer Prozessfolge Sägen-Läppen-Ätzen bekannt.
Ein Nachteil dieses Verfahren besteht darin, dass Läppen zu Beschädigungen bis tief in das Innere des Kristallgitters führt, was üblicherweise einen erhöhten Materialabtrag beim nachfolgenden Ätzen erforderlich macht, um diese zu beseitigen. Ein hoher Ätzabtrag führt zu einer Verschlechterung der Ebenheit der Halbleiterscheibe.
In US 5,899,744 ist eine Sequenz Sägen-Ätzen-Läppen-Ätzen beschrieben. Hier soll der beim Läppen erforderliche Materialabtrag dadurch verringert werden, dass bereits vor dem Läppschritt eine erste Ätzbehandlung der Halbleiterscheibe erfolgt.
Auch dieses Verfahren ist nachteilig, da eine weitere Verschlechterung der Ebenheit der Halbleiterscheibe durch zwei Ätzschritte zu erwarten ist.
In allen bekannten Verfahren, in denen ein Läppschritt vorgesehen ist, wird von schlechter Oberflächenrauhigkeit der hergestellten Halbleiterscheiben berichtet, die wenigstens 100 nm beträgt.
In DE 10237247 A1 wird vorgeschlagen, eine Halbleiterscheibe von einem Einkristall abzutrennen, die Halbleiterscheibe einer Behandlung mit einem Ätzmedium zu unterziehen und anschließend zu reinigen, wobei keine weiteren mechanischen Bearbeitungsschritte wie Schleifen, Läppen oder Polieren vorgesehen sind. Durch dieses Verfahren lässt sich eine glanzgeätzte Halbleiterscheibe mit einer Reflektivität von mindestens 70% herstellen.
Die Reflektivität einer Halbleiterscheibe wird im Wesentlichen dadurch bestimmt, dass Licht unter einem bestimmten Winkel (40 bis 80°) auf die Halbleiterscheibe gestrahlt und der reflektierte Anteil gemessen wird.
Auch in dem genannten Dokument sind Halbleiterscheiben mit unbefriedigender Oberflächenrauhigkeit von 0,1–0,5 μm offenbart .
Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass auch hier ein hoher Ätzabtrag vorgesehen ist, der mit einer Verschlechterung der Ebenheit bzw. einer Mikrostruktur einer Oberfläche der Halbleiterscheibe verbunden ist. Diese Mikrostruktur zeichnet sich aus durch visuell erkennbare Rauhigkeitsschwankungen auf Längenskalen von 50–2000 μm und ist dem Fachmann auch als „Orange Peel”-Struktur bekannt.
Eine derartige Mikrostruktur der Oberfläche führt zu einer Begrenzung der bei photolithographischen Prozessen in der Herstellung von Bauelementen möglichen Linienbreite. Mit dieser Linienbreite ist der minimale Abstand zweier Objekte des gesamten Bauelements gemeint, wie zum Beispiel der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Kanten zweier benachbarter Leiterbahnen.
Aufgabe der Erfindung war es, die Oberflächenqualität nichtpolierter Halbleiterscheiben zu verbessern und kleinere Linienbreiten von darauf hergestellten Bauelementen zu ermöglichen.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer nichtpolierten Siliciumscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bestehend aus folgenden Bearbeitungsschritten: (a) ziehen eines Einkristalls aus Silicium, (b) Rundschleifen des Einkristalls, (c) Abtrennen einer Siliciumscheibe von diesem Einkristall, (d) Verrunden der Kante der Siliciumscheibe, (e) Oberflächenschleifen der Vorderseite der Siliciumscheibe, umfassend einen Grob- und einen Feinschleifschritt, (f) Behandlung der Siliciumscheibe mit einem sauren Ätzmedium, (g) Endreinigung der Siliciumscheibe.
Gemäß Schritt (a) wird zunächst ein Einkristall aus Halbleitermaterial durch Kristallziehen hergestellt.
Dabei wird der Einkristall vorzugsweise nach dem FZ-verfahren hergestellt.
Das Verfahren ist in gleicher Weise auch für mittels CZ gezogene Kristalle geeignet.
Der Einkristall weist vorzugsweise eine Kristallorientierung 1-0-0, 1-1-0 oder 1-1-1 auf.
Vorzugsweise wird der Einkristall dotiert, indem dem Einkristall während des Ziehens ein Dotierstoff zugeführt wird.
Vorzugsweise ist der Einkristall p- oder n-dotiert und weist einen Widerstand von 0,001-100000 Ohmcm auf, mit einer Variation des Widerstands in axialer und radialer Richtung von ±10% oder weniger.
Im Falle eines p-dotierten Einkristalls wird ein mittels FZ gezogener 1-0-0 Einkristall während des Ziehens beispielsweise mit Diboran begast und ein Widerstandwert von 50 Ohmcm erreicht.
Anschließend erfolgt gemäß Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Rundschleifen des Einkristalls nach dem Stand der Technik.
Vorzugsweise beträgt der Durchmesser des rundgeschliffenen Einkristalls 75–300 mm.
Danach wird gemäß Schritt (c) eine Halbleiterscheibe vom rundgeschliffenen Einkristall abgetrennt.
Vorzugsweise erfolgt das Abtrennen der Halbleiterscheibe vom Einkristall mittels einer Drahtsäge nach dem Stand der Technik.
Es ist aber auch ein Abtrennen der Halbleiterscheibe vom Einkristall mit einer Innenlochsäge bevorzugt.
Bei der Herstellung einer Halbleiterscheibe mit einer Dicke von 700 μm und größer, ist ein Abtrennen dieser Halbleiterscheibe mit einer Innenlochsäge wirtschaftlicher und daher gegenüber dem Drahtsägen besonders bevorzugt.
Nachfolgend wird die Kante der Halbleiterscheibe gemäß d) verrundet.
Vorzugsweise erhält die Kante der Halbleiterscheibe dabei im Querschnitt eine kreisförmige Form, die üblicherweise durch zwei Parameter charakterisiert wird: zum einen durch einen Kreisradius und zum anderen durch einen Winkel, den eine Tangente des Kreises an einem Punkt, an dem die Kreislinie eine zur Oberfläche der Halbleiterscheibe parallele Linie schneidet, mit jener Linie bildet.
Anschließend wird gemäß Schritt (e) wenigstens die Vorderseite der Halbleiterscheibe geschliffen.
Vorzugsweise wird auch die Rückseite der Halbleiterscheibe geschliffen.
Die Halbleiterscheibe weist also nach dem Schleifen entweder eine geschliffene Vorder- und eine gesägte Rückseite auf oder sie ist beidseitig geschliffen.
Der Materialabtrag wird vorzugsweise so gewählt, dass ein durch das Abtrennen der Halbleiterscheibe vom Einkristall bedingter Subsurface-Damage komplett entfernt wird.
Das Schleifen der Halbleiterscheibe erfolgt im Falle des beidseitigen Schleifens vorzugsweise sequentiell.
Auch simultanes beidseitiges Schleifen (DDG) ist bevorzugt.
Das Schleifen umfasst dabei jeweils zwei Schritte: ein Grobschleifen und anschließendes Feinschleifen von einer (Vorderseite) oder von beiden Seiten (Vorder- und Rückseite) der Halbleiterscheibe.
Das Grobschleifen erfolgt vorzugsweise mit Schleifscheiben einer Schleifmittelkörnung von #100–1000.
Beim Feinschleifen werden vorzugsweise Schleifscheiben einer Schleifmittelkörnung von #2000–8000 verwendet.
Ein Materialabtrag beim Grobschleifen liegt vorzugsweise im Bereich von 5–100 μm, vorzugsweise im Bereich von 20–60 μm auf einer Seite der Halbleiterscheibe.
Beim Feinschleifen ist der Materialabtrag vorzugsweise im Bereich von 2–50 μm, vorzugsweise im Bereich 5–20 μm auf einer Seite der Halbleiterscheibe.
Falls in Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens die Halbleiterscheibe mittels einer Innenlochsäge abgetrennt wird, ist in Schritt (e) ein beidseitiges Schleifen der Halbleiterscheibe bevorzugt. Wenn bei einer mittels Innenlochsäge abgetrennten Halbleiterscheibe nur die Vorderseite geschliffen würde, könnte dies dazu führen, dass auf der Rückseite der Halbleiterscheibe die gegenüber dem Drahtsägen größere kristalline Schädigung unterhalb der Oberfläche der Halbleiterscheibe („subsurface damage”) durch die nachfolgende Behandlung mit einem Ätzmedium nicht komplett entfernt wird und ein Restdamage auf der Rückseite der Halbleiterscheibe verbleibt, der sich während eines Prozesses bei der Bauelementeherstellung, insbesondere während eines thermischen Prozesses, zu größeren Defekten ausbilden, damit zu einer Beeinträchtigung der Funktion der Bauelemente und im schlimmsten Fall zu deren Ausfall führen könnte.
Nach dem Oberflächenschleifen wird die Halbleiterscheibe gemäß Schritt (f) des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Ätzmedium behandelt.
Dadurch wird im Falle des beidseitigen Schleifens der Halbleiterscheibe der vom Schleifschritt verbliebene Subsurface-Damage und im Falle des einseitigen Schleifens der durch das Schleifen auf der einen und durch das Sägen auf der anderen Seite der Halbleiterscheibe verbliebene Subsurface-Damage entfernt.
Vorzugsweise wird die Halbleiterscheibe mit einem sauren Ätzmedium behandelt.
Der Materialabtrag bei der Behandlung der Halbleiterscheibe mit dem sauren Ätzmedium beträgt vorzugsweise 5–100 μm auf jeder Seite der Halbleiterscheibe.
Besonders bevorzugt ist ein Materialabtrag von 10–20 μm auf jeder Seite der Halbleiterscheibe.
Der Ätzschritt erfolgt vorzugsweise mit einer Mischung aus HF/HNO₃ (Flusssäure/Salpetersäure).
HF/HNO₃ ist besonders gut geeignet, um durch vorangegangene mechanische Bearbeitungsschritte (Drahtsägen, Schleifen) verursachte metallische Kontaminationen von den Oberflächen der Halbleiterscheibe zu entfernen.
Darüber hinaus sind im Rahmen von Schritt (f) Spülschritte mit destilliertem Wasser, eine nasschemische, vorzugsweise mittels H₂O/O₃ (Wasser/Ozon) erfolgende Hydrophilierung sowie ein Trocknungsschritt bevorzugt.
Vorzugsweise erfolgt die Hydrophilierung nach dem Trocknen der Halbleiterscheibe in einer Gasphase mittels O₃-Begasung.
Durch die Hydrophilierung bildet sich natives Oxid auf beiden Seiten der Halbleiterscheibe, wodurch die Oberfläche der Halbleiterscheibe versiegelt und das Risiko der Entstehung von Abdrücken bei nachfolgender Berührung mit Handlingsequipment verringert wird.
Vorzugsweise ist diese native Oxidschicht 0,5–3 nm dick.
Vorzugsweise erfolgt nach der Behandlung der Halbleiterscheibe mit dem Ätzmedium gemäß (f) eine Messung von Ebenheitsparametern (beispielsweise globale Ebenheit GBIR) und der Dicke der Halbleiterscheibe.
Des Weiteren ist es bevorzugt, Bulk-Widerstandswerte der Halbleiterscheibe zu bestimmen.
Dies hat den Vorteil, dass dadurch eine Halbleiterscheibe, die bezüglich ihrer Ebenheit und/oder ihres Widerstands nicht in einem vorgegebenen Toleranzbereich liegt, aussortiert werden kann.
Des Weiteren ist es bevorzugt, die Halbleiterscheibe in Gruppen mit bestimmtem Widerstand und/oder definierter Dicke einzumessen.
Da es bei den Messungen bzw. beim Handling der Halbleiterscheibe zu einer Berührung der zu vermessenden Halbleiterscheibe mit dem die Halbleiterscheibe transportierenden Material (typischerweise z. B. Polyurethan) kommt, und trotz der Hydrophilie der Oberflächen der Halbleiterscheibe eine gewisse Kontamination der Halbleiterscheibe, beispielsweise in Form eines Abdrucks (z. B. von einem Transportriemen oder einem Chuck, also eines zum Halten einer Halbleiterscheibe geeigneten Trägers) auf der Halbleiterscheibe, in Form von Partikeln oder auch als metallische Kontamination (hauptsächlich durch direkten Kontakt mit einem Transportriemen), oder durch Querkontamination von einem vorangegangenen Messvorgang an einer Halbleiterscheibe mit noch nicht gereinigter, noch kontaminierter Oberfläche, nicht ausgeschlossen werden kann, ist nach den Messungen ein abschließender Reinigungsschritt zur Entfernung jener Partikel und Abdrücke auf der Halbleiterscheibe nötig.
Daher erfolgt in Schritt (g) des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Endreinigung der Halbleiterscheibe.
Vorzugsweise beinhaltet die Reinigung eine Sequenz: Reinigung der Halbleiterscheibe in Bädern mit Tensiden – Spülen – Behandlung in wässriger HF-Lösung (optional mit O₃) zum Entfernen von metallischen Kontaminationen – eine weitere Hydrophilierung, die entweder nasschemisch oder durch Begasung erfolgt – und Trocknung der Halbleiterscheibe.
Durch die Behandlung in wässriger HF-Lösung werden metallische Kontaminationen, die durch die vorangegangenen Messungen sowie durch Handlingsequipment verursacht sein können, von den Oberflächen der Halbleiterscheibe entfernt.
Die Konzentration der wässrigen HF-Lösung beträgt vorzugsweise 0,2–5%.
Um visuell sichtbare Defekte erkennen und eine derartige Defekte aufweisende Halbleiterscheibe aussortieren zu können, wird vorzugsweise nach der Endreinigung eine visuelle Inspektion der Halbleiterscheibe durchgeführt.
Anschließend kann die Halbleiterscheibe verpackt und für den Versand vorbereitet werden.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, das es sich um ein gegenüber dem Stand der Technik der Herstellung einer polierten Halbleiterscheibe kostengünstigeres Verfahren handelt, aber dennoch eine Oberflächenqualität der damit hergestellten Halbleiterscheibe erreicht wird, die im wesentlichen der einer polierten Halbleiterscheibe entspricht.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das bisher übliche Läppen durch einen Schleifschritt ersetzt wird.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Halbleiterscheibe weist auf ihrer wenigstens einen geschliffenen und geätzten Seite eine Oberflächenrauhigkeit von 3 nm oder weniger auf, was eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik einer „gesägten, geläppten und geätzten Halbleiterscheibe” (Rauhigkeit 100 nm oder höher) darstellt.
Gegenüber dem Herstellungsverfahren einer gesägten, geläppten und geätzten Halbleiterscheibe ist im erfindungsgemäßen Verfahren ein relativ geringer Ätzabtrag erforderlich, was dazu führt, dass eine Verschlechterung der Mikrostruktur der Halbleiterscheibe bei hohen Ätzabträgen vermieden wird („Orange Peel”).
Gleichzeitig werden dabei Ebenheitsparameter erreicht, die besser sind als der Stand der Technik einer „gesägten, geläppten und geätzten Halbleiterscheibe”.
Außerdem ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, auch dünne Halbleiterscheiben herzustellen mit einer Dicke von 80–100 μm, was durch eine Prozesssequenz Sägen-Läppen-Ätzen nach dem Stand der Technik nicht möglich ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine nichtpolierte Siliciumscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei wenigstens ihre Vorderseite geschliffen sowie Vorder- und Rückseite geätzt sind, die ein Reflektivitätsvermögen von 95% oder höher auf Vorder- und Rückseite, eine kurzwellige Oberflächenrauhigkeit von 2–4 nm wenigstens auf ihrer Vorderseite, eine Dicke von 80–2500 μm sowie einen globalen Ebenheitswert GBIR von 0,5–5 μm aufweist, wobei ein Randausschluss von 3 mm zugrunde gelegt ist, und ein photolithographisches Auflösungsvermögen von bis zu 0,8 μm aufweist, und die des Weiteren eine native Oxidschicht einer Dicke von 0,5–3 nm jeweils auf ihrer Vorder- und Rückseite beinhaltet.
Die Dicke der Halbleiterscheibe entspricht den jeweiligen Erfordernissen für den Bauelementprozess und beträgt vorzugsweise 100–500 μm.
Der globale Ebenheitswert GBIR beträgt vorzugsweise 0,5–3 μm.
Die globale Ebenheit bezieht sich auf die gesamte Oberfläche der Halbleiterscheibe abzüglich eines zu definierenden Randausschlusses und wird durch ein globalen Ebenheitswert GBIR („global backsurface-referenced ideal plane/range” = Betrag der positiven und negativen Abweichung von einer rückseitenbezogenen Idealebene für die gesamte Vorderseite der Halbleiterscheibe) beschrieben, welcher der früher gebräuchlichen Angabe TTV („total thickness variation” = Gesamtdickenvarianz) entspricht.
Unter dem photolithographischen Auflösungsvermögen von wenigstens 0,8 μm ist zu verstehen, dass die erfindungsgemäße Halbleiterscheibe für die Herstellung von elektronischen Bauelementen mit Linienbreiten bis zu 0,8 μm mittels Photolithographie geeignet ist.
Vorzugsweise hat die erfindungsgemäße Halbleiterscheibe wenigstens auf ihrer Vorderseite ein Reflektivitätsvermögen von 98% oder höher.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Halbleiterscheibe keine Beschädigungen, Kratzer, Kunststoffabrieb oder andere Defekte auf, die mittels visueller Inspektion erkennbar sind.
Des Weiteren sind bei der erfindungsgemäßen Halbleiterscheibe bei visueller Betrachtung mit kollimiertem Licht vorzugsweise keine Partikel sichtbar.
Vorzugsweise ist die Rückseite der Halbleiterscheibe ebenfalls geschliffen und geätzt.
Außerdem weist die erfindungsgemäße Halbleiterscheibe vorzugsweise metallische Kontaminationen bei Messung mittels VPD-TXRF (Vapor Phase Decomposition-Total Reflection X-Ray Fluorescence Analysis) oder VPD-ICP-MS (Induktiv gekoppeltes Plasma mit Quadrupol-Massenspektrometer) von 10¹³ cm^–2 oder weniger auf, vorzugsweise 5 × 10⁸ – 10¹³ cm^–2.
Bei den Metallkontaminationen handelt es sich vorzugsweise um Kontaminationen mit Kupfer, Nickel oder Calcium.
Vorzugsweise ist die Halbleiterscheibe vom Leitungstyp p oder n und besitzt im Bulk eine Kristallorientierung 1-0-0, 1-1-0 oder 1-1-1, einen Widerstandsbereich von 0,001–100000 Ohmcm und eine Widerstandstoleranz von weniger als ±10%.
Die Dicke der nativen Oxidschicht von 0,5–3 nm ist bei der erfindungsgemäßen Halbleiterscheibe vorzugsweise mittels Ellipsometrie gemessen.
Vorzugsweise weist die Halbleiterscheibe im Querschnitt eine kreisförmige Form ihrer Kante auf, die zum einen durch einen Kreisradius und zum anderen durch einen Winkel charakterisiert ist, den eine Tangente des Kreises an einem Punkt, an dem die Kreislinie eine zur Oberfläche der Halbleiterscheibe parallele Linie schneidet, mit jener Linie bildet.
Beispiel:
Bei der Herstellung von Halbleiterscheiben wurden folgende Prozessparameter gewählt:
Drahtsägen auf Dicke 425 μm; Schleifabtrag 50 μm pro Seite, dabei 30 μm durch Grobschleifen und 20 μm durch Feinschleifen; Ätzbehandlung mit einem Materialabtrag von 12,5 μm pro Seite.
Dabei ergaben sich folgende Parameter der hergestellten Halbleiterscheiben:

– GBIR 1,5 μm ± 1 μm;
– Dicke 300 μm ± 10 μm;
– Reflektivität: 99% ± 0.7%;
– Oberflächenrauhigkeit kurzwellig, gemessen mittels AFM („Atomic Force Microscope”), auf Längenskalen bis 50 μm: 3 nm ± 1 nm;
– Oberflächenrauhigkeit langwellig (auf Längenskalen bis 2 mm): 30 nm ± 3 nm (Orange Peel);
– Kantenform: Kanten-Kreisradius von 150 μm und ein Tangenten-Winkel von 32°.

Claims

Nichtpolierte monokristalline Siliciumscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei wenigstens ihre Vorderseite geschliffen sowie Vorder- und Rückseite geätzt sind, die ein Reflektivitätsvermögen von 95% oder höher auf Vorder- und Rückseite, eine kurzwellige Oberflächenrauhigkeit von 2–4 nm wenigstens auf ihrer Vorderseite, eine Dicke von 80–2500 μm sowie einen globalen Ebenheitswert GBIR von 0,5–5 μm aufweist, wobei ein Randausschluss von 3 mm zugrunde gelegt ist, und ein photolithographisches Auflösungsvermögen von bis zu 0,8 μm aufweist, und die des Weiteren eine native Oxidschicht einer Dicke von 0,5–3 nm jeweils auf ihrer Vorder- und Rückseite beinhaltet.
Nichtpolierte Siliciumscheibe nach Anspruch 1 mit einer kurzwelligen Oberflächenrauhigkeit von 2–3 nm.
Nichtpolierte Siliciumscheibe nach Anspruch 1 oder 2 mit einer langwelligen Orange Peel-Oberflächenrauhigkeit von 27–33 nm.
Nichtpolierte Siliciumscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rückseite der Siliciumscheibe ebenfalls geschliffen und geätzt ist.
Nichtpolierte Siliciumscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die metallische Kontaminationen in einer Konzentration von 5 × 10⁸ – 10¹³ cm^–2 oder weniger beinhaltet.
Nichtpolierte Siliciumscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die vom Leitungstyp p oder n ist und im Bulk eine Kristallorientierung 1-0-0, 1-1-0 oder 1-1-1, einen Widerstandsbereich von 0,001–100000 Ohmcm und eine Widerstandstoleranz von weniger als ±10% aufweist.
Nichtpolierte Siliciumscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Reflektivitätsvermögen von 98% oder höher.
Verfahren zur Herstellung einer nichtpolierten Siliciumscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bestehend aus folgenden Bearbeitungsschritten: (a) Ziehen eines Einkristalls aus Silicium, (b) Rundschleifen des Einkristalls, (c) Abtrennen einer Siliciumscheibe von diesem Einkristall, (d) Verrunden der Kante der Siliciumscheibe, (e) Oberflächenschleifen wenigstens einer Seite der Siliciumscheibe, bestehend aus einen Grobschleifschritt mit einer Schleifmittelkörnung kleiner als #1500 (mesh) und einen Feinschleifschritt mit einer Schleifmittelkörnung größer oder gleich #1500 (mesh), (f) Behandlung der Siliciumscheibe mit einem sauren Ätzmedium, (g) Endreinigung der Siliciumscheibe.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Einkristall gemäß (a) nach dem FZ-Verfahren gezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Einkristall gemäß (a) nach dem CZ-Verfahren gezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Kristall eine Kristallorientierung 1-0-0, 1-1-0 oder 1-1-1 aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei dem Einkristall während des Ziehens ein Dotierstoff zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei ein Durchmesser des Einkristalls nach Rundschleifen 75–300 mm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das Abtrennen der Siliciumscheibe vom Einkristall gemäß (c) mittels einer Drahtsäge erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das Abtrennen der Siliciumscheibe vom Einkristall mit einer Innenlochsäge erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei das Oberflächenschleifen gemäß (e) ein Grobschleifen mit Schleifscheiben einer Korngröße von #100–1000 (mesh) bei einem Materialabtrag von 5–100 μm und ein Feinschleifen mit Schleifscheiben einer Korngröße von #2000–8000 (mesh) und einem Materialabtrag von 2–50 μm umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Materialabtrag beim Grobschleifen 20–60 μm und beim Feinschleifen 5–20 μm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, wobei beim Oberflächenschleifen der Siliciumscheibe gemäß (e) Vorder- und Rückseite der Siliciumscheibe geschliffen werden.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Oberflächenschleifen der Siliciumscheibe sequentiell erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Oberflächenschleifen der Siliciumscheibe simultan auf beiden Seiten erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 20, wobei bei der Behandlung der Siliciumscheibe mit einem sauren Ätzmedium gemäß (f) ein Materialabtrag 5–100 μm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Materialabtrag 10–20 μm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei als Ätzmedium ein Gemisch aus HF/HNO₃ verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei Schritt (f) außerdem Spülschritte mit destilliertem Wasser, eine nasschemische Hydrophilierung der Siliciumscheibe sowie einen Trocknungsschritt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Hydrophilierung nach dem Trocknen der Siliciumscheibe mittels O₃-Begasung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 25, wobei die Endreinigung der Siliciumscheibe gemäß (g) ein Reinigen der Siliciumscheibe in Bädern mit Tensiden, Spülen, Behandeln in wässriger HF-Lösung, eine Hydrophilierung, die entweder nasschemisch oder durch Begasung erfolgt sowie ein Trocknen der Siliciumscheibe umfasst.