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.
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-disk 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.
Im
Rahmen dieser Erfindung ist mit Feinschleifen gemeint, dass Schleifscheiben
mit gebundenem Schleifkorn und einer Schleifmittelkörnung von
#1000 (mesh) und feiner (größere mesh-Zahl) verwendet werden.
Wenn dagegen von Grobschleifen die Rede ist, soll darunter die Verwendung
von Schleifscheiben mit gröberen
Schleifmittelkörnungen
verstanden werden.
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 Geometrie, Nanotopologie
und Oberflächenrauhigkeit
geglättet
wird und Restschädigungen
der Oberfläche
entfernt werden. Beim Einseitenpolieren (single-side polishing,
SSP) wird die Halbleiterscheibe während der Bearbeitung rückseitig
auf einer Trägerplatte
mit Kitt, Vakuum oder Adhäsion
gehalten. Dies kann als Einzelscheiben- oder Mehrscheiben-SSP ausgeführt werden.
Beim Doppelseitenpolieren (DSP) ist die Halbleiterscheibe lose in
eine dünne
Zahnscheibe eingelegt und wird vorder- und rückseitig simultan "frei schwimmend" zwischen einem oberen
und einem unteren, mit einem Poliertuch belegten Polierteller poliert.
In
DE 102 15 960 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.
Hier
sind zwei Ätzbehandlungen
erforderlich, was das Verfahren in Verbindung mit den vergleichsweise
hohen Materialabträgen
unwirtschaftlich macht.
In
DE 102 004 031 966
A1 ist folgende Prozessfolge offenbart: a) Abtrennen einer
Scheibe vom Kristallstück;
b) [Schleifen – Läppen] oder
DDG; c) Ätzen;
d) Feinschleifen von Vorder- und Rückseite der Scheibe; e) Polieren
von Vorder- und Rückseite
der Scheibe (DSP). Bei diesem Verfahren wird im Wesentlichen ein Läppschritt
durch Grobschleifen und Feinschleifen ersetzt, wobei zwischen der
mechanischen Bearbeitung durch Grobschleifen und dem Feinschleifen
ein Ätzschritt
vorgesehen ist, wodurch ein Teil der durch das Grobschleifen verursachten
geschädigten
Kristallbereiche entfernt werden soll. Nach dem Ätzen verbleibende Schäden sollen
durch das nachfolgende Feinschleifen beseitigt werden. Auch dieses
Verfahren ist unwirtschaftlich, da einzelne Prozessschritte offenbar
in erster Linie eingesetzt werden, um Beschädigungen der vorausgegangenen
Prozessschritte zu beseitigen und somit insgesamt zu einem erhöhten Materialabtrag
sowie zu einem insbesondere für
Halbleiterscheiben mit kleinen Durchmessern (≤ 200mm) zu aufwändigen Prozessablauf
führen.
In
US 62 147 04 ist eine Sequenz
Abtrennen einer Scheibe vom Kristall – Läppen – Reinigen – Feinschleifen der Vorderseite – Ätzen – Polieren
von Vorder- und Rückseite
(DSP) – Schleierfreipolitur
beschrieben. Es ist vorgesehen, den durch das Läppen verursachten Damage auch
nach Politur als mechanischen Getter auf der Rückseite zu belassen. Die abschließende Doppelseitenpolitur
führt zu
globalen Ebenheitswerten der Scheiben von 1 μm und weniger, ausgedrückt als
GBIR. Auch dieser Prozessablauf ist insbesondere für die Herstellung
von Halbleiterscheiben mit kleinen Durchmessern zu aufwändig und
damit unwirtschaftlich.
Aufgabe
der Erfindung war es, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung
von Halbleiterscheiben, die den hohen Anforderungen an lokale und
globale Ebenheit genügen,
zur Verfügung
zu stellen.
Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst
durch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, das folgende
Schritte in der angegebenen Reihenfolge umfasst: (a) Ziehen eines
Einkristalls aus Halbleitermaterial, (b) Abtrennen einer Halbleiterscheibe
von diesem Einkristall, (c) Läppen
von Vorder- und Rückseite
der Halbleiterscheibe, (d) Feinschleifen der Vorderseite der Halbleiterscheibe,
(e) Behandlung von Vorder- und Rückseite
der Halbleiterscheibe mit einem Ätzmedium,
(f) Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen Läppen
in Schritt c) und Feinschleifen in Schritt d) keine Behandlung der
Halbleiterscheibe mit einem Ätzmedium
erfolgt und dass die Rückseite
der Halbleiterscheibe nicht poliert wird.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
die Herstellung einer einseitig polierten Halbleiterscheibe mit
einer geläpptgeätzten Rückseite,
die deutlich verbesserte Geometriewerte gegenüber dem Stand der Technik aufweist.
Das
Verfahren verzichtet zum einen auf eine abschließende Doppelseitenpolitur.
Zum anderen erfolgt zwischen Läppen
und Feinschleifen keine Ätzbehandlung
der Halbleiterscheibe. Dadurch ist das Verfahren gegenüber dem
Stand der Technik auch wirtschaftlicher.
Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Verfahrensschritte
(a) bis (f) gemäß Anspruch
1 im Detail beschrieben.
Gemäß Schritt
(a) des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zunächst
ein Einkristall aus Halbleitermaterial durch Kristallziehen hergestellt.
Das
Ziehen des Einkristalls erfolgt vorzugsweise nach dem CZ-Verfahren.
Alternativ
wird der Einkristall nach dem FZ-Verfahren hergestellt.
Vorzugsweise
wird als Halbleitermaterial monokristallines Silicium verwendet.
Danach
wird gemäß Schritt
b) eine Halbleiterscheibe vom 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.
Anschließend erfolgt
vorzugsweise ein Grobschleifen der Vorderseite der Halbleiterscheibe
mit einem Materialabtrag von 10–50 μm.
Ebenfalls
bevorzugt ist es, die Halbleiterscheibe mit einer verrundeten Kante
zu versehen.
Nach
Grobschleifen und/oder Kantenverrunden wird vorzugsweise eine saure Ätzreinigung
der kantenverrundeten bzw. geschliffenen Halbleiterscheibe durchgeführt mit
einem Materialabtrag von 10–30 μm.
In
Schritt c) werden Vorder- und Rückseite
der Halbleiterscheibe geläppt.
Der
Materialabtrag beim Läppen
beträgt
vorzugsweise 15–40 μm pro Seite,
ganz besonders bevorzugt 20–35 μm pro Seite.
Als
Läppmittel
wird vorzugsweise eine Suspension verwendet, die eine Trägerflüssigkeit
wie z.B. Glykol und als Abrasivmittel bzw. Läppkorn Al2O3 beinhaltet.
Andere,
marktübliche
Läppmittel
sind für
das Verfahren ebenfalls geeignet.
Zwischen
Läppen
in Schritt c) und Feinschleifen in Schritt d) erfolgt vorzugsweise
ein Reinigungsschritt, um die Halbleiterscheibe von Rückständen des
Läppmittels
zu befreien. Ein derartiger Reinigungsschritt kann auch mit einem
sauren Medium erfolgen. Dabei kommt es jedoch zu keinem Abtrag von
Halbleitermaterial.
Gemäß Schritt
d) erfolgt anschließend
ein Feinschleifen der Vorderseite der Halbleiterscheibe.
Der
Materialabtrag beim Feinschleifen der Vorderseite beträgt vorzugsweise
5–15 μm.
Vorzugsweise
erfolgt das Feinschleifen mittels Schleifscheiben einer Körnung von
gleich oder feiner als #1000.
Die
Halbleiterscheibe weist also nach dem Feinschleifen vorzugsweise
eine geschliffene Vorder- und eine gesägt-geläppte Rückseite auf.
Nach
dem Feinschleifen wird die Halbleiterscheibe gemäß Schritt (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens
auf Vorder- und Rückseite
mit einem Ätzmedium
behandelt.
Vorzugsweise
wird die Halbleiterscheibe mit einem sauren Ätzmedium behandelt.
Der Ätzschritt
erfolgt vorzugsweise mit einer Mischung aus HF/HNO3 (Flusssäure/Salpetersäure).
Es
ist auch bevorzugt, die Halbleiterscheibe mit einem alkalischen Ätzmedium
zu behandeln.
Vorzugsweise
erfolgt durch die Ätzbehandlung
ein Materialabtrag von 10–80 μm, pro Seite
der Halbleiterscheibe 10–40 μm.
Vorzugsweise
wird nach der Ätzbehandlung
und vor der Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe die Kante
der Halbleiterscheibe poliert.
In
Schritt f) erfolgt schließlich
eine Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe.
Der
Materialabtrag beim Polieren beträgt vorzugsweise 5–15 μm, besonders
bevorzugt 5–10 μm auf der
Vorderseite der Halbleiterscheibe.
Vorzugsweise
wird die Halbleiterscheibe während
der Politur auf einer Trägerplatte
aus Aluminium gehalten.
Es
ist aber auch bevorzugt, die Halbleiterscheibe während der Politur auf einer
Trägerplatte
aus Keramik zu halten.
Erfindungsgemäß wird die
Rückseite
der Halbleiterscheibe nicht poliert.
Die
Halbleiterscheibe weist also nach Schritt f) eine polierte Vorderseite
und eine geläppt-geätzte Rückseite
auf.
Vorzugsweise
wird die Rückseite
der Halbleiterscheibe mit einer mechanischem Damage versehen. Durch
diese Maßnahmen
werden metallische Kontaminationen reduziert.
Vorzugsweise
wird die Rückseite
der Halbleiterscheibe mit einer Oxidschicht, z.B. mit einer LTO-
("Low Thermal Oxide") Schicht versiegelt.
Es ist auch bevorzugt, auf die Rückseite
der Halbleiterscheibe eine polykristalline Schicht aufzubringen.
Durch diese Maßnahmen
wird eine optimale Versiegelung der Halbleiterscheibe erreicht sowie
metallische Kontaminationen reduziert.
Diese
Schritte zur Versiegelung der Rückseite
der Halbleiterscheibe, des Erzeugung eines mechanischen Damage auf
der Rückseite
sowie eine ebenfalls bevorzugte thermische Behandlung („Anneal") der Halbleiterscheibe
finden bevorzugt zwischen der Ätzbehandlung
der Halbleiterscheibe in Schritt (e) und der Politur der Vorderseite
der Halbleiterscheibe in Schritt (f) statt.
Vorzugsweise
wird anschließend
auf die polierte Vorderseite der Halbleiterscheibe eine epitaktische Schicht
aufgebracht.
Vorzugsweise
handelt es sich dabei um eine epitaktische Schicht aus monokristallinem
Silicium.