DE10238593A1

DE10238593A1 - Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE10238593A1
Application number: DE2002138593
Authority: DE
Inventors: Erdmann Dipl.-Ing. Dr. Knösel; Oliver Dipl.-Ing. Naumann (FH); Herbert Dipl.-Phys. Dr. Rüfer
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-11

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von damagefreien beziehungsweise damagearmen Halbleiterscheiben von einem halbleitenden Werkstück mit Hilfe eines leitenden Werkzeugs, wobei das Werkzeug als Elektrode mit elektrischem Strom einer Gleichspannungsquelle beaufschlagt wird und in Gegenwart eines Elektrolyten auf das Werkstück einwirkt. Das Werkstück und das Werkzeug werden in geringem Abstand und mit hoher Relativgeschwindigkeit aneinander vorbeigeführt und das Werkstück wird als Gegenelektrode mit elektrischem Strom beaufschlagt.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben von einem halbleitenden Werkstück mit Hilfe eines leitenden Werkzeugs, wobei das Werkzeug als Elektrode mit elektrischem Strom einer Gleichspannungsquelle beaufschlagt wird und in Gegenwart eines Elektrolyten auf das Werkstück einwirkt.

Im Gegensatz zu dem im industriellen Maßstab am häufigsten zur Herstellung von Halbleiterscheiben eingesetzten mechanischen Trennverfahren, dem Drahtsägen, bei dem es zwangsläufig zu oberflächennahen Beschädigungen (damage) der Seitenflächen der erzeugten Halbleiterscheiben kommt, bieten chemische oder elektrochemische Trennverfahren den Vorteil, dass sich nahezudamagefreie Halbleiterscheiben erzeugen lassen.

In der DE-10014445 A1 ist ein chemisches Trennverfahren beschrieben, bei dem eine das Halbleitermaterial auflösende Flüssigkeit mit Hilfe eines angetriebenen Fadens mit hoher Geschwindigkeit am Werkstück vorbeitransportiert wird. Dieses Verfahren hat industriell keine Bedeutung erlangt, weil der über einen längeren Zeitraum zu erzielende Materialabtrag zu niedrig ist.

Die US-5,180,469 offenbart ein Trennverfahren, bei dem ein materialabtragender Wirkstoff in situ elektrochemisch erzeugt wird, indem in einem Elektrolyten an einer als Draht ausgebildeten Anode und an einer in den Elektrolyten getauchten Kathode eine Spannung angelegt wird. Auch bei diesem Verfahren ist der pro Zeiteinheit zu erzielende Materialabtrag vergleichsweise gering.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrochemisches Trennverfahren anzugeben, bei dem damagefreie oder nahezu damagefreie Halbleiterscheiben mit hoher Produktivität hergestellt werden können.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben von einem halbleitenden Werkstück mit Hilfe eines leitenden Werkzeugs, wobei das Werkzeug als Elektrode mit elektrischem Strom einer Gleichspannungsquelle beaufschlagt wird und in Gegenwart eines Elektrolyten auf das Werkstück einwirkt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Werkstück und das Werkzeug in geringem Abstand und mit hoher Relativgeschwindigkeit aneinander vorbeigeführt werden und das Werkstück als Gegenelektrode mit elektrischem Strom beaufschlagt wird.

Die nach diesem Verfahren hergestellten Halbleiterscheiben sind damagefrei beziehungsweise damagearm und müssen deshalb nicht mit aufwändigen Nachbearbeitungsschritten, wie Schleifen oder Läppen, von beschädigten Kristallbereichen befreit werden. Das Verfahren zeichnet sich durch hohe Abtragsgeschwindigkeiten aus und erlaubt daher das Abtrennen der Halbleiterscheiben vom Werkstück in vergleichsweise geringer Zeit.

Als Werkstücke kommen einkristalline halbleitende Materialien aus Silicium oder Galliumarsenid in Betracht. Das Werkzeug, das beim Abtrennen der Halbleiterscheiben keinen Kontakt zum Werkstück hat, ist vorzugsweise ein endlicher oder endloser Draht aus Metall oder Graphit oder eine entsprechend ausgebildete Kunststofffaser mit einer stromleitenden Beschichtung. Der Durchmesser des Drahts oder der Faser ist kleiner als 500 μm. Das Drahtwerkzeug kann sowohl Oberflächenrauheiten von kleiner als 20 μm aufweisen als auch eine makroskopisch strukturierte Oberfläche haben. Als Werkzeug können auch ein Metallband oder eine oder mehrere, mit hoher Drehzahl rotierende und den elektrischen Strom leitende Scheiben verwendet werden. Das Werkzeug und das Werkstück werden mit einer hohen Relativgeschwindigkeit, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 200 m/s, aneinander vorbeigeführt. Da dies in Gegenwart eines Elektrolyten geschieht, wird der Elektrolyt ebenfalls mit hoher Geschwindigkeit am Werkstück im Bereich des entstehenden Schneidspalts vorbeitransportiert. Dabei löst er Passivschichten auf, die sich in Oberflächenrandschichten des Schneidspalts bilden und transportiert diese zusammen mit vom Halbleitermaterial stammenden Abbauprodukten und ohmscher Wärme aus dem Schneidspalt. Um eine möglichst hohe Produktivität zu erreichen, wird vorzugsweise eine Vielzahl von Halbleiterscheiben gleichzeitig vom Werkstück abgetrennt, beispielsweise indem eine Drahtsäge eingesetzt wird. Vorrichtungen dieser Art sind in vielen Ausführungsformen bekannt. Sie stellen ein Gatter bestehend aus einer Vielzahl von parallel angeordneten Drahtabschnitten bereit, wobei jeder Drahtabschnitt für sich als Werkzeug zum Abtrennen einer Halbleiterscheibe eingesetzt werden kann. Ein solches Drahtgatter entsteht beispielsweise, wenn ein endlicher Draht vielfach um Führungsrollen gewickelt wird. Die Drahtabschnitte werden durch Antreiben von mindestens einer der Führungsrollen in Bewegung versetzt.

Als Elektrolyt elektrisch werden leitende Flüssigkeiten verwendet, bevorzugt alkalische Lösungen mit oder ohne Zusätze (im Fall von Silicium insbesondere eine Kaliumhydroxid-Lösung).

Zur weiteren Beschleunigung des Abbaus von Passivschichten ist es vorteilhaft, dem Elektrolyten Wirkstoffe zuzugeben, die solche passivierenden Schichten lösen beziehungsweise beseitigen. Prinzipiell kommen alle Stoffe in Betracht, die in Ionen dissoziieren können. Besonders bevorzugt ist die Zugabe eines oder mehrerer Stoffe aus einer Gruppe von Stoffen, die Säuren, Basen und neutrale Salze umfasst. Die Verwendung von neutralen Stoffen ist von besonderem Vorteil, weil der Materialabtrag nur dort erfolgt, wo er beabsichtigt ist, nämlich in den Schneidspalten, wo der Stromdurchgang erfolgt.

Zur Steigerung des Materialabtrags kann im Elektrolyten ein elektrisch nicht leitender Abrasivstoff mit einer Korngröße von 0,01 bis 20 μm suspendiert werden. Dann ist gegebenenfalls in Kauf zu nehmen, dass die abgetrennten Halbleiterscheiben ein geringfügiges damage aufweisen, das durch Nacharbeiten beseitigt werden muss.

Um den elektrochemischen Materialabtrag in Gang zu setzen, werden das Werkzeug und das Werkstück mit den Elektroden einer Gleichspannungsquelle verbunden. Die Gleichspannungsquelle kann vom polaren oder bipolaren Typ sein und gepulst oder ungepulst arbeiten. Das Werkstück ist mit der Anode, das Werkzeug mit der Kathode der Gleichspannungsquelle verbunden. Die Polaritäten können zeitweise umgekehrt werden, um passivierende Schichten vom Werkstück zu lösen. Der im Werkstück erzeugte Stromfluss hat eine Stromdichte von 0,1 bis 100 A/cm². Es ist zweckmäßig, das Verfahren auf einkristallines Silicium anzuwenden, das Dotierstoffe (insbesondere der 3. und 5. Hauptgruppe) enthält, weil solches Material bereits bei Raumtemperatur eine höhere Leitfähigkeit aufweist.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren näher erläutert. l zeigt das Verfahrensprinzip am Beispiel einer Drahtsäge. 2 zeigt die Situation während des Abtrennens einer Vielzahl von Halbleiterscheiben in einer Detailansicht. Pfeile deuten Bewegungsrichtungen an.
Gemäß dem Beispiel wird ein um Führungsrollen 1 gewickelter Draht 2 mit hoher Geschwindigkeit in Gegenwart eines zum Draht zugeführten Elektrolyten 3 am Werkstück 4 vorbeibewegt. Der Draht ist mit dem Minus-Pol, das Werkstück mit dem Plus-Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden. Als Folge des Stromflusses wird das Material des Werkstücks im Bereich des Drahtes elektrochemisch zersetzt und vom Elektrolyten, der einen Film um den Draht bildet, abtransportiert. Der dabei entstehende Schneidspalt wird durch eine zum Draht gerichtete Vorschubbewegung des Werkstücks ständig vergrößert bis schließlich die Halbleiterscheibe vom Werkstück abgetrennt ist. Anstelle einer Vorschubbewegung des Werkstücks kann auch eine Vorschubbewegung des Werkzeugs erfolgen.
Wenn mehrere Drahtabschnitte gleichzeitig in das Werkstück eindringen, wie es in 2 dargestellt ist, entstehen eine Vielzahl parallel nebeneinander liegender Schneidspalte zwischen den entstehenden Halbleiterscheiben 5. Ein direkter elektrischer Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück besteht nicht. Jedoch kann ein mechanischer Kontakt bestehen, wenn der Elektrolyt einen elektrisch nichtleitenden Abrasivstoff enthält.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben von einem halbleitenden Werkstück mit Hilfe eines leitenden Werkzeugs, wobei das Werkzeug als Elektrode mit elektrischem Strom einer Gleichspannungsquelle beaufschlagt wird und in Gegenwart eines Elektrolyten auf das Werkstück einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück und das Werkzeug in geringem Abstand und mit hoher Relativgeschwindigkeit aneinander vorbeigeführt werden und das Werkstück als Gegenelektrode mit elektrischem Strom beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die meiste Zeit bis zum vollständigen Abtrennen der Halbleiterscheiben das Werkstück als Anode und das Werkzeug als Kathode geschaltet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität des Werkstücks und des Werkzeugs zeitweise umgekehrt wird, um passivierende Schichten vom Werkstück zu lösen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Elektrolyten Wirkstoffe zugesetzt werden, die passivierende Schichten vom Werkstück lösen, wobei solche Wirkstoffe einen oder mehrere Stoffe einer Gruppe enthalten, die Säuren, Basen und neutrale Salze umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Elektrolyten ein elektrisch nichtleitender Abrasivstoff mit einer Korngröße von 0,01 bis 20 μm zugesetzt wird, um den Materialabtrag zu erhöhen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück und das Werkzeug mit einer Relativgeschwindigkeit von 3 bis 200 m/s aneinander vorbeigeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle gepulst oder ungepulst betrieben wird vom polaren oder bipolaren Typ ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromfluss mit Stromdichten von 0,1 bis 100 A/cm² erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallischer Draht, ein Metallband, eine Kohlenstofffaser oder eine mit leitendem Material beschichtete Faser eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Halbleiterscheiben gleichzeitig erzeugt wird.