-
Gegenstand der Erfindung ist eine polierte Halbleiterscheibe für die Herstellung elektronischer Bauelemente mit einer Vorderseite und einer Rückseite und einem Rand, der den Umfang der Halbleiterscheibe bildet und Teil einer mit einem Profil versehenen Kante der Halbleiterscheibe ist. Die Halbleiterscheibe besitzt eine polierte Vorderseite, in die die Bauelemente eingearbeitet werden. An die Ebenheit der Vorderseite werden strenge Anforderungen gestellt, die außerordentlich hoch sind, wenn beabsichtigt ist, elektronische Strukturen mit Linienbreiten von 0,1 μm oder kleiner unterzubringen (≤ 0,1 μm Technologie). Um eine möglichst große Anzahl von solchen Schaltkreisen integrieren zu können, muss die notwendige Ebenheit möglichst nahe bis an den Rand der Vorderseite gewährleistet sein.
-
Die meisten Anstrengungen, um die Ebenheit der Seitenflächen der Halbleiterscheibe im Allgemeinen und der Vorderseite im Speziellen zu steigern, konzentrieren sich konsequenterweise auf Teilschritte der Herstellung einer Halbleiterscheibe, welche die Ebenheit beeinflussen. Das sind insbesondere Schritte, wie das Läppen und/oder das Schleifen und das Polieren einer oder beider Seitenflächen. Mindestens eine Politur, ausgeführt als Einseiten- oder als Doppelseitenpolitur findet praktisch immer statt. Wie die
EP-1119031 A2 verdeutlicht, können sich aber auch Teilschritte wie das Ätzen der Seitenflächen auf die Ebenheit, insbesondere auf die Ebenheit im Randbereich der Seitenflächen, auswirken. Eine Halbeiterscheibe wird üblicherweise vor einer ersten Politur geätzt, um Beschädigungen der Oberfläche, die eine vorhergehende formgebende Bearbeitung, beispielsweise durch Schleifen und/oder Läppen der Halbleiterscheibe hinterlässt, zu entfernen. In der genannten Patentanmeldung wird berichtet, dass mit einer Erhebung im Randbereich der polierten Vorderseite der Halbeiterscheibe zu rechnen ist, wenn die Halbleiterscheibe während des Ätzens einem Strom eines flüssigen Ätzmittels ausgesetzt ist, der gegen die Kante der Halbleiterscheibe geführt wird. Um diese Wirkung zu vermeiden, wird in der
EP-1119031 A2 und der korrespondierenden
DE 100 02 354 A1 vorgeschlagen, vor die Kante der Halbleiterscheibe einen Schild zu platzieren, der verhindert, dass das Ätzmittel direkt auf die Kante der Halbleiterscheibe auftreffen kann. Hinsichtlich eines Potenzials zur gezielten Beeinflussung der Ebenheit einer Halbleiterscheibe in deren Randbereich, insbesondere in Bezug auf eine Eignung der Halbleiterscheibe für die ≤ 0,1 μm Technologie, gibt die Druckschrift keine Anregung.
-
In der
US 5,474,644 ist ein Verfahren beschrieben, durch das ein ausgeprägter Randabfall nach dem einseitigen Ätzen einer Halbleiterscheibe vermieden werden kann.
-
In der
DE 100 64 081 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe beansprucht, umfassend in zeitlicher Reihenfolgt Kantenverrunden der gesägten und nicht geschliffenen Halbleiterscheibe, naßchemisches Behandeln der Halbleiterscheibe zur Entfernung geschädigter Kristallbereiche, formgebende mechanische Behandlung der Halbleiterscheibe und Abtragspolieren der Halbleiterscheibe.
-
Die
DE 102 15 960 A1 offenbart ein Ätzschritte umfassendes Verfahren, durch das die Qualität der Scheibengeometrie im Randbereich vor dem Polieren erhöht werden kann.
-
In der
DE 199 05 737 C2 ist ein Verfahren beschrieben, das geeignet ist, die Ebenheit von Halbleiterscheiben durch gleichzeitiges Polieren der Vorder- und Rückseite zu verbessern.
-
In der
EP 1 049 145 A1 ist ein Verfahren beschrieben, das Halbleiterscherscheiben zugänglich macht, bei denen Vorder- und Rückseite am unterschiedlichen Glanz unterschieden werden können.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Potenzial zur gezielten Beeinflussung der Ebenheit einer Halbleiterscheibe in deren Randbereich aufzuzeigen.
-
Es wurde nämlich gefunden, dass die durch eine Politur zu erreichende Ebenheit im Randbereich einer Halbleiterscheibe durch vorheriges Ätzen der Halbleiterscheibe gezielt beeinflusst werden kann. Dies ist ein überraschendes Ergebnis, denn bisher war selbst bei Anwendung des in
EP-1119031 A2 aufzeigten Verfahrens eher davon auszugehen, dass beim Ätzen der Halbleiterscheibe deren Geometrie negativ beeinträchtigt wird und es allenfalls durch eine optimierte Politur möglich sein wird, diese negative Wirkung teilweise aufzuheben.
-
Gegenstand der Erfindung ist eine polierte Halbleiterscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite und einem Rand R, der mit dem Abstand eines Radius von einem Zentrum der Halbleiterscheibe entfernt liegt und einen Umfang der Halbleiterscheibe bildet und Teil einer mit einem Profil versehenen Kante der Halbleiterscheibe ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine maximale Abweichung der Ebenheit der Rückseite von einer idealen Ebene in einem Gebiet zwischen R-6 mm und R-1 mm der Rückseite 0,7 μm oder weniger beträgt.
-
Wie die Erfinder festgestellt haben, ist die beanspruchte Geometrie der Rückseite der Halbleiterscheibe ein wesentliches Merkmal, um die Halbleiterscheibe für die ≤ 0,1 μm Technologie tauglich zu machen. Dieses Ergebnis war ebenfalls nicht zu erwarten, da hinsichtlich möglicher minimaler Linienbreiten von elektronischen Strukturen die Ebenheit der Vorderseite im Mittelpunkt des Interesses steht. Die Erfinder haben ferner festgestellt, dass es bei der Herstellung einer Halbleiterscheibe mit der beanspruchten Rückseite wesentlich ist, den Ätzschritt vor einer ersten Politur in bestimmter Weise auszuführen.
-
Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Herstellung einer polierten Halbleiterscheibegemäß Anspruch 4. Die Ausführung des Ätzschrittes in diesem Verfahren bewirkt, dass eine Halbleiterscheibe erzeugt wird, deren Vorderseite und deren Rückseite bis in den Randbereich hinein besonders eben ist. Bei der sich anschließenden Politur wird die Ebenheit von mindestens der Vorderseite optimiert, wobei die verbesserte Ebenheit der Rückseite dafür verantwortlich ist, dass dies überhaupt möglich ist. Denn die Ebenheit der Vorderseite einer Halbleiterscheibe kann durch eine Politur kaum verbessert werden, wenn die Ebenheit der Rückseite der Halbleiterscheibe vergleichsweise mäßig ist. Erfindungswesentlich ist, dass die vom Ätzmittel angeströmte Kante der Halbleiterscheibe nicht nur mindestens teilweise vor dem anströmenden Ätzmittel abgeschirmt wird, sondern dass die abschirmende Wirkung einen Bereich vor der Kante der Halbleiterscheibe erfasst, der, in einer Richtung betrachtet, die senkrecht zur Strömungsrichtung des Ätzmittels und parallel zur der Dicke der Halbleiterscheibe liegt, mindestens eine Länge hat, die der Summe der Dicke der Halbleiterscheibe und einer Länge von 100 μm entspricht.
-
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anordnung bestehend aus einer Halbleiterscheibe und einem Schild gemäß Anspruch 5.
-
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt den Ausschnitt einer Halbleiterscheibe in einer Schnittdarstellung.
-
In 2 ist ein Randbereich der Halbleiterscheibe schematisch herausgestellt und mit einer idealen Ebene in Beziehung gesetzt.
-
3 zeigt in allgemein gehaltener Form die erfindungsgemäße Anordnung der Halbleiterscheibe und des Schilds.
-
4 zeigt mit einem Diagramm an einem Vergleichsbeispiel und drei Beispielen die Wirkung der Erfindung auf die Ebenheit der Rückseite einer Halbleiterscheibe im Randbereich.
-
Die 5 bis 12 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Anordnung der Halbleiterscheibe und des Schilds während des Ätzens der Halbleiterscheibe, wobei die Anordnung gemäß 5 dem Stand der Technik zuzurechnen ist.
-
In 1 ist die Darstellung einer Halbleiterscheibe 1 auf deren Randbereich beschränkt, weil die Erfindung auf eine Verbesserung der Ebenheit dieses Bereichs hinwirkt. Die Halbleiterscheibe 1 ist in Verbindung mit einem zweidimensionalen Koordinatensystem dargestellt, mit dessen Hilfe die relative Lage der Halbleiterscheibe und des Schilds später deutlich gemacht werden kann. Bezugspunkt des Koordinatensystems ist das Zentrum der Halbleiterscheibe, die beim Ätzen um dieses Zentrum gedreht wird. Der Rand R der Halbleiterscheibe befindet sich im Abstand eines Radius vom Zentrum entfernt und bildet den Umfang der Halbleiterscheibe. Er ist Teil einer mit einem Profil versehenen Kante 4 der Halbleiterscheibe, das von einem formgebenden Werkzeug, beispielsweise einer Profilschleifscheibe, in einem sogenannten Kantenverrundungsschritt mechanisch erzeugt wird. Der dem Zentrum am nächsten liegende Ort des Profils ist als inneres Profilende E hervorgehoben. Die Kante der Halbleiterscheibe kann symmetrisch oder nicht-symmetrisch verrundet sein. Der erfindungsgemäß besonders interessierende Randbereich der Halbleiterscheibe liegt insbesondere im Abstand R-1 mm bis R-6 mm vom Zentrum der Halbleiterscheibe auf der Vorderseite 2 und der Rückseite 3 der Halbleiterscheibe.
-
Beim Ätzen wird die Halbleiterscheibe, die vorzugsweise im wesentlichen aus Silicium besteht, einem Strom eines flüssigen Ätzmittels ausgesetzt, das mit einer bestimmten Geschwindigkeit parallel zu der im Koordinatensystem gezeigten radialen Richtung zur Kante der Halbleiterscheibe strömt. Als Ätzmittel kommen sowohl alkalisch als auch sauer reagierende Lösungen in Frage. Bevorzugt sind jedoch sauer reagierende Lösungen, weil die Gefahr, durch sie metallische Verunreinigungen in das Halbleitermaterial zu bringen, deutlich geringer ist. Ein besonders bevorzugtes Ätzmittel enthält wässerige Fluorwasserstoff-Lösung und mindestens eine oxidierende Säure, besonders bevorzugt Salpetersäure, und gegebenenfalls weitere Zusätze. Besonders bevorzugt ist es auch, im Ätzmittel kleine Gasbläschen zu dispergieren, um den Ätzabtrag zu vergleichmäßigen. Dies kann beispielsweise entsprechend der Beschreibung in der
US-5,451,267 verwirklicht werden.
-
Die vom Ätzmittel angeströmte Kante der Halbleiterscheibe ist mindestens teilweise in der erfindungsgemäßen Weise abzuschirmen. Das bedeutet, dass mindestens ein Teil des in Strömungsrichtung des Ätzmittels liegenden Umfangs der Halbleiterscheibe abgeschirmt wird. Die Wirkung der Abschirmung auf die Ebenheit der Seitenflächen der Halbleiterscheibe ist jedoch am größten, wenn der in Strömungsrichtung des Ätzmittels liegende Umfang der Halbleiterscheibe vollständig auf die erfindungsgemäße Weise abgeschirmt wird. Dies ist daher auch besonders bevorzugt. Andererseits ist es auch möglich, den Umfang der Halbleiterscheibe über das Mindesterfordernis hinaus teilweise oder vollständig in der erfindungsgemäßen Weise abzuschirmen.
-
Der 2 lässt sich entnehmen, dass nach dem Ätzen im Randbereich der Halbleiterscheibe 1, insbesondere im Bereich von R-1 mm bis R-4 mm ein erhöhter Materialabtrag zu verzeichnen ist. Dadurch entsteht in diesem Bereich eine mehr oder weniger ausgeprägte Abweichung HLR, LLR von einer ideal ebenen Fläche IFS, an die es sich im Hinblick auf die Ebenheit bei der Formgebung der Vorderseite und der Rückseite im Sinne eines Vorbilds zu nähern gilt. Da diese Abweichung auch durch eine anschließende Politur nur in begrenztem Maß zu beseitigen ist, ist es wünschenswert, dass diese Abweichung nach dem Ätzen möglichst niedrig ist.
-
Dies leistet das erfindungsgemäße Verfahren, wie es aus
3 ersichtlich ist, dadurch, dass die vom Ätzmittel angeströmte Kante
4 der Halbleiterscheibe in Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung des Ätzmittels entlang einer Strecke abgeschirmt wird, die mindestens d + 100 μm lang ist, wobei d die Dicke der Halbleiterscheibe ist. Unter Bezugnahme auf das gezeigte Koordinatensystem bedeutet das, dass das Ätzmittel vor dem Erreichen der Kante der Halbleiterscheibe daran gehindert wird, in radialer Richtung RD auf die Halbleiterscheibe zuzuströmen, wobei die Hinderung in vertikaler Richtung VD des Koordinatensystems mindestens über eine Länge entsprechend der Summe der Dicke d der Halbleiterscheibe und einer Strecke von 100 μm besteht. Um dies zu erreichen, wird vorgeschlagen, vor der Kante
4 der Halbleiterscheibe einen Schild
5 anzuordnen, beispielsweise in der in der bereits genannten
EP-1119031 A2 dargestellten Weise. Allerdings ist in Abweichung zu diesem Stand der Technik zu beachten, dass der Schild eine Dicke haben muss, die dem Erfordernis genügt, den Strom des Ätzmittels über eine Länge entsprechend der Summe der Dicke d der Halbleiterscheibe und einer Strecke von 100 μm zu blockieren. Besonders bevorzugt ist eine Anordnung der Halbleiterscheibe und des Schilds, die mit der in
3 gezeigten allgemeinen Darstellung in Einklang steht. Die Dicke d der Halbleiterscheibe
1 entspricht dem Abstand zwischen der Vorderseite
2 und der Rückseite
3 der Halbleiterscheibe. Das Profil erstreckt sich vom inneren Profilende E über eine Länge ρ bis zum Rand R der Halbleiterscheibe. Das Schild
5 weist eine zur Kante der Halbleiterscheibe am entferntesten liegende, hintere Begrenzung und eine zur Kante der Halbleiterscheibe am nächsten liegende Begrenzung S auf. Die Begrenzung S hat zum inneren Profilende E einen Abstand Δ, dessen Betrag vorzugsweise 10 mm oder kleiner ist. Die hintere Begrenzung kann entsprechend der gezeigten Schnittdarstellung in Bezug auf die vertikale Richtung des Koordinatensystems gerade oder abgerundet sein (Option c). Darüber hinaus kann der Körper des Schilds
5 einen entsprechend der Schnittdarstellung rechteckigen Umfang mit einer gleichbleibenden Dicke t
max aufweisen oder entsprechend der gestrichelt gezeichneten Option a beziehungsweise Option b sich bis zu einer oder zu beiden Begrenzungen hin verjüngend ausgebildet sein. Der Grad der Verjüngung kann sich zwischen der Dicke t
max und einer Mindestdicke t
min bewegen. Der Schild kann an der Begrenzung S eine in radialer Richtung vorgenommene Ausnehmung
6 aufweisen, die bis zu einer Tiefe γ zu einem Boden G der Ausnehmung reicht. Wenn dieses Merkmal vorhanden ist, ist es besonders bevorzugt, dass die relative Lage von der Halbleiterscheibe und dem Schild so gewählt wird, dass die Kante der Halbleiterscheibe in die Ausnehmung hineinreicht, beispielsweise auch soweit, dass die Differenz E-S negativ wird. Die Länge des Schilds, also der Abstand zwischen der Begrenzung S und der hinteren Begrenzung beträgt vorzugsweise 5 bis 200 mm, besonders bevorzugt 30 bis 70 mm.
-
Eine erfindungsgemäß geätzte Halbleiterscheibe zeichnet sich dadurch aus, dass ihre Seitenflächen auch im Randbereich besonders eben sind. Dies wirkt sich natürlich auch positiv auf das Ergebnis einer späteren Politur der Halbleiterscheibe aus, weil die Ebenheit der Halbleiterscheibe dadurch noch verbessert wird. Die spätere Politur und gegebenenfalls zuvor und danach erfolgende Reinigungsschritte sind nach dem Stand der Technik auszuführen. Es wird mindestens eine Politur von mindestens der Vorderseite der Halbleiterscheibe durchgeführt. Die Politur kann als Einseitenpolitur oder als Doppelseitenpolitur durchgeführt werden. Bei der Einseitenpolitur der Vorderseite ist die Halbleiterscheibe mit der Rückseite auf einer Trägerplatte fixiert, beispielsweise geklebt. Bei der Doppelseitenpolitur liegt die Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Ausnehmung einer Läuferscheibe. Die hohe Ebenheit der Rückseite, die auch in deren Randbereich besteht, gewährleistet, dass die Politur der Vorderseite eine Halbeiterscheibe erzeugt, die auf dieser Seite bis in den Randbereich hinein extrem eben ist. Mit einer nach dem Stand der Stand der Technik geätzten Halbleiterscheibe, die im Randbereich der Seitenflächen weniger eben ist, kann ein solches Politurergebnis kaum erreicht werden, weil sich die lokal bestehende geringere Ebenheit im Randbereich der Rückseite auf die Vorderseite überträgt und auch dort zu Abweichungen von der idealen Ebene führt.
-
Wenn die Vorderseite mehrmals poliert wird, ist es zweckmäßig, die erste Politur als Abtragspolitur (stock removal polishing) und die letzte Politur als Oberflächenpolitur (touch polishing) zu gestalten, die sich im Wesentlichen durch den bei der Politur erzielten Materialabtrag unterscheiden, der bei der Oberflächenpolitur in der Regel bei 2 μm oder darunter liegt und bei der Abtragspolitur bis zu 10 μm und mehr betragen kann. Zusätzlich zur letzten Politur kann die Halbleiterscheibe auch beschichtet werden, beispielsweise indem auf der Vorderseite eine epitaktische Schicht abgeschieden und/oder die Rückseite mit einer Schicht aus polykristallinem Material und/oder mit einer Oxidschicht versiegelt wird.
-
Eine besonders bevorzugte Prozesskette zur Herstellung der beanspruchten Halbleiterscheibe umfasst das Abtrennen der Halbleiterscheibe durch Sägen eines Einkristalls, das Verrunden der Kante der Halbleiterscheibe, gegebenenfalls das Schleifen der Halbleiterscheibe, das als Einseitenschleifen oder sequentielles oder simultanes Doppelseitenschleifen ausgeführt sein kann, und/oder das Läppen, das nasschemische Ätzen, gegebenenfalls eine Kantenpolitur, sowie das mindestens einmal ausgeführte Polieren der Halbleiterscheibe, zwischen den Prozessen erfolgende Reinigungen und eine oder mehrere im Anschluss an die letzte Politur einer Seitenfläche erfolgende Beschichtungen.
-
Vergleichsbeispiel:
-
Eine Vielzahl von Halbleiterscheiben aus Silicium wurde mit Hilfe einer Drahtsäge aus einem Einkristall gesägt, gereinigt und einer Kantenverrundung unterworfen. Anschließend wurden die Halbleiterscheiben geschliffen, geläppt, und in Gruppen unter Rotation in einem, mit Gasbläschen angereicherten Bad eines saueren Ätzmittels geätzt. Die Kanten der Halbleiterscheiben waren jeweils durch einen Schild abgeschirmt, der verhinderte, dass das Ätzmittel direkt auf die Kante zuströmen konnte. Die Anordnung einer Halbleiterscheibe und ihres Schilds ist in 5 skizziert. Bei diesem, dem Stand der Technik zuzurechnenden Vergleichsbeispiel, hatte das Schild einen rechteckigen Querschnitt mit einer Dicke tmax, die der Dicke d der Halbleiterscheibe entsprach.
-
Beispiele 1 bis 8:
-
Andere Gruppen von Halbleiterscheiben des gleichen Typs wie im Vergleichsbeispiel wurden unter gleichartigen Bedingungen geätzt mit dem Unterschied, dass der verwendete Schild im Einklang mit der in 3 gezeigten allgemeinen Ausführungsform ausgebildet war. Die konkret verwendeten Ausführungsformen sind in den 6 bis 12 skizziert.
-
Die nachfolgende Tabelle fasst wesentliche Merkmale der im Vergleichsbeispiel und in den Beispielen verwendeten Anordnungen zusammen: Tabelle 1
| | Δ (μm) | γ (μm) | tmax – d (μm) | tmin – d (μm) | Option a | Option b | Option c |
| Vergleichsbeispiel | 350 + ρ | 0 | 0 | 0 | nein | nein | nein |
| Beispiel 1 | 350 + ρ | 0 | 100 | 100 | nein | nein | nein |
| Beispiel 2 | 350 + ρ | 0 | 950 | 950 | nein | nein | nein |
| Beispiel 3 | 100 | 450 + ρ | 1250 | 1250 | nein | nein | nein |
| Beispiel 4 | 0 | 350 + ρ | 1250 | 1250 | nein | nein | nein |
| Beispiel 5 | 0 | 350 + ρ | 1250 | 1250 | nein | nein | ja |
| Beispiel 6 | 0 | 350 + ρ | 1250 | 100 | ja | nein | nein |
| Beispiel 7 | 0 | 350 + ρ | 1250 | 100 | ja | nein | ja |
| Beispiel 8 | 0 | 350 + ρ | 1250 | 100 | ja | ja | ja |
-
Im Anschluss an den Ätzschritt wurden sämtliche Gruppen von Halbleiterscheiben gereinigt und einer Einseitenpolitur der Vorderseite unterzogen. In 4 ist das Ergebnis einer Untersuchung bezüglich der Ebenheit der Rückseite der Halbleiterscheiben im Randbereich für die Halbleiterscheiben des Vergleichsbeispiels und der Beispiele 1 bis 3 in einem Diagramm (Ordinate: maximale Abweichung der Ebenheit der Rückseite von einer idealen Ebene in μm; Abszisse: Abstand vom Rand der R der Halbleiterscheibe) verglichen. Es wird deutlich, dass die Halbleiterscheiben, die nach dem Stand der Technik behandelt wurden, das Kriterium der maximalen Abweichung der Ebenheit der Rückseite von einer idealen Ebene in einem Gebiet zwischen R-6 mm und R-1 mm der Rückseite von 0,7 μm oder weniger nicht erreichten.
-
Die nachfolgende Tabelle gibt Auskunft zu Messungen (kapazitive Meßmethode, ADE9900, E+ mode) der lokalen Ebenheiten der Halbleiterscheiben des Vergleichsbeispiels und der Beispiele 1, 2 und 3, ausgedrückt als SFQR 95%. Das den Messungen zu Grunde liegende Raster bestand aus Quadraten (sites) mit einer Fläche von 22 mm·22 mm, der Randausschluss betrug 1 mm. Die Daten zeigen, dass bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer deutlich verbesserten Ausbeute an besonders ebenen Halbleiterscheiben gerechnet werden kann. Solche Halbleiterscheiben eignen sich bestens für eine Verwendung in der ≤ 0,1 μm Technologie. Tabelle 2
| | Vergleichsbeispiel | Beispiel 1 | Beispiel 2 | Beispiel 3 |
| SFQR 95% (μm) Nach Ätzen | 1,91 | 1,35 | 1,05 | 0,62 |
| SFQR 95% (μm) Nach Polieren | 0,82 | 0,65 | 0,47 | 0,26 |