DE1219764B

DE1219764B - Verfahren zum polierenden Abtragen von einkristallinen Halbleiterkoerpern, insbesondere Halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE1219764B
Application number: DES84436A
Authority: DE
Inventors: Dr Herbert Lange
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1963-03-28
Filing date: 1963-03-28
Publication date: 1966-06-23
Also published as: GB987971A; CH440907A; FR1389877A

Description

Verfahren zum polierenden Abtragen von einkristallinen Halbleiterkörpern, insbesondere Halbleiterscheiben Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum polierenden Abtragen von einkristallinen Halbleiterkörpern, insbesondere von Halbleiterscheiben.
Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen geht man meist von einkristallinen Halbleiterscheiben aus, auf die einkristalline Schichten eines Halbleitermaterials aufgebracht oder in die Dotierungs-oder Kontaktierungsstoffe usw. einlegiert bzw. eindiffundiert werden. Um einwandfreie Halbleiteranordnungen zu erhalten, muß die Oberfläche der Halbleiterscheiben glatt sein, d. h. sie darf keine Unebenheiten aufweisen; sie muß aber auch, insbesondere bei der Abscheidung einkristalliner Schichten, eine ideale Struktur besitzen, muß also ohne jeden Fehler im Kristallgefüge oder in der Kristallstruktur sein, denn eine Fehlerstelle in der Oberfläche des Trägerkörpers vergrößert sich in der abgeschiedenen Schicht in Abhängigkeit von der Schichtdicke sehr stark. Außerdem müssen die Scheibenoberflächen, vor allem beim Einlegieren von Metallen od. dgl., planparallel sein, da auch die Legierungsfronten, beispielsweise beim Legierungstransistor die Fronten von Emitter und Kollektor, planparallel zueinander verlaufen sollen.
Die Herstellung der meist verwendeten Halbleiterscheiben erfolgt größtenteils durch Zerschneiden oder Zersägen von HaIbleiterstäben, z. B. senkrecht zur Längsachse. Die Oberfläche der Halbleiterscheiben zeigt deshalb oft Riefen und ist meist rauh; außerdem entstehen bei der mechanischen Behandlung infolge der Sprödigkeit der meisten Halbleitermaterialien, insbesondere von Silizium und Germanium, feine Risse und Spalten auf der Oberfläche der Halbleiterkörper, die oft eine Tiefe bis zu 10 #t und mehr erreichen. In diesem Bereich ist die Kristallstruktur völlig zerstört, so daß diese Schicht meist entfernt werden muß. Anschließend ist der Kristall weiter abzutragen, bis eine von Strukturfehlern bzw. Fehlern im Kristallgefüge freie Kristallschicht an der Oberfläche liegt. Dies geschieht gewöhnlich durch mechanisches Behandeln mit Schleif- oder Poliermitteln. Die Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit wird meist stufenweise erreicht, indem von Stufe zu Stufe die Korngröße des Schleif- bzw. Poliermittels verringert wird. Die zu Beginn der Behandlung verwendete, oft ziemlich grobe Körnung verursacht manchmal selber oberflächliche Strukturstörungen bzw. Störungen im Kristallgefüge, so daß in der folgenden Bearbeitungsstufe mit einem Poliermittel feinerer Körnung zuerst die oberste schadhafte Schicht abgetragen werden muß. In der letzten Stufe ist, um eine den Anforderungen der Halbleitertechiiik entsprechende, ungestörte Oberfläche der Halbleiterscheibe zu gewährleisten, ein Poliermittel mit einer sehr feinen Körnung von beispielsweise 10 m[t notwendig; oft sind recht dicke Schichten abzutragen, so daß, ini, ganzen gesehen, sehr lange Behandlungszeiten erforderlich sind.
Bei einem anderen Verfahren wird die gestörte Kristallschicht durch Behandlung mit chemischen Mitteln abgetragen. Hierdurch werden zwar keine Struktur- bzw. Kristallstörungen erzeugt, auch nimmt die Bearbeitung viel kürzere Zeit in Anspruch, je- doch entsprechen hier die Ergebnisse nicht den Erfordernissen der Halbleitertechnik, denn der Abtrag der gestörten Schicht erfolgt ungleichmäßig. Das chemische Poliermittel greift in den meisten Fällen den Rand der Scheiben stärker an, so daß sehr oft die ebene Form der Scheiben verlorengeht, die aber z. B. für das Aufwachsen von einkristallinen Schichten unbedingt nötig ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Vetfahren zum polierenden Ab- tragen von einkristallinen Halbleiterkörpern, insbesondere von Halbleiterscheiben zu entwickeln, bei dem einwandfreie Oberflächen gewährleistet sind.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, daß den Halbleiterkörpern, während sie einer mechanischen Polierbehandlung unterzogen werden, gleichzeitig wenigstens ein mechanisch wirkendes und wenigstens ein chemisch wirkendes Poliermittel zugeführt werden, die mit etwa der gleichen Geschwindigkeit auch wieder weggeführt werden.
Hierbei findet in einer besonderen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens das mechanisch wirkende Poliermittel meist in feinkörniger Form Verwendung; C insbesondere sind Korngrößen vorteilhaft, die wenigstens um den Faktor10 kleiner sind als die jeweils abzutragende Schicht. Soll beispielsweise eine Schicht von etwa 30 ... 40 [t Dicke abgetragen werden, so empfiehlt es sich, ein mechanisch wirkendes Poliermittel mit einer Korngröße von etwa 3 ... 4 #t oder weniger zu verwenden, etwa von 2 #t. Ohne die Maßnahme gemäß der vorliegenden Erfindung, ein Poliermittel, insbesondere entsprechend einer besonders günstigen Ausbildung des Erfindungsgedankens ein Poliermittel dieser geringen Größe gemeinsam mit wenigstens einem chemisch wirkenden Poliermittel zu verwenden und die Halbleiterkörper nach mechanischen Methoden, z. B. in einer Poliermaschine zu polieren, würde man mit einem derartigen kleinen Korn überhaupt keinen Poliereffekt erzielen. In dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhält man mit dieser Maßnahme jedoch besonders günstige Vorteile. Ein derart kleines Korn erzeugt selber praktisch keine Störungen in der Oberfläche der Halbleiterkörper3 sondern trägt nur die oberste schadhafte Schicht gleichmäßig ab.
Das gemäß der Erfindung verwendete, chemisch wirkende Poliermittel wird zweckmäßigerweise meist in Form von Lösungen verwendet, vor allem kommen wohl wässerige- Lösungen in Frage, obwohl nichtwässerige Lösungen nicht ausgeschlossen sind; beispielsweise können manchmal alkoholische oder ähnliche Lösungen recht vorteilhaft sein. Insbesondere sind die Lösungen jedoch in. verdünnter Form zu verwenden. Die Konzentration ist zweckmäßigerweise jeweils so gering einzustellen, daß eine chemische Reaktion der Lösung mit den Halbleiterkörpern praktisch nicht erfolgt. Erst bei gleichzeitiger Anwendung mit einem mechanisch wirkenden Poliermittel in der Poliermaschine tritt der überraschende Effekt einer besonders vorteilhaften Polierwirkung ein. Außerdem sind jeweils nur relativ kurze Polierzeiten nötig. - Beispielsweise kann man bei dem Verfahren gemäß der Erfindung so vorgehen, daß man die Halbleiterkörper auf eine etwa horizontal angeordnete Polierscheibe auflegt und sie reibende Bewegungen ausführen läßt; meist werden sie hierzu mit Hilfe eines Klebemittels, beispielsweise mit Bienenwachs, auf einer Trägerscheibe festgeklebt, die auf die Polierscheibe aufgelegt wird. Dann werden gleichzeitig, entweder im Gemisch oder getrennt voneinander, wenigstens ein chemisch wirkendes und wenigstens ein mechanisch wirkendes Poliermittel zugegeben, beispielsweise zugetropft. Das mechanisch wirkende Poliermittel kann in Form einer Suspension, beispielsweise einer wässerigen Suspension od. dgl. angewendet werden; es kann jedoch auch im chemisch wirkenden Poliermittel suspendiert sein.
Nach einer weiteren, günstigen Ausbildung des Erfindungsgedankens wird das Verfahren in mehreren Stufen durchgeführt, indem z. B. die Komgröße des mechanisch wirkenden Poliermittels oder die Konzentration des chemisch wirkenden Poliermittels stufenweise verringert wird. Auch beide Maßnahmen nebeneinander anzuwenden ist möglich. Außerdem kann, gegebenenfalls zusätzlich, die Viskosität des chemisch wirkenden Poliermittels oder der Suspension des mechanisch wirkenden Poliermittels erhöht -werden, beispielsweise durch Zumischung einer hochviskosen Flüssigkeit, wie etwa Glykol oder Glycerin, oder eines öls, wie Paraffinöl oder Sillkonöl bzw. einem Gemisch davon, oder auch von Wasserglas u. dgl.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein besonders günstiges Ausführungsbeispiel beschrieben.
Bei der Behandlung #on Siliziumkörpern, die z. B. in einer Poliermaschine, etwa auf einer Polierscheibe reibende Bewegungen ausführen, indem sie auf einer Trägerscheibe festgemacht, etwa festgeldebt sind, die, auf der Polierscheibe aufliegend, rotiert, erweist sich in der ersten Bearbeitungsstufe beispielsweise eine Suspension von 1 Gewichtsteil Siliziumkarbid mit einer Korngröße vorzugsweise zwischen etwa 0 und 2 #t in etwa 10 Gewichtsteilen einer etwa 10 %igen Natronlauge auf einer Gußeisenscheibe als vorteilhaft. In etwa 30 Minuten- wird mit diesem Poliermittelgemisch eine Schichtdicke von 30 ... 40 [1 abgetraien. Die Konzentration der Natronlauge kann auch höher sein, die bequem handzuhabende 10 1/oige Lauge reicht aber völlig aus. Nach dieser Behandlung werden die Körper vom Poliermittel gereinigt, indem man sie beispielsweise fließendem Leitungswasser aussetzt.
Für die zweite Stufe der Behandlung -empfiehlt sich eine Suspension von 1 Gewichtsteil Siliziumkarbidpulver mit einer Korngröße zwischen etwa 0 und 2 R in etwa 100 Gewichtsteilen einer bis zu einem pH-Wert von etwa 10 ... 11 verdünnten, wässerigen Natronlauge auf einer Polierscheibe aus weichem Material. In etwa 1 Stunde wird mit diesem Poliermittelgeinisch eine etwa 10 #t dicke Schicht abgetragen. Die Halbleiterkörper werden anschließend beispielsweise mit Wasser gespült und gegebenenfalls in einem organischen Lösungsmittel, beispielsweise Trichloräthylen, kurz geschwenkt, um überschüssiges Klebemittel zu entfernen. Anschließend werden Siliziumdioxydmehl mit einer Korngröße zwischen etwa 10 ... 40 m#t und verdünnte Natronlauge zum Fertig polieren verwendet. Am vorteilhaftesten ist eine Suspension von 1 Gewichtsteil des Siliziumdioxyds in etwa 100 Gewichtsteilen einer bis zu einem pH-Wert von etwa 10 ... 11 verdünnten wässerigen Natronlauge, die etwa in Abständen von 5Minuten oder kontinuierlich auf die Polierscheibe getropft wird. Nach etwa 30 Minuten ist eine etwa 5 #t starke Schicht abgetragen. Die Oberflächen sind nach dieser Behandlung plan und störungsfrei. Auch bei 800facher Vergrößerung lassen sich keine Störungen oder Fehler im Kristallgefüge oder in der Kristallstruktur feststellen. Die Polierzeit errechnet sich bei gleichzeitiger Behandlung von z. B. 17 Halbleiterkörpern zu etwa 7 Minuten pro Scheibe.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum polierenden Abtragen von einkristallinen Halbleiterkörpern, insbesondere Halbleiterscheiben, dadurch gekennzeichnet, daß den Halbleiterkörpern, während sie einer mechanischen Polierbehandlung unterworfen werden, gleichzeitig wenigstens ein mechanisch wirkendes und wenigstens ein chemisch wirkendes Poliermittel zugeführt werden, die mit etwa der gleichen Geschwindigkeit auch wieder weggeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanisch wirkende Poliermittel in feinkörniger Form Verwendung findet. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Körner mit einem gegenüber der abzutragenden Schicht etwa um den Faktor 10 verkleinerten Durchmesser verwendet werden. 4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Suspension des mechanisch wirkenden Poliermittels verwendet wird. 5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung des chemisch wirkenden Poliermittels verwendet wird. 6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine wässerige Lösung des chemisch wirkenden Poliermittels verwendet wird. 7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des chemisch wirkenden Poliermittels in der Lösung so gering eingestellt wird, daß es nicht als Lösungsmittel für das Halbleitermaterial wirkt. 8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Poliermittel getrennt zur Anwendung gelangen. 9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es in mehreren Stufen durchgeführt wird. 10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Komgröße des mechanisch wirkenden Poliermittels stufenweise verringert wird. 11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des chemisch wirkenden Poliennittels stufenweise verringert wird. 12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Siliziumkörper in der ersten Stufe mit einer Suspension von einem Gewichtsteil Siliziumkarbid mit einer Korngröße zwischen etwa 0 und 2 R in etwa 10 Gewichtsteilen einer etwa 1011/oigen Natronlauge auf einer harten Polierscheibe, z. B. aus Gußeisen, behandelt werden. 13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Siliziumkörper in der zweiten Stufe mit einer Suspension von einem Gewichtsteil Siliziumkarbid von einer Komgröße zwischen etwa 0 und 2 #t in etwa 100 Gewichtsteilen einer bis zu einem pH Wert von etwa 10 ... 11 verdünnten, wässerigen Natronlauge auf einer Polierscheibe aus weichem Material behandelt werden. 14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Siliziumkörper in der letzten Stufe mit einer Suspension von etwa 1 Gewichtsteil Siliziumdioxyd in einer Korngröße zwischen etwa 10 und 40 m#t in etwa 100 Gewichtsteilen einer bis zu einem pH-Wert von etwa 10 ... 11 verdünnten, wässerigen Natronlauge behandelt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Torrey und Whitmer, »Crystal Rectifiers«, 1948, S. 314 bis 316; B i o n d i: »Transistor Technology«, 1958, Bd. Ill, S. 147 bis 151.