DE19953152C1

DE19953152C1 - Verfahren zur naßchemischen Oberflächenbehandlung einer Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE19953152C1
Application number: DE19953152A
Authority: DE
Inventors: Guenter Schwab; Karl-Heinz Langsdorf; Maximilian Stadler; Edeltraut Steiger
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2001-02-15
Anticipated expiration: 2019-11-05
Also published as: JP2001185529A; JP3358180B2; US6530381B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur naßchemischen Oberflächenbehandlung einer Halbleiterscheibe nach einer mechanischen Oberflächenbehandlung, insbesondere nach einer mechanischen Oberflächenbehandlung in einer Läppmaschine, mittels einer Abfolge von Behandlungsschritten. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt im wesentlichen eine naßchemische Oberflächenreinigung vorzugsweise zur Neutralisation und Beseitigung des Läppslurrys, eine saure Ätzbehandlung vorzugsweise zur Beseitigung der mechanisch aufgebrachten Damages und zur Oberflächenglättung und Metallentfernung sowie eine abschließende Trocknung und Hydrophilierung der gereinigten und geätzten Oberfläche.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur naßchemischen Oberflächenbehandlung einer Halbleiterscheibe nach einer mecha nischen Oberflächenbehandlung, insbesondere nach einer mechani schen Oberflächenbehandlung in einer Läppmaschine, mittels einer Abfolge von Behandlungsschritten, bei denen verschiedene Agen zien auf die Oberfläche der Halbleiterscheibe einwirken.

Die ständig steigende Miniaturisierung bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen hat immer höhere Anforderungen an die Oberflächenqualität der in der Regel in Scheibenform verwen deten Halbleitermaterialien wie insbesondere Silicium zur Folge. Dies gilt nicht nur für die geometrische Qualität der Oberflä chen, sondern auch für ihre Reinheit, chemische Beschaffenheit, Partikel- und Fleckenfreiheit.

Um diese Parameter in reproduzierbarer Weise beeinflussen und steuern zu können, wurden insbesondere naßchemische Oberflächen behandlungsverfahren und Vorrichtungen hierfür entwickelt. Diese Verfahren und Vorrichtungen werden insbesondere im Anschluß an mechanische Oberflächenbehandlungen, wie Schleifen, Läppen oder Polieren angewendet. Gekennzeichnet sind diese Verfahren gemäß dem Stand der Technik durch eine Abfolge von Behandlungsschrit ten, bei denen verschiedene wäßrige, saure oder alkalische und/oder mit Gasen beaufschlagte Agenzien auf die Oberflächen einwirken. Als Stand der Technik seien hier stellvertretend die US 5,714,203, die US 5,451,267 und die von W. Kern und D. A. Puotinen in RCA Review 31, Nr. 2, S. 187-206 (1970) angegebene, aus einer Folge von Reinigungs-, Spül-, Hydrophilierungs- und Hydrophobie rungsschritten bestehende Abfolge von naßchemischen Behandlungs schritten, genannt.

Darüber hinaus beschreibt die US 5,656,097 ein mehrstufiges Rei nigungsverfahren für Halbleiterscheiben mit mehreren, im alkali schen Bereich ablaufenden Schritten und einer vor einer sauren Ätzbehandlung erfolgenden Hydrophilierung. Aus der US 5,922,136 ist bekannt, Halbleiterscheiben nach einer Politur oder vor ei ner Reinigung nass zu lagern.

Nachteilig an o. g. naßchemischen Reinigungs- und Ätzverfahren ist, daß Halbleiterscheiben, die durch eine mechanische Oberflä chenbehandlung, insbesondere durch eine mechanische Oberflä chenbehandlung in einer Läppmaschine stark verschmutzt sind, nicht prozessiert werden können.

Die Aufgabe der Erfindung bestand in der Kombination von an sich bekannten naßchemischen Oberflächenbehandlungsverfahren, wie Reinigungs- und Ätzverfahren, die geeignet ist, Halbleiter scheiben nach einer mechanischen Oberflächenbehandlung, insbe sondere nach einer mechanischen Oberflächenbehandlung in einer Läppmaschine, zu behandeln, insbesondere zu reinigen.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur naßchemischen Oberflächenbehandlung einer Halbleiterscheibe nach einer mecha nischen Oberflächenbehandlung, insbesondere nach einer mechani schen Oberflächenbehandlung in einer Läppmaschine, mittels ei ner Abfolge von Behandlungsschritten, bei denen verschiedene Agenzien auf die Oberfläche der Halbleiterscheibe einwirken, das gekennzeichnet ist durch die nachfolgende Abfolge der Be handlungsschritte a bis j, wobei die Halbleiterscheibe:

a) in einer Säure gelagert wird,
b) in einer alkalischen Reinigungslösung mit Ultraschall beaufschlagt wird,
c) mit deionisiertem Wasser gespült wird,
d) einer alkalischen Ätzbehandlung unterworfen wird,
e) mit deionisiertem Wasser gespült wird,
f) in einer alkalischen Reinigungslösung gegebenenfalls mit Ultraschall behandelt wird,
g) einer Hydrophilierung unterworfen wird,
h) einer sauren Ätzbehandlung unterworfen wird,
i) mit deionisiertem Wasser gespült wird
j) und abschließend getrocknet und hydrophiliert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt im wesentlichen eine naß chemische Oberflächenreinigung vorzugsweise zur Neutralisation und Beseitigung des Läppslurrys, eine saure Ätzbehandlung vor zugsweise zur Beseitigung der mechanisch aufgebrachten Damages und zur Oberflächenglättung und Metallentfernung sowie eine ab schließende Trocknung und Hydrophilierung der gereinigten und geätzten Oberfläche.

Nach einer mechanischen Oberflächenbehandlung, insbesondere nach einer mechanischen Oberflächenbehandlung in einer Läppma schine, wird die Halbleiterscheibe in einer Säure gelagert, be vorzugt zwischen 1 und 12 h. Bevorzugt sind anorganische oder organische Säuren, wie beispielsweise Salzsäure, Ameisensäure, Essigsäure oder Zitronensäure. Die Lagerung in einer Säure ist notwendig, um das noch auf der Oberfläche anhaftende Läppslurry zu neutralisieren und so Anätzungen in Form sogenannter Läppka ros zu vermeiden. Bereits geringe Konzentrationen sind zur Neu tralisation ausreichend, so daß mit Konzentrationen bevorzugt von 0,01 bis 0,5 Gew-% und besonders bevorzugt von 0.1 bis 0.5 Gew-% gearbeitet wird.

Anschließend wird die Halbleiterscheibe in einer alkalischen Reinigungslösung mit einer Konzentration bevorzugt von 1 bis 25 Gew-% und besonders bevorzugt von 5 bis 15 Gew-% gereinigt und gegebenenfalls mit Ultraschall beaufschlagt. Das alkalische Reinigungsmittel in der wässrigen Reinigungslösung umlagert die abzureinigenden Partikel und unterstützt dadurch das Ablösen der Partikel durch den Ultraschall. Ohne Ultraschalleinwirkung ist die Reinigungswirkung geringer, was bedeutet, daß zum Rei nigen der Scheiben längere Behandlungszeiten bzw. mehr Behand lungsbäder notwendig sind. Die Alkalität des Reinigungsmittels sorgt für eine leichte Anätzung der Siliciumoberfläche im sub micron Bereich und unterstützt dadurch die Reinigungswirkung. Das alkalische Reinigungsmittel hat eine Temperatur bevorzugt von 20 bis 80°C. Dieser Temperaturbereich unterstützt die al kalische Anätzung der Oberfläche, während eine Blasenbildung, die Ultraschallwirkung beeinträchtigt, nicht auftritt.

Nach dieser naßchemischen Oberflächenbehandlung wird die Halb leiterscheibe mit deionisiertem Wasser gespült. Die alkalische Reinigungslösung muß dabei vollständig von den Scheiben abgewa schen werden, um Beeinträchtigungen der nachfolgenden Behand lungsschritte durch Medienverschleppung zu vermeiden.

Anschließend wird die Halbleiterscheibe einer alkalischen Ätz behandlung unterworfen. Der Ätzabtrag erfolgt zur Unterstützung der Reinigung. Partikel, die trotz der vorangegangenen Reini gungsschritte noch fest auf der Oberfläche oder in der durch das Läppen verursachten Mikrorißzone verankert sind, werden durch den Ätzangriff und die damit verbundene Ablösung der obersten Siliciumschichten der Halbleiterscheibe entfernt bzw. freigelegt. Die alkalische Ätzbehandlung erfolgt vorzugsweise in einer Alkalilauge, beispielsweise Natron- oder Kalilauge. Der Ätzangriff beim alkalischen Ätzen ist richtungsabhängig (anisotropes Ätzen). Die alkalische Ätze ist außerdem konzen trations- und temperaturabhängig. Bei der Verwendung von Kali lauge als Ätzmedium ist die Ätzrate proportional zur vierten Potenz der H₂O-Konzentration. Das Ätzratenmaximum liegt bei ca. 20 Gew.-% KOH. Der bevorzugte und besonders bevorzugte Kon zentrations- und Temperaturbereich wird so eingestellt, so daß sich nach dem Ätzen eine homogene Oberfläche auf den Silicium scheiben in Bezug auf Glanz, Rauhigkeit und Oberflächenstruktur im Microbereich ausbildet. Die Konzentration der Lauge beträgt bevorzugt von 40 bis 60% und besonders bevorzugt von 45 bis 55 %. Die Temperatur der Lauge beträgt bevorzugt von 90 bis 130°C und besonders bevorzugt von 110 bis 125°C.

In dem bevorzugten Temperaturbereich läuft die chemische Reak tion homogen und gut kontrollierbar ab, so daß keine Inhomoge nitäten auf der Siliciumscheibe in bezug auf die Oberflächenei genschaften wie Glanz, Rauhigkeit und Oberflächenstruktur im Mikrobereich entstehen und als Flecken auf den Scheiben sicht bar werden. Bei geringerer Temperatur ist die Oberflächenstru kur im Mikrobereich verändert. Bei höheren Temperaturen fängt die Ätzlösung an zu sieden; damit wird ein homogenes Ätzen ver hindert.

Nach der alkalischen Ätzbehandlung wird die Halbleiterscheibe mit deionisiertem Wasser, bevorzugt bei Raumtemperatur gespült, um den anhaftenden OH^--Film abzuwaschen.

Um freigelegte, aber noch an der Scheibenoberfläche anhaftende Partikel abzureinigen wird die Halbleiterscheibe in einer alka lischen Reinigungslösung gegebenenfalls Ultraschall behandelt. Die alkalische Reinigungslösung hat eine Konzentration bevor zugt von 1 bis 25% und besonders bevorzugt von 5 bis 15%. Das alkalische Reinigungsmittel hat eine Temperatur bevorzugt von 20 bis 80°C. Nach dieser naßchemischen Oberflächenbhandlung wird die Halbleiterscheibe wiederum mit deionisiertem Wasser gespült.

Anschließend wird die Halbleiterscheibe hydrophiliert. Vorzugs weise erfolgt dies durch ein Verfahren wie es in der US 5,714,203 beschrieben wird. Die Hydrophilierung gewährleistet bei einer nachfolgenden sauren Ätzbehandlung einen homogenen Ätzstart, da eine hydrophobe Scheibe mit in der Atmosphäre be findlichen Gasen reagieren würde.

Die hydrophilierte Halbleiterscheibe wird dann einer sauren Ätzbehandlung in einem wässrigen Ätzgemisch, das im wesentli chen HF, HNO₃ und ein inertes, in dem Gemisch gelöstes Gas ent hält, unterworfen. Vorzugsweise erfolgt dies durch ein Verfah ren und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wie sie in der US 5,451,267 beschrieben werden. Nach dieser naßche mischen Oberflächenbehandlung wird die Halbleiterscheibe, ins besondere um die Ätzreaktion zu stoppen, mit deionisiertem Was ser von der anhaftenden Säure befreit.

Zweckmäßigerweise wird die Halbleiterscheibe im Anschluß ge trocknet und hydrophiliert. Vorzugsweise erfolgt dies mittels HF und O₃, beispielsweise durch ein Verfahren wie es in der US 5,714,203 beschrieben wird. Aber auch jedes andere Verfahren zur Trocknung und Hydrophilierung von Halbleiterscheiben ist geeignet.

An folgendem Beispiel ist die Leistungsfähigkeit des erfin dungsgemäßen Verfahres und der erfindungsgemäßen Abfolge von Behandlungsschritten, bei denen verschiedene Agenzien auf die Oberfläche der Halbleiterscheibe einwirken, dokumentiert.

In dem Beispiel ist die Qualitätsverbesserung in bezug auf vi suell erkennbare Flecken dargestellt. Die Beurteilung und In spektion erfolgte unter Neonlicht und Hazelicht. Die Einteilung der Fleckenarten erfolgte nach ihrer Ursache. Handlingsflecken resultieren aus Inhomogenitäten der Scheibenoberfläche, die, insbesondere durch manuelles Scheibenhandling und Trocknung verursacht werden. Oberflächeninhomogenitäten resultieren aus einer ungenügenden Reinigung nach einer mechanischen Oberflä chenbehandlung, insbesondere nach dem Läppen der Oberfläche.

Claims

Verfahren zur naßchemischen Oberflächenbehandlung einer Halbleiterscheibe nach einer mechanischen Oberflächenbehand lung, insbesondere nach einer mechanischen Oberflächenbehand lung in einer Läppmaschine, mittels einer Abfolge von Behand lungsschritten, bei denen verschiedene Agenzien auf die Ober fläche der Halbleiterscheibe einwirken, gekennzeichnet durch die nachfolgende Abfolge der Behandlungsschritte a bis j, wobei die Halbleiterscheibe:
- a) in einer Säure gelagert wird,
- b) in einer alkalischen Reinigungslösung mit Ultraschall beaufschlagt wird,
- c) mit Reinstwasser gespült wird,
- d) einer alkalischen Ätzbehandlung unterworfen wird,
- e) mit Reinstwasser gespült wird,
- f) in einer alkalischen Reinigungslösung gegebenenfalls mit Ultraschall behandelt wird,
- g) einer Hydrophilierung unterworfen wird,
- h) einer sauren Ätzbehandlung unterworfen wird,
- i) mit Reinstwasser gespült wird
- j) und abschließend getrocknet und hydrophiliert wird.