DE1803406A1 - Semiconductor disc etching - Google Patents
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Abstract
Description
Verfahren zum Ätzen von Halbleiterscheiben Es ist bekannt, Scheiben aus Halbleitersubstanzen, wie sie beispielsweise als Substrate für die Herstellung epitaktisch beschichteter Scheiben verwendet werden, chemisch zu ätzen. Process for etching semiconductor wafers It is known to use wafers from semiconductor substances, such as those used, for example, as substrates for manufacture Epitaxially coated wafers are used to chemically etch.
An die Ebenheit der Oberfläche solcher Scheiben werden sehr hohe Anforderungen gestellt. So darf die Oberfläche keine Kristallstörungen aufweisen und darf weder konkav noch konvex gewölbt sein.Very high demands are placed on the evenness of the surface of such panes posed. The surface must not and must not have any crystal defects be concave or convex.
Bei einer Halbleiterscheibe, die allseitig einem chemischen Angriff ausgesetzt ist, wird die Randzone durch die dort herrschenden Strömungsverhältnisse rascher abgetragen als die Scheibenmitte. Die Scheiben werden dadurch konvex gewölbt.In the case of a semiconductor wafer that is subject to chemical attack on all sides is exposed, the edge zone is affected by the prevailing flow conditions worn away faster than the center of the pane. As a result, the disks are curved in a convex manner.
Außerdem verhindern die auf der Oberfläche entstehenden Gasblasen teilweise einen weiteren Angriff der Itzflüssigkeit, so daß weitere Unregelmäßigkeiten auftreten.In addition, prevent the gas bubbles from forming on the surface partly a further attack of the Itziquid, so that further irregularities appear.
Es ist nun versucht worden, diesen Nachteilen dadurch zu begegnen, daß die Ätzlösung durch eine Düse auf die Scheibenoberfläche gespritzt wird. Die Scheibe wird dabei schnell gedreht, wodurch die Ätzflüssigkeit wieder abgeschleudert wird (vgl. österr. Patentschrift 218 571). Die nach diesem Verfahren behandelten Scheiben weisen jedoch teilweise konkav gewölbte Oberflächen auf.Attempts have now been made to counter these disadvantages by that the etching solution is sprayed through a nozzle onto the pane surface. the The disk is rotated quickly, causing the etching liquid to be thrown off again (cf. Austrian patent specification 218 571). Those treated by this procedure However, disks have partially concavely curved surfaces.
Weiterhin wird mit der DAS 1 190 291 eine Vorrichtung zum Ätzen von Halbleiterscheiben beschrieben. Dabei werden die Scheiben, die auf einer Welle gehaltert sind, im Ätzbad gedreht. Nachteilig bei dieser Arbeitsweise ist, daß die Ränder der Scheiben stärker von der Ätzflüssigkeit angegriffen werden, wodurch die Kanten ungleichmäßig verrundet werden.Furthermore, with the DAS 1 190 291 a device for etching of Semiconductor wafers described. The disks are held on a shaft are rotated in the etching bath. The disadvantage of this method of operation is that the edges of the panes are more strongly attacked by the etching liquid, causing the edges be rounded unevenly.
Es wurde nun ein Verfahren zum Ätzen von Halbleiterscheiben gefinden, das dadurch geke=Lzeichrlet ist, daß die zu ätzenden llalbleiterscheiben auf einer Trägerpiatte befestigt werden, der freie Raum zwischen den Halbleiterscheiben mit einer ätzbadfesten Masse bis zu derselben oder annähernd der gleichen Höhe wie die Halbleiterscheiben aufgefüllt und außerdem die rägerplatte in ein kreisförmig bewegtes Ätzbad außerhalb des Drehzentrums eingetaucht und mit einer von der Baddrehung unabhängigen Drehzahl um sich selbst gedreht wird, wobei die Drehachse der Trägerpiatte gegen die Badoberfläche sowie gegen die Strömuagsrichtung der Atzflüssigkeit unter einem Winkel von mindestens 45° und höchstens 80°, vorzugsweise 60°, geneigt ist, und anschließend gegebenenfalls in bekannter Weise mechanisch nachpoliert werden.A method for etching semiconductor wafers has now been found, The result is that the semiconductor disks to be etched are on a The free space between the semiconductor wafers is attached to the carrier plate an etching bath-proof mass up to the same or approximately the same height as the Semiconductor wafers filled up and also the carrier plate in a circular motion Etching bath immersed outside the center of rotation and with a bath that is independent of the rotation of the bath Speed is rotated around itself, with the axis of rotation of the support plate against the bath surface as well as against the direction of flow the etching liquid inclined at an angle of at least 45 ° and at most 80 °, preferably 60 ° and then, if necessary, mechanically repolished in a known manner.
Durch die erfindungsgemäßen, voneinander unabhängigen Drehungen sowohl des Ätzbades als auch der Trägerplatte und durch die Neigung der Drehachse der Trägerplatte gegen die Strömungsrichtung der Ätzflüssigkeit sowie gegen die Badoberfläche wird erreicht, daß an der Oberfläche der zu ätzenden Halbleiterscheibe keine bevorzugte Strömungsrichtung der Ätzflüssigkeit auftritt, die zu einem ungleichmäßigen Abtrag und dadurch bedingten Unebenheiten der Oberfläche führen kann.By the inventive, mutually independent rotations both the etching bath as well as the carrier plate and by the inclination of the axis of rotation of the carrier plate against the direction of flow of the etching liquid and against the bath surface achieved that on the surface of the semiconductor wafer to be etched no preferred Direction of flow of the etching liquid occurs, which leads to uneven removal and the resulting unevenness of the surface.
Ein weiterer Vorteil des beanspruchten Verfahrens besteht darin, daß störende Gasblasen an der Oberfläche der zu ätzenden Scheiben, die bei manchen Ätzflüssigkeiten besonders stark am Anfang des Ätzvorgangs auftreten, durch eine entsprechend hohe Drehzahl der Trägerplatte rasch und wirksam entfernt werden können. Anschließend wird die Ätzung bei nachlassender Gasentwicklung mit geringerer Drehzahl fortgesetzt.Another advantage of the claimed method is that disruptive gas bubbles on the surface of the panes to be etched, which with some etching liquids occur particularly strongly at the beginning of the etching process, due to a correspondingly high Speed of the carrier plate can be removed quickly and effectively. Afterward the etching is continued at a lower speed as the evolution of gas decreases.
Dem erfindungsgemäßen Ätzverfahren wird in manchen Fällen noch ein mechanischer Poliervorgang, beispielsweise mit Kieselsäuresuspensionen oder Suspensionen schwerlöslicher Silikate, angeschlossen.The etching process according to the invention is in some cases still a mechanical polishing process, for example with silica suspensions or suspensions sparingly soluble silicates attached.
Gegenüber den nur mechanischen Polierverfahren hat die Kombination aus chemischer Ätzung und anschließender Politur den Vorteil der Zeitersparnis, da der Ätzvorgang einige Minuten dauert, aber ein gleicher Abtrag durch mechanisches Polieren nur in Stunden erreicht werden kann.Compared to the only mechanical polishing process, the combination has from chemical etching and subsequent polishing the advantage of time savings, since the etching process takes a few minutes, but the same removal by mechanical means Polishing can only be achieved in hours.
Der freie Raum zwischen den Halbleiterscheiben auf der Trägerplatte wird durch ein Material ausgefüllt, das gegen das Ätzbad stabil ist. Dadurch können die Scheiben von der Ätzflüssigkeit lediglich von der Oberfläche her angegriffen werden.The free space between the semiconductor wafers on the carrier plate is filled with a material that is stable against the etching bath. This allows the wafers are attacked by the etching liquid only from the surface will.
Das Verfahren erlaubt es, auch definierte Verrundungen der Scheibekanten zu erzielen. In diesem Fall wählt man die Höhe der Masse zwischen den Scheiben um den gewunschten Eriimmungsradius der Rundung kleiner. Die Ätzflüssigkeit trägt dadurch die Kanten starker ab und rundet somit die Scheiben in definierter Weise ab.The process also allows defined rounding of the pane edges to achieve. In this case the height of the mass between the disks is changed the desired radius of curvature is smaller. The etching liquid carries through it the edges more strongly and thus rounds off the panes in a defined way.
Soll dagegen eine überhöhte Kante hergestellt werden, so wird die gewünschte überhöhung durch eine entsprechend höhere Masse zwischen den Scheiben erzielt.If, on the other hand, a raised edge is to be produced, the Desired elevation through a correspondingly higher mass between the panes achieved.
Zur Ausfüllung des Raumes zwischen den Halbleiterscheiben eignen sich vorzugsweise Kunststoffolien, beispielsweise solche aus Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polytetrafluoräthylen. Es können jedoch auch mit gutem Erfolg streichbare Massen eingesetzt werden, z.B.To fill the space between the semiconductor wafers are suitable preferably plastic films, for example those made of polyvinyl chloride, polyethylene, Polytetrafluoroethylene. However, it can also be used with good success on paintable masses be used, e.g.
Wachse und säurefeste Kitte wie etwa Mischungen aus härtenden Epoxydharzen und Siliciumcarbidpulver. Dabei wird - falls erforderlich - die überstehende Ausfüllmasse durch Planläppen entfernt, um so eine genaue Höhengleichheit mit der Halbleiterscheibenoberfläche zu erzielen.Waxes and acid-proof putties such as mixtures of hardening Epoxy resins and silicon carbide powder. If necessary, the protruding filler material removed by flat lapping, so as to ensure an exact level with the semiconductor wafer surface to achieve.
Die Trägerplatte wird vorzugsweise aus einem porendichten Graphit, Kunststoff oder Edelstahl hergestellt. Die Drehgeschwindigkeiten der Trägerplatte sind in weiten Grenzen variierbar.The carrier plate is preferably made of a non-porous graphite, Made of plastic or stainless steel. The rotational speeds of the carrier plate can be varied within wide limits.
Bevorzugt werden während der ersten 2 oder 3 Minuten des Xtzvorgangs Umfangsgeschwindigkeiten von 50 bis 100 cm/Sek. und während der restlichen Ätzzeit von 5 bis 30 cin/Sek.Preference is given to the first 2 or 3 minutes of the etching process Circumferential speeds of 50 to 100 cm / sec. and during the rest of the etching time from 5 to 30 cin / sec.
Die Strömungsgeschwindigkeit der Ätzflüssigkeit beträgt vorzugsweise 100 bis 200 cm/Sek.The flow rate of the etching liquid is preferably 100 to 200 cm / sec.
Als Ätzflüssigkeiten kommen die an sich bekannten Mischungen für die Ralbleiterätzung in Frage. Für Silicium ist ein Gemisch aus 4 bis 6 Vol.Teilen Salpetersäure (68g), 2 bis 4 Vol.Teilen Flußsäure (40 %ig), 2 bis 6 Vol.Teilen Eisessig und 0,5 bis 2 Vol.Teilen Schwefelsäure (98 %ig) besonders geeignet. Bei III-V-Verbindungen wie z.B. Galliumarsenid sind andere Ätzbäder von Bedeutung, so z.B. ein Gemisch aus 80 Vol.Teilen 5 %iger Natronlauge und 20 Vol.Teilen 30 %igem Wasserstoffperoxid.The mixtures known per se are used as etching liquids for the Conductor etching in question. For silicon, a mixture of 4 to 6 parts by volume is nitric acid (68g), 2 to 4 parts by volume of hydrofluoric acid (40%), 2 to 6 parts by volume of glacial acetic acid and 0.5 Up to 2 parts by volume of sulfuric acid (98%) are particularly suitable. For III-V connections such as gallium arsenide, other etching baths are important, such as a mixture from 80 parts by volume of 5% sodium hydroxide solution and 20 parts by volume of 30% hydrogen peroxide.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geätzten Halbleiterscheiben weisen eine völlig ebene, gegebenenfalls definiert abgerundete oder erhöhte Kante und eine zerstörungsfreie Oberfläche auf und sind besonders für die epitaktische Beschichtung geeignet.The semiconductor wafers etched by the method according to the invention have a completely flat, possibly defined rounded or raised edge and a non-destructive surface and are especially for the epitaxial Coating suitable.
Beispiel 1 Von einem einkristallinen Siliciumstab werden Scheiben von 0,4 mm Dicke abgesägt und mit Korund-Läppulver von etwa 5 / Korngröße auf beiden Seiten geläppt, wobei etwa 50+ pro Seite abgetragen werden. Die Scheiben werden nach einer Reinigung auf eine runde, mit Kunststoff getränkte Graphitplatte von 180 mm und 20 mm Stärke mit Bienenwachs zusammen mit einer 0,3 mm dicken ebenen Folie aus Polyvinylchlorid aiekittet. In die Folie wurden vor dem Aufkitten Löcher eingestanzt, deren Durchmesser und Form genau dem Durchmesser der Silicinlmscheiben entsprechen. Die Trägerplatte wird nun auf das Ende einer Rührwelle aufgeschraubt. Das ätzbad, bestehend aus 5 Volumteilen konz. Salpetersäure (68 %ig), 2 Volumteilen 40 %iger Flußsäure, 3 Volumteilen Eisessig und 1 Volunteil konz.Example 1 Wafers are made from a monocrystalline silicon rod of 0.4 mm thickness sawn off and with corundum lapping powder of about 5 / grain size on both Sides lapped, with about 50+ removed per side. The discs will after cleaning on a round graphite plate impregnated with plastic from 180mm and 20mm thick with beeswax along with a 0.3mm thick flat Foil made of polyvinyl chloride aiekittet. Holes were made in the foil before cementing punched in, the diameter and shape of which exactly match the diameter of the silicon film correspond. The carrier plate is now screwed onto the end of a stirrer shaft. The etching bath, consisting of 5 parts by volume, conc. Nitric acid (68%), 2 parts by volume 40% hydrofluoric acid, 3 parts by volume of glacial acetic acid and 1 part by volume of conc.
Schwefelsäure (98 %ig), befindet sich in einem runden Behälter aus Polyvinylchlorid von 500 mm und 400 mm Höhe. Der Behälter ist auf eine Grundplatte montiert, die durch ein notorgetriebe mit einer Drehzahl von 90 Umdrehungen/Minute gedreht wird. Die Rührwelle mit der Trägerplatte wird nun unter einem Winkel von hO° gegen die Bad oberfläche sowie gegen die Strömungsrichtung der Ätzflüssigkeit geneigt und möglichst nahe am Rande des Behälters so weit in das Bad eingetaucht, daß die Trägerplatte vollständig in die Atzflüssigkeit eintaucht. Dabei wird die Trägerplatte zunächst mit einer Drehzahl von 100 Umdrehungen/Minute gedreht, nach 3 Minuten Ätzdauer wird die Drehgeschwindigkeit auf 30 Umdrehungen/Minute herabgesetzt. Nach. 10 Minuten wird die Trägerplatte aus dem Bad t*^nozzen nd der Ätzvorgang durch Eintauchen der Platte zunächst in konz Salpetersäure, anschließend in deionisiertes Wasser, unterbrochen. Die Scheiben zeigen nun eine für die epitaktische Beschichtung geeignete, hochglänzende, ebene und zerstörungsfreie Oberfläche und können durch Erwärmen der Trägerplatte von dieser abgelöst und weiterverarbeitet werden.Sulfuric acid (98%), is made in a round container Polyvinyl chloride of 500 mm and 400 mm high. The container is on a base plate mounted by a notor gear with a speed of 90 revolutions / minute is rotated. The agitator shaft with the carrier plate is now at an angle of hO ° against the bath surface and against the direction of flow of the etching liquid inclined and immersed in the bath as close as possible to the edge of the container, that the carrier plate is completely immersed in the etching liquid. The Carrier plate initially rotated at a speed of 100 revolutions / minute, after After 3 minutes of etching, the speed of rotation is reduced to 30 revolutions / minute. To. The carrier plate is taken out of the bath for 10 minutes and the etching process is carried out Dip the plate first in conc nitric acid, then in deionized water, interrupted. The disks now show one for the epitaxial Coating suitable, high-gloss, flat and non-destructive surface and can be detached and processed further by heating the carrier plate will.
Beispiel 2 Von einem einkristallinen Galllumarsenidstab werden Scheiben von 0,3 mm Dicke abgesägt und mit Rorund-Läppulver von etwa 5/4 Rorngröße auf beiden Seiten geläppt. Der läppabtrag beträgt etwa 5 pro Seite. Nach Entfernung von Läppulverspuren werden die Scheiben auf einer Edelstahlplatte von 150 mm und 8 mm Stärke zusammen mit einer 0,25 mm starken Polyäthylenfolie aufgekittet. Zur Politur wird die gleiche Anordnung wie in Beispiel 1 verwendet. Das Ätzbad besteht aus 80 Volumteilen 5 %iger Natronlauge und 20 Volumteilen 30 %igem Wasserstoffperoxid. Die Ätzung erfolgt wie oben beschrieben. Die Ätzdauer beträgt 10 Minuten. Danach wird die Träge: platte herausgenommen und mit deionisiertem Wasser gründlich Fespül Anschließend wird die Folie abgezogen und mit einer Natriumsilikatsuspension auf einem Polierteller weitere 5 µ mechanisch abpoliert.Example 2 Disks are made from a monocrystalline gall lumbar arsenide rod Cut off 0.3 mm thick and with round lapping powder of about 5/4 rorn size on both Lapped sides. The lap removal is around 5 per side. After removing traces of lapping powder the discs are put together on a stainless steel plate of 150 mm and 8 mm thickness cemented with a 0.25 mm thick polyethylene film. The same is used for polishing Arrangement as used in example 1. The etching bath consists of 80 parts by volume of 5% Caustic soda and 20 parts by volume of 30% hydrogen peroxide. The etching is done like described above. The etching time is 10 minutes. Then the inertia: plate taken out and rinsed thoroughly with deionized water Foil peeled off and further with a sodium silicate suspension on a polishing plate 5 µ mechanically polished.
Die Scheiben sind unmittelbar für den epitaktischen Aufwachsprozeß geeignet.The wafers are ready for the epitaxial growth process suitable.
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DE1803406B2 DE1803406B2 (en) | 1975-12-18 |
DE1803406C3 DE1803406C3 (en) | 1976-07-29 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1179803B (en) * | 1962-02-27 | 1964-10-15 | Gevaert Photo Prod Nv | Self-adhesive sealing tape for fixing a film roll on a narrow film spool |
DE4116392A1 (en) * | 1991-05-18 | 1992-11-19 | Itt Ind Gmbh Deutsche | Holding device for wet etching one side of semiconductor wafer - having circular support body with central window pressure contact wafer and bayonet locking disc |
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DE4116392C2 (en) * | 1991-05-18 | 2001-05-03 | Micronas Gmbh | Holder for one-sided wet etching of semiconductor wafers |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1803406B2 (en) | 1975-12-18 |
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