DE19905737C2

DE19905737C2 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe mit verbesserter Ebenheit

Info

Publication number: DE19905737C2
Application number: DE19905737A
Authority: DE
Inventors: Thomas Altmann; Guido Wenski; Willi Bernwinkler; Ernst Feuchtinger; Gerhard Heier; Wolfgang Winkler
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 1999-02-11
Filing date: 1999-02-11
Publication date: 2000-12-14
Anticipated expiration: 2019-02-12
Also published as: JP3400765B2; KR20000062540A; JP2000235941A; US6583050B2; DE19905737A1; US20030045089A1; TW567547B; US6458688B1; KR100394970B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe mit verbes serter Ebenheit im Randbereich. Halbleiterscheiben mit einer hohen Ebenheit eignen sich für die Verwendung in der Halbleiterindustrie, insbesondere zur Fabrikation von elektronischen Bauelementen mit Linienbreiten gleich oder kleiner 0,13 µm.

Eine Halbleiterscheibe, die insbesondere zur Fabrikation von elektronischen Bauele menten mit Linienbreiten gleich oder kleiner 0,13 µm geeignet sein soll, muß eine Viel zahl besonderer Eigenschaften aufweisen. Eine besonders wichtige Eigenschaft ist die lokale Ebenheit der Halbleiterscheibe. Die moderne Steppertechnologie verlangt opti male lokale Ebenheiten in allen Teilbereichen einer Seite der Halbleiterscheibe. Anstelle der in der Vergangenheit vielfach üblichen rückseitenbezogenen globalen (GBIR; früher als TTV bezeichnet) und lokalen Ebenheitsmaße (SBIR; früher als LTV bezeichnet) treten Ebenheitsmaße, die den Fokussierungsmöglichkeiten eines Steppers in allen Teilbereichen der Scheibenseite Rechnung tragen. Ein solches Ebenheitsmaß ist der SFQR (site front-surface referenced least squares/range = Bereich der positiven und negativen Abweichung von einer über Fehlerquadratminimierung definierten Vorderseite für eine Bauelementefläche definierter Dimension). Die Größe SFQR_max gibt den höchsten SFQR-Wert für alle Bauelementeflächen auf einer Halbleiterscheibe an. Eine allgemein anerkannte Faustregel besagt, daß der SFQR_max-Wert einer Halbleiterscheibe gleich oder kleiner der auf dieser Scheibe möglichen Linienbreite von darauf herzustell enden Halbleiterbauelementen sein muß. Eine Überschreitung dieses Wertes führt zu Fokussierungsproblemen des Steppers und damit zum Verlust des betreffenden Bau elementes. Die in Zukunft erwarteten Anforderungen an die Hersteller von Halbleiter scheiben und Bauelementen sind beispielsweise in The National Technology Needs, (SIA, San Jose) 1997, auf den Seiten 64-66 aufgelistet.

Die endgültige Ebenheit einer Halbleiterscheibe wird in der Regel durch einen Po lierprozeß erzeugt. Zur Verbesserung der Ebenheitswerte einer Halbleiterscheibe wur den Apparate und Ver fahren zum gleichzeitigen Polieren von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe bereitgestellt und weiterentwickelt. Diese sogennante Doppelseiten-Politur ist beispiels weise in der US 3,691,694 beschrieben. Gemäß einer in der EP 208 315 B1 be schriebenen Ausführungsform der Doppelseitenpolitur werden Halbleiterscheiben in Läuferscheiben aus Metall oder Kunststoff, die über geeignet dimensionierte Ausspa rungen verfügen, zwischen zwei rotierenden, mit einem Poliertuch belegten Poliertellern in Gegenwart eines Poliersols auf einer durch die Maschinen- und Prozeßparameter vorbestimmten Bahn bewegt und dadurch poliert (in der englischsprachigen Literatur werden Läuferscheiben als "carrier" oder "templates" bezeichnet).

Eine Läuferscheibe mit der Zusatzfunktion des Abrichtens des Poliertuchs ist beispiels weise in der EP-887 152 A2 beschrieben.

Um die bei der Doppelseitenpolitur angewandten Anpreßkräfte bevorzugt auf die zu po lierende Halbleiterscheibe und nicht auf die Läuferscheibe wirken zu lassen, ist die Enddicke von nach dem Stand der Technik doppelseitenpolierten Halbleiterscheiben deutlich dicker als die Dicke der eingesetzten Läuferscheiben. Von E. Mendel und J. R. Hause werden im IBM Technical Report TR22.2342, präsentiert auf dem Spring Mee ting of the Electrochemical Society in Boston, Massachusetts am 10.05.1979, beispiels weise 2 bis 3 mil Überstand (entspricht 51 bis 76 µm) empfohlen. Dieser Überstand kann entweder durch Festlegung der notwendigen Polierdauer anhand der in Vorversu chen für eine bestimmte Versuchsführung ermittelten Abtragsrate oder durch auf die Läuferscheibe angebrachte Abstandshalter, wie sie in US 5,422,316 vorgeschlagen sind, gewährleistet werden.

Die Integration der Doppelseiten-Politur in Prozeßketten zur Herstellung von Halbleiter scheiben ist bekannt. In der EP 754 785 A1 ist die Abfolge Sägen eines Halbleiterkris talls, gefolgt von Kantenverrunden, Doppelseitenpolieren und Endpolieren der gewon nenen Halbleiterscheiben beschrieben. In der EP 755 751 A1 wird vorgeschlagen, zwi schen Kantenverrundung und Doppelseitenpolitur ein Doppelseiten-Schleifverfahren anzuwenden. Zu den bevorzugten Ausführungsformen, die in der US 5,756,399 be schrieben sind, zählt die Prozeßkette Sägen - Kantenverrunden - Schleifen - alkalisches Ätzen - Doppelseitenpolieren. In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentschrift DE 198 33 257 C1 ist die Prozeßkette Sägen - Kantenverrunden - Schleifen - Ätzen - Doppelseitenpolieren - Endpolieren beansprucht, wobei das Ätzen mit einem verbesserten sauren Ätzverfahren durchgeführt wird. Diesen Prozeßketten ist gemeinsam, daß sie nach der Doppelsei tenpolitur zu einer Halbleiterscheibe führen, die im Randbereich höhere lokale Geomet riewerte, ausgedrückt als SFQR, aufweist, als im Zentrumsbereich der Halbleiterschei be. Vorgehensweisen wie die in der EP 187 307 A1 vorgeschlagene, den Randabfall durch eine schüsselförmige Eingangsgeometrie zu kompensieren, führen zwar unter günstigen Bedingungen eventuell zu einer Verbesserung der rückseitenbezogenen Ge ometriewerte GBIR und SBIR, sind jedoch für die im Hinblick auf die Bauelemente herstellung relevanten SFQR-Werte von Nachteil.

Es war daher die Aufgabe gestellt, eine Halbleiterscheibe bereitzustellen, die insbeson dere zur Fabrikation von elektronischen Bauelementen mit Linienbreiten gleich oder kleiner 0,13 µm geeignet ist und die erwähnten Nachteile hinsichtlich der lokalen Geo metrie im Randbereich, ausgedrückt als SFQR, nicht aufweist. Ferner sollten die weite ren Eigenschaften der Halbleiterscheibe mindestens genau so gut sein, wie die von nach dem Stand der Technik hergestellten Halbleiterscheiben, und es sollten Vorteile im Hinblick auf ihre Herstellkosten bestehen.

Gegenstand der Erfindung ist Verfahren gemäß Anspruch 1.

Vorzugsweise wird es dann als nicht signifikanter Unterschied zwischen SFQR- Einzelwerten im Randbereich und im Zentrumsbereich angesehen, wenn der arith metische Mittelwert der SFQR-Werte für den Randbereich um maximal 0,03 µm vom arithmetischen Mittelwert der SFQR-Werte für den Zentrumsbereich differiert.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, daß die Halbleiter scheibe solange einer Doppelseitenpolitur unterzogen werden muß, bis die Dicke der fertig polierten Halbleiterscheibe nur wenig höher ist als die Dicke der eingesetzten Läuferscheibe, wobei die Dickendifferenz in einem engen Fenster von 2 bis 20 µm liegen muß. Wie die später folgenden Beispiele verdeutlichen werden, war das Auffinden des Fensters überraschend und nicht vorhersehbar.

Ausgangsprodukt des Verfahrens ist eine Halbleiterscheibe, die auf bekannte Weise von einem Kristall abgetrennt wurde, bei spielsweise von einem abgelängten und rundgeschliffenen Einkri stall aus Silicium, und deren Vorder- und/oder Rückseite mit tels eines Oberflächenschleifschrittes bearbeitet wurde. Falls dies gewünscht wird, kann der Kristall mit einem oder mehreren Orientierungsmerkmalen zur Indentifizierung der Kristallachsen versehen werden, beispielweise einem Notch und/oder einem Flat. Ebenso kann die Kante der Halbleiterscheibe an einer geeigneten Stelle in der Prozeßkette mittels einer geeignet profilierten Schleifscheibe verrundet werden. Außerdem besteht die Möglich keit, daß die Oberfläche der Halbleiterscheiben nach dem Schleifschritt geätzt wird.

Endprodukt des Verfahrens ist eine doppelseitenpolierte Halb leiterscheibe, die den Anforderungen an Halbleiterscheiben als Ausgangsmaterial für Halbleiterbauelemente-Prozesse mit Linien breiten gleich oder kleiner 0,13 µm genügt und aufgrund redu zierter Materialabträge den nach dem Stand der Technik her gestellten Halbleiterscheiben bezüglich ihrer Herstellkosten überlegen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell zur Herstellung eines scheibenförmigen Körpers eingesetzt werden, der aus einem Material besteht, welches mit dem eingesetzten chemo-mechani schen Doppelseiten-Polierverfahren bearbeitet werden kann. Der artige Materialien, deren Weiterverarbeitung vorwiegend in der Halbleiterindustrie stattfindet, jedoch nicht auf diese be schränkt ist, sind zum Beispiel Silicium, Silicium/Germanium, Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Galliumarsenid und weitere so genannte III-V-Halbleiter. Silicium in einkristalliner Form, beispielsweise kristallisiert durch einen Czochralski- oder ei nen Zonenziehprozeß, ist bevorzugt. Silicium mit einer Kri stallorientierung (100), (110) oder (111) ist besonders bevor zugt.

Das Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von Silici umscheiben mit Durchmessern von insbesondere 200 mm, 300 mm, 400 mm und 450 mm und Dicken von wenigen 100 µm bis einigen cm, bevorzugt von 400 µm bis 1200 µm. Die Halbleiterscheiben können entweder direkt als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Halbleiterbauelementen eingesetzt werden oder nach Durchführung eines Endpolierschrittes nach dem Stand der Technik und/oder nach Aufbringen von Schichten wie Rückseitenversiegelungen oder einer epitaktischen Beschichtung der Scheibenvorderseite mit Silicium oder geeigneten weiteren Halbleitermaterialien und/oder nach Konditionierung durch eine Wärmebehandlung beispiels weise unter Wasserstoff- oder Argonatmosphäre ihrem Bestim mungszweck zugeführt werden. Neben der Herstellung von Scheiben aus einem homogenen Material kann die Erfindung natürlich auch zur Herstellung von mehrschichtig aufgebauten Halbleitersub straten wie SOI-Scheiben (silicon-on-insulator) und sogenannten bonded wafers eingesetzt werden.

Die weitere Beschreibung des Verfahrens erfolgt am Beispiel der Herstellung einer Siliciumscheibe.

Prinzipiell ist es möglich, eine bespielsweise durch ein Innen loch- oder Drahtsägeverfahren gesägte Siliciumscheibe, die je nach Durchmesser und Art des Sägeprozesses ein Damage bis in eine Tiefe im Bereich von 10 bis 40 µm aufweist, direkt dem er findungsgemäßen Doppelseitenpolierschritt zu unterziehen. Es ist jedoch sinnvoll und daher bevorzugt, die scharf begrenzte und daher mechanisch sehr empfindliche Scheibenkante mit Hilfe einer geeignet profilierten Schleifscheibe zu verrunden. Wei terhin ist es zwecks Verbesserung der Geometrie und teilweisem Abtrag der zerstörten Kristallschichten möglich, die Silicium scheibe einem mechanischen Abtragsschritt wie Läppen oder Schleifen zu unterziehen, um den Materialabtrag im erfindungs gemäßen Polierschritt zu reduzieren. Bevorzugt ist, die Silici umscheibe einem Oberflächen-Schleifschritt zu unterziehen, wo bei entweder eine Seite geschliffen wird oder beide Seiten se quentiell oder beide Seiten gleichzeitig geschliffen werden. Sequentielles Oberflächenschleifen der Scheibenvorder- und - rückseite ist besonders bevorzugt. Zum Entfernen des in den me chanischen Prozeßschritten zwangsläufig erzeugten Damage der Scheibenoberfläche und -kante und zum Entfernen von gegebenen falls vorhandenen Verunreinigungen, beispielsweise im Damage gebundenen metallischen Verunreinigungen, kann an dieser Stelle ein Ätzschritt folgen. Dieser Ätzschritt kann entweder als naß chemische Behandlung der Siliciumscheibe in einer alkalischen oder sauren Ätzmischung oder als Plasmabehandlung ausgeführt werden. Ein saurer Ätzschritt in einer Mischung aus konzen trierter wäßriger Salpetersäure und konzentrierter wäßriger Flußsäure gemäß der in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentschrift DE 198 33 257 C1 beanspruchten Ausführungsform ist be vorzugt.

Ein besonders bevorzugtes Ausgangsmaterial für das erfindungs gemäße Polierverfahren sind Halbleiterscheiben aus Silicium mit einem Durchmesser von gleich oder größer 200 mm, hergestellt durch Sägen eines Silicium-Einkristalls, gefolgt von Kantenver runden, sequentiellem Oberflächenschleifen beider Scheibensei ten unter Abtrag von 10 µm bis 100 µm Silicium pro Seite und naßchemischem Ätzen in einer sauren Ätzmischung unter Abtrag von 5 µm bis 50 µm Silicium pro Scheibenseite.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Polierschrittes kann ei ne handelsübliche Doppelseitenpoliermschine geeigneter Größe verwendet werden, wie sie beispielsweise im IBM Technical Re port TR22.2342 beschrieben ist. Die Poliermaschine besteht im wesentlichen aus einem frei horizontal drehbaren unteren Po lierteller und einem frei horizontal drehbaren oberen Polier teller, die beide mit jeweils einem Poliertuch bedeckt sind, und erlaubt unter kontinuierlicher Zuführung eines Poliersols geeigneter chemischer Zusammensetzung das beidseitige abtragen de Polieren von Halbleiterscheiben, in diesem Falle von Silici umscheiben.

Es ist möglich, nur eine Siliciumscheibe zu polieren. In der Regel wird jedoch aus Kostengründen eine Vielzahl von Silici umscheiben gleichzeitig poliert, wobei die Anzahl von den bau lichen Gegebenheiten der Poliermaschine abhängt. Die Sili ciumscheiben werden dabei durch Läuferscheiben, die über aus reichend dimensionierte Aussparungen zur Aufnahme der Silici umscheiben verfügen, während des Polierens auf einer durch Ma schinen- und Prozeßparameter bestimmten geometrischen Bahn ge halten. Die Läuferscheiben sind beispielsweise mit einer Trieb stock-Stiftverzahnung oder einer Evolventenverzahnung mit der Poliermaschine über einen sich drehenden inneren und einen sich in der Regel gegenläufig drehenden äußeren Stift- oder Zahn kranz in Kontakt und werden dadurch in eine rotierende Bewegung zwischen den beiden Poliertellern versetzt.

Einflußparameter für die Bahn der Siliciumscheiben in Relation zum oberen und unteren Polierteller während des Poliervorganges sind beispielsweise die Abmessungen der Polierteller, die Kon struktion der Läuferscheiben sowie die Drehzahlen vom oberen Polierteller, unteren Polierteller und Läuferscheibe. Befindet sich jeweils eine Siliciumscheibe im Zentrum einer Läuferschei be, bewegt sich die Siliciumscheibe kreisförmig um das Zentrum der Poliermaschine. Sind mehrere Siliciumscheiben anzentrisch in einer Läuferscheibe positioniert, ergibt sich durch Drehung der Läuferscheiben um ihre eigene Achse eine Hypozykloidenbahn. Für den erfindungsgemäßen Polierprozeß ist eine Hypozykloiden bahn bevorzugt. Besonders bevorzugt ist der gleichzeitige Ein satz von vier bis sechs Läuferscheiben, die mit jeweils minde stens drei in gleichen Abständen auf einer kreisförmigen Bahn angeordneten Siliciumscheiben belegt sind.

Prinzipiell können die beim erfindungsgemäßen Verfahren einge setzten Läuferscheiben aus jedem Material gefertigt werden, das gegenüber den durch den Antrieb verursachten mechanischen Bean spruchungen, vor allem den Druck- und Zugbelastungen, ausrei chende mechanische Stabilität ausweist. Außerdem darf das Mate rial von dem verwendeten Poliersol und den Poliertüchern che misch und mechanisch nicht nennenswert angegriffen werden, um eine ausreichend hohe Lebensdauer der Läuferscheiben zu gewähr leisten und eine Kontamination der polierten Siliciumscheiben zu vermeiden. Darüber hinaus muß das Material zur Herstellung sehr ebener, spannungs- und wellenfreier Läuferscheiben in der gewünschten Dicke und Geometrie geeignet sein. Grundsätzlich können die Läuferscheiben beispielsweise aus Metall, Kunst stoff, faserverstärktem Kunststoff oder kunststoffbeschichtetem Metall gefertigt sein. Läuferscheiben aus Stahl oder aus faser verstärktem Kunststoff sind bevorzugt; Läuferscheiben aus rost freiem Chromstahl sind besonders bevorzugt.

Die Läuferscheiben besitzen eine oder mehrere Aussparungen be vorzugt in Kreisform zur Aufnahme von einer oder mehrerer Sili ciumscheiben. Um eine freie Beweglichkeit der Siliciumscheibe in der rotierenden Läuferscheibe zu gewährleisten, muß die Aus sparung geringfügig größer im Durchmesser sein als die zu po lierenden Siliciumscheiben. Ein um 0,1 mm bis 2 mm größerer Durchmesser ist bevorzugt; ein um 0,3 bis 1,3 mm größerer Durchmesser ist besonders bevorzugt. Um während des Polierens eine Beschädigung der Scheibenkante durch die Innenkante der Aussparung in der Läuferscheibe zu verhindern, ist es sinnvoll und daher bevorzugt, die Innenseite der Aussparungen mit einer Kunststoffbeschichtung von gleicher Dicke wie die Läuferschei be auszukleiden, wie in der EP 208 315 B1 vorgeschlagen wird. Geeignete Kunststoffe sind dabei beispielsweise Polyamid, Po lyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polytetrafluorethy len oder Polyvinylidendifluorid, die alle gleichermaßen bevor zugt sind. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, gemäß der in der EP 776 030 A2 beschriebenen Vorgehensweise die Innenseite der Aussparungen mit einer Vorrichtung zu versehen, die während der Doppelseitenpolitur eine gleichzeitige Politur der Kante der Siliciumscheibe ermöglicht.

Die Läuferscheiben für das erfindungsgemäße Polierverfahren be sitzen eine bevorzugte Dicke von 400 bis 1200 µm, die sich nach der Enddicke der polierten Siliciumscheiben richtet, welche letztlich vom Durchmesser der Siliciumscheiben und vom geplan ten Anwendungszweck abhängt. Charakteristisch für die Erfindung ist, daß die Eingangsdicke der zu polierenden Siliciumscheiben bevorzugt um 20 bis 200 µm größer ist als die Läuferscheiben dicke, wobei der Bereich von 30 bis 70 µm besonders bevorzugt ist, und die Enddicke der polierten Scheiben bevorzugt um 2 bis 20 µm größer ist als die Läuferscheibendicke, wobei der Bereich von 5 bis 15 µm besonders bevorzugt ist. Jedoch sind auch ge ringe Abweichungen von den angegebenen Dickenbereichen möglich, ohne daß eine gravierende Erhöhung der lokalen Ebenheitswerte SFQR im Randbereich der Scheiben beobachtet wird. Der Siliciu mabtrag durch den Polierschritt beträgt 5 bis 100 µm, bevorzugt 10 µm bis 60 µm, und besonders bevorzugt 20 bis 50 µm.

Im Rahmen der hinsichtlich der Dickenverhältnisse gemachten Ausführungen wird der Doppelseiten-Polierschritt bevorzugt in der dem Fachmann bekannten Art und Weise durchgeführt. Polier tücher sind am Markt in einer großen Bandbreite von Eigenschaf ten erhältlich. Bevorzugt wird mit einem handelsüblichen Poly urethan-Poliertuch einer Härte von 40 bis 120 (Shore A) po liert. Besonders bevorzugt sind Polyurethantücher mit einge arbeiteten Polyethylenfasern in einem Härtebereich von 60 bis 90 (Shore A). Im Falle der Politur von Siliciumscheiben emp fiehlt sich die kontinuierliche Zuführung eines Poliersols mit einem pH-Wert von bevorzugt 9 bis 12, besonders bevorzugt 10 bis 11, aus bevorzugt 1 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 5 Gew.-% SiO₂ in Wasser, wobei der Polierdruck bevorzugt 0,05 bis 0,5 bar, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,3 bar beträgt. Die Silicium-Abtragsrate liegt bevorzugt bei 0,1 bis 1,5 µm/min und besonders bevorzugt bei 0,4 bis 0,9 µm/min.

Die Siliciumscheiben werden nach Beendigung der Politur gegebe nenfalls von anhaftendem Poliersol gereinigt und getrocknet und können anschließend auf einem handelsüblichen, beispielsweise kapazitiv oder optisch arbeitenden Geometriemeßgerät hinsicht lich ihrer lokalen Geometrie SFQR vermessen werden.

Abhängig von ihrer weiteren Bestimmung kann es notwendig sein, die Scheibenvorderseite einer Endpolitur nach dem Stand der Technik zu unterziehen, beispielsweise mit einem weichen Po liertuch unter Zuhilfenahme eines alkalischen Poliersols auf SiO₂-Basis. Zum Erhalt der im erfindungsgemäßen Polierschritt erzeugten sehr niedrigen und gleichmäßig verteilten lokalen Geometriewerte sollte der Siliciumabtrag von der Scheibe dabei relativ niedrig sein und beispielsweise bei 0,1 bis 0,7 µm lie gen.

Falls notwendig, kann an einer beliebigen Stelle der Prozeß kette eine Wärmebehandlung der Halbleiterscheibe eingefügt wer den, beispielsweise um thermische Donatoren zu vernichten oder um eine Störung von oberflächennahen Kristallschichten auszu heilen. Weiterhin können eine Laserbeschriftung zur Scheibeni dentifizierung und/oder ein Kantenpolierschritt an geeigneter Stelle der Prozeßkette eingefügt werden, zum Beispiel vor oder nach dem Schleifen im Falle der Lasermarkierung sowie vor, im oder nach der Doppelseitenpolitur im Falle des Kantenpolierens. Eine Reihe weiterer, für bestimmte Produkte erforderliche Pro zeßschritte wie beispielsweise die Aufbringung von Rückseiten beschichtungen aus Polysilicium, Siliciumdioxid oder Silicium nitrid oder die Aufbringung einer Epitaxieschicht aus Silicium oder weiteren halbleitenden Materialien auf die Vorderseite der Siliciumscheibe läßt sich ebenfalls nach dem Fachmann bekannten Verfahren an den geeigneten Stellen in die Prozeßkette einbau en. Es kann darüber hinaus auch zweckmäßig sein, die Halblei terscheibe vor oder nach einzelnen Prozeßschritten einer Batch- oder Einzelscheibenreinigung nach dem Stand der Technik zu un terziehen.

Hinsichtlich der weiteren üblicherweise zur Scheibencharakte risierung herangezogenen, dem Fachmann wohlbekannten Parameter wie beispielsweise Oberflächenfehler, Rauhigkeit und Metallkon tamination der Scheibenoberfläche, und Magic-Mirror-Defekte weist eine erfindungsgemäß hergestellte Halbleiterscheibe keine Nachteile gegenüber einer Halbleiterscheibe auf, die nach dem Stand der Technik hergestellt wird.

Eine erfindungsgemäß hergestellte Halbleiterscheibe, insbeson dere eine Siliciumscheibe erfüllt die Anforderungen für die Herstellung von Halbleiterbauelementen mit Linienbreiten gleich oder kleiner 0,13 µm. Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich als optimale Lösung zur Herstellung von Siliciumscheiben mit den geschilderten Merkmalen erwiesen. Überraschend und nicht zu erwarten ist, daß nur ein relativ enges Fenster für den Über stand der Dicke der fertig polierten Scheibe über die Läufer scheibendicke zur Eliminierung des für nach dem Stand der Tech nik doppelseitenpolierte Halbleiterscheiben charakteristischen Randabfalls mit den damit verbundenen erhöhten SFQR-Werten führt. An das Ausgangsprodukt werden minimale Geometrieanforde rungen gestellt, was die Anforderungen an die Vorprozesse redu ziert. Die die im erfindungsgemäßen Schritt erzielte gute Geo metrie tritt schon nach relativ geringen Materialabträgen und durch die erhöhte Prozeßsicherheit, gepaart mit einem verrin gerten Bruchrisiko, in sehr hohen Ausbeuten auf, ohne daß ko stenintensive Schritte zur lokalen Geometriekorrektur bei spielsweise durch Plasmaätzen notwendig sind. Deshalb ist das vorgeschlagene Verfahren auch wirtschaftlich konkurrenzfähig und kann sogar zur Nacharbeit von Ausfallscheiben und zur Bear beitung von Reclaimscheiben herangezogen werden.

Zu den nachfolgend beschriebenen Beispielen und Vergleichs beispielen gehören Figuren, die die Erfindung verdeutlichen.

Fig. 1 zeigt die Verteilung der lokalen Ebenheitswerte SFQR für flächendeckend angeordnete Teilbereiche (52 Flächenelemente) der Größe 25 mm × 25 mm einer gemäß Beispiel B 1f hergestellten doppelseitenpolierten Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 200 mm.

Fig. 2 zeigt die Verteilung der lokalen Ebenheitswerte SFQR für flächendeckend angeordnete Teilbereiche (52 Flächenelemente) der Größe 25 mm × 25 mm einer gemäß Vergleichsbeispiel 2c her gestellten doppelseitenpolierten Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 200 mm.

Fig. 3 zeigt die Verteilung der lokalen Ebenheitswerte SFQR für flächendeckend angeordnete Teilbereiche (112 Flächenelemente) der Größe 25 mm × 25 mm einer gemäß Beispiel 2 hergestellten doppelseitenpolierten Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 300 mm.

Fig. 4 zeigt die Verteilung der lokalen Ebenheitswerte SFQR für flächendeckend angeordnete Teilbereiche (112 Flächenelemente) der. Größe 25 mm × 25 mm einer gemäß Vergleichsbeispiel 3 herge stellten doppelseitenpolierten Siliciumscheibe mit einem Durch messer von 300 mm.

Alle im folgenden aufgeführten Beispiele und Vergleichsbeispie le betreffen die Herstellung von Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von entweder (200 ± 0,1) mm oder (300 ± 0,2) mm, einem Sauerstoffgehalt von (6 ± 1) . 10¹⁷ Atomen/cm³ und einer Bor-Dotie rung, die zu einem Widerstand im Bereich von 10 bis 20 Ω . cm führt. Die dazu benötigten Einkristalle wurden nach dem Stand der Technik gezogen, abgelängt, rundgeschliffen und auf einer handelsüblichen Drahtsäge in Scheiben mit einer auf das Endpro dukt zugeschnittenen Dicke zersägt. Nach dem Verrunden der Kan ten folgte auf einer Rotationsschleifmaschine ein Oberflächen- Schleifschritt mit Diamanten der Körnung 600 Mesh, wobei nach einander von der Scheibenvorder- und -rückseite je 30 µm Sili cium abgetragen wurden. Daran schloß sich ein saurer Ätzschritt nach dem Strömungsätzverfahren an, wobei durch Eintauchen der sich drehenden Scheiben in eine Mischung aus 90 Gew.-% konzen trierter Salpetersäure (70 Gew.-% in wäßriger Lösung), 10 Gew.- % konzentrierter Flußsäure (50 Gew.-% in wäßriger Lösung) und 0,1 Gew.-% Ammoniumlaurylsulfat pro Scheibenseite gleichzeitig je 10 µm Silicium abgetragen wurde. Die Ätzmischung war auf (20 ± 1) °C temperiert und wurde mit Stickstoffgas durchströmt. Nach den aufgeführten Prozeßschritten sowie nach dem in den nachfolgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen beschriebenen Polierschritt wurden Reinigungs- und Trocknungsschritte nach dem Stand der Technik durchgeführt.

Beispiel 1 (B 1d-B 1k) Vergleichsbeispiel 1 (V 1a-V 1c und V 1l)

Es standen zwei Gruppen von 200-mm-Siliciumscheiben mit geätz ter Oberfläche und Dicken von 770 µm und 780 µm zur Verfügung. Außerdem standen fünf Läuferscheiben aus rostfreiem Chromstahl mit geläppter Oberfläche und einer Dicke von 720 µm zur Verfü gung, die über jeweils sechs kreisförmige, in gleichen Abstän den auf einer Kreisbahn angeordnete, mit Polyamid ausgekleidete Aussparungen vom Innendurchmesser 200,5 mm verfügten und die gleichzeitige Politur von 30 200-mm-Siliciumscheiben auf einer handelsüblichen Doppelseitenpoliermaschine ermöglichten.

Der Doppelseitenpolierschritt wurde mit einem handelsüblichen, mit Polyethylenfasern verstärkten Polyurethan-Poliertuch der Härte 74 (Shore A), welches jeweils auf dem oberen und dem un teren Polierteller aufgeklebt war, unter Verwendung eines Po liersols mit einem SiO₂-Feststoffgehalt von 4 Gew.-% und einem pH-Wert von 11 unter einem Anpreßdruck von 0,15 bar durchge führt. Die Politur erfolgte bei einer Temperatur des oberen und des unteren Poliertellers von jeweils 40°C und führte zu einer Abtragsrate von 0,55 µm/min. Es wurden insgesamt sieben Polier fahrten mit den Siliciumscheiben der Dicke 770 µm und fünf Po lierfahrten mit den Siliciumscheiben der Dicke 780 µm unter Realisierung verschiedener Polierabträge durchgeführt. Die Si liciumscheiben werden nach Beendigung der Politur von anhaften dem Poliersol gereinigt, getrocknet und auf einem handelsübli chen, nach dem kapazitiven Prinzip arbeitenden Geometriemeßge rät mit 3 mm Randausschluß hinsichtlich ihrer lokalen Geometrie SFQR (Raster 25 mm × 25 mm) gemessen. Die nachfolgende Tabelle gibt neben dem Polierabtrag den Dickenunterschied zwischen fer tig polierter Siliciumscheibe und Läuferscheibe ("Überstand") und den Mittelwert der höchsten SFQR-Werte für jede der 30 Si liciumscheiben der jeweiligen Polierfahrt ("SFQR_max") an. Die SFQR-Werte für den Randbereich der polierten Siliciumscheiben aus den Beispielen B 1d bis B 1k liegen nicht signifikant höher als für den Zentrumsbereich, wie für eine Siliciumscheibe aus Beispiel B 1f in Fig. 1 verdeutlicht ist. Im Gegensatz dazu liegen die höchsten SFQR-Werte für die polierten Siliciumschei ben aus den Vergleichsbeispielen V 1a bis V 1c sowie V 1l im Randbereich.

Daten zu den 200-mm-Siliciumscheiben aus Beispiel 1/Vergleichs beispiel 1:

Vergleichsbeispiel 2

Es wurden 200-mm-Siliciumscheiben poliert wie in Beispiel 1 be schrieben mit dem Unterschied, daß analog aufgebaute Läufer scheiben mit einer Dicke von 600 µm eingesetzt wurden, die Si liciumscheiben eine in vier Gruppen abgestufte Eingangsdicke zwischen 680 µm und 800 µm besaßen und jeweils 40 µm Silicium durch die Politur entfernt wurden. Die relevanten Daten für vier Polierfahrten mit jeweils 30 Siliciumscheiben sind in nachfolgender Tabelle enthalten. Die SFQR-Werte für den Randbe reich der Siliciumscheiben aus den Vergleichsbeispielen 2a bis 2d liegen signifikant höher als für den Zentrumsbereich, wie für eine Siliciumscheibe aus Vergleichsbeispiel 2c in Fig. 2 verdeutlicht ist.

Daten zu den 200-mm-Siliciumscheiben aus Vergleichsbeispiel 2:

Beispiel 2

Es wurde vorgegangen wie in Beispiel 1 beschrieben mit folgen den Unterschieden: Es standen 300-mm-Siliciumscheiben mit ge ätzter Oberfläche und einer Dicke von 820 µm zur Verfügung. Au ßerdem standen fünf Läuferscheiben aus rostfreiem Chromstahl mit geläppter Oberfläche und einer Dicke von 770 µm zur Verfü gung, die über jeweils drei kreisförmige, in gleichen Abständen auf einer Kreisbahn angeordnete, mit Polyamid ausgekleidete Aussparungen vom Innendurchmesser 301 mm verfügten und die gleichzeitige Politur von 15 300-mm-Siliciumscheiben ermögli chten. In Analogie zu dem in Beispiel 1 angegebenen Verfahren wurden die Siliciumscheiben mit einem Abtrag von 40 µm Silicium bei einer Abtragsrate von 0,55 µm/min poliert, gereinigt, ge trocknet und hinsichtlich ihrer Geometrie auf einem handelsüb lichen, kapazitiv arbeitenden Meßgerät unter Vorgabe von 3 mm Randausschluß und einem Raster von 25 mm × 25 mm charakteri siert. Angaben zu Überstand und lokaler Ebenheit finden sich in der Tabelle weiter unten. Die SFQR-Werte für den Randbereich der Siliciumscheiben aus Beispiel 2 liegen nicht signifikant höher als für den Zentrumsbereich, wie in Fig. 3 verdeutlicht ist.

Beispiel 3

Es wurde vorgegangen wie in Beispiel 2 beschrieben mit den bei den Ausnahmen, daß ein entsprechend aufgebautes Poliertuch der Härte 82 (Shore A) verwendet wird und bei einer Abtragsrate von 0,82 µm/min 42 µm Silicium durch die Politur entfernt wurden. Die relevanten Daten sind ebenfalls in der Tabelle weiter unten enthalten. Die SFQR-Werte für den Randbereich der Silicium scheiben aus Beispiel 3 liegen nicht signifikant höher als für den Zentrumsbereich.

Vergleichsbeispiel 3

Es wurde vorgegangen wie in Beispiel 2 beschrieben mit der Aus nahme, daß die Eingangsdicke der 300-mm-Siliciumscheiben 835 µm betrug. Die relevanten Daten sind ebenfalls in der Tabelle wei ter unten enthalten. Die SFQR-Werte für den Randbereich der Si liciumscheiben aus Vergleichsbeispiel 3 liegen signifikant hö her als für den Zentrumsbereich, wie in Fig. 4 verdeutlicht ist.

Vergleichsbeispiel 4

Es wurde vorgegangen wie in Vergleichsbeispiel 3 beschrieben mit der Ausnahme, daß die Läuferscheibendicke 700 µm betrug. Die relevanten Daten sind ebenfalls in der Tabelle weiter unten enthalten. Die SFQR-Werte für den Randbereich der Silicium scheiben aus Vergleichsbeispiel 4 liegen signifikant höher als für den Zentrumsbereich.

Beispiel 4

Die Siliciumscheiben aus Vergleichsbeispiel 3 wurden gemäß der in Beispiel 2 beschriebenen Vorgehensweise erneut poliert, wo bei diesmal Läuferscheiben der Dicke 770 µm eingesetzt und 18 µm Silicium durch die Politur entfernt wurde. Die relevanten Daten sind ebenfalls in der Tabelle weiter unten enthalten. Die SFQR-Werte für den Randbereich der Siliciumscheiben aus Bei spiel 4 liegen nicht mehr signifikant höher als für den Zent rumsbereich.

Daten zu den 300-mm-Siliciumscheiben aus den Beispielen 2 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 3 und 4:

Weitere Charakterisierung der hergestellten Scheiben

Die Vorderseiten, Rückseiten und Kanten der nach den oben auf geführten Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellten 200-mm- und 300-mm-Siliciumscheiben wurden mit den üblichen, dem Fachmann bekannten Methoden hinsichtlich Oberflächenfehler, Rauhigkeit und Metallkontamination und in ihrer Gesamtheit hin sichtlich Magic-Mirror-Defekten, Minoritätsträger-Lebenszeiten und Metallkontamination charakterisiert. Es wurden keine stati stisch relevanten Abweichungen zwischen den einzelnen Versuchs gruppen beobachtet.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe durch gleichzeitiges Polieren einer Vorderseite und einer Rückseite der Halbleiterscheibe zwischen sich drehenden Poliertel lern unter Zuführen eines Poliersols, wobei die Halbleiterscheibe in einer Aussparung einer ebenen Läuferscheibe liegt und auf einer bestimmten geometrischen Bahn gehalten wird, und die Läuferscheibe eine bestimmte Läuferscheibendicke besitzt, und die Halbleiter scheibe vor dem Polieren eine Eingangsdicke und nach dem Polieren eine Enddicke auf weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsdicke der Halbleiterscheibe um 20 bis 200 µm größer ist als die Läuferscheibendicke, und die Halbleiterscheibe poliert wird, bis die Enddicke der Halbleiterscheibe um 2 bis 20 µm größer ist als die Läuferscheibendicke, und ein Polierabtrag von mindestens 5 µm erzielt worden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsdicke der Halbleiterscheibe um 30 bis 70 µm größer ist als die Läuferscheibendicke.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enddi cke der Halbleiterscheibe um 5 bis 15 µm größer ist, als die Läuferscheibendicke.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polier teller mit einem Poliertuch bedeckt sind und während des Polierens der Halbleiterscheibe ein alkalisches Poliersol kontinuierlich zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Polier sol einen SiO₂-Feststoffgehalt von 1 bis 10 Gew.-% und einen pH-Wert von 9 bis 12 be sitzt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Polieren eine Dickenreduktion der Halbleiterscheibe um 15 bis 65 µm bewirkt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Läufer scheibendicke 400 bis 1200 µm beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halb leiterscheibe durch Aufsägen eines Halbleiterkristalls erzeugt und vor der Politur einem Schleifschritt unterworfen wird, wobei eine oder beide Seiten der Halbleiterscheibe ge schliffen werden und ein Materialabtrag von 10 bis 100 µm erzielt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder nach dem Schleifen der Halbleiterscheibe eine Kante der Halbleiterscheibe verrundet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Polieren der Halbleiterscheibe ein Ätzschritt durchgeführt wird, mit dem ein Materialabtrag von 5 bis 50 µm von jeder der beiden Scheibenseiten erzielt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Polieren der Halbleiterscheibe ein Endpolierschritt durchgeführt wird, bei dem unter Anwendung eines weichen Poliertuchs ein Materialabtrag von 0,2 bis 2 µm von der Schei benvorderseite erzielt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zusam men mit der Halbleiterscheibe mindestens eine weitere Halbleiterscheibe auf die selbe Weise poliert wird, wobei die weitere Halbleiterscheibe in einer weiteren Aussparung der Läuferscheibe oder in einer Aussparung einer anderen Läuferscheibe liegt.

13. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Herstellung von Scheiben aus einem Material, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Silicium, Silici um/Germanium, Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Galliumarsenid und andere III-V-Halbleiter umfaßt.