DE68920365T2

DE68920365T2 - Verfahren zur Polierung eines Halbleiter-Plättchens.

Info

Publication number: DE68920365T2
Application number: DE68920365T
Authority: DE
Inventors: Hisao Hayashi; Takeshi Matsushita; Yuichi Saito; Shinsuke Sakai
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Sony Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Sony Corp
Priority date: 1988-06-28
Filing date: 1989-06-16
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2009-06-17
Also published as: DE68920365D1; KR0145300B1; EP0348757A2; EP0348757B1; KR900000994A; EP0348757A3; US5096854A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren eines Siliciumwafers unter Ausbildung einer außerordentlich flachen, schadensfreien Spiegeloberfläche, welcher besonders geeignet ist für Halbleitervorrichtungen. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Siliciumwafers.
Um die bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung erforderliche Spiegeloberfläche und Flachheit auszubilden, wird das Polieren üblicherweise mittels eines mechanochemischen Verfahrens durchgeführt, bei dem ein Polierpolster aus synthetischen Fasern, ein alkalisches Polierfluid und feine Siliciumdioxidteilchen verwendet werden. Der Siliciumwafer wird zwischen einer Grundplatte, die mit einem Polierpolster versehen ist, und einer Trägerplatte, an welcher der Wafer anhaftet, getragen, oder der Wafer wird zwischen zwei Grundplatten, die mit Polierpolstern von etwa 2 mm Dicken bedeckt sind, gehalten. Ein Druck von 100 bis 500 g/cm² wird auf die Waferoberfläche ausgeübt. Der Wafer wird mechanochemisch durch die relative Bewegung zwischen der Grundplatte und dem Wafer poliert, z.B. indem man die Grundplatte und die Trägerplatte rotiert, wobei man eine Polierflüssigkeit zufügt, die ein alkalisches Fluid in einem pH-Bereich von 10 bis 12 einschließt, und unter Verwendung von Polierteilchen aus hochreinem Siliciumdioxid von 0,02 bis 0,10um (s. US-A-3 740 900; US-A-4 692 223).
Bei einem solchen Verfahren wird der Druck auf die Oberfläche des Wafers mittels eines Tuchs übertragen, wodurch ein gleichmäßiger Druck über die gesamte Oberfläche ausgeübt wird, aufgrund der Druckdeformation des Tuches und infolgedessen sind die Unterschiede bei den Flächen der Siliciumwafer gering.
Es tritt jedoch wegen des im allgemeinen gleichmäßigen Entfernungsgrades ein Problem auf, wie dies in Fig. 1 gezeigt wird. In Fig. 1 schließt ein Siliciumwafer 20 eine zu polierende Oberfläche 22 mit einer unterschiedlichen Dicke ein. Beim Polierverfahren wird ein Volumen 24 des Siliciumwafers entfernt und eine Oberfläche 26 freigelegt. Wegen des im allgemeinen gleichmäßigen Entfernungsgrades bleiben Dicken-Variationen an der Oberfläche 26 erhalten. Um die Oberfläche 26 so zu bearbeiten, daß die für die VLSI-Herstellung erforderliche Flachheit vorliegt, wird viel Zeit eingesetzt, um verhältnismäßig große Mengen des Materials zu entfernen. In neuerer Zeit werden, um den strengeren Spezifizierungen für die Dicken-Variationen zu entsprechen, immer härtere Poliertücher (Polster) verwendet, jedoch ist die Verringerung der GesamtDicken-Variation auf weniger als 2um dennoch sehr schwierig.
In jüngerer Zeit stehen bei der Vorrichtungsentwicklung die Konstruktion, die kleinere Größe und eine höhere Integration zunehmend im Vordergrund der Überlegungen. Um diesen Erfordernissen zu entsprechen, müssen wir eine Additionskamera bei dem photolithographischen Verfahren in Betracht ziehen, sowie beispielsweise das Fokussieren, wobei die Bedingung der Oberfläche mit dem Fokussieren übereinstimmen muß während der Resistauftragung, Filmbildung und dem Abätzen. Um beispielsweise eine Submikronvorrichtung herzustellen, müssen die Dicken- Variationen des Wafers bei 15 x 15 mm oder 20 x 20 mm weniger als 1um, und vorzugsweise 0,5um betragen. Die Anforderung für die Gesamt-Dicken-Variation eines verwendeten Wafers muß deshalb weniger als 2um betragen.
In den vergangenen Jahren wurden dielektrische Isolierungsstrukturen, die Bi-CMOS-Struktur und die SOI (Silicium-auf-Isolator)-Struktur als Vorrichtung entwickelt. Bei der SOI-Struktur wird eine Insel aus monokristallinem Silicium, polykristallinem Silicium oder amorphem Silicium gebildet; und eine dielektrische oder Isolierungsfläche wird ebenfalls auf einem Substrat gebildet. Es ist erforderlich, die Siliciuminsel und die dielektrische Fläche schadensfrei nach der vorher beschriebenen Methode zu polieren. Zusätzlich muß die Dicke der Siliciuminsel der herzustellenden Vorrichtung angepaßt werden. Die durch die Siliciuminsel begrenzte Fläche muß gewünschte Eigenschaften haben.
Bei dem Verfahren wird beispielsweise ein Substrat 30, das aus monokristallinem Silicium oder polykristallinem Silicium hergestellt wurde, zunächst hergestellt, wie dies in Fig. 2 gezeigt wird. Ein isolierendes erhabenes Muster 32 aus SiO&sub2; wird auf einer Oberfläche des Substrats 30 ausgebildet. Dann wird mittels einer Dünnfilm- Ausbildungsmethode, wie CVD (Chemical Vapor Deposition) eine Siliciumschicht 34 aus monokristallinem oder polykristallinem Silicium auf der Oberfläche des Substrats 30 derart ausgebildet, daß das Isoliermuster 32 von dem Substrat 30 und der Siliciumschicht 34 umgeben ist, so daß der unfertige Siliciumwafer, wie er in Fig. 2 gezeigt wird, mit einer gewissen Dicken-Varation ausgebildet wird.
Um die Oberfläche des Wafers abzuflachen, sind drei Methoden bekannt, (a) die "Etch-Back"-Methode, (b) die Reflow"-Methode und (c) die selektive Poliermethode. Die "Etch-back"-Methode erfordert jedoch einen erheblichen Aufwand und bildet nur eine Toleranz von ± 0,2um aus, und die "Reflow"-Methode wird nur bei dem Verdrahtungsverfahren angewendet. Deshalb ist das selektive Polierverfahren die einzige Lösung.
Nach der Anfangsbearbeitung wird die selektive Poliermethode angewendet, um die äußere Oberfläche der Siliciumschicht 34 zu bearbeiten, so daß die Siliciumschicht lateral durch ein Isoliermuster, wie dies in Fig. 3 gezeigt wird, umgeben wird. Bei der Poliermethode wird dann, wenn die Polierentfernung das Isoliermuster 32 erreicht, die Entfernungsrate sehr niedrig. Dann wird das Polierpolster durch Druck deformiert, um die Siliciuminsel 40 freizulegen, wie dies in Fig. 3 gezeigt wird (in Fig. 3 bedeuten die Ziffern 36 und 38 die Oberfläche des Siliciumwafers vor bzw. nach dem Polieren). Deshalb variiert die Dicke der Kristallinsel, auf welcher später ein Schaltkreis ausgebildet wird, und unterscheidet sich von einem identischen bearbeiteten Wafers, wie er in Fig. 4 gezeigt wird, und deshalb findet bei dem photolithographischen Verfahren eine Defokussierung statt.
Ist es erforderlich, daß die Vorrichtungsstruktur eine gewisse Dicke hat, die über dem Isoliermuster 32 verbleibt, wie dies in Fig. 5 gezeigt wird, dann soll das Polieren mit dem Polierpolster die Oberfläche 38 nicht abflachen und die Dicke der verbleibenden Siliciumschicht 34 über den Isoliermuster 32 nicht eingestellt werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, einen Siliciumwafer zu polieren, um dadurch eine schadensfreie Spiegeloberfläche mit einem Flachheitsgrad auszubilden, der für Submikron- Lithographie geeignet ist, und das selektive Polieren eines unfertigen Wafers zur Verfügung zu stellen, der gewisse Krümmungs- und Dickeveränderungen aufweist, die verursacht werden durch die Anordnung des Isolierpolsters und das Ablagern von Silicium.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumwafers zum Ausbilden einer Spiegeloberfläche mit einem Flachheitsgrad zur Verfügung zu stellen, der für eine Submikron- Lithographie geeignet ist und eine gewünschte Dicke hat.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Ansprüche 2 bis 9 beschreiben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Seitenansicht und zeigt einen Siliciumwafer mit Oberflächen vor und nach dem Polieren gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht und zeigt einen anderen Siliciumwafer vor dem Polieren mittels einer Methode zum Herstellen eines Siliciumwafers im Vergleich zur vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine Seitenansicht und zeigt den Siliciumwafer von Fig. 2 mit Oberflächen vor und nach dem Polieren.
Fig. 4 ist eine Seitenansicht und zeigt ein Beispiel eines gewünschten Siliciumwafers mit den gewünschten Dimensionen nach dem Polieren.
Fig. 5 ist eine Seitenansicht und zeigt ein weiteres Beispiel für einen gewünschten Siliciumwafer mit gewünschten Dimensionen nach dem Polieren.
Fig. 6 ist eine Seitenansicht und zeigt einen Siliciumwafer mit Oberflächen vor und nach dem Polieren unter Anwendung einer Methode zum Polieren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 bis Fig. 10 sind Seitenansichten und zeigen ein Herstellungsverfahren für einen Siliciumwafer gemäß einer hypothetischen Methode einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 11 bis Fig. 13 sind Seitenansichten nd zeigen ein Herstellungsverfahren für einen Siliciumwafer gemäß einer tatsächlichen Methode der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 14 bis Fig. 16 sind Seitenansichten und zeigen ein Herstellungsverfahren für einen Siliciumwafer gemäß einer weiteren aktuellen Methode der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 17 ist eine Seitenansicht und zeigt einen Polierblock, wie er bei den obigen Ausführungsformen verwendet wird.
Fig. 18 ist eine vergrößerte Seitenansicht und zeigt ein Teil des Blocks, bestimmt durch die XVIII-Fläche in Fig. 17.
Fig. 19 und Fig. 20 sind graphische Darstellungen und zeigen Dicken-Variationen im Vergleich zwischen der zweiten Ausführungsform und einer weiteren Methode.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Unter Bezugnahme auf die vorliegenden Zeichnungen werden nachfolgend verschiedene bevorzugte Ausführungsformen beschrieben.

Erste Ausführungsform

In Fig. 6 schließt ein unfertiger Siliciumwafer 50 eine Oberfläche 52 ein und hat Dicken-Variationen, so daß der Flachheitsgrad außerhalb des erforderlichen Toleranzbereiches ist. Ein keramischer Polierblock mit einer Oberfläche mit einem hohen Flachheitsgrad wird auf eine Drehvorrichtung installiert. Auf den keramischen Polierblock wird Polierflüssigkeit aufgetragen, die ein alkalisches Fluid mit einem pH von 10 bis 11 darstellt, und in welcher hochreine Siliciumdioxidteilchen dispergiert sind. Der Wafer 50 ist in direktem Kontakt mit der planaren Oberfläche des Polierblocks bei einem Druck von 50 bis 200 g/cm² derart, daß die Oberfläche 52 im allgemeinen paralell der planaren Oberfläche des Polierblocks gegenübersteht. Die Waferoberfläche unterliegt der Friktion und dem Abrieb aus den Siliciumteilchen und der Polieroberfläche des Blockes durch Rotieren des Polierblocks und anschließendem chemischen Ätzen. Dieses Verfahren ist als mechanochemisches Polieren bekannt. Der Polierblock besteht aus einem keramischen Material, um zu vermeiden, daß der Wafer verunreinigt wird, und auch wegen der Härte desselben. Das kermamische Material, das vorzugsweise härter ist als der Siliciumwafer und gegenüber dem mechanochemischen Polieren beständiger ist als Silicium wird vorzugsweise ausgewählt aus SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, Si&sub3;N&sub4; und SiC. Ist beispielsweise das keramische Material Al&sub2;O&sub3;, dann beträgt seine Härte vorzugsweise mehr als 1.100 kg/mm² (Vickers-Härte bei 500 g), die Biegefestigkeit ist vorzugsweise mehr als 3.000 kg/cm² und die Druckfestigkeit beträgt vorzugsweise mehr als 19.000 kg/cm² und das Young'sche Modul ist vorzugsweise mehr als 2,5 x 10&sup6; kg/cm². Die Korngröße der Polierteilchen beträgt vorzugsweise weniger als 0,05um. Noch bevorzugter haben die Polierteilchen eine Korngröße von 0,01 bis 0,02um.
Bei dem Verfahren unter den vorgenannten Bedingungen werden erhöhte Teile der Oberfläche 52 zuerst entfernt. Deshalb hat der bearbeitete Siliciumwafer 54 eine schadensfreie Spiegeloberfläche 56 mit der gewünschten Flachheit.

(Versuch 1)

Ein Siliciumwafer mit einem zirkularen Querschnitt und einem Durchmesser von 125 mm wurde verwendet, der eine Gesamtdicke-Variation von 11um und eine maximale Oberflächenrauhheit von 2,5um hat. Ein Polierblock mit einem kreisförmigen Querschnitt und einem Durchmesser von 250 mm und einer Dicke von 20 mm wurde verwendet; der Polierblock hatte eine Gesamtdicke-Variation von 5um und eine maximale Oberflächenrauhheit von 0,01um. Der keramische Polierblock bestand aus hochreinem Quarz mit einer Reinheit von 99,99 %. Das Polierfluid schloß eine alkalische Flüssigkeit mit einem pH von 10,2 und hochreine Siliciumdioxidteilchen mit 0,02um Größe in einer Menge von 5,0 Gew.-% ein. Der Siliciumwafer wurde auf den Polierblock mit 100 g/cm² aufgebracht. Das Polierfluid wurde auf eine Metallplatte bei einer Temperatur von 35± 1ºC aufgebracht, so daß der Siliciumwafer bei 35ºC poliert wurde.
Unter den obigen Bedingungen wurde der Siliciumwafer 5 Minuten poliert. Lediglich die oberen Teile der Oberfläche des Siliciumwafers waren spiegelpoliert. Andere Teile der Oberfläche waren nicht poliert.
Nach weiterem 35-minütigem Polieren war die gesamte Oberfläche des Siliciumwafers spiegelpoliert. Die Gesamtdicke-Variation des polierten Siliciumwafers war mit 1,3um sehr klein.

(Versuch 2)

Um einen Vergleich mit den Ergebnissen des Versuchs 1 zu zeigen, wurde der Siliciumwafer nach dem Stand der Technik mit einem Polierpolster poliert und die ausgebildete Dicken-Variation wurde gemessen. Beim Versuch 2 war ein 2 mm dickes Polster, hergestellt aus einer ungesättigten Polyesterfaser, auf einen metallischen Polierblock aufgebracht. Ein Siliciumwafer mit 125 mm Durchmesser mit einer Gesamtdicken-Variation von 9um und einer maximalen Oberflächenrauhheit von 2um wurde verwendet. Die anderen Bedingungen waren die gleichen wie beim Versuch 1.
Nach 5-minütigem Polieren war die gesamte Oberfläche des Siliciumwafers spiegelpoliert. Die gesamte Oberfläche, die einige erhabene und einige tiefe Anteile hatte, schien mit einem gleichen Grad poliert zu sein.
Nach weiterem 35-minütigem Polieren war die Oberfläche zu einer Spiegeloberfläche mit einer Oberflächenrauhheit von 1,5 mm Poliert. Die Gesamtdicken-Variation des polierten Siliciumwafers betrug jedoch immer noch 5um. Infolgedessen wurde die Gesamtdicken-Variation bei dem Verfahren des Versuchs 1 nicht verringert.

Zweite Ausführungsform

Ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumwafers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Figuren 7 bis 10 beschrieben.
Wie in Fig. 7 gezeigt wird, wird zunächst ein Substrat 60 aus monokristallinem Silicium, polykristallinem Silicium oder hochreinem Quarz hergestellt. Dann wird ein isolierendes erhabenes Muster 64 auf der Oberfläche des Substrats 60 durch Photolithographie ausgebildet und trocken geätzt. Die Dicke des erhabenen Musters 64 ist so bestimmt, daß sie gleiche Dicke wie die Siliciumschicht, die nachfolgend beschrieben wird. Dann wird erforderlichenfalls ein erhabenes Muster 62, das eine geringere Höhe hat als das erhabene Muster 64 durch ein weiteres photographisches Verfahren und ein Trocken- Ätzverfahren ausgebildet. Die erhabenen Muster 62 und 64 sind aus einem Material hergestellt, das beständiger gegenüber einem mechanochemischen Polieren ist als Silicium, wie Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2;, SiC oder Si&sub3;N&sub4;. Die gesamte Fläche des erhabenen Musters 64 beträgt vorzugsweise 1 bis 20 % der Fläche des Substrats 60.
Dann wird mittels einer chemischen Dampfabscheidungs- Methode eine Polysiliciumschicht 66 auf der Oberfläche des Substrats derart ausgebildet, daß die erhabenen Muster 62 und 64 durch das Substrat und die Polysiliciumschicht 66 umgeben sind, und es wird ein unfertiger Siliciumwafer 67 mit einer gewissen Dicken-Variation, wie dies in Fig. 8 gezeigt wird, hergestellt.
Anschließend wird eine mechanochemische Poliermethode ähnlich der der ersten Ausführungsform angewendet, um die äußere Oberfläche der Siliciumschicht 66 zu bearbeiten, wobei ein Volumen 68 entfernt wird, welches oberhalb das erhabenen Musters 64 ist, wie dies in Fig. 9 gezeigt wird. Der Entfernungsgrad beim mechanochemischen Polieren ist größer in dem oberen Teil der Siliciumschicht 66, welche nicht eines der erhabenen Muster 62 und 64 umschließt. Der Entfernungsgrad wird dann schnell verringert, wenn das Polieren die Spitze des höheren erhabenen Musters 64, das aus einem stärker beständigen mechanochemischen Poliermaterial hergestellt ist, erreicht. Dann wird das Polieren beendet unter Erhalt eines bearbeiteten Siliciumwafers 70 mit einer Siliciumschicht 72 einer vorgeschriebenen Dicke und einer schadensfreien Spiegeloberfläche 74, wie dies in Fig. 10 gezeigt wird. Die Dicke der Siliciumschicht 72 ist gleich der Höhe des erhabenen Musters 64. Deshalb fungiert das erhabene Muster 64 als eine Bremsstruktur während des Polierens.
Figuren 19 und 20 sind graphische Darstellungen, um den Vergleich zwischen der zweiten Ausführungsform mit einer weiteren Methode zu zeigen. Fig. 19 zeigt die Ergebnisse gemäß der zweiten Ausführungsform. Fig. 20 zeigt die Ergebnisse einer Methode unter Verwendung eines Polierpolsters. Aus den Figuren wird offensichtlich, daß eine viel größere Variation zwischen dem Niveau der Siliciuminseln und den SiO&sub2;-Anteilen bei der Methode unter Verwendung des Polierpolsters besteht.
Bei der Methode zum Herstellen eines Siliciumwafers gemäß der zweiten Ausführungsform wird die Höhe des erhabenen Musters 64 durch die gewünschte Dicke der Siliciumschicht 72 bestimmt, und deshalb erleichtert die Methode die Mikrolithographie und bildet gleichmäßige Volumina der Polysiliciumschicht 72 aus.

(Beispiel 1)

Unter Bezugnahme auf Figuren 11 bis 13 wird ein tatsächliches Beispiel der zweiten Ausführungsform nachfolgend beschrieben. Zunächst wird ein Substrat 80, wie dies in Fig. 11 gezeigt wird, aus monokristallinem Silicium hergestellt. An der Oberfläche des Substrats 80 werden Rillen 82 von 0,1um Tiefe in einem Abstand von 10um ausgebildet. Anschließend wurde eine 0,1um dicke Oberflächenschicht 84 auf dem Substrat 80, einschließend die Wände der Rillen 82, thermisch zu SiO&sub2; oxidiert. Die Wände 86 der Rillen 82 wurden ebenfalls zu SiO&sub2; oxidiert und waren einwärts zum Wafer 90 geneigt. Anschließend wurde eine Polysiliciumschicht 114 mittels einer CVD-Methode derart ausgebildet, daß die Polysiliciumschicht 114 die SiO&sub2;-Schicht 84 bedeckt und die Rillen 82 ausfüllt. Die Oberfläche der Polysiliciumschicht 114 wurde nach der vorerwähnten Methode (Experiment 1) poliert und dadurch abgeflacht. Das Substrat 80 wird nachfolgend als Wafer 90 bezeichnet.
Ein Substrat 100, das ebenfalls aus monokristallinem Silicium hergestellt war, wurde hergestellt, wie dies in Fig. 11 gezeigt wird. Das Substrat 100 wird nachfolgend als Wafer 110 bezeichnet.
Nach der Herstellung wurden die Wafer 90 und 110 an ein gebundenes Substrat 112 mittels einer Wasserstoffbindung bei 1.100ºC derart miteinander verbunden, daß die Oberflächenschichten 84 und 102 gegenüberlagen.
Anschließend wurde das gebundene Substrat 112 von der äußeren Oberfläche des Teils (Substrat) 80 abgemahlen unter Ausbildung eines unfertigen Wafers 120, wie dies in Fig. 12 gezeigt wird, bis die Dicke des Anteils (Substrat) 80 etwa 2um ausmachte.
Weiterhin wurde eine Poliervorrichtung mit einem 250 mm Durchmesser im kreisförmigen Teil mit einer Gesamtdicken- Variation von 5um und einer maximalen Oberflächenrauhheit von 0,01um verwendet. Der Polierblock bestand aus hochreinem Al&sub2;O&sub3;. Das Polierfluid schloß ein alkalisches Fluid mit einem pH von 10,5 ein und enthielt 5 Gew.-% hochreine Siliciumteilchen von 0,02um Größe. Der unfertige Wafer 120 wurde mit 100 g/cm² gegen den rotierenden Polierblock derart gepreßt, daß die Oberfläche des Polierblocks und die äußere Oberfläche des Teils (Substrat) 80 des Wafers 120 gegenüberlagen, wobei man Polierfluid auf die Oberfläche des Polierblocks aufbrachte. Nach etwa 20- minütigem Polieren kam der Polierblock in Kontakt mit der polykristallinen Siliciumschicht 114 und den erhabenen SiO&sub2;-Wänden 86. Zu diesem Zeitpunkt wurde das Polieren durch die Wandungen 86 im allgemeinen unterbrochen, und dadurch wurde das Polierverfahren abgebrochen.
Bei dem obigen Polierverfahren, wie es in Fig. 13 gezeigt wird, wurde ein bearbeiteter Wafer 130 mit einer Siliciuminsel 132 (der Siliciumteil des Substrats 80) ausgebildet mit einer Dicke, die im allgemeinen gleich der Tiefe der Rillen 82 entsprach. Wurde der bearbeitete Wafer 130 als ein SOI-Halbleitersubstrat für eine 256K SRAM- Vorrichtung verwendet, dann war die erhaltene Vorrichtung von sehr hoher Qualität.

(Beispiel 2)

Figuren 14 bis 16 zeigen ein weiteres tatsächliches Beispiel der zweiten Ausführungsform. In diesem Beispiel wurde eine 1,0um-Schicht aus thermisch oxidiertem SiO&sub2; auf einer Oberfläche eines Siliciumkristallsubstrats ausgebildet. Dann wurde ein zweistufiges photolitographisches und Ätzverfahren auf die SiO&sub2;- Oberflächenschicht angewendet, so daß ein Substrat 140, wie es in Fig. 14 gezeigt wird, ausgebildet wurde. Das Substrat 140 hatte eine teilweise freigelegte monokristalline Siliciumfläche 142 und eine SiO&sub2;-Schicht 144 derart, daß ein Teil des erhabenen Musters 146, das als Bremsstruktur bei dem mechanochemischen Polieren diente, zum Teil auf der Oberfläche der SiO&sub2;-Schicht 144 ausgebildet wurde.
Anschließend wird mittels einer selektiven epitaxialen Methode eine Siliciumkristallschicht nur auf der freigelegten Oberfläche 142 wachsengelassen, so daß diese die SiO&sub2;-Schicht 144 umgibt.
Die Bedingungen für die selektive epitaxiale Methode sind die folgenden. Das Substrat 140 wurde bei einer Temperatur von 110ºC 10 Minuten in einer Atmosphäre von Wasserstoffgas wärmebehandelt. Dann wurde das Substrat 140 in einer Atmosphäre aus SiH&sub2;Cl&sub2;-Gas, HCl-Gas und H&sub2;-Gas unter 30 Torr. (4000 Pa) bei 900ºC behandelt; dabei ergab sich ein Wachstum der epitaxialen Siliciumschicht 148 von der Fläche 142. Die Wachstumsrate des epitaxialen Siliciums betrug 0,1um/Min. sowohl in vertikaler als in lateraler Richtung.
Die epitaxiale Siliciumschicht 148 wurde in gleichem Maße wie bei dem vorhergehenden Beispiel poliert. Nach etwa 20- minütigem Polieren kam der Polierblock in Kontakt mit dem erhabenen SiO&sub2;-Muster 146. Dann wurde der Grad der Entfernung erheblich durch das erhabene Muster 146 verringert, und dadurch wurde der Polierprozeß unterbrochen.
Bei dem obigen Polierverfahren, wie es in Fig. 16 gezeigt wird, war die Dicke der Siliziumschicht 152 auf dem bearbeiteten Wafer 150 gleich der Höhe des erhabenen Musters 146 plus der Dicke der SiO&sub2;-Schicht 144. Wird der fertige Wafer 150 für eine fortschrittliche Halbleitervorrichtung verwendet, so war die Vorrichtung auf der Siliciumschicht 152 von sehr hoher Qualität.
Bei der vorliegenden Erfindung kann die zu polierende Siliciumschicht aus monokristallinem Silicium, polykristallinem Silicium oder amorphem Silicium bestehen. Die vorliegende Erfindung limitiert nicht die relative Bewegung zwischen dem Keramikblock und dem Wafer durch das Rotieren des Keramikblocks Alternativ kann der Halter, welcher den Wafer trägt, bewegt werden oder beide, nämlich sowohl der Polierblock und der Halter.
Bei den vorliegenden Ausführungsformen werden zwar die rückseitigen Oberflächen des Substrats nicht poliert, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Das Polieren kann gleichzeitig auf zwei Oberflächen des Substrats angewendet werden, wenn das Substrat von einem ringförmigen Halter gehalten wird, so daß der Halter die lateralen Kanten des Substrats hält. In diesem Fall werden beide Oberflächen mittels zweier Polierblocks, die paralell zueinander stehen, poliert. Deshalb können bei der zweiten Ausführungsform die SiO&sub2;-Teile 62, 64, 84, 86, 144 und 146 auf beiden vorderseitigen oder rückseitigen Oberflächen des Substrats ausgebildet werden.
Zum besseren Verstehen des Aufbaus des Polierblocks werden Beispiele hierfür in den Fig. 17 und 18 gezeigt. Der Polierblock ist eine kreisförmige Platte mit geraden Rillen 160, die 30 mm auseinander sind und die sich in beiden Richtungen wie bei einem Schachbrett erstrecken. Die Rillen 160 dienen als Abflüsse für die Nebenprodukte des mechanochemischen Polierens und als Aufnahmebehälter für die Polierteilchen sowie zum Zuführen des Polierfluids zu allen Teilen der Waferoberfläche. Die Rillen 160 sind 1,5 mm breit. Die Gesamtdicken-Variation der Oberfläche des Polierblocks beträgt 1um.

Claims

1. Verfahren zum Polieren eines Siliciumwafers (50) unter Verwendung eines Polierblocks für das mechanochemische Polieren eines Siliciumwafers (50), wobei der Polierblock umfaßt:

Eine Polieroberfläche zum mechanochemischen Polieren des Siliciumwafers (50), wobei die Polieroberfläche aus einem keramischen Material hergestellt ist, und die Polieroberfläche härter ist als der Siliciumwafer und beständiger gegen ein mechanochemisches Polieren als der Siliciumwafer (50), und die Polieroberfläche eine maximale Oberflächenrauhheit von weniger als 0,02um hat, umfassend die Stufen:

(a) Aufbringen einer Polierflüssigkeit einschließlich einer alkalischen Flüssigkeit und von Polierteilchen aus hochreinem Siliciumdioxid dispergiert in der alkalischen Flüssigkeit zum Polieren der Oberfläche des Polierblocks;

(b) Aufpressen des Siliciumwafers (50) in Kontakt mit der Polieroberfläche; und

(c) Bewegen des Siliciumwafers (50) und/oder der Polieroberfläche relativ zueinander unter mechanochemischem Polieren des Siliciumwafers (50).

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren weiterhin die Verwendung eines zweiten Polierblocks umfaßt.

3. Verfahren zur Herstellung eines Siliciumwafers (50, 67), wobei das Verfahren die Stufen umfaßt:

(a) Herstellen eines Substrats (60) mit wenigstens einer planaren Oberfläche für eine Siliciumwafer (67);

(b) Ausbilden eines erhabenen Musters (62, 64) auf der planaren Oberfläche des hergestellten Substrats (60), wobei das erhabene Muster (62, 64) aus einem Material hergestellt ist, das gegenüber mechanochemischem Polieren beständiger ist als Silicium;

(c) Ausbilden einer Siliciumschicht (52, 66) auf der planaren Oberfläche des hergestellten Substrats (60), wobei die Siliciumschicht (52, 66) mit dem Substrat (60) kooperiert und das erhabene Muster (62, 64) umgibt unter Ausbildung eines unfertigen Siliciumwafers (50, 67);

(d) zur Verfügungstellen einer Polierflüssigkeit, die ein alkalisches Fluid einschließt und von von Polierteilchen aus hochreinem Siliciumdioxid dispergiert in der alkalischen Flüssigkeit zum Polieren der Oberfläche eines Polierblocks zum mechanochemischen Polieren eines Siliciumwafers (50), wobei der Polierblock umfaßt ein Polieroberfläche zum mechanochemischen Polieren des Siliciumwafers (50), die Polieroberfläche aus einem keramischen Material hergestellt ist, wobei die Polieroberfläche härter ist als der Siliciumwafer und gegenüber mechanochemischem Polieren beständiger ist als der Siliciumwafer (50), wobei die Polieroberfläche eine maximale Oberflächenrauhheit von weniger als 0,02um hat;

(e) Pressen des unfertigen Siliciumwafers (50, 67) in Kontakt mit der Polieroberfläche derart, daß die Seite der Siliciumschicht 52, 66) der Polieroberfläche gegenüberliegt;

(f) Bewegen des unfertigen Siliciumwafers (50, 67) und/oder der Polieroberfläche relativ zueinander unter mechanochemischem Polieren des unfertigen Siliciumwafers (50, 67).

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polierteilchen eine Korngröße von weniger als 0,05um haben.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbildungsstufe des erhabenen Musters (62, 64) und der Siliciumschicht (52, 66) weiterhin die Stufen umfaßt:

Herstellen eines zweiten Substrat (80) aus Silicium mit wenigstens einer planaren Oberfläche;

Ausbilden von Rillen (82, 86) auf der planaren Oberfläche des zweiten hergestellten Substrats (80);

Ausbilden einer Schicht (84) wenigstens am Boden der Rillen (82, 86), wobei die Schicht (84) aus einem Material hergestellt ist, daß gegenüber mechanochemischem Polieren beständiger ist als Silicium;

Ausbilden einer Siliciumschicht (114), die eine äußere Oberfläche an der Oberfläche der beständigeren Schicht (84) hat derart, daß die Siliciumschicht (114) die Oberfläche der beständigeren Schicht (84) bedeckt,

Polieren der äußeren Oberfläche der Siliciumschicht (114) und

Binden des ersten Substrats (60, 110) und des zweiten Substrats (80) derart, daß die planare Oberfläche des ersten Substrats (60, 100) und die äußere Oberfläche der Siliciumschicht (114) auf dem zweiten Substrat (80) sich gegenüberstehen, wodurch der Boden der Rillen (82, 86) das erhabene Muster (62, 64) darstellt.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren weiterhin umfaßt die Verwendung eines zweiten Polierblocks gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wodurch das mechanochemische Polieren eines Paares von Oberflächen des unfertigen Wafers (50, 67) erfolgt.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Polierteilchen eine Korngröße von weniger als 0,05 nm haben.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material des Polierblocks ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, SiC und Si&sub3;N&sub4;.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Polierblocks eine Vielzahl von Rillen hat.