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Verfahren zum polierenden Abtragen von einkristallinen Halbleiterkörpern insbesondere Halbleiterscheiben
DieErfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum polierenden Abtragen von einkristallinen Halblei terkörpern, insbesondere vonHalbleiterscheiben. Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen geht man meistvon-einkristallinenHalbleiterscheiben aus, auf die einkristalline Schichten eines Halbleitermaterials aufgebracht oder in die Dotierungs-oder Kontaktierungsstoffe usw. einlegiert bzw. eindiffundiert werden.
Um einwandfreie Halbleiteranordnungen zu erhalten, muss die Obertläche der Halbleiterscheiben glatt sein. d. h. sie darf keine Unebenheiten aufweisen ; sie muss aber auch, insbesondere bei der Abscheidung einkristalliner Schichten, eine ideale Struktur besitzen, muss also ohne jeden Fehler im Kristallgefüge oder in der Kristallstruktur sein, denn eine Fehlerstelle in der Oberfläche des Trägerkörpers vergrössert sich in der abgeschiedenenschicht in Abhängigkeit von der Schichtdicke sehr stark. Ausserdem müssen die Scheibenoberflächen, vor allem beim Einlegieren von Metallen od. dgl. planparallel sein, da auch die Legierungsfronten, beispielsweise beim Legierungstransistor die Fronten von Emitter und Kollektor, planparallel zueinander verlaufen sollen.
Die Herstellung der meist verwendeten Halbleiterscheiben erfolgt grösstenteils durch Zerschneiden oder Zersägen von Halbleiterstäben, z. B. senkrecht zur Längsachse. Die Oberfläche der Halbleiterscheiben zeigt deshalb oft Riefen und ist meist rauh ; ausserdem entstehen bei der mechanischen Behandlung in- folge der Sprödigkeit der meisten Halbleitermaterialien, insbesondere von Silizium und Germanium, feine Risse und Spalten auf der Oberfläche der Halbleiterkörper, die oft eine Tiefe bis zu 10 und mehr erreichen. In diesem Bereich ist die Kristallstruktur völlig zerstört, so dass diese Schicht meist entfernt werden muss. Anschliessend ist der Kristall weiter abzutragen, bis eine von Strukturfehlern bzw. Fehlern im Kristallgefüge freie Kristallschicht an der Oberfläche liegt.
Dies geschieht gewöhnlich durch mechanisches Behandeln mit Schleif-oder Poliermitteln. Die Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit wird meist stufenweise erreicht, indem von Stufe zu Stufe die Korngrösse des Schleif- bzw. Poliermittels verringert wird. Die zu Beginn der Behandlung verwendete, oft ziemlich grobe Körnung verursacht manchmal selber oberflächliche Strukturstörungen bzw. Störungen im Kristallgefüge, so dass in der folgenden Bearbeitungsstufe mit einem Poliermittel feinerer Körnung zuerst die oberste schadhafte Schicht abgetra- gen werden muss.
In der letzten Stufe ist, um eine den Anforderungen der Halbleitertechnik entsprechende, ungestörte Oberfläche der Halbleiterscheibe zu gewährleisten, ein Poliermittel mit einer sehr feinen Körnung vonbeispielsweise 10m p notwendig : oft sind recht dicke Schichten abzutragen, so dass, im ganzen gesehen, sehr lange Behandlungszeiten erforderlich sind.
Bei einem ändern Verfahren wird die gestörte Kristallschicht durch Behandlung mit chemischen Mitteln abgetragen. Hiedurch werden zwar keine Struktur-bzw. Kristallstörungen erzeugt, auch nimmt die Bearbeitung viel kürzere Zeit in Anspruch, jedoch entsprechen hier aie Ergebnisse nicht den Erfordernissen der Halbleitertechnik, denn der Abtrag der gestörten Schicht erfolgt ungleichmässig. Das chemische Poliermittel greift in den meisten Fällen den Rand der Scheiben stärker an, so dass sehr oft die ebene Form der Scheiben verlorengeht, die aber z. B. für das Aufwachsen von einkristallinen Schichten unbedingt nötig ist.
Ausserdem ist bereits ein Verfahren zum Ätzen von Siliziumkristallen bekannt, bei dem zur Erzeugung von Ätzfiguren zuerst die Oberfläche der Kristalle geschliffen, anschliessend mit einer konzentrierten
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nacheinander angewendet.
Es ist auch ein Verfahren zum Zerteilen von Kristallen bekannt geworden, bei dem die Kristalle mit einem mit Ätzflüssigkeit benetzten und/oder mit einem Schleifmittel bedeckten drant- oder fadenförmigen Werkzeug zerschnitten werden. Bei diesem Verfahren wird das Kristallgefüge an der Schnittfläche stark zerstört ; ausserdem werden Riefen auf der Schnittfläche gebildet, so dass die Kristalle anschliessend poliert werden müssen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum polierenden Abtragen von einkristallinen Halbleiterkörpern, insbesondere von Halbleiterscheiben zu entwickeln, bei dem einwandfreie Oberflächen gewährleistet sind.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum polierenden Abtragen. von Halbleiterkörpern, insbeson- dere von Halbleitersct ssiben, unter Verwendung wenigstens eines mechanisch wirkenden und wenigstens eines chemisch wirkenden Poliermittels. Das Verfahren besteht darin, dass die Halbleiterkörper nach mechanischen Methoden, z. B. in einer Poliermaschine, behandelt werden, dass während der Behandlung gleichzeitig wenigstens ein mechanisch wirkendes und wenigstens ein chemisch wirkendes Poliermittel Verwendung finden und dass jedes dieser Mittel ständig und mit etwa der gleichen Geschwindigkeit, mit der es zugeführt wird, auch wieder weggeführt wird.
Bei dem durch die Erfindung vorgesehenen Verfahren erhält man optisch polierte, kristallographisch
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Das mechanische Poliermittel wirkt über die ganze Fläche gleichmässigauf die Oberfläche des Kristalls ein, und das gleichzeitig anwesende chemische Poliermittel reagiert praktisch nur an den mechanisch fortwährend freigelegten Stellen der Krisialloberfläche mit dem Halbleitermaterial, so dass eine ebene Polierfläche gewährleistet ist.
Hiebei findet in einer besonderen Ausgestaltung desErfindungsgedankens das mechanisch wirkende Poliermittel meist in feinkörniger Form Verwendung; insbesondere sind Korngrössen vorteilhaft, die wenigstens um den Faktor 10 kleiner sind als die jeweils abzutragende Schicht.
Soll beispielsweise eine Schicht von etwa 30... 40/1 Dicke abgetragen werden, so empfiehlt es sich, ein mechanisch wirkendes Poliermittel mit einer Korngrösse von etwa 3... 4 bol oder weniger zu verwenden, etwa von zo Ohne die Massnahme gemäss der vorliegenden Erfindung, ein Poliermittel, insbesondere entsprechend einer besonders günstigen Ausbildung des Erfindungsgedankens ein Poliermittel dieser geringen Grösse gemeinsam mit wenigstens einem chemisch wirkenden Poliermittel zu verwenden und die Halbleiterkörper nach mechanischen Methoden, z. B. in einer Poliermaschine zu polieren, würde man mit einem derartigen kleinen Korn überhaupt keinen Poliereffekt erzielen. Beim Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung erhält manmitdieser Massnahme jedochbesonders günstige Vorteile.
Ein derart kleines Korn erzeugt selber praktisch keine Störungen in der Oberfläche der Halbleiterkörper, sondern trägt nur die oberste schadhafte Schicht gleichmässig ab.
Das gemäss der Erfindung verwendete, chemisch wirkende Poliermittel wird zweckmässigerweise meist in Form von Lösungen verwendet, vor allem kommen wohl wässerige Lösungen in Frage, obwohl nichtwässerige Lösungen nicht ausgeschlossen sind, beispielsweise können manchmal alkoholische oder ähnli- che Lösungen recht vorteilhaft sein. Insbesondere sind die Lösungen jedoch in verdünnter Form zu verwenden. Die Konzentration ist zweckmässigerweise jeweils so gering einzustellen, dass eine chemische Reaktion der Lösung mit den Halbleiterkörpern praktisch nicht erfolgt. Erst bei gleichzeitiger Anwendung mit einem mechanisch wirkenden Poliermittel in der Poliermaschine tritt der überraschende Effekt einer besonders vorteilhaften Polierwirkung ein. Ausserdem sind jeweils nur relativ kurze Polierzeiten nötig.
Beispielsweise kann man beim Verfahren gemäss der Erfindung so vorgehen, dass man die Halbleiterkörper auf eine etwa horizontal angeordnete Polierscheibe auflegt und sie reibende Bewegungen ausführen lässt ; meist werden sie hiezu mit Hilfe eines Klebemittels, beispielsweise mit Bienenwachs, auf einer Trägerscheibe festgeklebt, die auf die Polierscheibe aufgelegt wird. Dann werden gleichzeitig, entweder im Gemisch oder getrennt voneinander, wenigstens ein chemisch wirkendes und wenigstens ein mechanisch wirkendes Poliermittel zugegeben, beispielsweise zugetropft. Das mechanisch wirkende Poliermittel kann in Form einer Suspension, beispielsweise einer wässerigen Suspension od. dgl. angewendet werden ; es kann jedoch auch im chemisch wirkenden Poliermittel suspendiert sein.
Nach einer weiteren, günstigen Ausbildung des Erfindungsgedankens wird das Verfahren in mehreren Stufen durchgeführt, indem z. B. die Korngrösse des mechanisch wirkenden Poliermittels oder die Konzen- tration des chemisch wirkenden Poliermittels stufenweise verringert wird. Auch beide Massnahmen nebeneinander anzuwenden ist möglich. Ausserdem kann, gegebenenfalls zusätzlich. die Viskosität des che-
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