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Verfahren zum polierenden Abtragen von einkristallinen Halbleiterkörpern, insbesondere Halbleiterscheiben
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chemische Poliermittel greift in den meisten Fällen den Rand der Scheiben stärker an, so dass sehr oft die ebene Form der Scheiben verloren geht, die aber für die Weiterverarbeitung der Scheiben zu Halbleiterbauelementen, z. B. durch Aufwachsen von einkristallinen Schichten, unbedingt nötig ist.
Ausserdem ist es bereits bekannt, beim Ätzen von Halbleiterelementen eine Ätzlösung mit einem aktiven und einem passiven Teil zu verwenden, die Elemente in den passiven Teil des Ätzmittels einzutauchen und darin zu bewegen, dann allmählich den aktiven Teil des Ätzmittels mit solcher Geschwindigkeit zuzusetzen, dass die Temperatur der Lösung innerhalb vorgeschriebener Grenzen bleibt und die von jedem Element abgetragene Materialdicke die gleiche ist. Die Lösungen werden dabei in ziemlich konzentrierter Lösung verwendet. Beispielsweise ist ein Bad aus 5 - 100 Teilen Flusssäure und 10 - 100 Teilen Essigsäure auf 5 Teile Salpetersäure vorgesehen. Die Temperatur des Ätzbades soll zwischen 60 und 1000C gehalten werden.
Es ist klar, dass wegen der Aggressivität der hoch konzentrierten Lösungen bei derart hohen Temperaturen besondere Vorsichtsmassnahmen zum Schutz des Bedienungspersonals ergriffen werden müssen.
Ausserdem bedeutet die in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur vorzunehmende Dosierung des aktiven Mittels einen grossen Nachteil des Verfahrens. Erfolgt die Zugabe des aktiven Mittels zu rasch, steigt die Temperatur des Ätzbades infolge der heftigen Reaktion plötzlich so stark an, dass ein Stossen und Verspritzen der Ätzlösung die Folge ist. Von einem kontrollierten Ätzen kann in diesem Fall nicht mehr die Rede sein. Aber auch, wenn die Dosierung derart durchgeführt wird, dass die Temperatur in den vorgeschriebenen Grenzen gehalten wird, kann die Oberfläche nicht vollkommen und störungsfrei hergestellt werden. Die Halbleiterkörper werden in grossen Mengen in ein Bad getaucht und dort bewegt. Ein gegenseitiges Verkratzen der Halbleiterkörper lässt sich dabei wohl kaum vermeiden.
Vor allem hat aber das bekannte Verfahrenden Nachteil, dass keine ebenen Oberflächen gewonnen werden, da das chemische Ätzmittel den Rand der Halbleiterkörper stärker angreift.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum polierenden Abtragen von ein- kristallinen Halbleiterkörpern, insbesondere von Halbleiterscheiben, unter Verwendung von wenigstens zwei unterschiedlichen, chemisch wirksamen Stoffen, die durch ihr Zusammenwirken polierend auf die Halbleiterkörper einwirken, zu entwickeln, bei dem einwandfreie Oberflächen gewährleistet sind.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch, gelöst, dass die Halbleiterkörper in einer Polier- einrichtung, z. B. in einer Poliermaschine, behandelt werden, dass die unterschiedlichen, chemisch wirk- samen Stoffe der Poliereinrichtung gleichzeitig, aber an verschiedenen Stellen zugeführt und abwechselnd zur Einwirkung auf die zu polierende Oberfläche der Halbleiterkörper gebracht werden und dass sie mit etwa der gleichen Geschwindigkeit, mit der sie zugeführt werden, auch wieder abgeführt werden.
Da die Oberfläche der zu polierenden Körper nur auf Grund einer reibenden Bewegung der Halbleiterkörper auf einer Polierscheibe mit den unterschiedlichen Poliermitteln in Berührung kommt, erfolgt die Abtragung über die ganze Oberfläche gleichmässig, so dass die ebene Form der Oberfläche gewährlei- stet ist.
Das Verfahren gemäss der Erfindung lässt sich leicht unter Kontrolle halten. Eine plötzliche starke Erhitzung auf Grund zu heftiger Reaktion ist praktisch ausgeschlossen. Weiterhin zeichnet sich das Verfahren durch seine einfache Durchführbarkeit aus. Zu Beginn wird die Zu-und Abführgeschwindigkeit der Polier- stoffe in Abhängigkeit von den andern Parametern, wie Temperatur, Anzahl der Tropfstellen, relative Umdrehungsgeschwindigkeit usw., eingestellt, die dann bis zum Ende der Behandlung eingehalten wird.
Ein Verspritzen der Lösungen ist ausgeschlossen. Da ausserdem die Lösungen im allgemeinen sehr verdünnt, z. B. weniger als lollig sind, sind besondere Vorsichtsmassnahmen zum Schutz des Bedienungspersonals schon aus diesem Grunde nicht erforderlich.
Zweckmässigerweise werden die chemisch wirkenden Stoffe in gelöster Form verwendet ; als Lösungsmittelkommtwohl meist Wasser in Frage, obwohl. nichtwässerige Lösungsmittel nicht ausgeschlossen sind.
Manchmal können organische Lösungsmittel, etwa Alkohole oder Kohlenwasserstoffe usw. vorteilhaft sein.
Die Auswahl des günstigsten Lösungsmittels erfolgt jeweils am besten experimentell. Am vorteilhaftesten
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Das Verfahren gemäss der Erfindung kann beispielsweise so durchgeführt werden, dass Halbleiterschei- ben mit der zu bearbeitenden Fläche auf eine, insbesondere rotierende Polierscheibe aufgelegt werden und dort reibende Bewegungen ausführen. Zweckmässigerweise werden sie hiebei auf einer Trägerscheibe befestigt, beispielsweise aufgeklebt, dann führt die Trägerscheibe die reibende Bewegung auf der Polierscheibe aus. Es ist auch möglich, dass die Halbleiterkörper bzw. die Trägerscheibe in starrer Lage angeordnet sind und die Reibung lediglich durch die Bewegung der Polierscheibe zustandekommt.
Gleichzeitig werden wenigstens zwei, bei gemeinsamer Verwendung polierend auf die Halbleiterkörper einwirkende che-
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mische Stoffe getrennt voneinander auf die Polierscheibe aufgebracht ; vorteilhafterweise lässt man sie in Form von verdünnten Lösungen getrennt voneinander auftropfen. Die Oberfläche der Polierscheibe weist auf diese Weise einzelne jeweils von den unterschiedlichen Stoffen benetzte Bereiche auf. Beim Gleiten der Halbleiterkörper über die Polierscheibe kommen dadurch die Körper abwechselnd mit den unterschiedlichen Stoffen in Berührung. Gleichzeitig werden durch die Bewegung die chemischen Stoffe vermischt.
Zur Beschleunigung der Polierwirkung kann gemäss einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ein Katalysator verwendet werden, der entweder mit einem der unterschiedlichen Stoffe vermischt oder getrennt zugeführt werden kann.
Gemäss einem besonderen Merkmal der Erfindung wird jeder der Stoffe etwa mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der er zugeführt wird, von der Polierscheibe auch wieder abgeleitet. Dadurch ist die Polierscheibe praktisch immer nur von unverbrauchtem, frischem Poliermittel bedeckt. Vorteilhafterweise werden die Stoffe kontinuierlich zu-und abgeführt : es ist jedoch auch möglich, sie absatzweise zu-und wegzuführen. Die besten Ergebnisse erzielt man, wenn die unterschiedlichen Stoffe in Lösungen mit etwa gleichen Konzentrationen der Stoffe verwendet werden ; insbesondere in diesem günstigen Fall empfiehlt es sich auch, die einzelnen, unterschiedlichen Lösungen jeweils in etwa gleichen Mengen und mit ziemlich konstant bleibender Geschwindigkeit zuzuführen.
Je nach der Grösse der Polierscheibe und der Anzahl der gleichzeitig zu bearbeitenden Halbleiterscheiben oder auch, unter anderem, der relativen Geschwindigkeit der Bewegung von Halbleiterscheiben und Polierscheibe zueinander, können die unterschiedlichen Stoffe an mehreren Stellen auf die Polierscheibe aufgetropft werden, jedoch ist die Anzahl der Tropfstellen nicht kritisch. Die Polierzeit ist von verschiedenen Faktoren abhängig, so z. B. von der Art der chemischen Stoffe, von ihrer Konzentration usw. und auch von der Temperatur, bei der die Polierbehandlung durchgeführt wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird das Verfahren in mehreren Stufen durchgeführt. Beispielsweise kann man zu diesem Zweck die Konzentration der Stoffe in den Lösungen bzw. wenigstens eines der Stoffe stufenweise erniedrigen. Eine andere Möglichkeit zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung in mehreren Stufen besteht darin, dass die Viskosität der unterschiedlichen Stoffe bzw. deren Lösungen oder wenigstens die Viskosität eines der Stoffe oder seiner Lösung stufenweise erhöht wird. Ebenso lassen sich beide Massnahmen gleichzeitig anwenden. So können in der ersten Bearbeitungsstufe z.
B. zwei unterschiedliche Stoffe in jeweils etwa 10%igen Lösungen zur Verwendung ge-
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höhung der Viskosität der Lösungen durch den Zusatz einer hochviskosen Flüssigkeit, wie Glykol, Glyzerin, Wasserglas oder einem Öl, etwa Silikon- oder Paraffinöl. Die optimalen Bedingungen lassen sich jeweils durch Versuche ermitteln.
Bei der Behandlung von Germaniumkörpern in einer Poliermaschine gemäss dem Verfahren der Erfin- dungerweistsich beispielsweise die gleichzeitige Anwendung einer etwa 4... SG/oigen Wasserstoffsuperoxyd- lösungund einer etwa 2... Steigen wässerigen Natronlauge als recht vorteilhaft. Besonders günstige Ergebnisse erzielt man, wenn etwa gleiche Mengen der unterschiedlichen Lösungen auf die Polierscheibe aufgetropft werden. In diesem Fall gestaltet sich die Durchführung des Verfahrens auch relativ einfach. Die Tropfgeschwindigkeit der Lösungen wird zu Beginn des Verfahrens eingestellt und bis zum Ende der Behandlung beibehalten. Dann bricht man die Bewegung der Halbleiterkörper und/oder der Polierscheibe ab und die Halbleiterkörper werden möglichst sofort, z.
B. mit Wasser, von den Lösungen gereinigt.
In einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel, das für die Behandlung von Germaniumscheiben beschrieben wird, werden in der letzten Bearbeitungsstufe je etwa zehn Germaniumscheiben auf eine Trägerscheibe, die etwa aus Eisen od. dgl. besteht, so aufgeklebt und die Trägerscheibe auf die Polierscheibe so aufgebracht, dass die zu bearbeitenden Flächen der Germaniumscheiben 1 auf der Polierscheibe 3 aufliegen.
Im vorliegenden Beispiel werden drei Trägerscheiben 2 verwendet, die man auf der Polierscheibe 3 reibende Bewegungen ausführen, beispielsweise rotieren, lässt. Der besseren Übersichtlichkeit wegen ist in den Fig. 1 und 2 nur eine einzige Trägerscheibe 2 mit nur drei Germaniumscheiben 1 dargestellt.
Die Trägerscheibe 2 wird im Ausführungsbeispiel durch die Polierscheibe 3 in Drehung versetzt ; sie hat also die gleiche Umdrehungszahl und die gleiche Rotationsrichtung wie die Polierscheibe. Grundsätzlich jedoch kann die Trägerscheibe auch durch einen eigenen Antrieb in Drehung versetzt werden. In diesem Fall können Trägerscheibe und Polierscheibe auch gegensinnig rotieren. Aus zwei Behältern 4 und 5 werden gleichzeitig, aber an verschiedenen Stellen, vorzugsweise jeweils gleiche Mengen einer
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etwa Zeigen Wasserstoffsuperoxydlösung und einer etwa 4% eigen wässerigen Natronlauge auf die Polierenrichtunggetropft. Durchdie Rotationwerden die Germaniumkörper abwechselnd an mit Wasserstoffperoxyd und mit Natriumhydroxyd benetzten Stellen der Polierscheibe 3 vorbeigeführt.
Die Wasserstoffperoxydstelle bewirkt eine Oxydation des Germaniums ; das frisch gebildete oder im"statu naseendi"befindliche Germaniumoxyd wird anschliessend durch das Natriumhydroxyd sofort wieder aufgelöst. An dieser Stelle kann anschliessend wieder Germaniumoxyd gebildet werden, das dann wieder aufgelöst wird usf. Die Oberfläche der Halbleiterkörper kommt dadurch, dass die wirksamen Stoffe mit etwa gleicher Geschwindigkeit zu- und abgeführt werden, stets nur mit frischem, reaktionsfähigem Ätzmittel in Berührung.
Dadurch, dass die Oberfläche praktisch nur auf Grund der Relativbewegung von Polierscheibe und Halbleiterkörper mit den unterschiedlichen Poliermitteln in Berührung kommt, erfolgt ein über die ganze Oberfläche gleichmässiges Abtragen, so dass die ebene Form der Oberfläche gewährleistet ist.
Nach etwa 39 min oder weniger ist die Behandlung der Halbleiterscheiben 1 beendet. Die Oberfläche der Germaniumscheiben ist störungsfrei ; selbst bei 800facher Vergrösserung sind keine Fehler im Kristallgefüge oder in der Gitterstruktur feststellbar. Bei einer Polierzeit von etwa 1 min pro Scheibe wird eine etwa 311 dicke Schicht abgetragen.
Fig. 2 zeigt die in der Fig. l im Schnitt dargestellte Poliereinrichtung mit den Behältern 4 und 5 für die unterschiedlichen Poliermittel von oben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum polierenden Abtragen voneinkristallinen Halbleiterkörpern, insbesondere von Halbleiterscheiben, bei dem wenigstens zwei unterschiedliche, chemisch wirksame Stoffe zur Anwendung gelangen, die durch ihr Zusammenwirken polierend auf die Halbleiterkörper einwirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterkörper in einer Poliereinrichtung, z. B. in einer Poliermaschine, behandelt werden, dass die unterschiedlichen, chemisch wirksamen Stoffe der Poliereinrichtung gleichzeitig, aber an verschiedenen Stellen zugeführt und abwechselnd zur Einwirkung auf die zu polierende Oberfläche der Halbleiterkörper gebracht werden und dass sie mit etwa der gleichen Geschwindigkeit, mit der sie zugeführt werden, auch wieder abgeführt werden.