DD227559A1

DD227559A1 - Verfahren zur herstellung getterfaehiger silizium-scheiben

Info

Publication number: DD227559A1
Application number: DD26856984A
Authority: DD
Inventors: Walter Nitzsche; Fritz-Guenter Kirscht; Georg Riepel; Dietmar Taenzer; Clemens Hansch; Hans Richter; Hans-Joachim Krueger; Michael Mai; Arnd Huerrich; Uwe Trampe
Original assignee: Erfurt Mikroelektronik
Priority date: 1984-10-22
Filing date: 1984-10-22
Publication date: 1985-09-18

Abstract

Das Ziel der Erfindung besteht darin, durch den Einsatz von getterfaehigen und formstabilen Silizium-Scheiben die Ausbeute und Zuverlaessigkeit von mikroelektronischen Bauelementen zu erhoehen. Die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Scheiben mit permanenter und gleichmaessiger Getterwirkung bei Unterdrueckung von Scheibenverwerfung anzugeben, wird geloest, indem bezueglich ihrer Oberflaechenform selektierte Scheiben rueckseitig mit einer angepassten, konzentrischen, ritzartigen mechanischen Stoerung versehen werden, deren Intensitaet und Flaechendichte variiert werden kann. Anschliessend wird die gestoerte Scheibenoberflaeche mit einer Deckschicht zur Stabilisierung versehen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung getterfähiger Silizium-Scheiben, die eine Voraussetzung für die Herstellung hochwertiger, insbesondere hochintegrierter mikroelektronischer Bauelemente darstellen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus neuartigen Bauelemente-Technologien ergeben sich wachsende Anforderungen an die Ausgangsscheiben hinsichtlich permanenter Getterwirksamkeit bei guter Formstabilität, insbesondere unterdrückter Scheibenverwerfung.

Die Mehrzahl der bekannten Verfahren zur Herstellung getterfähiger Scheiben geht von der Erzeugung getterfähiger Gitterstörungen im Volumen (interne Getterung) sowie an Scheibenoberflächen, insbesondere den Scheibenrückseiten aus (externe Getterung).

Gettereffizienz und -kapazität derartiger Störungen in Verbindung mit ihrer Ausheilbarkeit sowie thermisch aktivierter Scheibenverwerfung sind abhängig vom Charakter der Störungen beziehungsweise den jeweils angewendeten Verfahren zu deren Einführung. Insbesondere haben herkömmliche Verfahren, die auf der Einführung von mechanisch induzierten Störschichten beziehungsweise Primärstörungen in Scheibenrückseiten beruhen, bestimmte Nachteile gegenüber neueren externen Gette(verfahren wie Laserbestrahlung (DE OS 2829983) und Beschichtung mit Poly-Silizium (DE OS 2738195, HO1L 21/

324). . -

Einer der angeführten Gründe für diese Nachteile, die relativ leichte thermische Ausheilbarkeit der induzierten Störschichten, resultiert offensichtlich aus der schweren Beherrsch barkeit von beweglichen Versetzungen, dem im allgemeinen dominierenden thermisch induzierten Sekundärdefekt in derartigen Primärstörungen.

Unter anderem ist deshalb die Bildung von Stapelfehlern als vorherrschender Sekundärdefekt bei sehr leichten Störungen der Scheibenrückseite ebenfalls praktiziert worden (DE OS 3148957), wobei dieser Defekttyp allerdings bei Temperaturen oberhalb 1200⁰C wieder instabil wird.

Zur Beherrschung beweglicher Versetzungen, von der auch Scheibenverwerfungen bis hin zum Defektdurchgriff in bauelementeaktive Oberflächenbereiche der Scheibe abhängen, sind eine Reihe von Maßnahmen wie Überätzen der mechanisch induzierten Störschicht (Takano, Y et al. in Semiconductor Silicon, Minneapolis 1988, Proc. p743), sowie Ionenimplantation in diese Schicht in Verbindung mit verspannten Deckschichten bekannt.

Es zeigt sich jedoch, daß diese Maßnahmen, selbst in Kombination angewendet, nicht durchgehend zu getterfähigen Scheiben mit reproduzierbarem Formverhalten der Scheiben führen.

Das liegt daran, daß bei den im allgemeinen angestrebten, hinsichtlich Intensität und Verteilung beziehungsweise Flächendichte homogenen primären Störungen, infolge typischer thermisch induzierter Scheibenverzerrungen während einzelner Prozeßschritte der Bauelemente-Herstellung, in den Prozeßscheiben beziehungsweise an deren Oberflächen lokal differenzierte mechanische Spannungen auftreten, die ihrerseits lokal in unterschiedlicher Weise zur Aktivierung und Bewegung von Versetzungen beitragen.

Weiterhin kann die Anwendung verspannender Deckschichten in Abhängigkeit von der realen Form der Ausgangsscheiben zu extrem unterschiedlicher Beeinflussung der Scheibenform führen.

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Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat zum Ziel, bei der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente deren Ausschuß zu senken sowie deren Zuverlässigkeit zu erhöhen.

Wesen der Erfindung

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung getterfähiger Scheiben anzugeben, das zu permanent getterfähigen Scheiben mit gleichmäßiger Getterwirkung über die Scheibe während des gesamten Herstellungsprozesses bei Unterdrückung einer Scheibenverwerfung führt.

Die Aufgabe wird gelöst unter Anwendung bekannter Verfahrensschritte bei der Herstellung von Silizium-Scheiben wie Trennschleifen, Ätzen, chemischem und/oder mechanischem Polieren und unter Einsatz zusätzlich eingeführter Gitterstörungen in die Scheibenrückseite, darauf ausgebildeter Schutzschichten, zum Beispiel Siliziumkarbid (SiC), sowie thermischer Behandlungen, indem Gitterstörungen in konzentrischer oder annähernd konzentrischer Anordnung in hinsichtlich ihrer . Oberflächenform selektierte Scheiben mittels eines gesteuerten Werkzeuges eingebracht und gegebenenfalls eine Schutzschicht oder ein aus mehreren Schichten bestehendes Schutzschichtsystem mit Rücksicht auf die resultierende Form der Scheibe auf der gestörten Rückseite aufgebracht werden.

Zweckmäßigerweise werden die Störfiguren mit kreis- oder spiralförmiger Geometrie unter lokaler, radialer und/oder azirhulater Variation von Intensität und/oder Flächendichte der Gitterstörungen eingebracht.

Zweckmäßig ist es weiterhin, da die Gitterstörungen im Randbereich und im Zentrum der Scheiben sowie gegebenenfalls in kristallographisch ausgezeichneten Richtungen ausgelassen oder mit lokal reduzierter Intensität und/oder Flächendichte eingebracht werden.

Die Selektion der Scheiben in Gruppen vergleichbarer Oberflächenkrümmung erfolgt vor oder nach dem Polieren. Dabei muß eine Scheibenkennzeichnung vorgenommen werden, um die Gitterstörungen in die so definierten, vorzugsweise konvexen Rückseiten einzubringen.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung ist es, daß Störungen vergleichbarer Intensität und/oder Flächendichte in Scheiben mit vergleichbarer Oberflächenkrümmung eingebracht werden.

Es ist nun zweckmäßig, die gestörte Scheibenrückseite mit einer Schutzschicht oder einem Schutzschichtsystem zu versehen, die bei Raumtemperatur Zugspannungen in grenzfläch.ennahen Scheibenbereichen verursachen.

Als Werkzeug verwendet man zweckmäßig Pyramidenstümpfe aus Diamant oder anderen hinsichtlich Silizium härteren Materialien mit Krümmungsradien zwischen 5μ.ηη...50μ.Γη.

Entsprechend der Ausgangskrümmung der Scheibe werden diese Werkzeuge mit einer Normalkraft im Bereich 1OmN... 2 N beauflagt, wobei der Abstand benachbarter Gitterstörungen im Bereich zwischen 5μΓη...500μ.Γη liegt. Es ist dabei auch zweckmäßig, die ritzartigen Gitterstörungen bevorzugt in einem Tiefenbereich von 0,3/xm...3,0μ,Γη sowie vorzugsweise mit einem Ritzabstand von 0,1 D... 1,0 D einzubringen, wobei D die Scheibendicke ist. Alle beschriebenen Störungen der Scheibenrückseite können auch mit Laserstrahlen eingebracht werden.

Ausführungsbeispiel ""

, Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Beispiel'1

In einer n-SGT-Technologie eingesetzte B-dotierte (lOO)-orientierte, 76mm-Scheiben werden vor dem Polieren der späteren Bauelemente-Oberfläche hinsichtlich ihrer Oberflächenform selektiert, indem zwei Scheibengruppen aussortiert werden, deren Durchbiegung beispielsweise 3μ,ιτι...8μιη (Gruppe 1), beziehungsweise 9μ,ηη...13μΓη (Gruppe 2), bei einer konvexen Oberflächenform betragen. Diese Scheibenoberfläche wird als spätere Scheibenrückseite festgelegt. Das Einbringen von ritzartigen Rückseitenstörungen erfolgt mittels eines Diamantwerkzeuges, dessen effektiver Krümmungsradius so gewählt wird, daß sich bei einer Normalkraft von etwa 50OmN (Gruppe 1) eine Ritztiefe von etwa 2^m ergibt.

Durch Scheibenrotation und Werkzeugtranslation werden spiralförmige Störungen ausgebildet, beginnend etwa 5mm vom Scheibenzentrum mit einem Abstand benachbarter Störungen (Ritzabstand) von etwa 50μ,ητι. Bis zu einer Entfernung von V3R (R = Scheibenradius) vom Scheibenzentrum wird der Ritzabstand kontinuierlich auf etwa 30/xm verringert, bis V3R konstant gehalten und ab dieser Entfernung vom Scheibenzentrum wiederum auf einen Ritzabstand von maximal ΙΟΟμ,ηη kontinuierlich vergrößert, wobei ein Randbereich von etwa 4mm störungsfrei bleibt.

Scheiben der Gruppe 2 werden mit einer entsprechenden Störfigur versehen, wobei das gleiche Werkzeug mit einer Normalkraft von etwa 35OmN zum Einsatz kommt.

Anschließend erfolgt bei Ausbildung einer Schutzschicht aus Si₃N₄, deren Dicke so gewählt wird, daß die spätere Bauelementeseite in eine leicht konvexe Form umklappt, das heißt Scheiben der Gruppe 1 erhalten eine Schichtdicke von etwa 100nm, Scheiben der Gruppe 2 eine Schichtdicke von etwa 150nm

Beispiel 2

Aus einer Menge von 100mm-B-dotierten, (HD-Scheibenfür den Einsatz in einer Bipolar-Technologie werden nach dem Polieren der Bauelemente-Seite, rückseitig konvexe Scheiben mit einer maximalen Durchbiegung von ΙΟμ,πη aussortiert. Rückseitig werden mechanisch induzierte Störungen gemäß Beispiel 1 ab etwa 7mm vom Zentrum mit einem Ritzabstand von etwa 100μηη eingebracht, beginnend mit einer Normalkraft von etwa 30OmN. Bis V2R wird die Normal kraft kontinuierlich auf etwa 60OmN verstärkt und ab V2R kontinuierlich wieder auf etwa 25OmN reduziert, wobei ein äußerer Rand von etwa 5mm störungsfrei bleibt.

Anstelle abrasiv eingreifender Werkzeuge— neben Diamant sind beispielsweise SiC-Werkzeuge geeignet — werden entsprechende Störfiguren auch mit kontinuierlich arbeitenden Lasern erzeugt. Eine vergleichbare Variation der oben beschriebenen Störintensität erhält man, wenn ein mit 25kHz modulierter CW-Laser im Leistungsbereich 1W... 10W gefahren wird.

Anschließend erfolgt die Ausbildung einer Schutzschicht aus SiC mit einer Dicke von etwa 10nm, die ein Umklappen der Scheiben in eine bauelementeseitig leicht konvexe Form bewirkt

Beispiel 3

76mm, P-dotierte, (100)-orientierte Scheiben für den Einsatz in einer CMOS-Technologie werden gemäß Beispiel 2 selektiert und gemäß Beispiel 1 mittels einer Vorrichtung mit freiprogrammierbarer Steuerung gestört, indem etwa 6mm vom Zentrum

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mit einer Normalkraft von maximal 20OmN begonnen wird. Bis V3R erfolgt eine Vergrößerung der Normalkraft auf maximal 60OmN, die bis ²AjR konstant gehalten wird. Ab V3R erfolgt eine Verringerung bis auf minimal 25OmN, wobei ein Rand von etwa 5mm störungsfrei bleibt.

Zusätzlich wird die Normalkraft azimutal variiert, indem jeweils beim Durchlaufen von (110>-Richtungen, das heißt alle 90°, eine periodisch erfolgende Reduzierung auf ²h der jeweils ausgeübten Maximalkraft erfolgt. Damit wird die Richtungsabhängigkeit der Versetzungslaufwege bei diesem extrem empfindlichen Scheibentyp ausgeglichen.

Der Ritzabstand wird im Intervall 30/zm...300μ,ιη variiert, entsprechend Beispiel 1, minimal nahe V3R und maximal nahe dem Rand als auch nahe dem Zentrum der Scheiben.

Die Versiegelung derartig behandelter Scheiben erfolgt vorzugsweise mit SiC mit einer Schichtdicke von etwa 3nm, das durch Abscheidung oder Implantation von Kohlenstoff und anschließender thermischer Belastung in reduzierender Atmosphäre bei T > .1200X erzeugt wird.

Die Wärmebehandlung führt gleichzeitig zur Ausbildung getterfähiger Versetzungen, ausgehend von den eingangs eingebrachten Gitterstörungen.

Claims

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Erfindungsansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung getterfähiger Silizium-Scheiben unter Anwendung bekannter Verfahrensschritte bei der Herstellung von Silizium-Scheiben, wie Trennschleifen, Ätzen, chemischem und/oder mechanischem Polieren, und unter Einsatz zusätzlich eingeführter Gitterstörungen in die Scheibenrückseite, gegebenenfalls darauf ausgebildeter Schutzschichten, zum Beispiel SiC, sowie thermischer Behandlungen, gekennzeichnet dadurch, daß

— Gitterstörungen in konzentrischer oder annähernd konzentrischer Anordnung in hinsichtlich ihrer Oberflächenform selektierte Scheiben mittels eines gesteuerten Werkzeuges eingebracht und gegebenenfalls

— eine Schutzschicht oder ein aus mehreren Schichten bestehendes Schutzschichtsystem auf der gestörten Rückseite mit Rücksicht auf die resultierende Form der Scheiben aufgebracht werden.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter Anwendung von Störfiguren mit kreis- oder spiralförmiger Geometrie unter lokaler, radialer und/oder azimutaler Variation von Intensität und/oder Flächendichte Gitterstörungen eingebracht werden.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstörungen im Randbereich und im Zentrum der Scheiben sowie gegebenenfalls in kristallografisch ausgezeichneten Richtungen ausgelassen oder mit lokal reduzierter Intensität und/oder Flächendichte eingebracht werden.
4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Selektion der Scheiben hinsichtlich ihrer Oberflächenkrümmung vor dem Polieren der bauelementeseitigen Scheibenoberfläche erfolgt.
5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Selektion der Scheiben hinsichtlich ihrer Oberflächenkrümmung nach dem Polieren der bauelementeseitigen Scheibenoberfläche erfolgt.
6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Gitterstörungen in die konvex ausgebildeten Scheibenrückseiten selektierter Scheiben eingebracht werden.
7. Verfahren nach Punkt 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Störungen vergleichbarer Intensität und/oder Flächendichte in Scheiben mit vergleichbarer Oberflächenkrümmung eingebracht werden.
8. Verfahren nach Punkt 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gestörte Scheibenrückseite mit einer Schutzschicht oder einem Schutzschichtsystem versehen wird, sodaß bei Raumtemperatur im grenzflächennahen Scheibenbereich Zugspannungen hervorgerufen werden.
9. Verfahren nach Punkt 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkzeuge Pyramidenstümpfe aus Diamant oder anderen, hinsichtlich Silizium härteren Materialien mit Krümmungsradien zwischen 5/xm...50μ.ιτι eingesetzt und diese Werkzeuge mit einer Normalkraft im Bereich 1OmN... 2 N beauflagt werden, wobei der Abstand benachbarter Gitterstörungen im Bereich 5^.m...500/xm liegt.
10. Verfahren nach Punkt 8, dadurch gekennzeichnet, daß ritzartig angeordnete Gitterstörungen in einem Tiefenbereich zwischen 0,3μ,ΓΠ...3,0μ,ιτι sowie vorzugsweise mit einem Ritzabstand von 0,1 D... 1,0D eingebracht werden, wobei D die Scheibendicke ist.
11. Verfahren nach Punkt 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkzeuge Laserstrahlen eingesetzt werden.