Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von Halbleitereinkristallen, insbesondere Siliziumeinkristallen in Scheiben. Die Anwendung der Erfindung erfolgt in der Halbleiterindustrie.The invention relates to a method for separating semiconductor single crystals, in particular silicon single crystals in slices. The application of the invention takes place in the semiconductor industry.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Im allgemeinen werden zum Trennen von Halbleitermaterial in Scheiben Trennschleifmaschinen verwendet, die mit Innenlochtrennschleifscheiben ausgerüstet sind. Dieses Prinzip ist in der DE-AS 2 204 491 beschrieben. Ein weiteres Verfahren zum Zerteilen eines Halbleitereinkristalls ist in der DE-OS 3 029 828 dargelegt. Hier wird ein in (111 (-Richtung orientierter Halbleiterstab mit einer Markierungsschicht bedeckt, die streifenförmig so unterbrochen wird, daß die Unterbrechung parallel zu den Schnittlinien der (111 )-Ebenen mit der Stabmanteloberfläche liegen. Anschließend wird der Halbieiterstab mit einem anisotropen Ätzmittel geätzt, bis er in einzelne Scheiben zerfällt. Ein anderes, aus der DE-OS 3 035 120 bekanntes Verfahren zum Zerteilen eines Halbleiterkörpers sieht vor, daß auf der Menteloberfläche eines einkristallinen Halbleiterstabes, dessen Achse in (111 )-Kristallrichtung verläuft, Rillen erzeugt werden, die in (111 )-Ebenen liegen und deren Abstand der gewünschten Scheibendicke entspricht. Anschließend werden in diesen Rillen mechanische Spannungsfelder zum Abspalten von Scheiben durch fokussiertes Laserlicht erzeugt.In general, cut-off machines equipped with inner hole cutting discs are used for cutting semiconductor material into slices. This principle is described in DE-AS 2 204 491. Another method for dividing a semiconductor single crystal is set forth in DE-OS 3 029 828. Here, a semiconductor rod oriented in (111 (direction) is covered with a marking layer which is interrupted in a strip shape so that the interruption is parallel to the lines of intersection of the (111) planes with the rod jacket surface. Another method for dividing a semiconductor body known from DE-OS 3 035 120 provides that grooves are produced on the Mentel surface of a monocrystalline semiconductor rod whose axis extends in the (111) -crystal direction lie in (111) planes and whose distance corresponds to the desired slice thickness, and then mechanical stress fields are generated in these grooves for splitting off slices by focused laser light.
In den DE-OS 3 035 076 und 3 035 131 ist ein Verfahren zum Zerteilen eines Halbleiterkörpers in Scheiben beschrieben, bei dem der Halbleiterkörper mindestens an einer seiner Stirnflächen derart mit Ultraschall beaufschlagt wird, daß in Längsrichtung des Halbleiterkörpers stehende Wellen entstehen. Hierbei wird die Frequenz der Ultraschallwellen so eingestellt, daß der Abstand der Schwingungsbäuche im Halbleiterkörper gleich der gewünschten Scheibendicke ist.In DE-OS 3,035,076 and 3,035,131 a method for dividing a semiconductor body is described in slices, in which the semiconductor body is at least at one of its end faces so exposed to ultrasound, that standing in the longitudinal direction of the semiconductor body waves. Here, the frequency of the ultrasonic waves is adjusted so that the distance of the antinodes in the semiconductor body is equal to the desired slice thickness.
Da der Verschnitt bei den beschriebenen bekannten Verfahren sehr hoch ist, wird in der DE-OS 3 305 695 ein neues Verfahren zum Zerteilen von Halbleitermaterial vorgestellt.Since the waste is very high in the known processes described, DE-OS 3 305 695 presents a novel process for cutting semiconductor material.
Dieses ist durch ein amorphes beziehungsweise duktiles Metallband aus einer Ni (78%), Si (8%) und B (14%)-Legierung gekennzeichnet, das eine Dicke von 30 bis 40 μιπ aufweist. Es wird angegeben, daß mit dem Metallband Schnittbreiten < 100Mm erzielt und damit ein wesentlich geringerer Verschnitt erreicht wird. Aus der DE-OS 3 403 826 ist ein Verfahren bekannt, bei dem in einer Ebene des Halbleiterstabes eine Kerbe eingebracht wird und der Halbleiterstab einer wiederholten Temperaturschock-Behandlung ausgesetzt wird, bei der eine inhomogene Erwärmung beziehungsweise Abkühlung des Halbleiterstabes erfolgt. Diese wird zunächst in der Mitte der Stirnfläche erzeugt und dann zum Mantel des Kristalls geführt beziehungsweise umgekehrt. Da mit dieser Verfahrensweise nur ein Teil der Stirnfläche dem Temperaturschock gleichzeitig ausgesetzt ist, ist es schwierig, die für das Abspalten von Scheiben notwendigen Spannungen und Dehnungen zu erreichen.This is characterized by an amorphous or ductile metal strip of a Ni (78%), Si (8%) and B (14%) - alloy having a thickness of 30 to 40 μιπ . It is stated that with the metal strip cutting width <100Mm achieved and thus a much lower waste is achieved. From DE-OS 3 403 826 a method is known in which in a plane of the semiconductor rod a notch is introduced and the semiconductor rod is subjected to a repeated thermal shock treatment, in which an inhomogeneous heating or cooling of the semiconductor rod takes place. This is first generated in the middle of the face and then led to the mantle of the crystal or vice versa. Since only a part of the end face is exposed to the temperature shock at the same time with this procedure, it is difficult to achieve the necessary for the separation of slices tensions and strains.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Das Ziel der Erfindung wird dadurch erreicht, daß in der Trennfläche des Kristalls mittels starker Temperaturgradienten entweder Schubspannungen, die zum Abspalten der Scheiben führen, oder so hohe Temperaturen erzeugt werden, daß eine Schmelze in der gesamten Trennfläche entsteht, die ein Abtrennen der Scheiben ermöglicht. Die Temperaturgradienten werden dadurch erzeugt, daß ein erwärmter Kristall von der Stirnfläche her gekühlt oder ein kalter Kristall von der Stirnfläche her erwärmt wird. Eine Verstärkung der Temperaturgradienten erfolgt durch Bestrahlung des Kristalls mit Infrarot- beziehungsweise Hochfrequenzstrahlung. Außerdem kann durch Wahl der Frequenz, der Intensität und des Zeitpunktes des Beginns der Bestrahlung nach Anlegen des Temperaturgradienten die Scheibendicke eingestellt werden. Die Wirkung beruht auf der temperaturabhängigen Absorption der Infrarot- beziehungsweise Hochfrequenzsstrahlung. Durch die gekühlten Kristallbereiche nahe der kalten Stirnfläche geht die Strahlung nahezu ungeschwächt hindurch, während sie in einer von der Frequenz und dem vorhandenen Temperaturgradienten abhängigen Tiefe absorbiert wird. Diese Absorption führt zu einer ständigen Verstärkung des Temperaturgradienten. Bei kurzzeitiger Bestrahlung mit hoher Intensität können sehr starke Temperaturgradienten erzielt werden. Diese Temperaturgradienten verursachen in der Trennebene hohe Schubspannungen, die zu einem Abplatzen der Scheiben führen. Eine Verstärkung des Effektes kann durch mechanisch erzeugte Schubspannungen, die parallel zur Trennebene gerichtet sind, und durch eine Einkerbung des Kristallmantels in der Trennfläche erzielt werden. Wird die Intensität der zugeführten Infrarotbeziehungsweise Hochfrequenzstrahlung weiter erhöht, so entsteht in der Trennfläche eine sich über den gesamten Querschnitt des Kristalls erstreckende sehr schmale Schmelzzone. Das Abtrennen der Scheibe kann nun durch parallel zur Trennebene angreifende mechanische Kräfte erfolgen.The object of the invention is achieved in that in the separation surface of the crystal by means of strong temperature gradients either shear stresses that lead to the splitting of the discs, or so high temperatures are generated that a melt in the entire separation surface is formed, which allows separation of the discs. The temperature gradients are generated by cooling a heated crystal from the end face or by heating a cold crystal from the end face. An amplification of the temperature gradient takes place by irradiation of the crystal with infrared or high-frequency radiation. In addition, the slice thickness can be adjusted by selecting the frequency, the intensity and the time of the start of the irradiation after application of the temperature gradient. The effect is based on the temperature-dependent absorption of the infrared or high-frequency radiation. The cooled crystal regions near the cold end face radiate the radiation almost unattenuated while being absorbed at a depth dependent on the frequency and the temperature gradient present. This absorption leads to a constant increase in the temperature gradient. During short-term high-intensity irradiation, very high temperature gradients can be achieved. These temperature gradients cause high shear stresses in the parting plane, which lead to a flaking of the disks. An enhancement of the effect can be achieved by mechanically generated shear stresses, which are directed parallel to the parting plane, and by a notch of the crystal shell in the parting surface. If the intensity of the supplied infrared or high-frequency radiation is further increased, a very narrow melting zone is produced in the separating surface over the entire cross-section of the crystal. The separation of the disc can now be done by acting parallel to the parting plane mechanical forces.