DE10064081A1

DE10064081A1 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE10064081A1
Application number: DE2000164081
Authority: DE
Inventors: Guenter Schwab; Maximilian Stadler
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: DE10064081C2

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe,umfassend Kantenverrunden der Halbleiterscheibe, formgebende mechanische Behandlung der Halbleiterscheibe, naßchemisches Behandeln der Halbleiterscheibe zur Entfernung geschädigter Kristallbereiche und Abtragspolieren der Halbleiterscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß das naßchemische Behandeln der Halbleiterscheibe zur Entfernung geschädigter Kristallbereiche direkt nach dem Kantenverrunden der Halbleiterscheibe und vor der formgebenden mechanischen Behandlung der Halbleiterscheibe durchgeführt wird, mit der Maßgabe, daß direkt im Anschluß an die formgebende mechanische Behandlung der Halbleiterscheibe kein weiteres naßchemisches Behandeln der Halbleiterscheibe zur Entfernung geschädigter Kristallbereiche erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe mit hinsichtlich Geometriedaten, Anzahl der Lichtstreuzentren auf der Scheibenvorderseite und Metallkonta mination im Kristallgitter verbesserten Eigenschaften.

Eine Halbleiterscheibe für die Verwendung in der Halbleiter industrie, insbesondere zur Fabrikation von elektronischen Bau elementen mit Linienbreiten gleich oder kleiner 0,18 µm, muß eine Vielzahl besonderer Eigenschaften aufweisen. Ein wichtiger Parameter ist die lokale Ebenheit SFQR (site front-surface re ferenced least squares/range = Bereich der positiven und ne gativen Abweichung von einer über Fehlerquadratminimierung de finierten Vorderseite für eine Bauelementefläche definierter Dimension); die Größe SFQR_max gibt den höchsten SFQR-Wert für alle Bauelementeflächen auf einer bestimmten Scheibe an. Eine allgemein anerkannte Faustregel besagt, daß der SFQR_max-Wert ei ner Scheibe gleich oder kleiner der auf dieser Scheibe mög lichen Linienbreite von darauf herzustellbaren Halbleiterbau elementen sein muß. Eine Überschreitung dieses Wertes führt zu Fokussierungsproblemen des Steppers und damit zum Verlust des betreffenden Bauelementes. Eine weitere Größe von hoher Bedeu tung ist die Anzahl von Lichtstreuzentren (LLS, localized light scatterers) auf der Scheibenseite, in der Regel der Scheiben vorderseite, auf der die Halbleiter-Bauelemente erstellt werden sollen. Hierbei kann zwischen kristallinhärenten Defekten, de ren Anzahl im wesentlichen durch den Kristallisationsprozeß und die Formgebungsschritte bestimmt wird, und Partikeln unter schieden werden, welche in den Prozeßschritten Endreinigung und Trocknung nicht von der Scheibenoberfläche entfernt oder gar auf diese aufgebracht werden. In einer gewissen Anzahl und Grö ße können LLS zum elektrischen Kurzschluß von Schaltkreisen und damit zum Verlust von Bauelementen führen. Ebenfalls essentiell ist die Begrenzung von Metallkontamination auf der Scheiben oberfläche und im Kristallgitter. Metallkontamination wirkt sich vor allem über die Störung der physikalischen und elektri schen Eigenschaften der Scheibe negativ auf den Bauelemente- Produktionsprozeß aus und kann ebenfalls zum Totalausfall von Schaltkreisen führen.

Eine konventionelle Prozeßsequenz zur Herstellung einer Halb leiterscheibe lautet: Kantenverrunden, formgebende machanische Behandlung, wie Läppen bzw. Schleifen, Ätzen, Polieren und Rei nigen der von einem Kristall gesägten Halbleiterscheibe. Nach dem Kantenverrunden und Läppen folgt ein naßchemischer Ätz schritt zur weitgehenden Entfernung der oberflächennahen ge störten Kristallschichten (Damage) auf Fläche und Kante. Das Polieren wird in der Regel als zwei- oder dreistufiger Einsei tenprozeß ausgeführt, wobei der jeweils letzte Schritt die end gültige schleierfreie Oberfläche erzeugt. Es schließt sich eine Reinigung an, die im allgemeinen als Badreinigung nach dem so genannten RCA-Verfahren unter Verwendung einer Sequenz von al kalischen, sauren und Reinstwasserbädern ausgeführt wird.

Weiterentwickelte Endreinigungsverfahren setzen aufgrund der hohen Oxidationskraft von Ozon Kombinationen aus wäßriger Fluß säurelösung (HF) und Ozon ein, wodurch die Scheibenoberfläche insbesondere von Kupfer und von organischen Verunreinigungen befreit wird; eine Tensidzugabe zur Flußsäure bewirkt eine Par tikelreduktion (siehe beispielsweise EP 701 275 A2). Das direk te Einblasen von Ozon in wäßrige HF-Lösung ist beispielsweise in der US 5,567,244 beschrieben. Letztendlich kann die HF/Ozon- Technologie gemäß der DE 195 31 031 A1 auch zur Trocknung ge reinigter Siliciumscheiben eingesetzt werden, indem diese tro cken und hydrophob aus der Flußsäurelösung entnommen und an schließend in einem ozonhaltigen Gasraum hydrophiliert werden.

Naßchemisches Ätzen einer Halbleiterscheibe, meist ausgeführt als Batchverfahren unter gleichzeitiger Behandlung einer Viel zahl von Scheiben, stellt ein kostengünstiges Verfahren zur Entfernung des in den mechanischen Bearbeitungsschritten er zeugten Damage dar, wobei der Abtrag i. a. zwischen 3 und 50 µm liegt. Nachteilig wirkt sich dabei aus, daß dieser Pro zeßschritt nur sehr aufwändig kontrollierbar ist und so gut wie immer eine Verschlechterung der Scheibengeometrie bewirkt.

Ebenso vergrößert sich, je nach Abtrag, meist die Dickenstreu ung der Halbleiterscheibe, was bewirkt, daß vor dem Polieren ein Einmessen der Scheiben in Dickengruppen erfolgen muß, um gute Scheibengeometrien nach dem Polieren zu gewährleisten. Je schlechter die Performance des Ätzprozesses, umso größer der Aufwand, weil i. a. die Anzahl der Einmessgruppen steigt.

Bekannte Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe kön nen die Anforderungen, die für die Weiterverarbeitung zu Halb leiterbauelementen mit Linienbreiten gleich oder kleiner 0,18 µm eingefordert werden (Geometriedaten, Anzahl der Licht streuzentren (LLS) auf der Scheibenvorderseite, Metallkon tamination im Kristallgitter und Nanotopologie) in ihrer Ge samtheit derzeit nicht erfüllen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung ei ner Halbleiterscheibe umfassend Kantenverrunden der Halbleiter scheibe, formgebende mechanische Behandlung der Halbleiter scheibe, naßchemisches Behandeln der Halbleiterscheibe zur Ent fernung geschädigter Kristallbereiche und Abtragspolieren der Halbleiterscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß das naßchemische Behandeln der Halbleiterscheibe zur Entfernung geschädigter Kristallbereiche direkt nach dem Kantenverrunden der Halblei terscheibe und vor der formgebenden mechanischen Behandlung der Halbleiterscheibe durchgeführt wird, mit der Maßgabe, daß di rekt im Anschluß an die formgebende mechanische Behandlung der Halbleiterscheibe kein weiteres naßchemisches Behandeln der Halbleiterscheibe zur Entfernung geschädigter Kristallbereiche erfolgt.

Ausgangsprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Halb leiterscheibe, die auf bekannte Weise von einem Kristall abge trennt wurde, beispielsweise von einem abgelängten und rundge schliffenen Einkristall aus Silicium, und deren Kante verrundet wurde. Hierzu kann der Kristall mit einem oder mehreren Orien tierungsmerkmalen zur Identifizierung der Kristallachsen verse hen werden, beispielweise einem Notch und/oder einem Flat. Die Kante der Halbleiterscheibe wird mittels einer geeignet profi lierten Schleifscheibe verrundet. Metallfreie Kunstharz gebundene Kantenverrundungsscheiben, insbesondere solche mit eingebetteten Diamanten, sind besonders bevorzugt. Die Schei benkanten weisen je nach Ausführungsform des Schleifschrittes ein Damage von 3 bis 20 µm auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell zur Herstellung eines scheibenförmigen Körpers eingesetzt werden, der aus einem Material besteht, welches mit den eingesetzten mechanischen und chemischen Methoden bearbeitet werden kann. Derartige Materia lien, deren Weiterverarbeitung vorwiegend in der Halbleiterin dustrie stattfindet, jedoch nicht auf diese beschränkt ist, sind zum Beispiel Silicium, Silicium/Germanium, Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Galliumarsenid und weitere sogenannte III-V- Halbleiter. Silicium, insbesondere in einkristalliner Form, beispielsweise kristallisiert durch einen Czochralski- oder ei nen Zonenziehprozeß, ist bevorzugt. Silicium mit einer Kris tallorientierung (100), (110) oder (111) ist besonders bevor zugt.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Her stellung von Siliciumscheiben mit Durchmessern von insbesondere 200 mm, 300 mm, 400 mm, 450 mm und 675 mm und Dicken von weni gen 100 µm bis einigen cm, bevorzugt von 500 µm bis 1200 µm. Die Halbleiterscheiben können entweder direkt als Ausgangsmate rial für die Herstellung von Halbleiterbauelementen eingesetzt werden oder nach Aufbringen von Schichten wie Rückseitenversie gelungen oder einer epitaktischen Beschichtung der Scheibenvor derseite mit Silicium oder geeigneten weiteren Halbleitermate rialien oder aber nach Konditionierung durch eine Wärmebehand lung beispielsweise unter Wasserstoff- oder Argonatmosphäre ih rem Bestimmungszweck zugeführt werden. Neben der Herstellung von Scheiben aus einem homogenen Material kann die vorliegende Erfindung natürlich auch zur Herstellung von mehrschichtig auf gebauten Halbleitersubstraten wie SOI-Scheiben (silicon-on- insulator) und sogenannten bonded wafers eingesetzt werden.

Im folgenden wird die Erfindung am Beispiel der Herstellung ei ner Halbleiterscheibe aus Silicium näher erläutert.

Zur Entfernung des in den mechanischen Vorprozessen zwangs läufig erzeugten Damage von Scheibenobenfläche und -kante ein schließlich der gegebenenfalls vorhandenen Verunreinigungen, beispielsweise in diesen gestörten Gitterbereichen gebundene (gegetterte) Metallverunreinigungen, folgt eine naßchemische Behandlung der gesägten und kantenverrundeten Halbleiterscheibe mit einem Ätzschritt, bevorzugt nach dem Sauerätzprinzip. Die im erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführte naßchemische Be handlung zur Entfernung geschädigter Kristallbereiche kann nach beliebigen, bisher bekannten Verfahren erfolgen, wobei diese Behandlung neben dem Ätzschritt auch weitere übliche Behand lungsschritte, wie Reinigung, Trocknung etc., beinhalten kann.

Bevorzugt umfaßt die im erfindungsgemäßen Verfahren durchge führte naßchemische Behandlung zur Entfernung geschädigter Kristallbereiche die Teilschritte

a) Ätzen der Halbleiterscheibe in einer sauren Ätzlösung;
b) Spülen der Halbleiterscheibe in Reinstwasser; und
c) Eintauchen der Halbleiterscheibe in eine wäßrige Flußsäure lösung und Herausbringen der Halbleiterscheibe aus der Flußsäu relösung in einen Ozon enthaltenden Gasraum.

Die drei Teilschritte können in separaten Anlagen ausgeführt werden. Ebenfalls möglich ist, sie in ein und demselben Pro zeßbecken auszuführen. Bevorzugt ist, die drei Teilschritte un mittelbar nacheinander in drei Prozeßkammern einer modular auf gebauten Ätzanlage auszuführen. Dies ist zum einen kostengün stig durch die Möglichkeit des Einsatzes einer kompakt aufge bauten Anlage von Vorteil, die in einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Prozesses automatisiert betrieben wird und dadurch bei relativ niedrigem Bedienpersonalaufwand einen hohen Durchsatz ermöglicht. Zum anderen wird die Halbleiterscheibe (a) in die Ätzlösung überführt, unmittelbar nach dem eigentli chen Ätzprozeß in Schritt (b) mit Reinstwasser gespült, was ein lokales unkontrolliertes Nachätzen verhindert, und unmittelbar nach dem Spülen im Schritt (c) getrocknet, was eine metallische Rekontamination verhindert.

Bei Teilschritt (c) besteht die Möglichkeit, ein ozonhaltiges Gas in den Gasraum über der Flußsäure zu leiten. Das ozonhalti ge Gas kann jedoch auch in die Flußsäure, entweder im Prozeßbe cken oder in einem Vorlagetank, aus welchem die ozonhaltige Flußsäure in das Prozeßbecken gepumpt wird, eingeblasen werden, wobei sich der Gasraum über der Flußsäure im Prozeßbecken durch Ausdiffusion teilweise mit Ozon füllt.

Die im Teilschritt (c) zum Einsatz kommende wäßrige Flußsäure lösung enthält bevorzugt 0,001 bis 70 Gew.-% HF, besonders be vorzugt 0,05 bis 3 Gew.-% HF, und weist bevorzugt eine Tempera tur von 20 bis 80°C auf, wobei eine Temperatur von 40 bis 60°C besonders bevorzugt ist. Zur Erhöhung der Partikelreinigungs wirkung kann die Flußsäurelösung in Prozeßschritt (c) ein Ten sid oder ein Tensidgemisch in einer Konzentration von 0,0001 bis 1 Gew.-% enthalten, wobei es sich bei dem Tensid um ein nicht-ionisches, kationisches oder anionisches Tenside handeln kann. Die Zugabe weiterer Zusatzstoffe ist möglich. Das einge blasene ozonhaltige Gasgemisch enthält bevorzugt Ozon in einer Konzentration von 1 mg/m³ bis 1 g/m³ und wird bei Verwendung eines üblicherweise 100 bis 1000 l Flußsäure fassenden Bades mit einer Geschwindigkeit von bevorzugt 1 bis 100 l/min einge blasen. Das ozonhaltige Gasgemisch kann neben Ozon ein anderes Gas oder mehrere andere Gase enthalten, die entweder inert, wie Stickstoff, Argon oder Kohlendioxid, oder reaktiv sind, wie Sauerstoff, Fluorwasserstoff oder Chlorwasserstoff.

Das verwendete Ozon kann beispielsweise mit Hilfe eines Ozonge nerators gemäß der DE-A 197 52 769 bereitgestellt werden. Es hat sich als sinnvoll erwiesen, die Halbleiterscheiben bei dem Teilschritt (c) sowohl in der Flußsäurelösung als auch in der ozonhaltigen Gasatmosphäre für einen Zeitraum von jeweils 0,1 bis 5 min zu belassen, wobei eine Verweilzeit von jeweils 0,5 bis 2 min besonders bevorzugt ist.

Der saure Ätzschritt (a) wird bevorzugt wie in DE 43 16 096 C1 und US-A 5,340,437 beschrieben nach dem Strömungsätzprinzip un ter Rotation der Scheiben während des Ätzvorganges und Einper lung eines inerten oder reaktiven Gases ausgeführt; die Einper lung eines Gases, wie Stickstoff oder Kohlendioxid, ist dabei besonders bevorzugt. Besonders bevorzugt ist ebenfalls die Ver wendung eines bei einer Temperatur von 15 bis 40°C betriebenen Gemisches aus Salpetersäure und Flußsäure in Konzentrationen und einem Konzentrationsverhältnis, die eine mittlere Ätzge schwindigkeit von 3 bis 30 µm/min unter bestmöglichem Erhalt der Scheibengeometrie erlauben, beispielsweise 60 bis 95 Gew.-% konzentrierter Salpetersäure (z. B. 70 Gew.-%ig in wäßriger Lö sung) und 5 bis 30 Gew.-% konzentrierte Flußsäure (z. B. 70 Gew.-%ig in wäßriger Lösung). Zur Stabilisierung der Gasblasen ist die Zugabe eines gegenüber der Ätzmischung stabilen Tensids in geringen Konzentrationen, die im einzelnen von der Natur des zugesetzten Tensides abhängen, von Vorteil. Beispiele für ge eignete Tenside sind Phosphorsäure, Ammoniumlaurylsulfat und fluorierte oberflächenaktive Stoffe wie Perfluoralkylsulfonate. Die Zugabe geringer Anteile an weiteren Stoffen aus den Verbin dungsklassen organische Säure und Salze, beispielsweise Essig säure, Oxalsäure und Zitronensäure, anorganische Säuren, Salze und Oxide, beispielsweise Salzsäure, Kaliumdichromat, Kalium permanganat und Chrom-VI-oxid, sowie elementare Halogene, bei spielsweise Brom und Iod, ist möglich.

Nach Beendigung des Ätzvorganges werden die Scheiben zur Ver meidung einer lokal uneinheitlichen Nachätzung möglichst rasch, das heißt innerhalb von 1 bis 3 Sekunden, in ein mit Reinstwas ser gefülltes Bad, bevorzugt eine Quickdump-Spüle, umgesetzt und intensiv mit Reinstwasser gespült und dadurch von anhaften den Bestandteilen der Ätzmischung befreit. Wird dieser Schritt in der bevorzugten Quickdump-Spüle ausgeführt, wird der Badin halt in einer besonders bevorzugten Arbeitsweise insgesamt zweimal schlagartig abgelassen und das Bad unter gleichzeitigem Besprühen der Scheiben mit Wasser und Einblasen von Stickstoff gas innerhalb von 20 bis 60 Sekunden wieder mit Reinstwasser aufgefüllt. Abschließend werden die Scheiben in den HF/Ozon- Trockner (c) überführt und entsprechend den Ausführungen weiter oben prozessiert. Es liegen trockene Siliciumscheiben mit de fektarmen Oberflächen und sehr niedrigen Metallkontaminationen auf der Oberfläche und im Kristallgitter vor. Der Abtrag der erfindungsgemäß durchgeführten naßchemischen Behandlung der Halbleiterscheibe zur Entfernung geschädigter Kristallbereiche, bevorzugt des Säureätzschrittes, liegt bevorzugt zwischen 3 und 50 µm, besonders bevorzugt zwischen 10 und 20 µm.

Beim Sauerätzschritt gemäß erfindungsgemäßem Verfahren ein schließlich der Nachbehandlungsschritte ist zwecks Vermeidung von Partikel- und Metallkontamination die Verwendung hochreiner Chemikalien, die beispielsweise für die Verwendung in der Giga bit-Halbleitertechnologie qualifiziert sind, bevorzugt. Eben falls bevorzugt ist die Verwendung von Reinstwasser, das mit Wasseraufbereitungsanlagen nach dem Stand der Technik unter Verwendung von Mischbett-Ionenaustauschern, Umkehrosmose, Elektrodeionisation und 0,02-µm-Ultrafiltration hergestellt wur de.

Nach der naßchemischen Behandlung zur Entfernung geschädigter Kristallbereiche werden die Halbleiterscheiben erfindungsgemäß einer formgebenden mechanischen Behandlung unterzogen. Die formgebende mechanische Behandlung, wie Schleifen oder Läppen, kann nach bereits bekannten Verfahresweisen erfolgen, wobei es sich bevorzugt um Schleifen handelt. Eine bevorzugte Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Methode des Rotationsschleifens, wie sie beispielsweise in der EP 272 531 A1 beschrieben ist. Hierbei wird üblicherweise zunächst eine Seite der Scheibe geschliffen, die Scheibe gewendet und an schließend die andere Seite geschliffen. Bevorzugt zur Anwen dung kommen dabei diamanthaltige Schleifscheiben, besonders be vorzugt kunstharzgebundene Schleifscheiben mit Diamanten. Die eingebetteten Diamantsplitter besitzen eine Körnung von bevor zugt 400 bis 3000 Mesh, besonders bevorzugt 600 bis 2000 Mesh. Es ist jedoch auch möglich, nur eine Scheibenseite zu schlei fen.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform werden beide Scheibenseiten nacheinander zunächst mit einer Schleifscheibe der Körnung 400 bis 1000 Mesh und anschließend beide Scheiben seiten nacheinander mit einer Schleifscheibe der Körnung 1500 bis 2500 Mesh geschliffen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Schleifschrittes ist das Doppelseitenschleifen, wie es beispielsweise in der EP 755 751 A1 beschrieben ist. Anstelle des sequentiellen Schlei fens der beiden Scheibenseiten werden in diesem Falle beide Scheibenseiten gleichzeitig geschliffen. Statt der Schleif scheiben können hierbei auch Schleifkörper, sogenannte Pellets, mit gleicher Zusammensetzung eingesetzt werden. Der Silicium abtrag pro Scheibenseite beträgt beim Schleifschritt bevorzugt 10 bis 100 µm, besonders bevorzugt 20 bis 60 µm. Die geschlif fenen Scheiben können je nach Ausführungsform des Schleif schrittes ein Damage von 1 bis 10 µm aufweisen.

Besonders bevorzugt handelt es sich bei der erfindungsgemäß durchgeführten formgebenden mechanischen Behandlung um das oben beschriebene Doppelseitenschleifen.

Nach erfolgtem Schleifen kann bei dem erfindungsgemäßen Verfah ren nun vorteilhafterweise auf einen weiteren Ätzschritt ver zichtet werden.

Die nach dem Schleifvorgang erhaltenen Halbleiterscheiben wer den nun bevorzugt einem üblichen Reinigungsschritt, besonders bevorzugt einer Oberflächenreinigung nach dem Stand der Tech nik, unterzogen. Hierbei kann es sich um ein oder mehrere hin tereinandergeschaltete Tensidbäder handeln, denen sich ein Spülbad und eine Trocknung anschließt. Falls metallfreie Ober flächen erwünscht sind, können diese mit einer zusätzlich durchgeführten HF/O₃-Behandlung erreicht werden. Dabei kann wie oben im Teilschritt c) der naßchemischen Behandlung zur Entfer nung geschädigter Kristallstrukturen beschrieben verfahren wer den. Metalle werden so entweder oxidiert oder komplexiert (z. B. Fe mittels HF) und in Lösung gehalten. Gleichzeitig wird, je nach HF-Konzentration, bevorzugt 0,001 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 1,0 Gew.-%, Silicium im Submicron-Bereich aufgelöst, was bewirkt, daß nicht nur oberflächlich anhaftende Metalle entfernt werden, sondern auch solche, die sich im ober flächennahen Damagebereich befinden.

Da mit dem durchgeführten Reinigungsschritt keine Abträge im µm-Bereich verbunden sind, wird bei dem erfindungsgemäßen Ver fahren die Geometrie der Halbleiterscheibe und die Dickenstreu ung allein durch das Schleifen bestimmt, so daß auf das Einmes sen entweder ganz verzichtet oder mit stark vermindertem Auf wand betrieben werden kann.

Nach der erfolgten Reinigung wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Halbleiterscheibe bevorzugt einem Abtragspolier schritt unterzogen, bei welchem mindestens die Vorderseite un ter Abtrag von bevorzugt 5 bis 50 µm Silicium poliert wird. Verfahren zum Abtragspolieren sind bereits hinreichend bekannt. Falls erwünscht wird, daß die Scheiben eine polierte Rückseite besitzen sollen, wie dies zwecks Vermeidung von Querkontamina tion mit an der Rückseite anhaftenden Partikeln bei modernen Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen vielfach der Fall ist, kann prinzipiell auf zwei verschiedene Vorgehens weisen zurückgegriffen werden. Zum einen kann ein Rückseitenpo lierschritt analog dem weiter unten beschriebenen Endpolier schritt (dem Schleierfreipolieren) durchgeführt werden. Dieser Rückseitenpolierschritt wird sinnvollerweise vor dem Endpolier schritt der Scheibenvorderseite durchgeführt. Es kann jedoch auch ein Doppelseitenpolierschritt durchgeführt werden, in wel chem bevorzugt 5 bis 50 µm Material pro Scheibenseite, beson ders bevorzugt 10 bis 20 µm Material, abgetragen wird. Ein ge eignetes Verfahren zur Doppelseitenpolitur ist beispielsweise in der EP 776 030 A2 veröffentlicht. Im Rahmen der Erfindung ist die Anwendung eines Doppelseitenpolierschrittes gegenüber einem Einseiten-Abtragspolierschritt der Scheibenvorderseite oder einer sequentiellen Politur von Scheibenvorder- und Schei benrückseite bevorzugt. Besonders bevorzugt ist ein Doppelsei tenpolierschritt unter Verwendung eines Poliertuches auf Polyu rethanbasis mit eingearbeiteten Polyethylenfasern mit einer be vorzugten Härte von 40 bis 120 (Shore A) und einer besonders bevorzugten Härte von 60 bis 90 (Shore A) in Gegenwart eines Poliersols mit einem pH-Wert von bevorzugt 9 bis 12, besonders bevorzugt 10 bis 11, aus bevorzugt 1 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 5 Gew.-%, SiO₂ in Wasser, wobei der Polierdruck bevorzugt 0,1 bis 0,5 bar, besonders bevorzugt 0,15 bis 0,3 bar, beträgt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird anschließend die Scheibenvorderseite bevorzugt schleierfrei poliert, beispiels weise mit einem weichen Poliertuch unter Zuhilfenahme eines al kalischen Poliersols; zum Erhalt der bis zu diesem Schritt er zeugten guten Scheibengeometrie liegt der Siliciumabtrag von der Scheibe dabei relativ niedrig, bevorzugt 0,05 bis 1,5 µm, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,7 µm. In der Literatur wird die ser Schritt oft als CMP-Politur (chemo-mechanical polishing) bezeichnet. Eine bevorzugte Ausführungsform des Schleierfreipo lierschrittes ist die Verwendung eines Poliertuches auf Polyu rethanbasis mit einem Poliersol mit einem pH-Wert von 9 bis 10 aus 1 bis 5 Gew.-% SiO₂ in Wasser, wobei der Polierdruck 0,1 bis 0,3 bar ist. Dem erfindungsgemäßen Verfahren folgt in der Regel eine Reinigung nach dem Stand der Technik, die entweder als Batchprozeß unter gleichzeitiger Reinigung einer Vielzahl von Scheiben in Bädern oder mit einem Sprühverfahren oder als Einzelscheibenprozeß ausgeführt werden kann. Im Rahmen der Er findung bevorzugt ist eine Badreinigung von Scheibenpaketen nach dem sogenannten RCA-Verfahren unter Verwendung einer Se quenz von alkalischen, sauren und Reinstwasserbädern, gefolgt von einer Scheibentrocknung mit einem handelsüblichen Batchtrocknungssystem, beispielsweise einem Schleudertrockner, Heißwassertrockner, Isopropanoltrockner oder Marangonitrockner. Besonders bevorzugt ist eine RCA-Reinigung mit der Badfolge wäßrige Flußsäure, Reinstwasser, Tetramethylammoniumhydroxid/ Wasserstoffperoxid/Reinstwasser, Reinstwasser, Salzsäure, Reinstwasser, wobei die in den Reinigungsbädern vorhandenen Chemikalien in geringer Konzentration vorliegen, beispielsweise unterhalb jeweils 5 Gew.-%, gefolgt von einer Isopropa noltrocknung.

Auch bei einer derartigen Endreinigung ist die Verwendung hoch reiner Chemikalien und von Reinstwasser bevorzugt.

Die naßchemische Behandlung zur Entfernung geschädigter Kris tallbereiche gemäß vorliegender Erfindung wie auch die Endrei nigung und die Trocknung der Halbleiterscheibe werden vorzugs weise in einem Reinraum durchgeführt, bevorzugt in einem Rein raum der Klasse 100 und besser, besonders bevorzugt in einem Reinraum der Klasse 10 und besser.

Zur weiteren Verbesserung der Scheibengeometrie, beispielsweise für den Fall, daß auf der Halbleiterscheibe Halbleiterbauele mente mit Linienbreiten kleiner oder gleich 0,13 µm hergestellt werden sollen, kann sinnvollerweise zwischen dem Abtragspolie ren und dem Schleierfreipolieren ein Geometrie-Korrekturschritt durch lokalen Siliciumabtrag mit Unterstützung eines Plasmas ausgeführt werden. Derartige Verfahren sind ebenfalls bereits bekannt.

Falls notwendig, kann an einer beliebigen Stelle des erfin dungsgemäßen Verfahrens ein Wärmebehandlungsschritt der Halb leiterscheibe eingeführt werden, beispielsweise um thermische Donatoren zu vernichten oder um eine Störung von oberflächen nahen Kristallschichten auszuheilen. Falls im Rahmen des erfin dungsgemäßen Verfahrens ein Wärmebehandlungsschritt durchge führt werden soll, so erfolgt dieser bevorzugt vor der formge benden mechanischen Behandlung der Halbleiterscheiben oder nach dem Plasma-Lokalätzschritt in einem Temperaturbereich von be vorzugt 400 bis 800°C. Ebenfalls gewünscht sein könnten eine Laserbeschriftung zur Scheibenidentifizierung oder ein Kanten polierschritt, die sich an geeigneter Stelle, zum Beispiel vor oder nach dem Schleifen im Falle der Lasermarkierung sowie vor oder nach dem Abtragspoliturschritt im Falle des Kantenpolie rens einfügen lassen. Eine Reihe weiterer, für bestimmte Pro dukte erforderliche Prozeßschritte wie beispielsweise die Auf bringung von Rückseitenbeschichtungen aus Polysilicium, Silici umoxid oder Siliciumnitrid oder die Aufbringung einer Epitaxie schicht aus Silicium oder weiteren halbleitenden Materialien auf die Vorderseite der Siliciumscheibe läßt sich ebenfalls nach dem Fachmann bekannten Verfahren an den geeigneten Stellen in den Prozeßfluß einbauen. Es kann darüber hinaus auch zweck mäßig sein, die Halbleiterscheibe vor oder nach einzelnen Pro zeßschritten einer weiteren Batch- oder Einzelscheibenreinigung nach dem Stand der Technik zu unterziehen.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens werden die gesägten und kantenverrunde ten Halbleiterscheiben, insbesondere Siliciumscheiben,

A) nach dem Sauerätzprinzip naßchemisch behandelt, wobei die se naßchemische Behandlung insbesondere die Teilschritte
- a) Ätzen der Halbleiterscheibe in einer sauren Ätzlösung;
- b) Spülen der Halbleiterscheibe in Reinstwasser; und
- c) Eintauchen der Halbleiterscheibe in eine wäßrige Fluß säurelösung und Herausbringen der Halbleiterscheibe aus der Flußsäurelösung in einen Ozon enthaltenden Gasraum umfaßt,
B) anschließend geschliffen, wobei es sich bevorzugt um Dop pelseitenschleifen handelt,
C) einer Oberflächenreinigung einschließlich einer HF/O₃- Behandlung unterzogen,
D) abtragspoliert, insbesondere in einem Doppelseitenpolier schritt,
E) die Scheibenvorderseite schleierfrei poliert und
F) die erhaltenen Halbleiterscheiben gereinigt,

mit der Maßgabe, daß - falls erwünscht - an einer beliebigen Stelle des erfindungsgemäßen Verfahrens weitere für die Her stellung von Halbleiterscheiben übliche Verfahrensschritte ein geführt werden können, ausgenommen eine naßchemische Behandlung zur Entfernung geschädigter Kristallbereiche.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Endprodukte sind Halbleiterscheiben mit hinsichtlich Geometriedaten, Anzahl der Lichtstreuzentren (LLS) auf der Scheibenvorderseite, Me tallkontamination im Kristallgitter und Nanotopologie verbes serten Eigenschaften. Bevorzugt haben die Halbleiterscheiben eine Rückseite und eine schleierfrei polierten Vorderseite.

Eine erfindungsgemäß hergestellte Halbleiterscheibe aus Silici um erfüllt die Anforderungen für die Herstellung von Halblei terbauelementen mit Linienbreiten kleiner 0,18 µm.

Hinsichtlich der weiteren üblicherweise zur Scheibencharakte risierung herangezogenen, dem Fachmann wohlbekannten Parameter wie Rauhigkeit, Haze, Partikel- und Metallkontaminationen der Scheibenoberfläche, Magic-Mirror-Defekte usw., die weniger von der gesamten Prozeßkette als vielmehr von der Ausführung der Polier- und Reinigungsschritte bestimmt werden, weisen die er findungsgemäß hergestellten Halbleiterscheiben keine Nachteile gegenüber den nach dem Stand der Technik hergestellten Scheiben auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat des weiteren den Vorteil, daß es einfach in der Durchführung und wirtschaftlich kon kurrenzfähig ist.

Die folgenden Beispiele betreffen die Herstellung von Silicium scheiben mit einem Durchmesser von (300±0,2) mm, einer Dicke von (775±25) µm, einer schleierfrei polierten Vorderseite und einer polierten Rückseite, einem Sauerstoffgehalt von (6±1) . 10¹⁷ Atomen/cm³ und einer Bor-Dotierung, die zu einem Widerstand im Bereich von 10 bis 20 Ω.cm führt. Die dazu benötigten Kristalle werden nach dem Stand der Technik gezogen, abgelängt, rundge schliffen, auf einer handelsüblichen Drahtsäge in Scheiben zer sägt und kantenverrundet.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe umfassend Kantenverrunden der Halbleiterscheibe, formgebende mechanische Behandlung der Halbleiterscheibe, naßchemisches Behandeln der Halbleiterscheibe zur Entfernung geschädigter Kristallbereiche und Abtragspolieren der Halbleiterscheibe, dadurch gekennzeich net, daß das naßchemische Behandeln der Halbleiterscheibe zur Entfernung geschädigter Kristallbereiche direkt nach dem Kan tenverrunden der Halbleiterscheibe und vor der formgebenden me chanischen Behandlung der Halbleiterscheibe durchgeführt wird, mit der Maßgabe, daß direkt im Anschluß an die formgebende me chanische Behandlung der Halbleiterscheibe kein weiteres naß chemisches Behandeln der Halbleiterscheibe zur Entfernung ge schädigter Kristallbereiche erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Halbleiterscheibe um eine Siliciumscheibe handelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das naßchemische Behandeln der Halbleiterscheibe zur Ent fernung geschädigter Kristallbereiche einen Ätzschritt beinhal tet.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die naßchemische Behandlung zur Entfernung geschädigter Kristallbereiche die Teilschritte

a) Ätzen der Halbleiterscheibe in einer sauren Ätzlösung;
b) Spülen der Halbleiterscheibe in Reinstwasser; und
c) Eintauchen der Halbleiterscheibe in eine wäßrige Flußsäure lösung und Herausbringen der Halbleiterscheibe aus der Flußsäu relösung in einen Ozon enthaltenden Gasraum umfaßt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der formgebenden mecha nischen Behandlung um Schleifen handelt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Abtragspolieren um einen Doppelseitenpolierschritt handelt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gesägten und kantenverrundeten Halbleiterscheiben,

A) nach dem Sauerätzprinzip naßchemisch behandelt,
B) anschließend geschliffen,
C) einer Oberflächenreinigung einschließlich einer HF/O₃- Behandlung unterzogen,
D) abtragspoliert,
E) die Scheibenvorderseite schleierfrei poliert und
F) die erhaltenen Halbleiterscheiben gereinigt werden, mit der Maßgabe, daß - falls erwünscht - an einer beliebigen Stelle des erfindungsgemäßen Verfahrens weitere für die Her stellung von Halbleiterscheiben übliche Verfahrensschritte ein geführt werden können, ausgenommen eine naßchemische Behandlung zur Entfernung geschädigter Kristallbereiche.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gesägten und kantenverrundeten Siliciumscheiben

A) nach dem Sauerätzprinzip naßchemisch behandelt, wobei die se naßchemische Behandlung die Teilschritte
- a) Ätzen der Halbleiterscheibe in einer sauren Ätzlösung;
- b) Spülen der Halbleiterscheibe in Reinstwasser; und
- c) Eintauchen der Halbleiterscheibe in eine wäßrige Fluß säurelösung und Herausbringen der Halbleiterscheibe aus der Flußsäurelösung in einen Ozon enthaltenden Gasraum umfaßt,
B) anschließend geschliffen, wobei es sich um Doppelseiten schleifen handelt,
C) einer Oberflächenreinigung einschließlich einer HF/O₃- Behandlung unterzogen,
D) in einem Doppelseitenpolierschritt abtragspoliert,
E) die Scheibenvorderseite schleierfrei poliert und
F) die erhaltenen Halbleiterscheiben gereinigt werden.