DE10159832A1

DE10159832A1 - Halbleiterscheibe aus Silicium und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE10159832A1
Application number: DE2001159832
Authority: DE
Inventors: Guido Wenski; Anton Huber
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2003-06-26

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Halbleiterscheibe aus Silicium mit einem Durchmesser von gleich oder größer 200 mm und einer polierten Vorderseite und einer polierten Rückseite und einem maximalen lokalen Ebenheitswert SFQR¶max¶ von gleich oder kleiner 0,10 mum, bezogen auf ein Flächenraster von Segmenten der Größe 26 mm x 8 mm auf der Vorderseite, die sich dadurch auszeichnet, dass die maximale lokale Höhenabweichung P/V(10x10)¶max¶ der Vorderseite von einer Idealebene gleich oder kleiner 50 nm, bezogen auf gleitende Teilbereiche der Abmessung 10 mm x 10 mm, beträgt. DOLLAR A Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumscheiben, das sich durch folgende Prozessschritte auszeichnet: DOLLAR A (a) Aufsägen eines im Wesentlichen aus Silicium bestehenden Einkristalls auf einer Drahtsäge in Siliciumscheiben; DOLLAR A (b) Erzeugung eines gleichzeitig beidseitigen mechanischen Siliciumabtrages von einer Vorderseite und einer Rückseite der Siliciumscheiben von mindestens 20 mum Silicium; und DOLLAR A (c) gleichzeitig beidseitiges Polieren einer Vorderseite und einer Rückseite der in Aussparungen von angetriebenen Läuferscheiben liegenden Siliciumscheiben zwischen je einem mit Poliertuch beklebten parallelen rotierenden unteren und oberen Polierteller unter Zuführung eines Abrasivstoffe oder Kolloide enthaltenden Poliermittels unter Abtrag von mindestens 2 mum Silicium, wobei Dicke der Läuferscheiben um 1 bis 5 mum geringer bemessen ist als die Dicke der fertig polierten ...

Description

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Halbleiterscheibe aus Silicium und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Halbleiterscheiben aus Silicium finden als Grundmaterial zur Herstellung elektronischer Bauelemente Verwendung. Auch wenn für Spezialanwendungen im Bereich der elektronischen Bauelemente teilweise Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid als Grundlage zum Einsatz kommen, liegt das Hauptgewicht der Scheiben ("wafer") für die Anwendung in der Halbleiterindustrie auf Silicium als halbleitendem Trägermaterial. Moderne Bauelemente mit integrierten Schaltkreisen, beispielsweise Prozessoren oder Speicherkomponenten, werden heutzutage auf Siliciumscheiben mit Durchmessern bis zu 300 mm in teilweise 400 bis 500 Prozessschritten generiert, deren Einzelausbeuten sich über einen solchen Fertigungsablauf multiplizieren und im Hinblick auf die Erzielung einer wirtschaftlich vertretbaren Gesamtausbeute genauestens kontrolliert und optimiert werden müssen. Neben der Prozessstabilität dieser Einzelprozesse spielt dabei auch die Qualität der eingesetzten Siliciumscheiben eine kritische Rolle, welche in einer Fülle von Spezifikationsparametern, die überwiegend die gesamte Scheibe oder für die Beaufschlagung mit Bauelementen vorgesehene Vorderseite betreffen, ihren Niederschlag findet.
Beispielsweise muss die Siliciumscheibe eine hohe Ebenheit in allen Teilbereichen aufweisen, um den Anforderungen von Belichtungsprozessen zur Aufbringung von Fotomasken Rechnung zu tragen, die spezifische Bereiche gegenüber Folgeoperationen wie Ionenimplantation, Abscheidungen oder Ätzverfahren schützen und so die Erzeugung von Bauelementstrukturen ermöglichen. Die lokale Ebenheit kann durch den SFQR-Wert angegeben werden, wobei die Siliciumscheibe mit einem fiktiven Bauelementeraster belegt wird, für dessen Teilflächen sich die SFQR-Werte bestimmen lassen; oft wird der höchste Wert auf einer Siliciumscheibe, der SFQR_max-Wert, spezifiziert. Zu hohe Werte führen zu Fokussierungsproblemen des Steppers zum Aufbringen der Fotomasken und damit zum Verlust des betreffenden Bauelementes. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Siliciumscheibe bei diesem Verfahren in der Regel mittels Anlegen von Vakuum auf einem nicht verformbaren Träger ("chuck") beispielsweise aus Keramik, der zu hoher Ebenheit geschliffen wurde, gehalten wird und sich die lokalen Ebenheiten von Scheibe und Träger über die Summe der Wurzel der Quadrate addieren; dies verschärft die Anforderungen an die Siliciumscheibe.
Moderne Sequenzen zur Herstellung elektronischer Bauelemente schließen teilweise die Durchführung von Planarisierungsschritten mit ein, die dem Fachmann als CMP-Politur ("chemical mechanical planarization") bekannt sind und beispielsweise nach dem CVD-Verfahren ("chemical vapor decomposition") abgeschiedene SiO₂-Schichten bei Verwendung relativ harter Poliertücher mit hoher Präzision einebnen. Die beschichteten Siliciumscheiben werden dabei in der Regel mit sehr wenig oder gänzlich ohne Vakuum durch Adhäsion auf einem mit einer weichen Auflage belegten Träger gehalten, wodurch Unebenheiten der Rückseite ausgeglichen werden können. Die Dickenhomogenität der SiO₂-Schicht nach der CMP-Politur, die im Hinblick auf elektrische Durchbrüche beim Betrieb des integrierten Schaltkreises als kritischer Parameter anzusehen ist, hängt deshalb weniger von der lokalen Dickenverteilung als vielmehr von der lokalen Höhenabweichung der beschichteten Vorderseite von einer Idealebene ab. Die derart definierte Angabe ist eine Maßzahl für die lokale Steigung auf der Siliciumoberfläche; bei zu starker Ausprägung gelingt es bei der CMP-Politur nicht, beispielsweise die SiO₂- Beschichtung in den Tälern ("valley") eines begrenzten Gebietes in gleichem Maße abzutragen wie auf den stärker exponierten Erhebungen ("peak"), was zu den genannten Schichtdickenabweichungen führt.
Die lokale Höhenabweichung der Vorderseite von einer Idealebene wird ebenfalls für flächendeckende Teilbereiche der Scheibe spezifiziert, die jedoch in Abstimmung mit dem CMP-Prozess meist kleiner als die Bauelementeflächen sind und in Form eines überlappend gleitenden Vorgabefensters bestimmt werden. Als Maßzahl bezieht man sich auf die maximale Höhendifferenz zwischen dem der Idealebene am nächsten gelegenen und am weitesten entfernten Punkt ("peak-to-valley") in einem Teilbereich und gibt oft den höchsten Wert für eine bestimmte Teilbereichabmessung n × n (in mm) für die gesamte Scheibe P/V(n × n)_max an; dadurch werden globale Scheibenverbiegungen ("warp"), welche für die CMP-Politur von Schichten unkritisch sind, der Betrachtung entzogen.

Eine typische Prozesskette zur Herstellung von Halbleiterscheiben aus Silicium umfasst die Prozessschritte Sägen - Kantenverrunden - Läppen - nasschemisches Ätzen - Polieren. Beim Läppen werden die Siliciumscheiben zwischen gegenläufig rotierenden Arbeitsscheiben meist aus Metall unter kontinuierlicher Zuführung einer Abrasivstoffe enthaltenden Flüssigkeit planparallelisiert. Ein Beispiel für ein Läppverfahren ist in der JP 10 294 299 A angegeben. Aus verschiedenen Gründen, beispielsweise Kosten, vereinfachte Reinigung und Automatisierbarkeit, wird das Läppen mehr und mehr durch Scheifverfahren ersetzt, die sich vom Läppen dadurch unterscheiden, dass die Abrasivstoffe in einer Matrix gebunden sind und beispielsweise in Form von Pellets oder Belägen auf die Siliciumscheiben abtragend einwirken; derartige Prozessketten unter Ausführung der Politur als gleichzeitig beidseitig angreifender Polierschritt sind beispielsweise in der US 5,880,027 und der US 5,942,445 beansprucht.

In Prozesssequenzen zur Herstellung von Halbleiterscheiben aus Silicium integrierte Schleifverfahren können entweder die Vorderseite oder die Rückseite oder beide Seiten der Siliciumscheiben Material abtragend bearbeiten. Die beidseitige Bearbeitung kann entweder sequenziell oder gleichzeitig erfolgen. Bei sequenziell arbeitenden Schleifverfahren wird die Silicumscheibe mittels Vakuum auf einem Träger fixiert, einseitig beispielsweise mit einer mit Abrasivstoffen belegten Topfscheibe geschliffen, gewendet und derselben Prozedur auf der gegenüberliegenden Seite unterzogen. Bei gleichzeitig beidseitig angreifenden Schleifverfahren beschreibt der Stand der Technik beispielsweise in Form der JP 11 077 497 A, der JP 11 207 579 A, der JP 09 174 429 A und der US 5,700,179 die Bearbeitung einer einzigen Siliciumscheibe zwischen zwei rotierenden Schleifkörpern oder -walzen. Jedoch ist auch beispielsweise aus der DE 199 37 784 A1 und der JP 10 315 123 A bekannt, mehrere in Läuferscheiben positionierte Siliciumscheiben beispielsweise in Anlagen mit Planetarkinematik gleichzeitig zwischen rotierenden, mit Schleifkörpern belegten Arbeitsscheiben durch Schleifen zu planarisieren.

Während die Silicium abtragenden Schritte durch die bis dahin erzeugte Formgebung bereits die Vorarbeit zum Erreichen der spezifizierten Formparameter leisten müssen und daher im Spannungsfeld von Qualität und Kosten sorgfältig aufeinander abgestimmt sein müssen, werden die endgültige lokale Ebenheit und die lokale Höhenabweichung der Vorderseite der Siliciumscheibe von einer Idealebene durch einen Polierprozess erzeugt.

Konventionelle Einseiten-Polierverfahren genügen nicht mehr den verschärften Anforderungen in Bezug auf die genannten Parameter; vielmehr wurden zu diesem Zweck Apparate und Verfahren zum gleichzeitig beidseitigen Polieren von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheiben aus Silicium entwickelt, die heutzutage zunehmend Verbreitung finden. Die Halbleiterscheiben werden dabei wie bei dem erwähnten, gleichzeitig mehrere Siliciumscheiben beidseitig bearbeitenden Schleifverfahren in Läuferscheiben, die über geeignet dimensionierte Aussparungen verfügen, auf einer durch die Maschinen- und Prozessparameter vorbestimmten Bahn zwischen zwei parallelen rotierenden, mit Poliertuch belegten Poliertellern in Gegenwart eines Abrasivstoffe oder Kolloide enthaltenden Poliermittels bewegt und dadurch unter Erzeugung einer hohen Planparallelität poliert. Beispiele für geeignete Polieranlagen sind in der DE 37 30 795 A1 (Planetarkinematik mit mehreren gleichzeitig bewegten Läuferscheiben) und der US 6,080,048 (nur eine rotierende und gleichzeitig lateral bewegte Läuferscheibe kommt zum Einsatz; in der englischen Fachsprache wird dieses Prinzip als "circular orbit movement" bezeichnet) beschrieben.

Ein beidseitig angreifendes Polierverfahren zur Erzielung verbesserter Ebenheiten ist in der DE 199 05 737 C2 beansprucht. Es zeichnet sich dadurch aus, dass die Dicke der fertig polierten Halbleiterscheiben um 2 bis 20 µm größer ist als die Dicke der eingesetzten Läuferscheiben. Gemäß der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 101 43 741.2 lassen sich die erzielbaren lokalen Ebenheiten noch weiter verbessern, indem dieser Dickenunterschied bei gleichzeitiger Verringerung der Varianz des Vorproduktes auf 1 bis 5 µm eingeengt wird.

Nachteil der Verfahren nach dem Stand der Technik ist, dass mit ihnen Halbleiterscheiben aus Silicium, die vom Markt zur Herstellung von elektronischen Bauelementen mit Linienbreiten von gleich oder kleiner 0,10 µm gefordert werden, nicht gefertigt werden können. Merkmale dieser Scheiben sind ein SFQR_max-Wert von gleich oder kleiner als 0,10 µm und gleichzeitig ein P/V(10 × 10)_max-Wert von gleich oder kleiner 50 nm.

Es war daher die Aufgabe gestellt, Halbleiterscheiben aus Silicium mit einem SFQR_max-Wert von gleich oder kleiner als 0,10 µm und einem P/V(10 × 10)_max-Wert von gleich oder kleiner 50 nm in hohen Ausbeuten kostengünstig bereitzustellen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Halbleiterscheibe aus Silicium mit einem Durchmesser von gleich oder größer 200 mm und einer polierten Vorderseite und einer polierten Rückseite und einem maximalen lokalen Ebenheitswert SFQR_max von gleich oder kleiner 0,10 µm, bezogen auf ein Flächenraster von Segmenten der Größe 26 mm × 8 mm auf der Vorderseite, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die maximale lokale Höhenabweichung P/V(10 × 10)_max der Vorderseite von einer Idealebene gleich oder kleiner 50 nm, bezogen auf gleitende Teilbereiche der Abmessung 10 mm × 10 mm, beträgt.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben aus Silicium, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es folgende Prozessschritte umfasst:

a) Aufsägen eines im Wesentlichen aus Silicium bestehenden Einkristalls auf einer Drahtsäge in Siliciumscheiben;
b) Erzeugung eines gleichzeitig beidseitigen mechanischen Siliciumabtrages von einer Vorderseite und einer Rückseite der Siliciumscheiben; und
c) gleichzeitig beidseitiges Polieren einer Vorderseite und einer Rückseite der in Aussparungen von angetriebenen Läuferscheiben liegenden Siliciumscheiben zwischen je einem mit Poliertuch beklebten parallelen rotierenden unteren und oberen Polierteller unter Zuführung eines Abrasivstoffe oder Kolloide enthaltenden Poliermittels unter Abtrag von mindestens 2 µm Silicium, wobei Dicke der Läuferscheiben um 1 bis 5 µm geringer bemessen ist als die Dicke der fertig polierten Siliciumscheiben.

Charakteristisch für die Erfindung ist, dass die beidseitige Politur von Halbleiterscheiben aus Silicium bei maximal möglicher Anlagenbelegung durch Erhöhung des Polierdruckes deutlich beschleunigt und damit kosteneffizient gestaltet werden kann, wenn als Ausgangsmaterial Siliciumscheiben eingesetzt werden, die durch Drahtsägen erzeugt und bereits einem gleichzeitig beidseitigen mechanischen Siliciumabtrag unterzogen wurden und gleichzeitig die Läuferscheibendicke in der Politur in einem sehr eng begrenzten Fenster von 1 bis 5 µm unterhalb der Dicke der fertig polierten Siliciumscheiben festgelegt ist. Das Auffinden dieser Synergie zwischen Ausführung der mechanischen Bearbeitungsschritte und Wahl der Läuferscheibendicke in der Politur und ihre Nutzbarkeit in Gestalt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist überraschend und nicht vorhersehbar. Die Erfindung eröffnet eine kostengünstige Möglichkeit zur Herstellung von Halbleiterscheiben aus Silicium, die von der Bauelementeindustrie für neu zu entwickelnde Technologiegenerationen gefordert, jedoch vom Markt bisher nicht bereitgestellt werden, nämlich Scheiben mit sehr niedrigen lokalen Ebenheitswerten in Verbindung mit einer verringerten maximalen lokalen Höhenabweichung der Vorderseite von einer Idealebene.

Ausgangsprodukt des beanspruchten Verfahrens sind in der Regel Halbleiterscheiben aus Silicium, die auf bekannte Weise von einem Kristall abgetrennt und gegebenenfalls kantenverrundet wurden. Es ist jedoch auch denkbar, Siliciumscheiben mit anderen Oberflächen, die beispielsweise geläppt, geschliffen, geätzt, poliert oder - im Falle der Überführung von Rücklaufscheiben aus der Bauelementefertigung beispielsweise gemäß der DE-100 27 103 A1 - mit Schichten oder Strukturen belegt sein können, einzusetzen. Endprodukt des Verfahrens sind beidseitig polierte Halbleiterscheiben aus Silicium mit den beanspruchten Merkmalen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell zur Herstellung verschiedenartiger scheibenförmiger Körper verwendet werden; derartige Materialien sind beispielsweise Gläser, etwa auf Siliciumdioxid-Basis, und Halbleiter, etwa Silicium und Galliumarsenid. Seine vollen Vorteile lassen sich bei der Herstellung von Halbleiterscheiben aus Silicium nutzen. Für den Fachmann ist es dabei selbstverständlich, dass eine Siliciumscheibe bis zu 1 Mol-% Fremdmaterial, beispielsweise Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor, Arsen oder Sauerstoff enthalten kann, welche die Eigenschaften des Kristallgitters etwa im Hinblick auf elektrische oder Defekteigenschaften gezielt beeinflussen. Die Erfindung lässt sich problemlos auch bei Vorliegen derartiger Dotierstoffe ausführen. Silicium in einkristalliner Form zur Weiterverwendung in der Fertigung von elektronischen Bauelementen, beispielsweise Prozessoren und Speicherelementen, ist im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugt.

Das Verfahren eignet sich besonders zur Bearbeitung von Siliciumscheiben mit Durchmessern von gleich oder größer 200 mm und Dicken von 500 µm bis 1200 µm. Die Erfindung sieht als Schritt (a) die Durchführung eines Drahtsägeverfahren auf einer handelsüblichen Anlage vor. Dabei wird ein rundgeschliffener Siliciumkristall gleichzeitig mittels eines durch Rollen mit ringförmigen Einkerbungen in Schlaufen definierten Abstandes geführten Drahtes unter kontinuierlicher Zuführung einer Abrasivstoffe, beispielsweise Siliciumcarbid, als Suspension in einer Flüssigkeit, beispielsweise Öl oder Glykol, in eine Vielzahl von Scheiben zerlegt. Derartige Verfahren sind unter Anderem in der US 5,616,065 und der US 5,771,876 bekannt gemacht worden. Alternativ kann auch ein Draht verwendet werden, an dem die Abrasivstoffe fest gebunden sind. Drahtsägeverfahren führen zu Scheiben mit einer beispielsweise gegenüber ebenfalls bekannten Innenlochsägeverfahren oder Bandsägeverfahren zu einer deutlich verbesserten Planparallelität bereits nach diesem Fertigungsschritt, was zum Lösen der Aufgabe der Erfindung durch die Folgeschritte (b) und (c) von hoher Bedeutung ist. Eine Prozesskette unter Ausführung eines der letztgenannten Sägeverfahren erfüllt die Anforderungen der Erfindung nicht, da sich beispielsweise das Auftreten von Sägewellen auf die Qualität des Endproduktes negativ auswirkt.

Es ist bevorzugt, die scharf begrenzten und daher mechanisch sehr empfindlichen Scheibenkanten an dieser Stelle der Prozesskette mit Hilfe einer geeignet profilierten Schleifscheibe zu verrunden. In bestimmten Fällen beispielsweise der Notwendigkeit zur vorherigen Erzeugung einer Referenzebene, kann es sich jedoch als sinnvoll erweisen, den Kantenverrundungsschritt beispielsweise gemäß der EP 971 398 A1 und der US 6,066,565 erst nach Durchführung einer mechanischen Planarisierung im erfindungsgemäßen Schritt (b) zu realisieren.

Vor Ausführung der geplanten mechanischen Bearbeitung (b) ist es möglich, beispielsweise gemäß dem in der US 5,899,744 beanspruchten Verfahren ein nasschemisches Ätzverfahren auszuführen. Im Hinblick auf die Lösung des Kostenaspektes der Aufgabe der Erfindung ist jedoch bevorzugt, nach dem Sägen (a) und einer gegebenenfalls notwendigen Reinigung von groben Partikeln Schritt (b) der Erfindung, die Erzeugung eines gleichzeitig beidseitigen mechanischen Siliciumabtrages, auszuführen. Zur Verbesserung der Planparallelität und teilweisem Abtrag von zerstörten Kristallschichten ("damage") sieht die Erfindung die Durchführung von Schritt (b) in Form einer gleichzeitig beidseitigen mechanischen Bearbeitung von Vorder- und Rückseite der Siliciumscheiben vor. Ein weiterer Vorteil ist eine mögliche Reduktion des Materialabtrags im Polierschritt (c). Diese gleichzeitig beidseitige mechanische Bearbeitung der Siliciumscheiben kann prinzipiell durch Läppen und/oder Schleifen erfolgen. Eine Prozesskette unter sequenzieller Ausführung dieser Bearbeitung auf Vorder- und Rückseite nacheinander erfüllt die Anforderungen der Erfindung nicht.

Beim Läppen erfolgt die gleichzeitige Bearbeitung beider Oberflächen der Siliciumscheiben bevorzugt zwischen zwei parallelen rotierenden Läppscheiben beispielsweise aus Gusseisen unter Zuführung einer Abrasivstoffe, beispielsweise Siliciumcarbid oder Aluminiumoxid, enthaltenden Läppflüssigkeit, beispielsweise Wasser oder Wasser mit geringen Zusätzen von bis zu 10 Vol-% Alkohol und/oder Tensid. Zur Verbesserung der Verteilung des Läppmittels zwischen den Läppscheiben ist bevorzugt, diese mit regelmäßig beispielsweise in Form eines Schachbrettes angeordneten schmalen Kanälen zu durchsetzen. Bevorzugt ist die Durchführung des Läppschrittes, indem die Siliciumscheiben in Aussparungen von zwischen den Läppscheiben mittels eines inneren und eines äußeren Stift- oder Zahnkranzes eines Planetargetriebes in Rotation versetzten Läuferscheiben liegen und so auf einer durch die Rotationsparameter bestimmten Planetenbahn bewegt werden. Im Sinne einer Begrenzung der Herstellkosten ist im Rahmen der Erfindung bevorzugt, die Läppanlage mit der maximalen Anzahl an Läuferscheiben und Siliciumscheiben zu beladen.

Das beidseitige Schleifen unterscheidet sich vom Läppen prinzipiell dadurch, dass die Abrasivstoffe, in diesem Falle meist Diamantsplitter, in einer Matrix beispielsweise aus Kunstharz, Keramik oder Metallen und Legierungen wie Nickel und Bronze fixiert sind und meist eine Flüssigkeit wie Wasser oder ein Flüssigkeitsgemisch wie Wasser und Alkohol ohne Abrasivstoffe zugeleitet wird, um die Nebenprodukte des Schleifens und die Prozesswärme abzuführen. In einer bevorzugten Variante des gleichzeitig beidseitigen Schleifens werden handelsübliche Anlagen mit Planetargetriebe wie beim Läppen eingesetzt, wobei die als Schleifscheiben ausgelegten Arbeitsscheiben mit Schleifkörpern der beschriebenen Art belegt sind. Diese Schleifkörper liefert der Handel beispielsweise als runde Pellets mit Durchmessern von 0,5 bis 3 cm; sie können durch Klebung, Klemmung und weitere Methoden flächendeckend oder in Form von Mustern etwa mit nach außen hin geringer werdender Bedeckung auf die Arbeitsscheiben aufgebracht werden. Im Sinne einer Begrenzung der Herstellkosten ist im Rahmen der Erfindung bevorzugt, eine derartige Schleifanlage mit Planetargetriebe mit der maximalen Anzahl an Läuferscheiben und Siliciumscheiben zu beladen.

Es lassen sich jedoch auch ebenfalls handelsübliche Anlagen einsetzen, die gleichzeitig jeweils nur eine Siliciumscheibe zwischen zwei gegenüber liegenden mit Schleifkörper belegten Schleifscheiben unter Rotation von Siliciumscheibe und Schleifscheiben bearbeiten. Dieses ebenfalls bevorzugte Verfahren erlaubt höhere Eingriffsgeschwindigkeiten und damit eine höhere Abtragsrate; im Gegenzug bearbeiten die Anlagen mit Planetargetriebe in der Regel zwischen 5 und 15 Siliciumscheiben gleichzeitig, sodass im Einzelfall zu entscheiden ist, welches Verfahren günstiger einzusetzen ist.

Die Körnung der Abrasivstoffe kann im Rahmen der erwähnten Möglichkeiten zur Ausführung der mechanischen Bearbeitung in einem relativ weiten Rahmen variieren. Korngrößenbereiche zwischen 400 Mesh (30-50 µm) und 2000 Mesh (4-6 µm) sind bevorzugt. Auch zwei- oder mehrstufige Varianten unter Verwendung zunächst eines gröberen Korns und anschließend eines feineren Korns sind möglich, da sie unter Umständen die weitere Bearbeitung der Siliciumscheiben erleichtern und dadurch zu Kostenvorteilen führen können.

Im Rahmen der Erfindung sind folgende Varianten bevorzugt:

1. Schritt (b) wird als gleichzeitig beidseitig angreifender Läppschritt unter Abtrag von 30 bis 120 µm Silicium ausgeführt.
2. Schritt (b) wird als gleichzeitig beidseitig angreifender Läppschritt unter Abtrag von 20 bis 80 µm Silicium in Kombination mit einem Einseiten-Schleifverfahren von Vorderseite und/oder Rückseite unter Abtrag von 10 bis 50 µm Silicium pro Seite ausgeführt, das vor oder nach dem Läppschritt zur Anwendung kommt.
3. Schritt (b) wird als gleichzeitig beidseitig angreifender Schleifschritt unter Abtrag von 20 bis 100 µm Silicium ausgeführt.
4. Schritt (b) wird als gleichzeitig beidseitig angreifender Schleifschritt unter Abtrag von 20 bis 80 µm Silicium in Kombination mit einem Einseiten-Schleifverfahren von Vorderseite und/oder Rückseite unter Abtrag von 10 bis 50 µm Silicium pro Seite ausgeführt, das vor oder nach dem Läppschritt zur Anwendung kommt.

Die korrekte Wahl einer der Alternativen (1) bis (4) einschließlich der darin teilweise enthaltenen Untergruppen ist in der betrieblichen Praxis wichtig, um die zahlreichen Einzelschritte der Prozesskette für die Herstellung der Siliciumscheiben kosten- und qualitätsoptimiert aufeinander abzustimmen. Hierdurch können Parameter wie Scheibenform, Oberflächenrauigkeit, Damagetiefe und Verschmutzungsgrad gezielt beeinflusst werden. Daher kann im Einzelfall jede der Varianten (1) bis (4) besonders bevorzugt sein. Für die in der Erfindung enthaltenen Prozesskette ist entscheidend, dass mindestens ein gleichzeitig beidseitig angreifender mechanischer Abtragsschritt zur Ausführung kommt.

Zwecks Damage-Entfernung von Scheibenobenfläche und -kante und zur Eliminierung von insbesondere metallischen Verunreinigungen kann nach Schritt (b) ein Ätzschritt folgen, der entweder als nasschemische Behandlung der Siliciumscheibe in einer alkalischen oder sauren Ätzmischung oder als Plasmabehandlung ausgeführt werden kann. Bei der Notwendigkeit zur Ausführung eines Ätzschrittes beispielsweise beim Vorliegen von relativ rauen oder stark verschmutzten Oberflächen ist ein saurer Ätzschritt in einer Mischung aus konzentrierter wässriger Salpetersäure und konzentrierter wässriger Flusssäure unter Abtrag von 10 µm bis 30 µm Silicium bevorzugt, der sich kostengünstig unter gleichzeitiger Bearbeitung von etwa 13 bis 52 Scheiben ausführen lässt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Polierschrittes (c) kann eine handelsübliche Anlage zur gleichzeitig beidseitigen Politur geeigneter Größe verwendet werden. Die Verwendung von Polieranlagen, die nach dem "circular orbit movement"-Prinzip arbeiten, ist bei der Ausführung der Erfindung möglich, jedoch aus Kostengründen vor dem Hintergrund der erreichbaren relativ niedrigen Abtragsraten weniger bevorzugt. Bevorzugt hingegen sind Anlagen mit Planetargetriebe, welche die gleichzeitige Politur von mindestens drei Siliciumscheiben unter Verwendung von mindestens drei Läuferscheiben ermöglichen. Im Hinblick auf die Erfüllung des die Herstellkosten betreffenden Teils der Aufgabenstellung schlägt die Erfindung eine Belegung mit der maximal möglichen Anzahl an Läuferscheiben vor. Bevorzugt ist aus Gründen der Anlagenstabilität der gleichzeitige Einsatz 2 einer ungeraden Anzahl an Läuferscheiben; der gleichzeitige Einsatz von fünf Läuferscheiben, die mit jeweils mindestens drei in gleichen Abständen auf einer kreisförmigen Bahn angeordneten Siliciumscheiben belegt sind, ist besonders bevorzugt. Jedoch ist bei Vorliegen von Sachzwängen auch die Belegung jeder Läuferscheibe mit nur jeweils einer Siliciumscheibe möglich, die, um die Aufgabe der Erfindung zu lösen, azentrisch in der Läuferscheibe angeordnet sein sollte.

Die Polieranlage besteht im Wesentlichen aus einem frei horizontal drehbaren unteren Polierteller und einem parallelen frei horizontal drehbaren oberen Polierteller, die beide mit Poliertuch bedeckt, bevorzugt beklebt sind, und erlaubt unter kontinuierlichem Fluss eines Poliermittels geeigneter chemischer Zusammensetzung über Schläuche und/oder Rohre durch den oberen Polierteller zu den Siliciumscheiben das beidseitige abtragende Polieren. Das Poliermittel wird dabei bevorzugt durch die Gravitationskraft zugeführt und durch Tellerbewegung und Zentrifugalkraft verteilt. Die Läuferscheiben bestehen bevorzugt aus rostfreiem Chromstahl und verfügen über geeignet dimensionierte, mit Kunststoff ausgekleidete Aussparungen zur Aufnahme der Siliciumscheiben. Sie sind beispielsweise mit einer Triebstock- Stiftverzahnung mit der Polieranlage über einen sich drehenden inneren und einen sich gegenläufig drehenden äußeren Stift- oder Zahnkranz in Kontakt und werden dadurch in eine rotierende Bewegung zwischen den beiden gegenläufig rotierenden Poliertellern versetzt.

Im Hinblick auf die Herstellung sehr ebener Siliciumscheiben ist es notwendig, dass die Enddicke der polierten Scheiben um 1 bis 5 µm und besonders bevorzugt 1 bis 3 µm größer ist als die Läuferscheibendicke. Die Messung der lokalen Ebenheitswerte der Siliciumscheiben mittels handelsüblicher, nach dem kapazitiven oder optischen Messprinzip arbeitenden Geräte führt typischer Weise zu SFQR_max-Werten von 0,05 bis 0,10 µm.

Die beispielsweise für CMP-Verfahren wichtige maximale lokale Höhenabweichung der Vorderseite der Siliciumscheiben von einer- Idealebene wird wie die lokale Ebenheit für Teilbereiche, jedoch in Form eines überlappend über die Scheibe gleitenden Vorgabefensters bestimmt. Meist wird die für eine Scheibe gemessene maximale Höhendifferenz ("peak-to-valley") in einem Teilbereich von beispielsweise 10 mm × 10 mm (ausgedrückt als P/V(10 × 10)_max) und/oder in einem Teilbereich von beispielsweise 2 mm × 2 mm (ausgedrückt als P/V(2 × 2)_max) begrenzt, um in der Bauelementeherstellung CMP-Verfahren im Rahmen der Erwartungen durchführen zu können. Es ist jedoch auch möglich, den maximalen Flächenanteil einer Siliciumscheibe festzulegen, der oberhalb eines erforderlichen P/V_max-Wertes liegt. Weiterhin ist es in der Praxis üblich, eine bestimmte Ausfallfläche, beispielsweise 0,05%, von der Betrachtung auszuschließen und den P/V_max- Wert der übrigen Fläche zu begrenzen. Die Messung lokaler Höhenabweichungen von einer Idealebene kann durch inzwischen ebenfalls handelsübliche Geräte erfolgen, die in der Regel durch flächendeckendes Abtasten der Oberfläche der Siliciumscheibe mit einem Laserstrahl Informationen über die Steigung der Oberfläche an allen Punkten sammeln, die über passende Algorithmen in P/V-Werte umgerechnet werden.

Im Rahmen der Arbeiten, die zur Erfindung geführt haben, hat sich gezeigt, dass das in Schritt (a) drahtgesägte und in Schritt (b) gleichzeitig beidseitig mechanisch und gegebenenfalls nasschemisch bearbeitete Ausgangsprodukt nur in relativ begrenzter Ausprägung lokale Abweichungen von der idealen Oberfläche mitbringt. Als beidseitig angreifender Prozess ist das als Schritt (c) ausgeführte gleichzeitig beidseitige Polierverfahren in der Lage, eine noch weiter gehende Glättung der Vorder- und Rückseite der Siliciumscheiben zu bewirken, was sich positiv auf die Höhenabweichung beispielsweise der Vorderseite von einer Idealebene auswirkt. Für moderne Bauelementekonstruktionen, die derzeit am Beginn der Entwicklung stehen, typische Anforderungen sind ein P/V(10 × 10)_max-Wert von gleich oder kleiner 50 nm und/oder ein P/V(2 × 2)_max-Wert von gleich oder kleiner 20 nm. Typische P/V(10 × 10)_max-Bereiche für erfindungsgemäß hergestellte Siliciumscheiben sind sind 30 bis 40 nm, typische P/V(2 × 2)_max-Werte sind 14 bis 18 nm.

Die Arbeiten der Erfinder haben gezeigt, dass selbst bei gemäß der Schritte (a) und (b) erzeugten Siliciumscheiben mit sehr geringen lokalen Abweichungen von der idealen Oberfläche als Ausgangsmaterial die Bereitstellung von Scheiben mit den aufgeführten, vom Markt geforderten P/V(10 × 10)_max- und P/V(2 × 2)_max- Werten von 50 nm beziehungsweise 20 nm unter kostengünstigem hohen Durchsatz der Polieranlage nicht gelingt, wenn die genannte Dickenrelation zwischen Läuferscheibe und fertig polierten Siliciumscheiben von 1 bis 5 µm nicht erfüllt ist. In diesem Falle ist ein Dicken- und Höhenabfall im Randbereich ("roll-off") zu beobachten, welcher neben den SFQR_max-Werten bei diesen niedrigen Niveaus auch die P/V(n × n)_max-Werte negativ beeinflusst. Erst die Synergie zwischen fehlerarmem Augangsmaterial und Dickenrelation beim Polieren führt zum Erfolg von Schritt (c), nämlich der Bereitstellung der geforderten SFQR_max- und auch P/V(n × n)_max-Werte. Eine Prozesskette unter Ausführung eines einseitig angreifenden Polierverfahrens oder eines gleichzeitig beidseitig angreifenden Polierverfahrens unter Wahl einer Dickenrelation zwischen Läuferscheibe und fertig polierten Siliciumscheiben außerhalb des Bereiches von 1 bis 5 µm erfüllt die Anforderungen der Erfindung nicht.

Die Erfindung sieht vor, bei Erfüllung der genannten Rahmenbedingungen beispielsweise die gleichzeitig beidseitige Politur von 15 Siliciumscheiben des Durchmessers 300 mm bei einem Polierdruck von bevorzugt 0,15 bis 0,30 bar bei einer Abtragsrate von bevorzugt 0,4 bis 2,0 µm/min unter Abtrag von bevorzugt 2 bis 70 µm Silicium durchzuführen. Besonders bevorzugt ist bei einem Abtrag von 5 bis 50 µm die Realisierung von mindestens der Hälfte des Siliciumabtrages bei einem Polierdruck von 0,18 bis 0,25 bar und einer Abtragsrate von 0,6 bis 1,5 µm/min. Bei dieser Fahrweise sind ein optimaler Durchsatz der Polieranlage mit hohen Ausbeuten an marktgerechten Scheiben von mindestens 90 bis 95% kombiniert, was zu erheblichen Kostenvorteilen gegenüber Verfahren nach dem Stand der Technik führt und dadurch einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil bedeutet.

Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Polierschrittes (c) empfiehlt sich die kontinuierliche Zuführung eines Poliermittels mit einem pH-Wert von bevorzugt 9,5 bis 12,5 aus bevorzugt 1 bis 10 Gew.-% SiO₂ und besonders bevorzugt 1 bis 5 Gew.-% SiO₂ als Kolloid in Wasser. Bevorzugt wird mit einem handelsüblichen Polyurethan-Poliertuch einer Härte von 50 bis 100 (Shore A) poliert, das über eingearbeitete verstärkende Polyesterfasern verfügen kann. Nach Erreichen des geplanten Abtrags muss die chemisch sehr reaktive hydrophobe Scheibenoberfläche passiviert werden. Im Rahmen der Erfindung erfolgt dies bevorzugt durch Zuführung von Reinstwasser, das geringe Anteile an Alkoholen und/oder Tensiden enthält. Abschließend werden die Siliciumscheiben aus der Polieranlage entnommen und gereinigt und getrocknet. Es schließt sich eine Bewertung hinsichtlich durch den Polierschritt beeinflusster spezifizierter Qualitätsmerkmale nach dem Fachmann bekannten Methoden an. Dabei weisen die erfindungsgemäß hergestellten Siliciumscheiben keine Nachteile gegenüber Siliciumscheiben auf, die nach einem Verfahren nach dem Stand der Technik hergestellt wurden.

Die Siliciumscheiben lassen sich bereits in der nach beidseitiger Politur und Reinigung vorliegenden Qualität in Prozessen zur Herstellung von Bauelementen einsetzen. Abhängig von ihrer weiteren Bestimmung kann es jedoch notwendig sein, mindestens die Scheibenvorderseite beispielsweise zur weiteren Glättung oder Defektreduktion einer Oberflächenpolitur nach dem Stand der Technik zu unterziehen, beispielsweise mit einem weichen Poliertuch unter Zuhilfenahme eines alkalischen Poliermittels auf SiO₂-Basis. Zum Erhalt der an dieser Stelle vorliegenden sehr niedrigen SFQR_max- und P/V_max-Werte sollte der Siliciumabtrag relativ niedrig sein und beispielsweise nur 0,1 µm bis 1 µm betragen.

Die so vorbereiteten Siliciumscheiben können nach Standardverfahren mit einer epitaktischen Beschichtung mindestens auf der Vorderseite versehen werden, wobei Silicium als Beschichtungsmaterial bevorzugt ist. Die epitaktische Beschichtung kann für verschiedene Anwendungen in der Halbleiterfertigung von Vorteil sein, ist jedoch für die Ausführung der Erfindung nicht zwingend erforderlich. Die epitaktische Beschichtung unterscheidet sich durch ihren Dotierstoffgehalt in ihren elektrischen Eigenschaften oft von denen der Siliciumscheibe, was in der Konstruktion der integrierten Halbleiter-Bauelemente ausgenutzt wird.

Die Aufbringung einer epitaktischen Siliciumschicht geschieht bevorzugt nach dem CVD-Verfahren, indem Silane zur Scheibenoberfläche geführt werden, sich dort bei Temperaturen von 900°C bis 1250°C zu elementarem Silicium und flüchtigen Nebenprodukten zersetzen und eine epitaktische, das heißt einkristalline, kristallografisch an der Siliciumscheibe orientiert aufgewachsene Siliciumschicht bilden. Bevorzugt werden Siliciumschichten mit einer Dicke von maximal 5 µm epitaktisch aufgewachsen, um die sehr niedrigen SFQR_max- und P/V_max-Werte nicht signifikant zu erhöhen. Nach der Beschichtung ist bevorzugt, die Scheibenoberfläche zum Schutz vor Kontamination zu hydrophilieren, das heißt, sie mit einer dünnen Oxidschicht zu überziehen, beispielsweise einer Oxidschicht einer Dicke von etwa 1 nm, die dem Fachmann als "native oxide" bekannt ist. Dies kann prinzipiell auf zwei verschiedene Arten geschehen: Zum einen kann die Oberfläche der epitaktisch beschichteten Siliciumscheibe mit einem oxidativ wirkenden Gas, beispielsweise Ozon, behandelt werden, was in der Epitaxiekammer selbst oder in einer separaten Anlage durchgeführt werden kann. Zum anderen ist eine Hydrophilierung in einer Badanlage beispielsweise mit einer Wasserstoffperoxid enthaltenden wässrigen Lösung möglich.

Falls notwendig, kann an einer beliebigen Stelle der Prozesskette eine Wärmebehandlung der Siliciumscheibe eingefügt werden, beispielsweise um eine Störung von oberflächennahen Kristallschichten auszuheilen. Weiterhin können eine Laserbeschriftung zur Scheibenidentifizierung und/oder ein Kantenpolierschritt an geeigneter Stelle eingefügt werden, zum Beispiel nach dem Abrasivschritt im Falle der Lasermarkierung sowie vor, im oder nach dem beidseitigen Polieren im Falle der Kantenpolitur. Eine Reihe weiterer, für bestimmte Produkte erforderlicher Prozessschritte wie beispielsweise die Aufbringung von Rückseitenbeschichtungen aus Polysilicium, Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid lässt sich ebenfalls nach dem Fachmann bekannten Verfahren sinnvoll in die Prozesssequenz einbauen. Neben der Herstellung von Scheiben aus einem homogenen Material kann die Erfindung natürlich auch zur Herstellung von mehrschichtig aufgebauten Halbleitersubstraten wie SOI-Scheiben ("silicon-oninsulator") eingesetzt werden, obwohl hierbei Kostenvorteil sowie hohe lokale Ebenheit und geringe lokale Höhenabweichung der Vorderseite verloren gehen können.

Zur Beschreibung der Erfindung gehören Figuren, welche diese verdeutlichen, jedoch keinesfalls eine Einschränkung bedeuten.
Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung von fünf Läuferscheiben 1 in einer Anlage mit Planetargetriebe für das gleichzeitig beidseitige Schleifen, belegt mit jeweils einer Siliciumscheibe 2 des Durchmessers 300 mm und weiteren Öffnungen 3 zur Verbesserung des Flusses an Läppmittel auf einer mit Schleifkörpern beklebten unteren Arbeitsscheibe 4 zwischen zwei mit Stiftverzahnung ausgestatteten Antriebskränzen 5 und 6. Die obere, gleichermaßen ausgestattete Arbeitsscheibe ist in dieser Aufsicht nicht dargestellt.
Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung von fünf Läuferscheiben 7 in einer Anlage mit Planetargetriebe für das gleichzeitig beidseitige Polieren, belegt mit jeweils drei Siliciumscheibe 2 des Durchmessers 300 mm und weiteren Öffnungen 3 zur Verbesserung des Flusses an Poliermittel auf einer mit Poliertuch beklebten unteren Arbeitsscheibe 8 zwischen zwei mit Stiftverzahnung ausgestatteten Antriebskränzen 5 und 6. Die obere, gleichermaßen ausgestattete Arbeitsscheibe ist in dieser Aufsicht nicht dargestellt.
Fig. 3 zeigt als "box&whisker"-Darstellung für die im Rahmen des Vergleichsbeispiels und des Beispiels hergestellten Siliciumscheiben des Durchmessers 300 mm die Verteilung der maximale lokalen Höhenabweichung der Vorderseite von einer Idealebene, bezogen auf gleitende Teilbereiche der Abmessung 10 mm × 10 mm (P/V(10 × 10)_max-Werte). Die Rechtecke (box) umfassen 80% der Daten, wobei eine zusätzliche Linie den Mittelwert kennzeichnet; die vertikalen Linien (whisker) markieren den Bereich, in dem 99% der Daten liegen.

Vergleichsbeispiel und Beispiele

Vergleichsbeispiel und Beispiele betreffen die Herstellung von Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm im Produktionsmaßstab. Alle Scheiben wurden gemäß Schritt (a) der Erfindung durch Drahtsägen eines mit Bor dotierten Einkristalls der elektrischen Leitfähigkeit 10 mΩ.cm mit einem Stahldraht unter Zuführung einer Suspension von Siliciumcarbid in Glykol erzeugt und kantenverrundet.

Vergleichsbeispiel

Es folgte als Schritt (b) in Abweichung von der Erfindung ein beidseitiges sequenzielles Oberflächenschleifen mit in einer keramischen Bindung enthaltenen Diamanten der Körnung 600 Mesh (Korngröße 20-30 µm), wobei die Siliciumscheiben auf einer Vakuumchuck gehalten, einseitig unter Abtrag von 45 µm geschliffen, gewendet und auf der gegenüberliegenden Seite ebenfalls unter Abtrag von 45 µm geschliffen wurden. Nach Ätzen von jeweils gleichzeitig 26 Scheiben in einem konzentrierten Salpetersäure/Flusssäure-Gemisch (Entfernung von 20 µm Silicium) und Kantenpolieren besaßen die Scheiben eine Dicke von 805 µm. Es standen für die Politur (c) auf einer Anlage mit Planetargetriebe gemäß Fig. 2 fünf Läuferscheiben aus rostfreiem Chromstahl der Dicke 773 µm zur Verfügung, die zur Aufnahme von jeweils drei Siliciumscheiben vorgesehen waren. Als Poliertuch fand ein handelsübliches Produkt mit eingearbeiteten Polyesterfasern der Härte 74 (Shore A) Verwendung. Das wässrige Poliermittel enthielt 3 Gew.-% kolloidal gelöstes SiO₂ und besaß eine pH-Wert von 11,5. Zwei Gruppen von Siliciumscheiben wurden bei Drücken von 0,18 und 0,20 bar und Abtragsraten von 0,7 und 0,9 µm/min bis zu einer Enddicke von 775 µm poliert.
Nach Beendigung der Politur wurde unter reduziertem Druck ein wässriges Stoppmittel zugeführt, das 1 Vol-% Glycerin, 1 Vol-% Butanol und 0,07 Vol-% Tensid enthielt. Nach Reinigung und Trocknung erfolgte eine Geometriemessung der Siliciumscheiben auf einem nach dem kapazitiven Prinzip arbeitenden Geometriemessgerät des Typs 3220 von Fa. ADE an. Dabei zeigte sich, dass 98% der Scheiben die Anforderung an die lokale Ebenheit SFQR_max gleich oder kleiner 0,10 µm (Rastergröße von 26 mm × 8 mm) erfüllten. Die Messung der lokalen Höhenabweichung der Vorderseite von einer Idealebene wurde auf einem laserbasierten Gerät des Typs Nanomapper von Fa. ADE durchgeführt und ergab die in Fig. 3 links dargestellten P/V(10 × 10)_max-Werte; während sich für alle P/V(2 × 2)_max-Werte gleich oder kleiner 20 nm ergab, wurde die Anforderung P/V(10 × 10)_max gleich oder kleiner 50 nm von keiner der Siliciumscheiben erfüllt.

Beispiel 1

Es wurde vorgegangen wie im Vergleichbeispiel, wobei folgende Abweichungen bestanden: Es stand für den gleichzeitig beidseitig auszuführenden Schleifschritt (b) eine Anlage mit Planetargetriebe gemäß Fig. 1 zur Verfügung, deren Arbeitsscheiben mit Keramikpellets mit Diamanten der Körnung 600 Mesh beklebt waren und die fünf Läuferscheiben aus Federbandstahl mit je einer Siliciumscheibe aufnehmen konnte. Die Politur (c) der Siliciumscheiben erfolgte in drei Gruppen bei Drücken von 0,18 bis 0,22 bar, was zu Abtragsraten von 0,7 bis 1,1 µm/min führte. Wiederum 98% der Scheiben erfüllten die Anforderung an die lokale Ebenheit SFQR_max gleich oder kleiner 0,10 µm, jedoch ergab die Messung der lokalen Höhenabweichung der Vorderseite von einer Idealebene die in Fig. 3 rechts für P/V(10 × 10)_max dargestellten Ergebnisse: Alle Scheiben erfüllten die Anforderung P/V(10 × 10)_max gleich oder kleiner 50 nm sowie auch P/V(2 × 2)_max gleich oder kleiner 20 nm.

Beispiel 2

Die Siliciumscheiben wurden wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, wobei als Polierdruck 0,20 bar gewählt wurde, was zu einer Abtragsrate von 0,9 µm/min führte. Es folgte eine Oberflächenpolitur der Scheibenvorderseiten mit einem weichen Poliertuch und einem alkalischen Poliermittel auf SiO₂-Basis unter Abtrag von 0,5 µm Silicium gefolgt von einer Badreinigung und Trocknung. Die so vorbereiteten Siliciumscheiben wurden in einem handelsüblichen 300-mm-Epitaxiereaktor auf der Vorderseite mit einer epitaktisch aufgewachsenen Siliciumschicht versehen, wobei als Siliciumkomponente SiHCl₃ zum Einsatz kam und der Widerstand durch Dotierung mit Diboran, B₂H₆, aus 5 Ω.cm eingestellt wurde. Bei einer Reaktorkammertemperatur von 1090°C wurde bei einer Abscheiderate von 3 µm/min eine 3,5 µm dicke Schicht abgeschieden (Enddicke der Siliciumscheiben 778 µm). Nach Reinigung, Hydrophilierung und Trocknung wurden die Scheiben erneut wie oben angegeben bezüglich ihrer SFQR_max-, P/V(10 × 10)_max- und P/V(2 × 2)_max vermessen, wobei kein gravierender Ausbeuteunterschied im Vergleich zu Beispiel 1 festgestellt wurde.

Claims

1. Halbleiterscheibe aus Silicium mit einem Durchmesser von gleich oder größer 200 mm und einer polierten Vorderseite und einer polierten Rückseite und einem maximalen lokalen Ebenheitswert SFQR_max von gleich oder kleiner 0,10 µm, bezogen auf ein Flächenraster von Segmenten der Größe 26 mm × 8 mm auf der Vorderseite, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale lokale Höhenabweichung P/V(10 × 10)_max der Vorderseite von einer Idealebene gleich oder kleiner 50 nm, bezogen auf gleitende Teilbereiche der Abmessung 10 mm × 10 mm, beträgt.

2. Halbleiterscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die maximale lokale Höhenabweichung P/V(2 × 2)_max der Vorderseite von einer Idealebene gleich oder kleiner 20 nm, bezogen auf gleitende Teilbereiche der Abmessung 2 mm × 2 mm; beträgt.

3. Halbleiterscheibe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oberflächennahe Siliciumbereich der Vorderseite bis zu einer Tiefe von 0,5 bis 10 µm ein von der übrigen Siliciumscheibe abweichendes elektrisches Verhalten zeigt.

4. Halbleiterscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das abweichende elektrische Verhalten durch Aufbringen einer epiktaktischen Beschichtung aus Silicium mit unterschiedlichem Dotierstoffanteil oder durch thermische Dotierstoffverarmung erzeugt wird.

5. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben aus Silicium, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Prozessschritte umfasst:

a) Aufsägen eines im Wesentlichen aus Silicium bestehenden Einkristalls auf einer Drahtsäge in Siliciumscheiben;

b) Erzeugung eines gleichzeitig beidseitigen mechanischen Siliciumabtrages von einer Vorderseite und einer Rückseite der Siliciumscheiben von mindestens 20 µm Silicium; und

c) gleichzeitig beidseitiges Polieren einer Vorderseite und einer Rückseite der in Aussparungen von angetriebenen Läuferscheiben liegenden Siliciumscheiben zwischen je einem mit Poliertuch beklebten parallelen rotierenden unteren und oberen Polierteller unter Zuführung eines Abrasivstoffe oder Kolloide enthaltenden Poliermittels unter Abtrag von mindestens 2 µm Silicium, wobei Dicke der Läuferscheiben um 1 bis 5 µm geringer bemessen ist als die Dicke der fertig polierten Siliciumscheiben.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (b) als gleichzeitig beidseitig angreifender Läppschritt einer Vorderseite und einer Rückseite der in Aussparungen von angetriebenen Läuferscheiben liegenden Siliciumscheiben zwischen je einer rotierenden unteren und oberen Läppscheibe unter Zuführung eines Abrasivstoffe enthaltenden Läppmittels und Abtrag von mindestens 30 µm Silicium ausgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (b) als Kombination eines gleichzeitig beidseitig angreifenden Läppschrittes unter Abtrag von mindestens 20 µm Silicium mit einem oder mehreren einseitig angreifenden Schleifschritten unter Abtrag von mindestens 20 µm Silicium ausgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (b) als gleichzeitig beidseitig angreifender Schleifschritt einer Vorderseite und einer Rückseite unter Angriff von in einer Matrix fixierten Abrasivstoffen oder als Kombination mehrerer Schleifschritte ausgeführt wird, von denen mindestens einer unter Abtrag von mindestens 20 µm Silicium gleichzeitig beidseitig angreift.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Siliciumscheiben in Aussparungen von angetriebenen Läuferscheiben zwischen je einer parallelen rotierenden unteren und oberen mit in einer Matrix fixierten Abrasivstoffen belegten Schleifscheibe gleichzeitig beidseitig geschliffen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine einzige Siliciumscheibe zwischen zwei parallelen mit in einer Matrix fixierten Abrasivstoffen belegten Schleifscheiben gleichzeitig beidseitig geschliffen werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach Schritt (b) eine Verrundung einer Kante der Siliciumscheiben erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schritten (b) und (c) ein nasschemisches Ätzen der mechanisch bearbeiteten Siliciumscheiben erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor, während oder nach dem gleichzeitigen Polieren einer Vorderseite und einer Rückseite eine Politur einer Kante der Siliciumscheiben erfolgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) ein unteres und oberes Poliertuch mit einer Härte von 60 bis 90 (Shore A) zum Einsatz kommt und ein Poliermittel mit einem SiO₂-Feststoffgehalt von 1 bis 10 Gew.-% und einem pH-Wert von 9,5 bis 12,5 kontinuierlich zugeführt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) mit einem Polierdruck von 0,15 bis 0,30 bar poliert wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Siliciumabtrag von 5 µm bis 50 µm mindestens die Hälfte des Siliciumabtrages mit einem Polierdruck von 0,18 bis 0,25 bar bewirkt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt (c) ein Oberflächen-Polierschritt mindestens einer Vorderseite der Siliciumscheiben durchgeführt wird, bei dem unter Anwendung eines weichen Poliertuchs bei einem Materialabtrag von 0,1 µm bis 1 µm eine weitere Glättung der Oberfläche erzielt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt (c) oder nach einer Schritt (c) folgenden Oberflächenpolitur eine Abscheidung einer epitaktischen Beschichtung im Wesentlichen aus Silicium mindestens auf einer Vorderseite der Halbleiterscheiben erfolgt.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Siliciumscheiben vor dem Aufbringen der epitaktischen Beschichtung nasschemisch oder mittels Angriff von Gasen gereinigt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die epitaktische Siliciumbeschichtung bei einer Temperatur von 900°C bis 1250°C abgeschieden wird.