DE102004004556B4

DE102004004556B4 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE102004004556B4
Application number: DE102004004556A
Authority: DE
Inventors: Armin Dipl.-Ing. Deser; Gunther Dr. Dipl.-Phys. Kann; Markus Schnappauf; Manfred Thurner; Karl Wajand
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2024-01-30
Also published as: TWI253689B; US6997776B2; JP4277007B2; CN100468645C; US20050170749A1; CN1649103A; TW200525625A; KR20050077753A; JP2005217410A; KR100640144B1; DE102004004556A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe durch gleichzeitiges Polieren der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheibe zwischen zwei sich drehenden Poliertellern unter Zuführung eines Poliersols während einer eine Polierzeit dauernden Polierfahrt, wobei die Halbleiterscheibe in einer Aussparung einer Läuferscheibe liegt und auf einer bestimmten geometrischen Bahn gehalten wird, und die Halbleiterscheibe und die Läuferscheibe bestimmte Dicken (F, G) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Polierzeit einer aktuellen Polierfahrt aus Daten berechnet wird, die die Dicke (F) der Halbleiterscheibe am Anfang der aktuellen Polierfahrt, die Dicke (G) der Läuferscheibe am Anfang der aktuellen Polierfahrt, die Dicke (A) einer Halbleiterscheibe am Anfang einer vorhergehenden Polierfahrt, die Dicke (B) dieser Halbleiterscheibe am Ende der vorhergehenden Polierfahrt, die Dicke (D) der Läuferscheibe am Anfang der vorhergehenden Polierfahrt, die Polierzeit (C) der vorhergehenden Polierfahrt, sowie einen Korrekturfaktor (K) umfassen, dessen Wert von der Ebenheit der Halbleiterscheibe abhängt, die während der vorhergehenden Polierfahrt poliert wurde.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft insbesondere die Fabrikation von elektronischen Bauelementen mit Linienbreiten von gleich oder kleiner 0,13 μm für die Halbleiterindustrie.
Eine Halbleiterscheibe, die insbesondere zur Fabrikation von elektronischen Bauelementen mit Linienbreiten von gleich oder kleiner 0,13 μm geeignet sein soll, muss eine Vielzahl besonderer Eigenschaften aufweisen. Eine besonders wichtige Eigenschaft ist die Geometrie der Halbleiterscheibe, wobei damit insbesondere die Ebenheit und die Planparallelität der Seitenflächen der Halbleiterscheibe gemeint sind. Ein Teil der die Ebenheit beschreibenden Spezifikationsparameter lässt sich gemäß der lateralen Ausdehnung des sie betreffenden potenziellen Störeffektes kategorisieren. In diesem Zusammenhang wird im allgemeinen zwischen globaler Ebenheit (laterale Ausdehnung im Bereich des Durchmessers der Halbleiterscheibe/vertikale Abweichung zu einer ideal ebenen Fläche), lokaler Ebenheit (laterale Ausdehnung im cm-Bereich/vertikaler Effekt im 100-nm-Bereich), Nanotopografie (lateral mm-Bereich/vertikal 10-nm-Bereich) und Oberflächenrauhigkeit (lateral μm-Bereich/vertikal Sub-nm-Bereich) unterschieden.
Die endgültige Ebenheit einer Halbleiterscheibe wird in der Regel durch einen Polierprozess erzeugt. Zur Verbesserung der Ebenheitswerte einer Halbleiterscheibe wurden Apparate und Verfahren zum gleichzeitigen Polieren von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe bereitgestellt und weiterentwickelt. Diese Doppelseitenpolitur ist beispielsweise in der US 3 691 694 A beschrieben. Gemäß einer in der EP 0 208 315 B1 beschriebenen Ausführungsform der Doppelseitenpolitur werden Halbleiterscheiben in Läuferscheiben aus Metall oder Kunststoff, die über geeignet dimensionierte Aussparungen verfügen, zwischen zwei rotierenden, mit einem Poliertuch belegten Poliertellern in Gegenwart eines Poliersols auf einer durch die Maschinen- und Prozessparameter vorbestimmten Bahn bewegt und dadurch poliert (in der englischsprachigen Literatur werden Läuferscheiben als "carrier" oder "templates" bezeichnet). Um die bei der Doppelseitenpolitur angewandten Anpresskräfte bevorzugt auf die zu polierende Halbleiterscheibe und nicht auf die Läuferscheibe wirken zu lassen, ist die Enddicke von nach dem Stand der Technik doppelseitenpolierten Halbleiterscheiben deutlich dicker als die Dicke der eingesetzten Läuferscheiben. In der US 6 458 688 B1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem die Dicke der Läuferscheiben, die Dicke der Halbleiterscheiben und der mit der Politur bewirkte Materialabtrag in eine Beziehung gesetzt werden, um besonders ebene Halbleiterscheiben zu erhalten, deren lokale Geometriewerte unter einem geforderten Schwellenwert liegen und sich in einem Randbereich der Halbleiterscheibe nicht signifikant unterscheiden von denen in einem Zentrumsbereich der Halbleiterscheibe.
In der DE 199 56 250 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe durch gleichzeitiges Polieren der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheibe beschrieben. Die Polierzeit einer aktuellen Polierfahrt wird dort berechnet aus Daten, die die Anfangsdicken der Halbleiterscheibe und der Läuferscheibe umfassen, sowie aus Daten, die die Anfangs- und die Enddicke einer Halbleiterscheibe umfassen, die bei der vorausgegangenen Polierfahrt poliert wurde.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Doppelseitenpolitur von Halbleiterscheiben zu stabilisieren und damit durch Prozessschwankungen hervorgerufene Ausbeuteverluste zu minimieren.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist Gegenstand des Unteranspruchs.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, dass sich die Polierzeit einer aktuellen Polierfahrt am Verlauf der vorhergehenden
Polierfahrt orientiert, wobei die Dicke der Läuferscheibe am Anfang der vorhergehenden und der aktuellen Polierfahrt, die Anfangs- und Enddicken der in der vorhergehenden Polierfahrt polierten Halbleiterscheiben und deren Geometriewerte nach erfolgter Politur maßgeblich sind. Im Vergleich zu einem gleichartigen Verfahren, bei dem jede Polierfahrt mit derselben vorgegebenen Polierzeit erfolgt, sind die Ausbeuten an Halbleiterscheiben mit vorgegebener Ebenheit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich höher.
Ausgangsprodukt des Verfahrens ist eine Halbleiterscheibe, die auf bekannte Weise von einem Kristall abgetrennt wurde, beispielsweise von einem abgelängten und rundgeschliffenen Einkristall aus Silicium, und deren Vorder- und/oder Rückseite mittels eines Läpp- oder Oberflächenschleifschrittes bearbeitet wurde. Ebenso kann die Kante der Halbleiterscheibe an einer geeigneten Stelle in der Prozesskette mittels einer geeignet profilierten Schleifscheibe verrundet und gegebenenfalls poliert werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass die Oberfläche der Halbleiterscheibe nach dem Schleifschritt geätzt wird.
Endprodukt des Verfahrens ist eine doppelseitenpolierte Halbleiterscheibe, die den Anforderungen an Halbleiterscheiben als Ausgangsmaterial für Halbleiterbauelemente-Prozesse mit Linienbreiten von gleich oder kleiner 0,13 μm genügt und aufgrund besserer Ausbeuten den nach dem Stand der Technik hergestellten Halbleiterscheiben bezüglich ihrer Herstellkosten überlegen ist.
Prinzipiell können die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Läuferscheiben aus jedem Material gefertigt werden. Läuferscheiben aus Stahl oder aus faserverstärktem Kunststoff sind bevorzugt; Läuferscheiben aus rostfreiem Chromstahl sind besonders bevorzugt.
Die Anfangsdicke der zu polierenden Halbleiterscheiben ist im Fall von Halbleiterscheiben aus Silicium vorzugsweise um 20 bis 200 μm größer als die Dicke der Läuferscheibe, wobei der Bereich von 30 bis 70 μm besonders bevorzugt ist, und die Enddicke der polierten Halbleiterscheiben ist vorzugsweise um 2 bis 20 μm größer ist als die Dicke der Läuferscheibe, wobei der Bereich von 5 bis 15 μm besonders bevorzugt ist. Der Materialabtrag durch den Polierschritt beträgt 5 bis 100 μm, bevorzugt 10 μm bis 60 μm, und besonders bevorzugt 20 bis 50 μm.
Die Halbleiterscheiben werden nach Beendigung der Politur gegebenenfalls von anhaftendem Poliersol gereinigt und getrocknet und können anschließend auf einem handelsüblichen, beispielsweise kapazitiv oder optisch arbeitenden Geometriemessgerät hinsichtlich ihrer Ebenheit vermessen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise zur Herstellung von Halbleiterscheiben aus Silicium, Silicium/Germanium, Siliciumnitrid, Galliumarsenid und weiteren III-V-Halbleitern eingesetzt. Silicium in einkristalliner Form, beispielsweise kristallisiert durch einen Czochralski- oder einen Zonenziehprozess, ist besonders bevorzugt.
Die Halbleiterscheiben haben Durchmesser von vorzugsweise 200 mm, 300 mm, 400 mm und 450 mm und vorzugsweise Dicken von wenigen 100 μm bis einigen cm, bevorzugt von 400 μm bis 1200 μm. Neben der Herstellung von Halbleiterscheiben aus einem homogenen Material kann die Erfindung auch zur Herstellung von mehrschichtig aufgebauten Halbleitersubstraten wie SOI-Scheiben ("silicon-on-insulator") und so genannten "bonded wafers" eingesetzt werden.
Die nähere Beschreibung des Verfahrens erfolgt am Beispiel einer durch Doppelseitenpolitur zu polierenden Siliciumscheibe. Die Siliciumscheibe wird zusammen mit anderen Scheiben während einer eine bestimmte Polierzeit dauernden Polierfahrt gemäß dem in der US 6 458 688 B1 beschriebenen Verfahren poliert, wobei die Polierzeit vorzugsweise automatisch berechnet wird. Zur Berechnung werden Daten herangezogen, wie die Dicken der verwendeten Läuferscheiben und die Anfangs- und Enddicken der mit der vorhergehenden Polierfahrt polierten Halbleiterscheiben.
Zusätzlich geht noch ein an diesen Halbleiterscheiben gemessener Wert in die Berechnung mit ein, der die Ebenheit der Halbleiterscheiben bezeichnet. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem Wert um den dnl35-Wert, der die globale Ebenheit auf eine einfache Weise charakterisiert. Die Polierzeit der ersten Polierfahrt wird ohne eine derartige Berechnung vorgegeben, beispielsweise an Hand der Ergebnisse von Versuchen. Bei der Berechnung der Polierzeit einer nachfolgenden Polierfahrt wird vorzugsweise gemäß dem folgenden, bevorzugten Beispiel vorgegangen.
Beispiel:
Ein die Polierzeit automatisch vorgebender Leitrechner verwendet folgende Daten A bis G zur Berechnung der Polierzeit, wobei

A die Dicke einer Halbleiterscheibe am Anfang einer vorhergehenden Polierfahrt;
B die Dicke dieser Halbleiterscheibe am Ende der vorhergehenden Polierfahrt;
C die Polierzeit der vorhergehenden Polierfahrt;
D die Dicke der Läuferscheibe am Anfang der vorhergehenden Polierfahrt;
E den dnl35-Wert, gemessen an der während der vorhergehenden Polierfahrt polierten, Halbleiterscheibe;
F die Dicke der Halbleiterscheibe am Anfang der aktuellen Polierfahrt und
G die Dicke der Läuferscheibe am Anfang der aktuellen Polierfahrt

Im Hinblick auf die in die Berechnung der Polierzeit eingehende Ebenheitsbetrachtung verwendet der Leitrechner einen Korrekturfaktor K, der auf der Grundlage des gemessenen dnl35-Werts (E) folgende Größen annimmt:
Für dnl35 > 0,7 μm ist K = +1 μm
Für dnl35 0,5 bis 0,7 ist K = +0,5 μm
Für dnl35 0,15 bis 0,5 ist K = 0 (optimaler Bereich)
Für dnl35 0,05 bis 0,15 ist K = –0,5 μm
Für dnl35 < 0,05 ist K = –1 μm
Die Berechnung der Polierzeit der aktuellen Polierfahrt erfolgt nach folgender Formel, wobei die Buchstaben die oben genannten Bedeutungen haben: Polierzeit = [F – G – {(B – D) + K}]/[(A – B)/C]
Daraus ergeben sich bei angenommener Konstanz der Dicke der Läuferscheiben und der Anfangsdicke der Halbleiterscheibe insbesondere die folgenden Konsequenzen:
Wenn der dnl35-Wert im Hinblick auf den optimalen Bereich zu hoch (positiv) ist, dann muss die Polierzeit der Polierfahrt im Vergleich zur Polierzeit der vorhergehenden Polierfahrt verringert werden;
wenn der dnl35-Wert im Hinblick auf den optimalen Bereich zu klein oder sogar negativ ist, muss die Polierzeit erhöht werden;
wenn der dnl35-Wert im optimalen Bereich liegt, muss die Polierzeit beibehalten werden.
Der dnl35-Wert ist das Ergebnis einer Differenzmessung der Dicke der Halbleiterscheibe an bestimmten ausgewählten Stellen im Randbereich und im Zentrum der Halbleiterscheibe. Sie sind in der Figur durch Bezugszahlen hervorgehoben. Vier Stellen, gekennzeichnet durch die Punkte 2 bis 5, befinden sich um jeweils 90° zum Nachbarpunkt versetzt und über den Umfang verteilt im Randbereich der Halbleiterscheibe. Geradzahlige und ungeradzahlige Punkte liegen sich jeweils gegenüber. Punkt 1 bezeichnet die Stelle im Zentrum der Halbleiterscheibe. Der dnl35-Wert berechnet sich wie folgt: dnl35 = (Dicke3 + Dicke5)/2 – Dicke1
Dabei ist mit Dicke und folgender Ziffer die Dicke der Halbleiterscheibe an einer Stelle definiert, die durch den bezeichneten Punkt repräsentiert wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe durch gleichzeitiges Polieren der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheibe zwischen zwei sich drehenden Poliertellern unter Zuführung eines Poliersols während einer eine Polierzeit dauernden Polierfahrt, wobei die Halbleiterscheibe in einer Aussparung einer Läuferscheibe liegt und auf einer bestimmten geometrischen Bahn gehalten wird, und die Halbleiterscheibe und die Läuferscheibe bestimmte Dicken (F, G) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Polierzeit einer aktuellen Polierfahrt aus Daten berechnet wird, die die Dicke (F) der Halbleiterscheibe am Anfang der aktuellen Polierfahrt, die Dicke (G) der Läuferscheibe am Anfang der aktuellen Polierfahrt, die Dicke (A) einer Halbleiterscheibe am Anfang einer vorhergehenden Polierfahrt, die Dicke (B) dieser Halbleiterscheibe am Ende der vorhergehenden Polierfahrt, die Dicke (D) der Läuferscheibe am Anfang der vorhergehenden Polierfahrt, die Polierzeit (C) der vorhergehenden Polierfahrt, sowie einen Korrekturfaktor (K) umfassen, dessen Wert von der Ebenheit der Halbleiterscheibe abhängt, die während der vorhergehenden Polierfahrt poliert wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenheit in Form des dnl35-Werts (E) in die Berechnung eingeht.