DE102004011994A1

DE102004011994A1 - Verfahren zur Herstellung der Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE102004011994A1
Application number: DE200410011994
Authority: DE
Inventors: Gunther Dipl.-Phys.-Dr. Kann; Markus Schnappauf
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2005-09-29

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe durch gleichzeitiges Polieren einer Vorderseite und einer Rückseite der Halbleiterscheibe zwischen sich drehenden Poliertellern unter Anwenden eines bestimmten Polierdrucks und unter Zuführen eines Poliersols während einer Polierfahrt, wobei die Halbleiterscheibe in einer Aussparung einer Läuferscheibe liegt und auf einer bestimmten geometrischen Bahn gehalten wird und ein Materialabtrag von mindestens 5 µm erzielt wird. Die Polierfahrt umfasst eine erste Phase und eine zweite Phase, wobei der Materialabtrag im Wesentlichen während der ersten Phase erzielt wird und während der ersten Phase die Relativgeschwindigkeiten v_o und v_u von Halbleiterscheibe und oberen beziehungsweise unterem Poliertuch niedriger und der Polierdruck höher sind als während der zweiten Phase.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer ebenen Halbleiterscheibe für die Halbleiterindustrie, insbesondere zur Fabrikation von elektronischen Bauelementen mit Linienbreiten von gleich oder kleiner 0,13 μm.
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), Nanotopologie (laterale Ausdehnung im mm-Bereich/vertikaler Effekt im 10-nm-Bereich) und Oberflächen-Rauigkeit (laterale Ausdehnung im μm-Bereich/vertikaler Effekt im 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 Doppelseiten-Politur ist beispielsweise in der US 3,691,694 beschrieben. Gemäß einer in der EP 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). In der US-6,458,688 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 US-2003054650 A1 ist ein Doppelseiten-Polierverfahren beschrieben, mit dem eine hohe Ausbringung von Halbleiterscheiben festgelegter Qualität pro Poliermaschine zu erreichen ist. Die Politur erfolgt dabei unter Beibehalten eines bestimmten Polierdrucks und einer bestimmten Kinematik, die durch bestimmte Relativgeschwindigkeiten v von Halbleiterscheibe und Poliertuch gekennzeichnet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Doppelseiten-Polierverfahren bereitzustellen, mit dem die Ausbeute von Halbleiterscheiben pro Zeiteinheit weiter gesteigert werden kann, ohne dass die Steigerung zu Lasten der Geometrie, insbesondere der Nanotopologie der polierten Halbleiterscheiben geht.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe durch gleichzeitiges Polieren einer Vorderseite und einer Rückseite der Halbleiterscheibe zwischen sich drehenden Poliertellern unter Anwenden eines bestimmten Polierdrucks und unter Zuführen eines Poliersols während einer Polierfahrt, wobei die Halbleiterscheibe in einer Aussparung einer Läuferscheibe liegt und auf einer bestimmten geometrischen Bahn gehalten wird, und ein Materialabtrag von mindestens 5 μm erzielt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Polierfahrt eine erste Phase und eine zweite Phase umfasst, wobei der Materialabtrag im wesentlichen während der ersten Phase erzielt wird und während der ersten Phase die Relativgeschwindigkeiten v_o und v_u von Halbleiterscheibe und oberen beziehungswei se unterem Poliertuch niedriger und der Polierdruck höher sind, als während der zweiten Phase.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, dass die Politur in einen Abtragspolierschritt und in einen zweiten, die Nanotopologie einstellenden Polierschritt zeitlich untergliedert wird. Mit der Abtragspolitur wird der mit der Doppelseitenpolitur zu bewirkende Materialabtrag im Wesentlichen erreicht und die globale Ebenheit der Halbleiterscheibe eingestellt. Dabei kann der Polierdruck bis an die Grenze des für die jeweils verwendete Poliermaschine zulässigen Wertes angehoben werden, ohne dass dies die globale Ebenheit der Halbleiterscheibe beeinträchtigen würde. Da die Geschwindigkeit des Materialabtrags unter anderem auch vom angewendeten Polierdruck abhängig ist, kann durch die Steigerung des Polierdrucks bis zu der genannten Grenze der vorgesehene Materialabtrag in der kürzestmöglichen Zeitspanne erfolgen. Das Einstellen der spezifizierten Nanotopologie erfolgt bei einem niedrigeren Polierdruck während des kürzeren zweiten Polierschritts. Insgesamt wird damit das Ziel der Erfindung erreicht, die Leistungsfähigkeit der Doppelseitenpolitur ohne Qualitätseinbußen in Bezug auf die Geometrie der polierten Halbleiterscheiben zu steigern.

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 Oberflächenschleifschrittes bearbeitet wurde. Ebenso kann die Kante der Halbleiterscheibe an einer geeigneten Stelle in der Prozesskette mittels einer geeignet profilierten Schleifscheibe verrundet werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass die Oberfläche der Halbleiterscheiben nach dem Schleifschritt geätzt wird.

Endprodukt des Verfahrens ist eine doppelseitenpolierte Halbleiterscheibe, die den Anforderungen an Halbleiterscheiben als Ausgangsmaterial für Halbleiterbauelemente-Prozesse mit Linienbreiten gleich oder kleiner 0,13 μm genügt und aufgrund besse rer 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 Eingangsdicke der zu polierenden Siliciumscheiben ist vorzugsweise um 20 bis 200 μm größer als die Läuferscheibendicke, wobei der Bereich von 30 bis 70 μm besonders bevorzugt ist, und die Enddicke der polierten Scheiben ist vorzugsweise um 2 bis 20 μm größer ist als die Läuferscheibendicke, wobei der Bereich von 5 bis 15 μm besonders bevorzugt ist. Der Siliciumabtrag durch den Polierschritt beträgt 5 bis 100 μm, bevorzugt 10 μm bis 60 μm, und besonders bevorzugt 20 bis 50 μm.

Die Siliciumscheiben 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 sogenannten 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 Polierfahrt gemäß dem in der US-6,458,688 beschriebenen Verfahren poliert, mit dem Unterschied, dass die Polierfahrt in eine erste Phase und in eine zweite Phase untergliedert ist. Die beiden Phasen unterscheiden sich insbesondere dadurch, dass während der ersten Phase mit einem höheren Polierdruck und einer anderen Kinematik poliert wird, als in der zweiten Phase. Die Unterschiede in der Kinematik betreffen die Relativgeschwindigkeiten von Halbleiterscheibe und oberen und unterem Poliertuch, v_o und v_u, die in der ersten Phase niedriger sind als in der zweiten Phase. Die Relativgeschwindigkeiten v_o und v_u sind in der US-2003054650 A1 definiert und können beispielsweise gemäß der dort angegebenen Vorgehensweise aus den Drehzahlen der Polierteller und der inneren und äußeren Stiftkranzverzahnung berechnet werden. Während die erste Phase des Polierverfahrens daraufhin optimiert ist, dass der vorgesehene Materialabtrag in möglichst kurzer Zeit bewirkt wird, dient die zweite Phase dazu, die geforderte Nanotopologie der Halbleiterscheibe zu erreichen. Die Erfinder fanden heraus, dass dies nur bei Polierdrücken möglich ist, die vergleichsweise niedrig sind. Es ist bevorzugt, eine kurze Zwischenphase zwischen der ersten und der zweiten Phase vorzusehen, während der nahezu ohne Druckbeaufschlagung poliert wird.

Zu den nachfolgend beschriebenen Beispielen und Vergleichsbeispielen gehören Figuren, die die Erfindung verdeutlichen. Die Figuren zeigen die Ergebnisse von Messungen zur Nanotopologie (1) und zur lokalen Geometrie (2).

Vergleichsbeispiel:

In einem Standardprozess wurde eine Anzahl von 739 Halbleiterscheiben aus Silicium auf einer Doppelseiten-Poliermaschine mit einer Polierdauer von 60 Minuten poliert. Die den Polierdruck aufbauende Kraft, mit der die Maschine die Polierteller beaufschlagte, betrug 18850 N. Während der Politur rotierten die Polierteller und die Stiftkränze mit Drehzahlen von n_o = 10 U/min (oberer Polierteller), n_u = –10 U/min, n_i = –19 U/min (innerer Stiftkranz) und n_a = 4 U/min (äußerer Stiftkranz).

Eine weitere Anzahl von 635 der Halbleiterscheiben wurde unter sonst gleichen Bedingungen erfindungsgemäß poliert. Der Polierprozess konnte bereits nach 35,5 Minuten beendet werden. Er untergliederte sich in drei Phasen L1 bis L3 mit folgenden Prozess-Parametern:
Die in den Figuren präsentierten Messergebnisse zeigen im Hinblick auf die Werte der Nanotopologie und die Werte der lokalen Geometrie eine höhere Ebenheit der Halbleiterscheiben, die gemäß der Erfindung poliert wurden, obwohl die Dauer des Poliervorgangs im Vergleich zum Standardprozess deutlich niedriger war.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe durch gleichzeitiges Polieren einer Vorderseite und einer Rückseite der Halbleiterscheibe zwischen sich drehenden Poliertellern unter Anwenden eines bestimmten Polierdrucks und unter Zuführen eines Poliersols während einer Polierfahrt, wobei die Halbleiterscheibe in einer Aussparung einer Läuferscheibe liegt und auf einer bestimmten geometrischen Bahn gehalten wird, und ein Materialabtrag von mindestens 5 μm erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Polierfahrt eine erste Phase und eine zweite Phase umfasst, wobei der Materialabtrag im wesentlichen während der ersten Phase erzielt wird und während der ersten Phase die Relativgeschwindigkeiten v_o und v_u von Halbleiterscheibe und oberen beziehungsweise unterem Poliertuch niedriger und der Polierdruck höher sind, als während der zweiten Phase.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und der zweiten Phase eine Zwischenphase vorgesehen ist, während dieser nahezu drucklos poliert wird.