DE102006032431B4

DE102006032431B4 - Method and device for detecting mechanical defects in a rod made of semiconductor material

Info

Publication number: DE102006032431B4
Application number: DE102006032431A
Authority: DE
Inventors: Dr. Dipl.-Phys. Köster Ludwig; Dr.-Phys. Czurratis Peter; Dr. Dipl.-Ing. Krämer Klaus
Original assignee: Siltronic AG; SAM TEC GmbH
Current assignee: Siltronic AG; SAM TEC GmbH
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2026-07-14
Also published as: CN101093212B; TWI356165B; JP2010175560A; JP5331745B2; DE102006032431A1; CN101093212A; TW200801508A

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Halbleiterscheiben, umfassend folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge: a) Herstellung eines Stabs bestehend aus Halbleitermaterial, b) Schneiden des Stabs in Stabstücke (1), die zumindest eine ebene Fläche (6) und eine senkrecht zu dieser Fläche gemessene Dicke von 1 cm bis 100 cm aufweisen, d) Bestimmung der Position von mechanischen Defekten (4) in jedem Stabstück (1), wobei bei dem Verfahren die ebene Fläche (6) des Stabstücks (1) mit zumindest einem Ultraschallkopf (2) abgerastert wird, der über ein flüssiges Koppelungsmedium (3) an die ebene Fläche (6) des Stabstücks (1) angekoppelt ist und der an jedem Messpunkt (x, y) zumindest einen auf die ebene Fläche (6) des Stabstücks (1) gerichteten, nicht oder nur schwach gebündelten Ultraausgehende Echo des Ultraschall-Pulses zeitabhängig aufzeichnet, sodass ein Echo (9) der ebenen Fläche (6), ein Echo (11) einer der ebenen...Method for producing a large number of semiconductor wafers, comprising the following steps in the order given: a) production of a rod consisting of semiconductor material, b) cutting the rod into rod pieces (1), the at least one flat surface (6) and one perpendicular to this surface have a measured thickness of 1 cm to 100 cm, d) determining the position of mechanical defects (4) in each rod section (1), the method using the flat surface (6) of the rod section (1) with at least one ultrasound head (2) is scanned, which is coupled via a liquid coupling medium (3) to the flat surface (6) of the rod section (1) and which at each measuring point (x, y) points at least one onto the flat surface (6) of the rod section (1) , not or only weakly bundled ultra-outgoing echo of the ultrasound pulse, time-dependent, so that an echo (9) of the flat surface (6), an echo (11) of one of the flat ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Halbleiterscheiben, das die Detektion von mechanischen Defekten in einem aus Halbleitermaterial bestehenden Stabstück umfasst.The invention relates to a method of producing a plurality of semiconductor wafers, which comprises the detection of mechanical defects in a rod piece made of semiconductor material.

In der Mikroelektronik werden Scheiben, die aus einem Halbleitermaterial bestehen, als Substrate für die Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen verwendet. Geeignete Materialien sind beispielsweise II/VI-Verbindungshalbleiter, III/V-Verbindungshalbleiter oder Elementhalbleiter wie beispielsweise Germanium oder das besonders gebräuchliche Silicium.In microelectronics, discs made of a semiconductor material are used as substrates for the fabrication of microelectronic devices. Suitable materials are, for example, II / VI compound semiconductors, III / V compound semiconductors or element semiconductors such as germanium or the particularly common silicon.

Die Halbleiterscheiben werden hergestellt, indem ein monokristalliner Halbleiterstab zunächst in Stabstücke mit einer Länge von mehreren Zentimetern bis zu mehreren zig Zentimetern geschnitten wird. Diese Stabstücke werden anschließend in dünne Scheiben mit einer Dicke von etwa einem Millimeter aufgetrennt. Monokristalline Halbleiterstäbe werden entweder tiegelfrei mittels des sog. Zonenziehverfahrens (engl. „Float Zone”, FZ) oder mittels des Tiegelziehverfahrens nach Czochralski hergestellt. Insbesondere beim Tiegelziehverfahren nach Czochralski kann es vorkommen, dass Gasblasen in den wachsenden Halbleiterstab eingebaut werden. Diese Gasblasen stellen gasgefüllte, blasenförmige Hohlräume im Halbleiterstab dar und können Durchmesser von etwa 10 μm bis etwa 10 mm haben. Diese Gasblasen werden zum Teil beim Auftrennen des Halbleiterstabs in Scheiben angeschnitten, sodass sie an der Oberfläche der Halbleiterscheiben sichtbar werden. Derart defektbehaftete Halbleiterscheiben werden vor Auslieferung aussortiert und nicht zur Herstellung mikroelektronischer Bauelemente verwendet.The semiconductor wafers are produced by first cutting a monocrystalline semiconductor rod into rod pieces with a length of several centimeters to several tens of centimeters. These rod pieces are then separated into thin slices with a thickness of about one millimeter. Monocrystalline semiconductor rods are produced either without crucibles by means of the so-called zone pull method (English: "Float Zone", FZ) or by means of the crucible pulling method according to Czochralski. Especially with the crucible pulling process according to Czochralski it can occur that gas bubbles are built into the growing semiconductor rod. These gas bubbles represent gas-filled, bubble-shaped cavities in the semiconductor rod and may have diameters of about 10 microns to about 10 mm. Some of these gas bubbles are cut into slices when the semiconductor rod is severed so that they become visible on the surface of the semiconductor wafers. Such defective semiconductor wafers are sorted out before delivery and not used for the production of microelectronic components.

Ein anderer Teil der Gasblasen wird beim Auftrennen jedoch nicht angeschnitten, sodass die Gasblasen als kleine Hohlräume in den betroffenen Halbleiterscheiben fortbestehen, obwohl äußerlich kein Defekt sichtbar ist. Werden derartige Halbleiterscheiben zur Herstellung mikroelektronischer Bauelemente verwendet, so können die Hohlräume abhängig von ihrer Lage in der Halbleiterscheibe zum Ausfall einzelner Bauelemente führen, sodass die Ausbeute bei der Bauelementeherstellung verringert wird.However, another part of the gas bubbles is not cut at the separation, so that the gas bubbles persist as small voids in the affected semiconductor wafers, although externally no defect is visible. If such semiconductor wafers are used for the production of microelectronic components, the cavities can, depending on their position in the semiconductor wafer, lead to the failure of individual components, so that the yield in the component production is reduced.

Um dies zu vermeiden, kann gemäß dem Stand der Technik für Halbleiterscheiben aus Silicium ein Prüfverfahren zum Einsatz kommen, mit dem jede einzelne fertig bearbeitete Halbleiterscheibe auf das Vorhandensein von Hohlräumen überprüft wird, bevor sie ausgeliefert und zur Herstellung von Bauelementen verwendet wird. Dieses Verfahren beruht auf der Bestrahlung einer Seite der Halbleiterscheibe mit Infrarot-Strahlung und der Messung und Abbildung der Transmission, d. h. der Intensität der transmittierten Strahlung auf der anderen Seite der Halbleiterscheibe. Infrarot-Strahlung wird durch das Halbleitermaterial transmittiert, wobei an der Grenzfläche eines Hohlraums eine Brechung des Lichts stattfindet, die zu einer reduzierten Transmission führt. Dieses Verfahren ist nur auf Halbleitermaterialien anwendbar, die für Infrarot-Strahlung durchlässig sind.In order to avoid this, the state of the art for silicon wafers can use a test method with which each individual finished semiconductor wafer is checked for the presence of voids before it is delivered and used for the production of components. This method is based on irradiating one side of the wafer with infrared radiation and measuring and imaging the transmission, i. H. the intensity of the transmitted radiation on the other side of the semiconductor wafer. Infrared radiation is transmitted through the semiconductor material, wherein at the interface of a cavity refraction of the light takes place, which leads to a reduced transmission. This method is only applicable to semiconductor materials that are transparent to infrared radiation.

Dieses Verfahren wird auf Flächen mit geringer Rauhigkeit angewandt, um eine starke Lichtstreuung an der Oberfläche und damit eine reduzierte Transmission zu vermeiden. Dies bedeutet, dass die Halbleiterscheiben nicht unmittelbar nach deren Herstellung durch Auftrennen der Stabstücke, sondern erst nach weiteren, die Oberfläche glättenden Bearbeitungsschritten, im Extremfall erst nach deren Politur am Ende des Herstellungsprozesses, untersucht werden können.This method is used on areas with low roughness, in order to avoid a strong light scattering at the surface and thus a reduced transmission. This means that the semiconductor wafers can not be examined immediately after their production by separating the rod pieces, but only after further processing steps smoothing the surface, in extreme cases only after their polishing at the end of the production process.

Halbleiterscheiben mit Hohlräumen müssen daher unnötig viele Bearbeitungsschritte durchlaufen, bevor sie aussortiert und verworfen werden können. Wünschenswert wäre aber ein früheres Aussortieren, um die mit der Bearbeitung der defekten Halbleiterscheiben verbundenen Kosten zu vermeiden.Holes with cavities must therefore undergo an unnecessary number of processing steps before they can be sorted out and discarded. However, it would be desirable to have an earlier sorting out in order to avoid the costs associated with processing the defective semiconductor wafers.

Auch das Prüfverfahren selbst zieht relativ hohe Kosten nach sich, da es auf jede einzelne Halbleiterscheibe angewandt werden muss.The test method itself also entails relatively high costs since it has to be applied to each individual semiconductor wafer.

Außerdem unterliegt das beschriebene Verfahren weiteren Einschränkungen bezüglich des Dotierstoffgehalts, da mit zunehmendem Dotierstoffgehalt durch die dann vorhandenen freien Ladungsträger das Licht absorbiert und dadurch die transmittierte Lichtintensität stark reduziert wird.In addition, the described method is subject to further restrictions with respect to the dopant content, since with increasing dopant content by the then present free charge carriers, the light is absorbed and thereby the transmitted light intensity is greatly reduced.

Im Stand der Technik (siehe beispielsweise US 5381693 A und WO 02/40987 A1 ) sind auch Ultraschall-Prüfverfahren bekannt, mit dem verschiedene mechanische Defekte in unterschiedlichen Materialien detektiert werden. US 6047600 A und US 6439054 B1 offenbaren Ultraschall-Prüfverfahren, in denen nicht oder schwach gebündelter Ultraschall eingesetzt wird. DE 2936882 A1 beschreibt eine Ultraschall-Prüfvorrichtung mit mehreren Ultraschallköpfen. JP 02-238356 A beschreibt ein Ultraschallprüfverfahren, mit dem ein Silicium-Stab von seiner Mantelfläche her untersucht wird. Auch andere Verfahren zur Untersuchung von Halbleiterstäben sind bekannt. So offenbart WO 2005/076333 A1 ein Verfahren zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts eines Halbleitermaterials in Abhängigkeit von der Position in Längsrichtung des Stabs und dessen Integration in einen Ablauf zur Herstellung von Halbleiterscheiben.In the prior art (see, for example US 5381693 A and WO 02/40987 A1 ) Ultrasonic test methods are also known with which various mechanical defects are detected in different materials. US 6047600 A and US 6439054 B1 disclose ultrasonic testing methods that use non or weakly focused ultrasound. DE 2936882 A1 describes an ultrasonic testing device with several ultrasonic heads. JP 02-238356 A describes an ultrasonic testing method with which a silicon rod is examined from its lateral surface. Other methods of inspecting semiconductor rods are known. So revealed WO 2005/076333 A1 a method for determining the oxygen content of a semiconductor material as a function of the position in the longitudinal direction of the rod and its integration into a process for the production of semiconductor wafers.

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, das auf alle Arten von Halbleitermaterialien anwendbar ist und ein frühzeitiges Aussortieren derjenigen Halbleiterscheiben erlaubt, die Hohlräume aufweisen. It was therefore an object to provide a method that is applicable to all types of semiconductor materials and allows early sorting of those semiconductor wafers having cavities.

Raster-Ultraschall-Mikroskope, bei denen eine Probe zweidimensional mittels Ultraschall abgerastert wird und die hindurch gelassenen oder reflektierten Schallwellen verarbeitet werden, um daraus ein Bild zu erzeugen, sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der DE 2504988 A1 , bekannt.Scanning ultrasonic microscopes in which a sample is scanned two-dimensionally by means of ultrasound and the transmitted or reflected sound waves are processed to produce an image thereof, are known from the prior art, for example from DE 2504988 A1 , known.

Die internationale Patentanmeldung WO 01/86281 A1 offenbart ein Raster-Ultraschall-Mikroskop, welches dreidimensionale Bilder einer Probe liefert. Dabei ist die Bilderzeugung zerstörungsfrei und man erhält dadurch Informationen über den inneren Aufbau einer Probe.The international patent application WO 01/86281 A1 discloses a scanning ultrasound microscope which provides three-dimensional images of a sample. The image formation is non-destructive and thereby gives information about the internal structure of a sample.

Der oben beschriebene Stand der Technik ist jedoch nicht für eine schnelle Datenaufnahme der zu untersuchenden Proben und für die Vermessung von Stabstücken bis zu 100 cm Länge ausgelegt. Hinzu kommt, dass der Durchsatz der Vorrichtungen des Standes der Technik begrenzt ist.However, the prior art described above is not designed for rapid data acquisition of the samples to be examined and for the measurement of rod pieces up to 100 cm in length. In addition, the throughput of the prior art devices is limited.

Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1.The object is achieved by the method according to claim 1.

Kurzbeschreibung der Figuren:Brief description of the figures:

1 stellt schematisch das bei der Durchführung von Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene Messsignal dar. 1 schematically represents the measurement signal obtained in the implementation of step d) of the method according to the invention.

2 zeigt schematisch ein Raster-Ultraschall-Mikroskop, das für Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. 2 schematically shows a scanning ultrasound microscope that can be used for step d) of the method according to the invention.

3 stellt schematisch eine erste Ausführungsform eines Raster-Ultraschall-Mikroskops mit zwei Ultraschallköpfen dar. 3 schematically illustrates a first embodiment of a scanning ultrasonic microscope with two ultrasonic heads.

4 stellt schematisch eine zweite Ausführungsform eines Raster-Ultraschall-Mikroskops mit jeweils zwei Ultraschallköpfen an zwei gegenüber liegenden ebenen Flächen der Probe dar. 4 schematically illustrates a second embodiment of a scanning ultrasonic microscope with two ultrasonic heads on two opposite flat surfaces of the sample.

5 stellt schematisch die Keiligkeit eines Stabstücks und die Parameter zur Bestimmung der Keiligkeit und der Lage der Referenzebene dar. 5 schematically represents the wedging of a rod piece and the parameters for determining the wedging and the position of the reference plane.

Als Stabstück wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Werkstück aus Halbleitermaterial bezeichnet, das zumindest in einer Richtung größere Abmessungen aufweist als eine typische Halbleiterscheibe. Typischerweise werden Stabstücke durch Schneiden eines Halbleiterstabs senkrecht zu seiner Längsachse, d. h. senkrecht zu seiner Mantelfläche, erzeugt. Bestehen die Stabstücke aus monokristallinem Halbleitermaterial, so haben sie in der Regel im Wesentlichen die Form eines geraden Kreiszylinders. Ist das Halbleitermaterial monokristallines Silicium, so liegt der Durchmesser der Stabstücke in der Regel zwischen 100 und 450 mm. Die Länge der Stabstücke beträgt 1 cm bis 100 cm, wobei für die erfindungsgemäß in Schritt d) eingesetzte Untersuchungsmethode Längen bis zu 50 cm bevorzugt sind. Die Stabstücke können, insbesondere im Fall multi- oder polykristallinen Halbleitermaterials, aber auch die Form eines länglichen Quaders aufweisen, der rechteckige oder quadratische Stirnflächen besitzt.In the context of the present invention, a rod piece is a workpiece made of semiconductor material which, at least in one direction, has larger dimensions than a typical semiconductor wafer. Typically, bar pieces are cut by cutting a semiconductor rod perpendicular to its longitudinal axis, i. H. perpendicular to its lateral surface, generated. If the bar pieces consist of monocrystalline semiconductor material, then they generally have the shape of a straight circular cylinder as a rule. If the semiconductor material is monocrystalline silicon, the diameter of the rod pieces is generally between 100 and 450 mm. The length of the rod pieces is 1 cm to 100 cm, with lengths of up to 50 cm being preferred for the method of investigation used according to the invention in step d). The rod pieces can, in particular in the case of multi-or polycrystalline semiconductor material, but also have the shape of an elongated cuboid having rectangular or square faces.

Monokristalline Stabstücke 1 (siehe 2) weisen in der Regel zwei ebene Stirnflächen 6, 7 und eine gekrümmte Mantelfläche 5 auf. Für die Durchführung von Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist wenigstens eine ebene Fläche 6 notwendig. In Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird diese ebene Fläche 6 mit wenigstens einem Ultraschallkopf 2 (auch Transducer genannt) abgerastert. Der Ultraschallkopf 2 steht über ein flüssiges Koppelungsmedium 3, vorzugsweise Wasser, mit der ebenen Fläche 6 in Kontakt. Der Ultraschallkopf 2 erzeugt, in der Regel mittels einer piezoelektrischen Wandlerschicht, an jedem Messpunkt x, y wenigstens einen auf die ebene Fläche 6 des Stabstücks gerichteten Ultraschall-Puls 8 (1). Die vom Stabstück zurücklaufenden Echos 9, 10, 11 werden wiederum vom Ultraschallkopf 2 detektiert. Neben den durch die ebene Fläche 6 und eine gegenüber liegende Fläche des Stabstücks (beispielsweise die gegenüber liegende zweite Stirnfläche 7 bei zylindrischen Stabstücken) erzeugten Echos 9, 11 werden ggf. weitere Echos 10 detektiert, die auf mechanische Defekte 4 im Stabstück zurückzuführen sind. Aus der Laufzeit t der Echos 10 kann die Entfernung z_p des Defekts 4 von der ebenen Fläche 6 in z-Richtung berechnet werden. In 1 ist die Amplitude A des Signals als Funktion der Laufzeit t aufgetragen. Die Lage x_p, y_p des Defekts 4 in der x, y-Ebene (im Wesentlichen parallel zu der ebenen Fläche 6) bestimmt sich aus der aktuellen Position des Ultraschallkopfs 2. Damit kann die räumliche Position des Defekts 4 eindeutig bestimmt werden. Um die Information über das gesamte Stabstück 1 zu erhalten, wird die ebene Fläche 6 mit dem Ultraschallkopf 2 abgerastert. Beim Abrastern bewegt sich der wenigstens eine Ultraschallkopf 2 vorzugsweise in einer Ebene (nachfolgend Scan-Ebene 17 genannt, vgl. 5), die senkrecht auf der Mantelfläche 5 des Stabstücks steht.Monocrystalline rod pieces 1 (please refer 2 ) generally have two flat faces 6 . 7 and a curved lateral surface 5 on. For the implementation of step d) of the method according to the invention is at least one flat surface 6 necessary. In step d) of the method according to the invention, this flat surface 6 with at least one ultrasonic head 2 (also called transducers) rastered. The ultrasound head 2 is via a liquid coupling medium 3 , preferably water, with the flat surface 6 in contact. The ultrasound head 2 generates, usually by means of a piezoelectric transducer layer, at each measuring point x, y at least one on the flat surface 6 of the rod piece directed ultrasound pulse 8th ( 1 ). The echoes returning from the staff piece 9 . 10 . 11 turn from the ultrasound head 2 detected. In addition to the through the flat surface 6 and an opposing surface of the rod piece (for example, the opposite second end surface 7 in cylindrical rod pieces) generated echoes 9 . 11 if necessary, further echoes 10 detected on mechanical defects 4 are due in the rod piece. From the running time t of the echoes 10 can be the distance z _{p of} the defect 4 from the flat surface 6 be calculated in the z direction. In 1 the amplitude A of the signal is plotted as a function of the transit time t. The position x _p , y _{p of} the defect 4 in the x, y plane (substantially parallel to the flat surface 6 ) is determined by the current position of the ultrasound probe 2 , This allows the spatial position of the defect 4 be clearly determined. For the information about the entire rod piece 1 to get the flat surface 6 with the ultrasound head 2 scanned. During scanning, the at least one ultrasound head moves 2 preferably in one plane (hereinafter scan plane 17 called, cf. 5 ), which are perpendicular to the lateral surface 5 the rod piece stands.

Dieses Messprinzip wird als Raster-Ultraschall-Mikroskopie oder engl. als „Scanning Acoustic Microscopy” bezeichnet und ist aus dem oben zitierten Stand der Technik bekannt.This measuring principle is called raster ultrasound microscopy or engl. referred to as "Scanning Acoustic Microscopy" and is known from the prior art cited above.

Mechanische Defekte, die mittels der Raster-Ultraschall-Mikroskopie detektiert und lokalisiert werden können, sind alle Bereiche innerhalb eines Stabstücks, die sich in ihren Schallausbreitungseigenschaften vom ungestörten Halbleitermaterial unterscheiden. Dazu gehören beispielsweise Risse und insbesondere die oben beschriebenen Hohlräume. Mit der Methode sind Hohlräume mit einem Durchmesser von ≥ 100 μm und sogar ≥ 50 μm detektierbar.Mechanical defects detected and localized by scanning ultrasound microscopy are all areas within a bar piece that differ in their sound propagation properties from the undisturbed semiconductor material. These include, for example, cracks and in particular the cavities described above. With this method, cavities with a diameter of ≥ 100 μm and even ≥ 50 μm can be detected.

Um möglichst große Materialdicken bis zu 50 cm untersuchen zu können, wird der Ultraschall nicht oder nur schwach gebündelt. Die Ultraschall-Pulse sollten also auf eine weit von der ebenen Fläche 6 entfernte, im Idealfall auf die der ebenen Fläche 6 gegenüber liegende Fläche 7, d. h. auf die rückseitige Stirnfläche des Stabstücks 1, fokussiert werden. In diesem Fall sind schwach fokussierende oder nicht fokussierende Ultraschallköpfe 2 zu verwenden in Verbindung mit modifizierten ADC-Konvertern. Wird das Stabstück 1 nur von einer Seite her untersucht, ist der Zeitbereich für die Aufzeichnung des Echos so zu wählen, dass das Echo 11 (1) der gegenüber liegenden Fläche 7 des Stabstücks 1 (3) noch erfasst wird.In order to be able to examine the largest possible material thicknesses of up to 50 cm, the ultrasound is not or only weakly bundled. So the ultrasound pulses should be on a far away plane surface 6 removed, ideally on the flat surface 6 opposite surface 7 , ie on the back face of the rod piece 1 to be focused. In this case, weak focusing or non-focusing ultrasound heads 2 to be used in conjunction with modified ADC converters. Will the rod piece 1 examined only from one side, the time range for the recording of the echo is to be chosen such that the echo 11 ( 1 ) of the opposite surface 7 of the pole piece 1 ( 3 ) is still detected.

Zur Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit kann das Stabstück von beiden Seiten untersucht werden, vorzugsweise bei Längen von mehr als 20 cm. Beträgt die Länge des Stabstücks mehr als 50 cm, ist eine Messung an beiden ebenen Stirnflächen 6, 7 notwendig, um Informationen über das gesamte Volumen des Stabsticks zu erhalten. Zur Vermessung eines Stabsticks 1 von beiden Seiten ist dieses zunächst von der einen ebenen Fläche 6 mit dem wenigstens einen Ultraschallkopf 2 abzurastern, danach wird das Stabstick 1 mittels einer Drehvorrichtung um 180 Grad um eine auf der Längsachse des Stabstücks senkrecht stehende Achse 15 gedreht, danach erfolgt die Abrasterung der zweiten ebenen Fläche 7 (3). Eine andere Möglichkeit ist die Abrasterung mit zwei gegenüberliegenden Ultraschallköpfen 2 oder mit zwei gegenüberliegenden Anordnungen von mehreren Ultraschallköpfen 2. In diesem Fall entfällt die Drehung des Stabstücks (4).To increase the detection sensitivity, the rod piece can be examined from both sides, preferably at lengths of more than 20 cm. If the length of the rod is more than 50 cm, a measurement is made on both flat faces 6 . 7 necessary to get information about the entire volume of the stick. For measuring a stick stick 1 From both sides this is first of the one flat surface 6 with the at least one ultrasound head 2 to razor, then the rod stick 1 by means of a rotating device by 180 degrees about an axis perpendicular to the longitudinal axis of the rod piece 15 rotated, followed by the scanning of the second flat surface 7 ( 3 ). Another possibility is the scanning with two opposite ultrasonic heads 2 or with two opposing arrays of multiple ultrasound heads 2 , In this case, the rotation of the rod piece ( 4 ).

Ist das Halbleitermaterial monokristallines Silicium, so beträgt die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschalls etwa 8500 m/s. Je nach der Länge des zu untersuchenden Stabsticks ergibt sich daraus die erforderliche Dauer der Aufzeichnung des Schallechos. Beispielsweise muss bei einer einseitigen Messung eines 20 cm langen Stabsticks oder einer beidseitigen Messung eines 40 cm langen Stabsticks eine Aufzeichnungsdauer von etwa 100 μs mit einer Zeitauflösung von mindestens 10 ns, vorzugsweise mindestens 1 ns gewählt werden, um Informationen über die gesamte Länge des Stabstücks zu erhalten und um aus der Echolaufzeit die Position z_p des Hohlraums in z-Richtung des Stabstücks zu bestimmen. Für die Auswertung des detektierten Schallechos werden die durch die Oberflächen des Stabstücks erzeugten Signale 9, 11 (siehe 1) vorzugsweise durch die Festlegung eines geeigneten Auswertefensters ausgeschlossen. Über zeitlich begrenzte Auswertefenster wird das ausgewertete Schallecho und dadurch das untersuchte Volumen des Stabstücks in z-Richtung in n Segmente unterteilt, in denen zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses über das Schallsignal integriert werden kann. Die gewählte Fensterbreite multipliziert mit n repräsentiert deshalb das gesamte durchschallte Volumen des Stabstücks.If the semiconductor material is monocrystalline silicon, the propagation velocity of the ultrasound is about 8500 m / s. Depending on the length of the rod to be examined, this results in the required duration of the recording of the echo sound. For example, in a one-sided measurement of a 20 cm long stick or a two-sided measurement of a 40 cm long stick stick a recording time of about 100 microseconds with a time resolution of at least 10 ns, preferably at least 1 ns must be selected to provide information about the entire length of the rod piece and to determine from the echo time the position z _{p of} the cavity in the z-direction of the rod piece. For the evaluation of the detected echo sound, the signals generated by the surfaces of the rod section 9 . 11 (please refer 1 ) preferably excluded by the definition of a suitable evaluation window. About temporally limited evaluation window the evaluated sound echo and thus the examined volume of the rod piece in the z direction is divided into n segments, in which can be integrated to improve the signal-to-noise ratio on the sound signal. The selected window width multiplied by n therefore represents the total sonicated volume of the bar piece.

Wenn nicht sicher ist, dass die ebene Fläche 6 senkrecht auf der Mantelfläche 5 des Stabstücks steht, ist es bevorzugt, durch Auswertung der Oberflächensignale 9, 11 (2), wie in 5 dargestellt, die Keiligkeit des Stabstücks zu bestimmen, die durch die Unsicherheit der Kristallachse und den Sägeprozess verursacht wird. Wegen dieser Keiligkeit kann als Referenzebene 16 für die weiter unten beschriebene Bestimmung, welche der später aus dem Stabstück erzeugten Halbleiterscheiben von mechanischen Defekten betroffen sein werden, nicht einfach eine der Stirnseiten 6, 7 verwendet werden. Als Referenzebene 16 wird deshalb die senkrecht zur Mantelfläche 5 liegende Ebene definiert, die der Stirnfläche 6 am nächsten liegt, diese aber gerade nicht mehr schneidet. Wird die Scan-Ebene 17 des Ultraschallkopfs senkrecht zur Mantelfläche 5 des Stabstücks 1 gewählt, kann der Winkel α der Keiligkeit über den Durchmesser d des Stabsticks 1 einfach über die Beziehung tan(α) = (z_max – z_min)/d aus dem Laufzeitunterschied zwischen der längsten und kürzesten Laufzeit des Echos der dem Ultraschallkopf zugewandten ebenen Fläche 6 des Stabstücks 1 ermittelt werden. Aus der längsten Laufzeit ergibt sich der maximale Abstand z_max zwischen der Scan-Ebene 17 und der ebenen Fläche 6, aus der kürzesten Laufzeit der minimale Abstand z_min.If not sure that the flat surface 6 perpendicular to the lateral surface 5 of the rod piece, it is preferable to evaluate the surface signals 9 . 11 ( 2 ), as in 5 shown to determine the wedging of the rod piece, which is caused by the uncertainty of the crystal axis and the sawing process. Because of this wedging may serve as a reference plane 16 for the determination described below, which of the semiconductor wafers produced later from the rod will be affected by mechanical defects, not just one of the faces 6 . 7 be used. As a reference level 16 is therefore perpendicular to the lateral surface 5 lying plane defines the face 6 is closest, but this does not cut anymore. Will the scan level 17 of the ultrasound head perpendicular to the lateral surface 5 of the pole piece 1 chosen, the angle α of the wedging over the diameter d of the stick stick 1 simply by the relationship tan (α) = (z _max - z _min ) / d from the transit time difference between the longest and shortest running time of the echo of the flat surface facing the ultrasound head 6 of the pole piece 1 be determined. The longest runtime results in the maximum distance z _max between the scan plane 17 and the flat surface 6 , from the shortest duration of the minimum distance z _min .

Um sicherzustellen, dass die Scan-Ebene senkrecht zur Mantelfläche des Stabstücks steht, wird das Stabstück vor Beginn der Messung ausgerichtet. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechend justierte, wannenförmige Vertiefung geschehen, in die das Stabstück mit seiner Mantelfläche gelegt wird und die das Stabstück exakt ausrichtet.To ensure that the scan plane is perpendicular to the lateral surface of the rod piece, the rod piece is aligned before starting the measurement. This can for example be done by an appropriately adjusted, trough-shaped depression into which the rod piece is placed with its lateral surface and which aligns the rod piece exactly.

Der Abstand z_p eines in der Position x_p, y_p detektierten mechanischen Defekts 4 von der Referenzebene 16 lässt sich bei Kenntnis der Keiligkeit einfach durch die Beziehungen z₁ = tan(α)·(d – x_p) z₀ = z_max – z₁ z_p = z_tot – z₁ bestimmen. Dabei steht z₁ für den Abstand der ebenen Fläche 6 von der Referenzebene 16, z₀ für den Abstand des am Punkt x, y in der Scan-Ebene 17 liegenden Ultraschallkopfs von der ebenen Fläche 6 und z_tot für den Abstand des detektierten Defekts 4 von der ebenen Fläche 6. Alle genannten Abstände werden parallel zur Mantelfläche gemessen.The distance z _{p of} a mechanical defect detected in the position x _p , y _p 4 from the reference plane 16 with knowledge of the wedges can be easily through the relationships z ₁ = tan (α) · (d - x _p ) z ₀ = z _{max -z} ₁ z _p = z _dead - z ₁ determine. In this case, z ₁ stands for the distance of the flat surface 6 from the reference plane 16 , z ₀ for the distance of the point x, y in the scan plane 17 lying ultrasonic head of the flat surface 6 and z _dead for the distance of the detected defect 4 from the flat surface 6 , All mentioned distances are measured parallel to the lateral surface.

Entgegen den bisherigen Erfahrungen, denen zufolge sich die Raster-Ultraschall-Mikroskopie nur für die Untersuchung dünner, oberflächennaher Schichten eignet, zeigte sich, dass das Verfahren, insbesondere im Fall von monokristallinem Halbleitermaterial, auch zur Untersuchung von Materialdicken bis zu 25 cm und sogar bis zu 50 cm verwendet werden kann. Dies erklärt sich durch die gute Qualität und Defektfreiheit des Halbleiter-Einkristalls, die zu einer ungestörten ballistischen Schallausbreitung über große Distanzen und Vorzugsrichtungen führt. Einzelne mechanische Defekte sind deshalb bis in große Tiefen sehr gut lokalisierbar. Dabei bestehen keine weiteren Einschränkungen bezüglich der Eigenschaften der Stabstücke, beispielsweise Durchmesser, Kristallorientierung oder Dotierung.Contrary to previous experience, according to which scanning ultrasound microscopy is only suitable for the investigation of thin, near-surface layers, it was found that the method, in particular in the case of monocrystalline semiconductor material, also for the investigation of material thicknesses up to 25 cm and even to to 50 cm can be used. This is explained by the good quality and freedom from defects of the semiconductor single crystal, which leads to an undisturbed ballistic sound propagation over long distances and preferred directions. Individual mechanical defects can therefore be localized very well down to great depths. There are no further restrictions with regard to the properties of the rod pieces, for example diameter, crystal orientation or doping.

Zur Durchführung des Schrittes d) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nachfolgend beschriebene Vorrichtung verwendet werden:
Dabei handelt es sich um ein Raster-Ultraschall-Mikroskop, umfassend eine Haltevorrichtung für ein zu untersuchendes Stabstück 1 mit wenigstens einer in der x, y-Ebene liegenden ebenen Fläche 6, wenigstens zwei Ultraschallköpfe 2 zur Erzeugung und Detektion eines Ultraschallsignals, einer ersten Montagevorrichtung, an der die wenigstens zwei Ultraschallköpfe in x, y-Richtung unbeweglich montiert sind, einer Verstelleinrichtung, mit der die Ultraschallköpfe 2 in z-Richtung senkrecht zur x, y-Ebene relativ zur Haltevorrichtung bewegt werden können, einer Verfahreinrichtung, mit der die Montagevorrichtung und die Haltevorrichtung relativ zueinander in x, y-Richtung bewegt werden können, einer Steuereinheit 12 zur Steuerung der Verfahreinrichtung und der Verstelleinrichtung sowie einer Auswertungseinheit zur Verarbeitung des durch die Ultraschallköpfe 2 detektierten Ultraschallsignals.For carrying out step d) of the method according to the invention, the device described below can be used:
This is a scanning ultrasound microscope, comprising a holding device for a rod to be examined 1 with at least one plane surface lying in the x, y plane 6 , at least two ultrasonic heads 2 for generating and detecting an ultrasonic signal, a first mounting device on which the at least two ultrasound heads are immovably mounted in the x, y direction, an adjusting device with which the ultrasound heads 2 in the z-direction perpendicular to the x, y plane can be moved relative to the holding device, a traversing device with which the mounting device and the holding device relative to each other in the x, y direction can be moved, a control unit 12 for controlling the traversing device and the adjusting device and an evaluation unit for processing the by the ultrasonic heads 2 detected ultrasonic signal.

Die Verwendung einer derartigen Vorrichtung ist von Vorteil, da gleichzeitig eine Untersuchung von mehreren unterschiedlichen x, y-Positionen eines Stabstücks erfolgt, wobei die unterschiedlichen Positionen von jeweils einem Ultraschallkopf mit akustischen Signalen bestrahlt und deren Echos vom jeweiligen Ultraschallkopf detektiert werden. Auf diese Weise lässt sich eine deutliche Reduzierung der Messzeit erreichen.The use of such a device is advantageous, since at the same time there is an investigation of several different x, y positions of a rod piece, wherein the different positions of each ultrasound head irradiated with acoustic signals and their echoes are detected by the respective ultrasound head. In this way, a significant reduction of the measuring time can be achieved.

Das Raster-Ultraschall-Mikroskop wird im Folgenden anhand der 2 beschrieben:
Das Raster-Ultraschall-Mikroskop umfasst eine Haltevorrichtung für ein zu untersuchendes Stabstück 1, das wenigstens eine im Wesentlichen in der x, y-Ebene liegende ebene Fläche 6 aufweist.The scanning ultrasound microscope is described below with reference to 2 described:
The scanning ultrasound microscope comprises a holding device for a rod to be examined 1 , the at least one planar surface lying substantially in the x, y plane 6 having.

Es unterscheidet sich dadurch vom Stand der Technik, dass es wenigstens zwei Ultraschallköpfe 2 zur Erzeugung und Detektion eines Ultraschallsignals aufweist. Es können auch mehr, beispielsweise vier Ultraschallköpfe verwendet werden. Vorzugsweise ist einer der Ultraschallköpfe ein sog. Master-Transducer, alle anderen sind Slave-Transducer. Die Ultraschallköpfe werden vorzugsweise durch einen Hochfrequenzgenerator 14 mit einer hochfrequenten Wechselspannung versorgt, die durch eine piezoelektrische Wandlerschicht in ein akustisches Signal in Form eines Ultraschallpulses umgewandelt wird. Die von einem Element des Stabstücks 1 in unterschiedlicher Tiefe reflektierten Echos werden anschließend wiederum durch die piezoelektrische Wandlerschicht des jeweiligen Ultraschallkopfs 2 detektiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses Signal wird vorzugsweise durch einen AD-Wandler digitalisiert und an die Auswerteeinheit übermittelt, die sie als Funktion der aktuell untersuchten Position in der x, y-Ebene aufzeichnet. Die Ultraschallfrequenz liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 25 MHz. Es können auch multiple 100 MHz re-Interfaces für Ultraschallköpfe bis 25 MHz zum Einsatz kommen.It differs from the prior art in that it has at least two ultrasonic heads 2 for generating and detecting an ultrasonic signal. It can also be used more, for example, four ultrasonic heads. Preferably, one of the ultrasound heads is a so-called master transducer, all others are slave transducers. The ultrasound heads are preferably by a high frequency generator 14 supplied with a high-frequency AC voltage, which is converted by a piezoelectric transducer layer into an acoustic signal in the form of an ultrasonic pulse. The of an element of the pole piece 1 echoes reflected at different depths are then in turn passed through the piezoelectric transducer layer of the respective ultrasound head 2 detected and converted into an electrical signal. This signal is preferably digitized by an AD converter and transmitted to the evaluation unit, which records it as a function of the currently examined position in the x, y plane. The ultrasonic frequency is preferably in the range of 5 to 25 MHz. Multiple 100 MHz re-interfaces for ultrasound heads up to 25 MHz can also be used.

Die wenigstens zwei Ultraschallköpfe 2 sind an einer ersten Montagevorrichtung in x, y-Richtung unbeweglich montiert.The at least two ultrasound heads 2 are immovably mounted on a first mounting device in the x, y direction.

Es ist möglich, eine gemeinsame Verstelleinrichtung für alle Ultraschallköpfe 2 vorzusehen. In diesem Fall können nur alle Ultraschallköpfe gemeinsam in z-Richtung verstellt werden. Vorzugsweise ist jedoch für jeden der Ultraschallköpfe 2 eine eigene Verstelleinrichtung vorhanden, mit der der Ultraschallkopf 2 in z-Richtung senkrecht zur x, y-Ebene unabhängig von den anderen Ultraschallköpfen 2 relativ zur Montagevorrichtung bewegt werden kann. Jeder Ultraschallkopf kann dann unabhängig in z-Richtung derart verstellt werden, dass er eine maximale Signalintensität (beispielsweise eine maximale Signalintensität des Echos der rückseitigen ebenen Fläche 7) detektiert. Jede Verstelleinrichtung weist vorzugsweise einen unabhängigen motorischen Antrieb auf. Die Vorrichtung enthält weiterhin eine x-y-Abtastvorrichtung, die gleichzeitig die zwei oder mehr Ultraschallköpfe im Fokus behalten kann, um diese unabhängig voneinander in die Fokuslage zu steuern und zu regeln (vgl. die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102006005448 A1 ).It is possible to use a common adjustment device for all ultrasound heads 2 provided. In this case, only all ultrasonic heads can be adjusted together in z-direction. However, it is preferable for each of the ultrasonic heads 2 a separate adjustment available, with the ultrasonic head 2 in the z-direction perpendicular to the x, y-plane independent of the other ultrasound heads 2 can be moved relative to the mounting device. Each ultrasound probe can then be independently adjusted in the z-direction to provide maximum signal intensity (eg maximum signal intensity of the echo of the posterior planar surface 7 ) detected. Each adjustment device preferably has an independent motor drive. The device further comprises an xy-scanning device which can simultaneously keep the two or more ultrasonic heads in focus in order to independently control and regulate them in the focus position (cf. not previously published German patent application with the file reference 102006005448 A1 ).

Um ein Abrastern der ebenen Fläche 6 des Stabstücks zu ermöglichen, weist das Raster-Ultraschall-Mikroskop eine Verfahreinrichtung auf, mit der die Montagevorrichtung und die Haltevorrichtung für das Stabstück relativ zueinander in x, y-Richtung bewegt werden können. Die ebene Fläche 6 des Stabstücks wird dabei Messpunkt für Messpunkt und Zeile für Zeile abgescannt, so dass die gesamte ebene Fläche des Stabstücks erfasst wird.To a scanning of the flat surface 6 of the pole piece, the raster Ultrasound microscope on a displacement device with which the mounting device and the holding device for the rod piece can be moved relative to each other in the x, y direction. The flat surface 6 of the bar piece is scanned measuring point for measuring point and line by line, so that the entire flat surface of the bar piece is detected.

Weiterhin sind eine Steuereinheit zur Steuerung der Verfahreinrichtung und der Verstelleinrichtung sowie eine Auswertungseinheit zur Verarbeitung des durch die Ultraschallköpfe detektierten Ultraschallsignals vorhanden. Die Steuereinheit und die Auswerteeinheit können in einer Einheit, beispielsweise in einem Rechner 12 mit Monitor 13, kombiniert sein. Die Verarbeitung und Aufzeichnung der von den zwei oder mehr Ultraschallköpfen detektierten Echos erfolgt vorzugsweise simultan, wobei die detektierten Signale als Funktion der aktuell untersuchten Position in der x, y-Ebene aufgezeichnet und daraus die Position x_p, y_p, z_p der mechanischen Defekte bestimmt werden. Vorzugsweise werden simultan die Daten für eine Bilddarstellung erzeugt.Furthermore, a control unit for controlling the traversing device and the adjusting device and an evaluation unit for processing the ultrasound signal detected by the ultrasound heads are provided. The control unit and the evaluation unit can be in one unit, for example in a computer 12 with monitor 13 be combined. The processing and recording of the echoes detected by the two or more ultrasound heads is preferably carried out simultaneously, the detected signals being recorded as a function of the currently examined position in the x, y plane and from this the position x _p , y _p , z _{p of} the mechanical defects be determined. Preferably, the data for an image representation are simultaneously generated.

Zur Untersuchung von Stabstücken 1 mit einer Länge von mehr als 20 cm wird vorzugsweise ein modifiziertes Raster-Ultraschall-Mikroskop verwendet, das eine weitere Montagevorrichtung aufweist, an der wenigstens zwei weitere Ultraschallköpfe 2 analog zur ersten Montagevorrichtung montiert sind. Die zweite Montagevorrichtung ist so angeordnet, dass die daran montierten Ultraschallköpfe 2 eine zweite ebene Fläche 7 des Stabstücks 1 untersuchen können, wie in 4 dargestellt.For the examination of rod pieces 1 with a length of more than 20 cm, a modified scanning ultrasonic microscope is preferably used, which has a further mounting device, at the at least two other ultrasonic heads 2 are mounted analogously to the first mounting device. The second mounting device is arranged so that the ultrasonic heads mounted thereon 2 a second flat surface 7 of the pole piece 1 can investigate how in 4 shown.

Mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung können je nach Beschaffenheit des Halbleitermaterials Stabstücke bis zu 450 mm Durchmesser und mit einer Länge von bis zu 40 cm (bei beidseitiger Untersuchung) oder bis zu 20 cm (bei einseitiger Untersuchung), oder sogar mit einer Länge von bis zu 50 cm bzw. 25 cm bis hin zu 100 cm bzw. 50 cm untersucht werden.Depending on the nature of the semiconductor material, rod pieces up to 450 mm in diameter and up to 40 cm in length (when examined bilaterally) or up to 20 cm in unilateral examination, or even up to a length of up to 50 cm or 25 cm up to 100 cm or 50 cm are examined.

Das oben beschriebene Verfahren und die oben beschriebene Vorrichtung ermöglichen es, im Herstellungsprozess frühzeitig von mechanischen Defekten, beispielsweise Hohlräumen, betroffene Halbleiterscheiben auszusondern, ohne alle Halbleiterscheiben einzeln untersuchen zu müssen und ohne die von den Defekten betroffenen Halbleiterscheiben weiteren – unnötigen – Bearbeitungsschritten zu unterwerfen. Dadurch entstehen deutliche Zeit- und Kostenvorteile.The method described above and the apparatus described above make it possible to eliminate affected semiconductor wafers early in the manufacturing process from mechanical defects, for example cavities, without having to examine all semiconductor wafers individually and without subjecting the semiconductor wafers affected by the defects to further - unnecessary - processing steps. This results in significant time and cost advantages.

Die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl von Halbleiterscheiben werden im Folgenden im Detail beschrieben:
Zunächst wird in Schritt a) ein Halbleiterstab hergestellt. Vorzugsweise ist der Halbleiterstab monokristallin.The individual steps of the method according to the invention for producing a multiplicity of semiconductor wafers are described in detail below:
First, in step a), a semiconductor rod is produced. Preferably, the semiconductor rod is monocrystalline.

Vorzugsweise besteht der Halbleiterstab aus Silicium, insbesondere aus monokristallinem Silicium. In diesem Fall hat der Halbleiterstab in der Regel einen Durchmesser von etwa 100 bis 450 mm. Der Halbleiterstab wird beispielsweise mittels des Zonenziehverfahrens oder mittels des Tiegelziehverfahrens nach Czochralski hergestellt. Da bei nach Czochralski gezogenen monokristallinen Halbleiterstäben die beschriebenen Hohlräume auftreten, ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf solche Halbleiterstäbe bevorzugt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch auf gegossene, multi- oder polykristalline Halbleiterstäbe (die auch als Blöcke bezeichnet werden) anwendbar, die beispielsweise in der Herstellung von Solarzellen Verwendung finden.Preferably, the semiconductor rod is made of silicon, in particular of monocrystalline silicon. In this case, the semiconductor rod usually has a diameter of about 100 to 450 mm. The semiconductor rod is produced, for example, by the zone pulling method or by the crucible pulling method of Czochralski. Since the described cavities occur in monocrystalline semiconductor rods pulled according to Czochralski, the use of the method according to the invention for such semiconductor rods is preferred. However, the inventive method is also applicable to cast, multi or polycrystalline semiconductor rods (which are also referred to as blocks), which are used for example in the production of solar cells.

In Schritt b) wird der Halbleiterstab in Stabstücke geschnitten, die eine Länge von 1 cm bis 100 cm, vorzugsweise bis 50 cm aufweisen. In der Regel werden die Schnitte mit einer Bandsäge oder Innenlochsäge ausgeführt. Der Halbleiterstab wird in der Regel senkrecht zu seiner Längsachse in Stabstücke geschnitten. Im Fall eines Halbleiterstabs mit rundem Querschnitt bedeutet dies, dass die Stabstücke im Wesentlichen die Form eines geraden Kreiszylinders aufweisen. Bedingt durch das Ziehverfahren weisen die Stabstücke aber gewisse Unregelmäßigkeiten auf.In step b), the semiconductor rod is cut into rod pieces having a length of 1 cm to 100 cm, preferably to 50 cm. As a rule, the cuts are made with a band saw or inner hole saw. The semiconductor rod is usually cut into rod pieces perpendicular to its longitudinal axis. In the case of a semiconductor rod having a round cross section, this means that the rod pieces have substantially the shape of a right circular cylinder. Due to the drawing process, however, the rod pieces have certain irregularities.

In der Regel wird nach Schritt b) ein optionaler Schritt c) ausgeführt, bei dem die Mantelflächen der im Wesentlichen zylindrischen Stabstücke derart geschliffen werden, dass die Stabstücke exakt zylindrische Form annehmen. Daneben können an der Mantelfläche der Stabstücke Orientierungsmerkmale wie Orientierungskerben (engl. „notch”) oder Orientierungsflächen (engl. „flat”) erzeugt werden. Dieser Schritt kann nach, bevorzugt aber vor Schritt d) erfolgen.As a rule, an optional step c) is carried out after step b), in which the lateral surfaces of the substantially cylindrical rod pieces are ground in such a way that the rod pieces assume an exactly cylindrical shape. In addition, orientation features such as orientation notches ("notch") or orientation surfaces ("flat") can be generated on the lateral surface of the rod pieces. This step can take place after, but preferably before step d).

In Schritt d) wird die Position von mechanischen Defekten in jedem Stabstück bestimmt. Dies geschieht mit Hilfe der oben beschriebenen Raster-Ultraschall-Mikroskopie.In step d) the position of mechanical defects in each rod piece is determined. This is done with the aid of the scanning ultrasound microscopy described above.

In Schritt f) wird das Stabstück, ggf. gemeinsam mit weiteren Stabstücken, gemäß dem Stand der Technik in Halbleiterscheiben geschnitten, die eine Dicke von 0,2 bis 2 mm aufweisen.In step f), the rod piece, possibly together with other rod pieces, cut according to the prior art in semiconductor wafers having a thickness of 0.2 to 2 mm.

Erfindungsgemäß geschieht dies mit einer Drahtgattersäge (engl. „multi wire saw”, MWS) gemäß dem Stand der Technik.According to the invention, this is done with a wire saw ("multi wire saw", MWS) according to the prior art.

Vorzugsweise werden die Stabstücke senkrecht zu ihren Mantelflächen in Halbleiterscheiben geschnitten. Danach werden die Halbleiterscheiben in der Regel gereinigt und vereinzelt, d. h. die nach dem Drahtsägeprozess in Paketen vorliegenden Halbleiterscheiben werden getrennt und einzeln in die Fächer einer Kassette oder eines Magazins gestellt. Preferably, the rod pieces are cut perpendicular to their lateral surfaces in semiconductor wafers. Thereafter, the semiconductor wafers are typically cleaned and singulated, ie the semiconductor wafers present in packages after the wire sawing process are separated and placed individually in the compartments of a cassette or magazine.

Anschließend werden in Schritt h) diejenigen Halbleiterscheiben aussortiert und in der Regel verworfen, die die Positionen beinhalten, an denen in Schritt d) Hohlräume festgestellt wurden. Dies kann entweder manuell oder automatisch durch einen Roboter geschehen.Subsequently, in step h), those semiconductor wafers are sorted out and, as a rule, discarded, which contain the positions at which cavities were determined in step d). This can be done either manually or automatically by a robot.

Um diese Halbleiterscheiben leichter aussortieren zu können, wird vorzugsweise zwischen den Schritten d) und f) in einem zusätzlichen Schritt e) die z-Koordinate der Position jedes mechanischen Defekts auf dem Stabstück markiert, beispielsweise durch Fräsen, Schleifen oder Bohren einer Vertiefung. Bei zylindrischen Stabstücken, die senkrecht zu ihrer Mantelfläche in Halbleiterscheiben geschnitten werden sollen, wird die Markierung in der in Schritt d) bestimmten Position z_p, an der Mantelfläche angebracht. In Schritt h) werden schließlich alle Halbleiterscheiben, die an ihrem Umfang eine Markierung tragen, aussortiert. Dies kann beispielsweise manuell nach einer visuellen Identifizierung der Markierung erfolgen. Je nachdem, wie präzise die an der Mantelfläche angebrachte Markierung mit der Position z_p des mechanischen Defekts übereinstimmt, und in Abhängigkeit von der Dicke der geschnittenen Halbleiterscheiben und der Präzision des Schneidverfahrens in Schritt f) ist es erforderlich, lediglich die die Markierung tragenden Scheiben oder auch die jeweils benachbarten Scheiben auszusortieren.In order to be able to sort out these semiconductor wafers more easily, the z coordinate of the position of each mechanical defect on the rod piece is preferably marked between steps d) and f) in an additional step e), for example by milling, grinding or drilling a recess. In the case of cylindrical rod pieces which are to be cut into semiconductor wafers perpendicular to their lateral surface, the marking is applied to the lateral surface in the position z _p determined in step d). Finally, in step h) all semiconductor wafers which bear a marking on their circumference are sorted out. This can for example be done manually after a visual identification of the mark. Depending on how precisely the mark applied to the lateral surface coincides with the position z _{p of} the mechanical defect, and depending on the thickness of the cut semiconductor wafers and the precision of the cutting process in step f), it is necessary to use only the discs bearing the marking also to sort out the adjacent discs.

Alternativ zur Anbringung der Markierung können in Schritt e) aus den Positionen z_p der mechanischen Defekte und aus der Lage der in Schritt f) durchgeführten Schnitte die Halbleiterscheiben (bzw. deren Nummern) bestimmt werden, die wenigstens einen mechanischen Defekt aufweisen. Diese können schließlich in Schritt h) manuell oder automatisch durch einen Roboter aussortiert werden. Bei einem ausreichend hohen Automatisierungsgrad der Halbleiterscheibenfertigung kann beispielsweise das Materialverfolgungssystem die Bestimmung der betroffenen Scheibennummern übernehmen. Das Materialverfolgungssystem kann beispielsweise aus der Lage der Referenzebene, die mit der ersten vollständigen Halbleiterscheibe übereinstimmt, sowie aus der Summe aus dem Abstand (engl. „pitch”) der Schnitte (entsprechend der Summe aus der Dicke der geschnittenen Halbleiterscheiben und dem beim Schneiden verursachten Materialverlust), die Nummern der betroffenen Halbleiterscheiben bestimmen. Auch bei dieser Alternative kann es erforderlich sein, benachbarte Halbleiterscheiben auszusortieren, um sicher alle mit mechanischen Defekten behafteten Halbleiterscheiben zu entfernen.Alternatively to the affixing of the marking, in step e) the semiconductor disks (or their numbers) which have at least one mechanical defect can be determined from the positions z _{p of} the mechanical defects and from the position of the cuts made in step f). These can finally be sorted out manually or automatically by a robot in step h). If the degree of automation of the semiconductor wafer production is sufficiently high, the material tracking system can, for example, take over the determination of the disk numbers concerned. The material tracking system can be, for example, the position of the reference plane coincident with the first complete semiconductor wafer and the sum of the pitch of the cuts (corresponding to the sum of the thickness of the cut semiconductor wafers and the loss of material caused by cutting ), determine the numbers of the affected semiconductor wafers. Also in this alternative, it may be necessary to sort out adjacent semiconductor wafers to safely remove all mechanically defective semiconductor wafers.

Um zu vermeiden, dass unnötig viele Halbleiterscheiben aussortiert werden müssen, können die Halbleiterscheiben, die gemäß Markierung oder berechneter Scheibennummer wenigstens einen mechanischen Defekt aufweisen, sowie eine festgelegte Anzahl benachbarter Halbleiterscheiben in einem zusätzlichen Schritt g) einzeln gemäß dem Stand der Technik auf mechanische Defekte untersucht werden. Dies kann beispielsweise durch Raster-Ultraschall-Mikroskopie, Infrarot-Transmissions-Messung oder Röntgenabsorptionsmessung geschehen. Beispielsweise werden die markierten bzw. berechneten Halbleiterscheiben sowie ihre jeweils nächsten Nachbarn untersucht. In Schritt h) werden schließlich nur diejenigen Halbleiterscheiben aussortiert, in denen in Schritt g) tatsächlich mechanische Defekte gefunden wurden. Alle anderen in Schritt g) einzeln untersuchten Halbleiterscheiben werden in die Kassette oder das Magazin zurückgestellt und weiter bearbeitet. Auf diese Weise kann einerseits die zeit- und kostenintensive Untersuchung jeder einzelnen Halbleiterscheibe und andererseits das unnötige Aussortieren von defektfreien Halbleiterscheiben vermieden werden.In order to avoid that unnecessarily many semiconductor wafers have to be sorted out, the semiconductor wafers, which according to marking or calculated wafer number have at least one mechanical defect, as well as a fixed number of adjacent semiconductor wafers in an additional step g) individually according to the prior art for mechanical defects examined become. This can be done, for example, by scanning ultrasound microscopy, infrared transmission measurement or X-ray absorption measurement. For example, the marked or calculated semiconductor wafers and their respective nearest neighbors are examined. Finally, in step h) only those semiconductor wafers are sorted out, in which mechanical defects were actually found in step g). All other wafers individually tested in step g) are returned to the cassette or magazine and further processed. In this way, on the one hand, the time-consuming and cost-intensive investigation of each individual semiconductor wafer and, on the other hand, the unnecessary sorting out of defect-free semiconductor wafers can be avoided.

Um bei niedrigen Defektraten das Ausliefern von Halbleiterscheiben mit Hohlräumen oder anderen mechanischen Defekten wirksam zu verhindern, ist bei einer ausschließlich auf die Halbleiterscheiben bezogenen Untersuchung grundsätzlich eine Inspektion von 100% aller Halbleiterscheiben erforderlich. Durch die Kombination der erfindungsgemäßen Untersuchung des Stabstücks, bei der die Positionen der mechanischen Defekte vorermittelt werden, mit einer Untersuchung einzelner Halbleiterscheiben, bei der nur wenige Scheiben um die vorermittelte Position nachgemessen werden, kann die Fehlerfreiheit aller ausgelieferten Halbleiterscheiben mit minimalem Messaufwand gewährleistet und die Halbleiterscheiben-Ausbeute maximiert werden. Eine Nachmessung einzelner Halbleiterscheiben in Schritt g) ist nur dann erforderlich, wenn in Schritt d) ein mechanischer Defekt detektiert wurde. Bei sinkender Fehlerrate an den Stabstücken sinkt der Messaufwand an einzelnen Halbleiterscheiben entsprechend.In order to effectively prevent the delivery of semiconductor wafers with voids or other mechanical defects at low defect rates, an inspection of 100% of all wafers is basically required in an inspection based solely on the wafers. By combining the invention of the rod piece, in which the positions of the mechanical defects are vorermittelt with a study of individual semiconductor wafers, in which only a few discs are measured to the vorermittelte position, the accuracy of all supplied semiconductor wafers with minimal effort and ensures the semiconductor wafers Yield can be maximized. A final measurement of individual semiconductor wafers in step g) is only required if a mechanical defect was detected in step d). With decreasing error rate at the rod pieces of the measurement costs of individual semiconductor wafers decreases accordingly.

Welche der beschriebenen Methoden zum Aussortieren bevorzugt ist, hängt von der Häufigkeit der mechanischen Defekte, von den Kosten für die Herstellung, Untersuchung und Aussortierung der Halbleiterscheiben sowie von den Kosten der Automatisierung und Materialverfolgung ab.Which of the described methods of rejecting is preferred depends on the frequency of mechanical defects, the cost of manufacturing, inspecting and sorting the wafers, and the cost of automation and material tracking.

Claims

A process for producing a plurality of semiconductor wafers, comprising the following steps in the order given: a) production of a rod consisting of semiconductor material, b) cutting of the rod into rod pieces ( 1 ), which has at least one flat surface ( 6 ) and a thickness of 1 cm to 100 cm measured perpendicular to this surface, d) determination of the position of mechanical defects ( 4 ) in each rod piece ( 1 ), wherein in the method the flat surface ( 6 ) of the rod piece ( 1 ) with at least one ultrasound head ( 2 ) is scanned over a liquid coupling medium ( 3 ) to the flat surface ( 6 ) of the rod piece ( 1 ) and at each measuring point (x, y) at least one on the flat surface ( 6 ) of the rod piece ( 1 ), not or only weakly bundled ultrasound pulse ( 8th ) and that of the rod piece ( 1 ) records outgoing echo of the ultrasound pulse in a time-dependent manner, so that an echo ( 9 ) of the flat surface ( 6 ), an echo ( 11 ) of a surface opposite the flat surface ( 7 ) of the rod piece ( 6 ) and possibly further echoes ( 10 ) are detected, whereby from the further echoes ( 10 ) the positions (x _p , y _p , z _p ) of mechanical defects ( 4 ) in the rod piece ( 1 ) so that the position of each mechanical defect ( 4 ) is uniquely determined by coordinates x _p , y _p in a plane parallel to the cuts to be made in step f), and a coordinate z _p perpendicular to this plane, f) cutting the rod pieces ( 1 ) by means of a wire-saw in a plurality of semiconductor wafers with a thickness of 0.2 to 2 mm and h) sorting out those semiconductor wafers which contain the positions (x _p , y _p , z _p ) at which mechanical defects ( 4 ) were detected.

A method according to claim 1, characterized in that the perpendicular to the flat surface ( 6 ) measured thickness of the rod pieces ( 1 ) Is 1 cm to 50 cm.

Method according to one of claims 1 to 2, characterized in that the z-coordinate (z _p ) of the position of a mechanical defect ( 4 ) relative to a perpendicular to the lateral surface ( 5 ) of the rod piece ( 1 ) reference plane ( 16 ), the reference plane ( 16 ) regardless of the wedging of the bar piece ( 1 ) and wherein the position of the reference plane is determined by the maximum distance (z _max ) between the plane surface ( 6 ) and also perpendicular to the lateral surface ( 5 ) standing scan level ( 17 ), in which the at least one ultrasound head ( 2 ) is defined.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the semiconductor material is monocrystalline.

A method according to claim 4, characterized in that the production of the rod in step a) by Tiegelziehen Czochralski.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rod pieces produced in step b) ( 1 ) have substantially the shape of a straight circular cylinder and that after step b) in an additional step c) the lateral surface ( 5 ) of the pole pieces ( 1 ) is ground.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that between steps d) and f) in an additional step e) the z-coordinate (z _p ) of the position of each mechanical defect ( 4 ) on the pole piece ( 1 ) and the semiconductor wafers bearing the marking after step f) are sorted out in step h).

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that after step d) in an additional step e) from the z-coordinates (z _p ) of the positions of the mechanical defects ( 4 ) and from the position of the cuts carried out in step f) the semiconductor wafers are determined which have at least one mechanical defect ( 4 ), and that these semiconductor wafers are sorted out in step h).

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that after step d) in an additional step e) from the z-coordinates (z _p ) of the positions of the mechanical defects ( 4 ) and from the position of the cuts carried out in step f) the semiconductor wafers are determined which have at least one mechanical defect ( 4 ) that these semiconductor wafers and a fixed number of adjacent semiconductor wafers in an additional step g) individually to mechanical defects ( 4 ) and that in step h) all semiconductor wafers are sorted out, in which in step g) mechanical defects ( 4 ) were found.