DE102008044646A1 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend das Polieren der Halbleiterscheibe zwischen einem oberen und einem unteren Polierteller, wobei die Halbleiterscheibe in einer Aussparung einer Läuferscheibe liegend unter Zufuhr eines Poliermittels beidseitig poliert wird, bis die Differenz zwischen der Dicke der Halbleiterscheibe im Zentrum der Halbleiterscheibe und der Dicke der Läuferscheibe negativ ist und ein Materialabtrag von insgesamt 10 µm bis 30 µm erzielt worden ist, wobei das Poliermittel 0,1 bis 0,4 Gew.-% SiO2 und 0,1 bis 0,9 Gew.-% einer alkalischen Komponente enthält.
Description
- Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, insbesondere einer Halbleiterscheibe aus Silicium, welches das Ziel verfolgt, eine Halbleiterscheibe mit einer verbesserten Ebenheit, insbesondere auch im Randbereich zugänglich zu machen. Die Erfindung betrifft, genauer ausgedrückt, ein Verfahren, welches das Polieren einer Halbleiterscheibe zwischen einem oberen und einem unteren Polierteller umfasst, wobei die Halbleiterscheibe in einer Aussparung einer Läuferscheibe liegend unter Zufuhr eines Poliermittels beidseitig poliert wird, bis die Differenz zwischen der Dicke der Halbleiterscheibe im Zentrum der Halbleiterscheibe und der Dicke der Läuferscheibe negativ ist. Ein solches Verfahren eignet sich zur Herstellung von besonders ebenen Halbleiterscheiben. Die Ebenheit einer Halbleiterscheibe ist ein zentraler Qualitätsparameter, der zur Beurteilung der grundsätzlichen Eignung der Halbleiterscheibe als Substrat zur Herstellung von elektronischen Bauelementen der modernsten Generation herangezogen wird. Eine ideal ebene Halbleiterscheibe mit vollkommen ebenen und sich parallel gegenüberliegenden Seitenflächen würde keine Fokussierungsschwierigkeiten des Steppers während der Lithographie bei der Herstellung von Bauelementen hervorrufen. Es wird daher versucht, diesem Formideal möglichst nahe zu kommen. Zu diesem Zweck durchläuft eine von einem Kristall abgetrennte Halbleiterscheibe eine Reihe von Bearbeitungsschritten, wobei insbesondere die am Anfang des Prozesses stehende mechanische Bearbeitung durch Läppen und/oder Schleifen der Seitenflächen der Formgebung dienen. Darauf folgende Schritte wie das Ätzen der Halbleiterscheibe und das Polieren der Seitenflächen erfolgen in erster Linie zur Beseitigung von oberflächennahen Beschädigungen, welche die mechanischen Bearbeitungsschritte hinterlassen haben, und zur Glättung der Seitenflächen. Gleichzeitig beeinflussen diese nachfolgenden Schritte die Ebenheit der Halbleiterscheibe in entscheidendem Maße und alle Bemühun gen zielen darauf ab, die durch die mechanischen Bearbeitungsschritte erzielte Ebenheit möglichst zu erhalten.
- Zur quantitativen Charakterisierung der Ebenheit steht eine Reihe von genormten Parametern zu Verfügung. Dies gilt insbesondere auch für den Bereich des Randes der Vorderseite der Halbleiterscheibe, wobei mit Vorderseite üblicherweise diejenige Seite einer Halbleiterscheibe gemeint ist, die als Grundlage für die Integration von elektronischen Bauelementen verwendet wird.
- Die Hersteller von elektronischen Bauelementen sind bestrebt, auch den Bereich des Randes möglichst umfassend in die nutzbare Fläche FQA, „Fixed Quality Area”, einzubeziehen. Dementsprechend wird der spezifizierte erlaubte Randausschluss EE, „Edge Exclusion”, immer kleiner. Anspruchsvolle Spezifikationen erlauben derzeit nur noch einen Randausschluss von 1 mm.
- Unebenheiten können durch den SFQR-Wert beschrieben werden. Der SFQR-Wert bezeichnet die lokale Ebenheit in einem Messfeld einer bestimmten Dimension, beispielsweise einer Fläche von 20 mm × 20 mm, und zwar in Form der maximalen Höhenabweichung der Vorderseite der Halbleiterscheibe im Messfeld zu einer durch Fehlerquadratminimierung gewonnenen Referenzfläche mit gleicher Dimension. Randfelder, die auch „partial sites” genannt werden, sind Messfelder im Randbereich, die nicht mehr vollständig Bestandteil der FQA sind, deren Zentrum jedoch noch in der FQA liegt. Der PSFQR-Wert bezeichnet die lokale Ebenheit in Randfeldern, ebenso wie der ESFQR-Wert. Letzterer beruht auf einer umfassenderen Metrik.
- Neben der lokalen Ebenheit muss immer auch die globale Ebenheit der Vorderseite der Halbleiterscheibe beachtet werden. Genormte Parameter zur Beschreibung der globalen Ebenheit sind der GBIR-Wert und der mit diesem Wert korrelierende SBIR-Wert. Beide Werte drücken die maximale Höhenabweichung der Vorderseite bezogen auf eine als ideal eben angenommene Rückseite der Halbleiterscheibe aus und unterscheiden sich dadurch, dass im Fall des GBIR-Wertes die FQA und im Fall des SBIR-Wertes die auf das Messfeld beschränkte Fläche zur Berechnung herangezogen wird.
- Definitionen der genannten Parameter und Beschreibungen von Verfahren zur Messung dieser Parameter sind in den einschlägigen SEMI-Standards enthalten, insbesondere in den Standards M1, M67 und M1530.
- Es ist bekannt, dass beidseitiges, simultan erfolgendes Polieren der Halbleiterscheibe, nachfolgend DSP-Politur genannt, die lokale Ebenheit günstig beeinflusst. Der Materialabtrag im Zuge einer DSP-Politur ist mit 5 μm bis 15 μm je Seite deutlich höher, als der Materialabtrag, der mit einer CMP-Politur („chemical-mechanical polishing”) angestrebt wird. Eine zur DSP-Politur geeignete Maschine ist beispielsweise in der
DE 100 07 390 A1 beschrieben. Während der DSP-Politur liegt die Halbleiterscheibe in einer dafür vorgesehenen Aussparung einer als Führungskäfig wirkenden Läuferscheibe und zwischen einem oberen und einem unteren Polierteller. Mindestens ein Polierteller und die Läuferscheibe werden gedreht, und die Halbleiterscheibe bewegt sich unter Zuführung eines Poliermittels auf einer durch eine Abwälzkurve vorgegebenen Bahn relativ zu den mit Poliertuch bedeckten Poliertellern. Der Polierdruck, mit dem die Polierteller auf die Halbleiterscheibe drücken und die Dauer der Politur sind Parameter, die den mit der Politur herbeigeführten Materialabtrag maßgeblich mitbestimmen. - Die
US 2002/0055324 A1 - In der
US 2008/0070483 A1 - Deshalb ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe anzugeben, das eine DSP-Politur umfasst, die zu einer deutlichen Verbesserung sowohl der globalen Ebenheit als auch der lokalen Ebenheit der Vorderseite der Halbleiterscheibe führt.
- Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend das Polieren der Halbleiterscheibe zwischen einem oberen und einem unteren Polierteller, wobei die Halbleiterscheibe in einer Aussparung einer Läuferscheibe liegend unter Zufuhr eines Poliermittels beidseitig poliert wird, bis die Differenz zwischen der Dicke der Halbleiterscheibe im Zentrum der Halbleiterscheibe und der Dicke der Läuferscheibe negativ ist und ein Materialabtrag von insgesamt 10 μm bis 30 μm erzielt worden ist, wobei das Poliermittel 0,1 bis 0,4 Gew.-% SiO2 und 0,1 bis 0,9 Gew.-% einer alkalischen Komponente enthält.
- Dieses Verfahren unterscheidet sich von dem in der
US 2008/0070483 A1 - SiO2 und die alkalische Komponente werden vorzugsweise erst unmittelbar (60 bis 1 s) vor der Benutzung des Poliermittels zusammengemischt, so dass das Poliermittel erst am Einsatzort („point of use”) entsteht. Diese Maßnahme wirkt einer Gelbildung entgegen.
- Die DSP-Politur wird solange durchgeführt, bis die Differenz zwischen der Dicke der Halbleiterscheibe im Zentrum der Halbleiterscheibe und der Dicke der Läuferscheibe, nachfolgend Unterstand genannt, negativ ist oder vorzugsweise in einem Bereich von –2,5 bis –5 μm, besonders bevorzugt in einem Bereich von –2,5 bis –3,5 μm liegt. Das Poliermittel enthält 0,1 bis 0,4 Gew.-% SiO2 und vorzugsweise 0,2 bis 0,8 Gew.-% einer alkalischen Komponente. Besonders bevorzugt sind 0,2 bis 0,3 Gew.-% SiO2 und 0,5 bis 0,7 Gew.-% der alkalischen Komponente. Mit alkalischer Komponente ist mindestens eine der folgenden Verbindungen gemeint: Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) und andere quarternäre Ammonium-Verbindungen. Umfasst die alkalische Komponente mehr als eine Verbindung, soll die Summe ihrer Konzentrationen im oben angegebenen Konzentrationsbereich liegen.
- Ausgangsprodukt des Verfahrens ist vorzugsweise eine von einem Einkristall aus Silicium abgetrennte Halbleiterscheibe, die mechanisch bearbeitet wurde, indem die Seitenflächen, also die Vorder- und die Rückseite der Halbleiterscheibe, geläppt und/oder geschliffen wurden. Als Vorderseite gilt die Seitenfläche, die dazu bestimmt ist, die Oberfläche für die Schaffung von Strukturen elektronischer Bauelemente zu bilden. Die Kante der Halbleiterscheibe kann bereits verrundet sein, um sie unempfindlicher gegen Stoßbeschädigungen zu machen. Weiterhin sind oberflächennahe Beschädigungen als Folge der vorangegangenen mechanischen Bearbeitung durch eine Ätze in einem saueren und/oder in einem alkalischen Ätzmittel weitgehend beseitigt worden. Ferner kann die Halbleiterscheibe schon weiteren Bearbeitungsschritten, insbesondere Reinigungsschritten oder einer Politur der Kante unterzogen worden sein. Gemäß dem beanspruchten Verfahren wird die Halbleiterscheibe gleichzeitig beidseitig poliert, wobei die DSP-Politur zur Steigerung der Produktivität vorzugsweise als Mehrscheibenpolitur durchgeführt wird, bei der mehrere Läuferscheiben mit jeweils mehreren Aussparungen für Halbleiterscheiben verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst vorzugsweise keine weitere DSP-Politur. Es ist jedoch zweckmäßig, die Vorderseite nach der DSP-Politur durch eine Einseitenpolitur (CMP-Politur) zu glätten. Der damit verbundene Materialabtrag beträgt typischerweise 0,2 μm–0,5 μm.
- Beispiel (B) und Vergleichsbeispiel (V):
- Halbleiterscheiben aus Silicium mit einem Durchmesser von 300 mm wurden von einem Einkristall abgetrennt und auf die jeweils gleiche Weise durch eine mechanische Bearbeitung und eine Ätze vorbehandelt. Anschließend wurden sie in einer Doppelseitenpoliermaschine der Peter Wolters AG vom Typ AC 2000 poliert, bis ein Unterstand von –0,9 μm (V) beziehungsweise –3,55 μm (B) erreicht worden war. Ein Teil der Halbleiterscheiben (B) wurde erfindungsgemäß mit einem Poliermittel poliert, das SiO2 in einer Konzentration von 0,3 Gew.-% und eine alkalischen Komponente, bestehend aus 0,2 Gew.-% Kaliumcarbonat und 0,02 Gew.-% Kaliumhydroxid, enthielt.
- Ein weiterer Teil der Halbleiterscheiben (V) wurde mit einem fast gleichartigen Poliermittel poliert, jedoch waren die Konzentrationen von SiO2 1,5 Gew.-%, von Kaliumcarbonat 2 Gew.-% und von Kaliumhydroxid 0,07 Gew.-%.
- Die globale und lokale Ebenheit der polierten Halbleiterscheiben wurde mit einem Messgerät vom Typ WaferSight von KLA-Tencor untersucht (FQA = 298 mm und EE = 1 mm). Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Tabelle:
Gesamt-Materialabtrag [μm] Unterstand [μm] GBIR [μm] SBIR [μm] PSFQR [μm] ESFQR [μm] B 23,17 –3,55 0,24 0,072 0,02 0,129 V 20,69 –0,91 0,48 0,157 0,058 0,214 - Die angegebenen Werte sind jeweils aus mehreren Einzelwerten gebildete Mittelwerte. Die Ergebnisse zeigen insbesondere, dass sich die globale Ebenheit durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens verbessert, selbst wenn der Unterstand wie im Beispiel mit –3,55 μm deutlich höher ist, als im Vergleichsbeispiel. Gemäß der Lehre in der
US 2008/0070483 A1 - Die
1 und2 zeigen die Oberflächenkontur der Vorderseite, aufgenommen als Abstand A entlang des Durchmessers D der Halbleiterscheibe von je einer Halbleiterscheibe gemäß Beispiel (1 ) und Vergleichsbeispiel (2 ). Es ist zu erkennen, dass die beispielsgemäße Halbleiterscheibe sowohl im Hinblick auf die globale Ebenheit als auch im Hinblick auf die Ebenheit im Randbereich sehr eben ist. Insbesondere ist nur ein geringer Randabfall vorhanden. Demgegenüber zeigt die Halbleiterscheibe gemäß Vergleichsbeispiel einen ausgeprägten Randabfall, trotz einer stärker konkav ausgebildeten Scheibenform. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10007390 A1 [0007]
- - US 2002/0055324 A1 [0008]
- - US 2008/0070483 A1 [0009, 0012, 0019]
Claims (5)
- Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend das Polieren der Halbleiterscheibe zwischen einem oberen und einem unteren Polierteller, wobei die Halbleiterscheibe in einer Aussparung einer Läuferscheibe liegend unter Zufuhr eines Poliermittels beidseitig poliert wird, bis die Differenz zwischen der Dicke der Halbleiterscheibe im Zentrum der Halbleiterscheibe und der Dicke der Läuferscheibe negativ ist und ein Materialabtrag von insgesamt 10 μm bis 30 μm erzielt worden ist, wobei das Poliermittel 0,1 bis 0,4 Gew.-% SiO2 und 0,1 bis 0,9 Gew.-% einer alkalischen Komponente enthält.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterscheibe beidseitig poliert wird, bis die Differenz zwischen der Dicke der Halbleiterscheibe und der Dicke der Läuferscheibe –2,5 μm bis –3,5 μm beträgt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Poliermittel Kaliumcarbonat oder Tetramethylammoniumhydroxid oder beide Verbindungen als alkalische Komponente enthält.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass keine weitere DSP-Politur der Halbleiterscheibe durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass SiO2 und die alkalische Komponente erst unmittelbar vor der Benutzung des Poliermittels zusammengemischt werden.
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