DE102008044646B4

DE102008044646B4 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE102008044646B4
Application number: DE102008044646A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 83549 Röttger; Gerhard 84489 Heier; Alexander 84533 Heilmaier
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2028-08-28
Also published as: KR101062254B1; TW201009910A; JP5167207B2; DE102008044646A1; US8242020B2; KR20100025470A; JP2010056530A; US20100055908A1; SG159469A1; TWI399804B; CN101659027A

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend eine einzige Doppelseitenpolitur der Halbleiterscheibe, wobei die Halbleiterscheibe während der Doppelseitenpolitur zwischen einem oberen und einem unteren Polierteller 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 –2,5 μm bis –3,5 μm beträgt 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 Bemühungen 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 („chemicalmechanical 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 beschreibt eine DSP-Politur, die abgeschlossen wird, indem das Poliermittel am Ende der Politur durch ein stoppendes Reagenz ersetzt wird. Das dort beschriebene Poliermittel hat eine typische Zusammensetzung. So ist beispielsweise Siliciumdioxid (SiO₂) in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-% und eine alkalische Komponente in einer Menge von 0,01 bis 10 Gew.-% enthalten.
Die DE 699 25 199 T2 befasst sich mit der Verwendung einer bestimmten Poliermittelzusammensetzung zum Polieren von Halbleiterscheiben mit einem niedrigen elektrischen Widerstand. Die Poliermittelzusammensetzung enthält neben einem Schleifmittel und einer alkalischen Komponente ein wasserlösliches Polymer. Was die alkalische Komponente betrifft, wird vorgeschlagen, eine Konzentration von insbesondere 0,05 bis 3 Gew.-% zu verwenden.
In der DE 100 12 840 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben beansprucht, das folgende Einzelschritte umfasst: das gleichzeitige Polieren der Vorder- und Rückseiten der Halbleiterscheiben, das einseitige Polieren der Vorderseiten der Halbleiterscheiben, die Bewertung der Halbleiterscheiben bezüglich vorgegebener Qualitätsmerkmale, das erneute einseitige Polieren von Halbleiterscheiben, die die vorgegebenen Qualitätsmerkmale nicht erfüllen, und die erneute Bewertung der Halbleiterscheiben, die zuvor dem erneuten einseitigen Polieren unterzogen worden waren.
Der US 2008/0081541 A1 ist ein Verfahren zu entnehmen, bei dem die Komponenten eines Poliermittels erst unmittelbar vor der Benutzung gemischt werden
In der US 2008/0070483 A1 ist ein Verfahren beschrieben, das zwei aufeinander folgende Polierschritte umfasst, die jeweils als DSP-Politur durchgeführt werden. Im ersten Polierschritt wird eine Halbleiterscheibe poliert, bis die Differenz zwischen der Dicke der Halbleiterscheibe im Zentrum der Halbleiterscheibe und der Dicke der Läuferscheibe negativ ist. Auf diese Weise wird eine Halbleiterscheibe mit einer von der idealen Form abweichenden konkaven Form erhalten. Vorteilhaft an dem Verfahren ist, dass die lokale Ebenheit im Randbereich der Vorderseite der Halbleiterscheibe einen PSFQR-Wert von nicht mehr als 35 nm aufweist und damit bereits nach dem ersten Polierschritt in einem als günstig angesehenen Bereich liegt. Nachteilig an dem Verfahren ist, dass eine zweite DSP-Politur benötigt wird, um die globale Ebenheit der Vorderseite der Halbleiterscheibe auf einen SBIR-Wert von weniger als 100 nm zu bringen.
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 gemäß einem der Patentansprüche.
Dieses Verfahren umfasst nur eine einzige und keine weitere DSP-Politur und unterscheidet sich von dem in der US 2008/0070483 A1 beschriebenen Verfahren dadurch, dass ein Poliermittel verwendet wird, welches SiO₂ und eine alkalische Komponente in einer deutlich geringeren Konzentration als üblich enthält. Dieser Unterschied führt dazu, dass die Vorderseite der Halbleiterscheibe nach der Politur im Randbereich schwächer gekrümmt ist und geringere Dickenunterschiede zwischen Zentrumsbereich und Randbereich bestehen. Dementsprechend ist die globale Ebenheit, insbesondere der SBIR-Wert verbessert. Darüber hinaus wird auch eine Verbesserung der lokalen Geometrie, insbesondere des PSFQR-Wertes und des ESFQR-Wertes, erzielt.
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 und in einem Bereich von –2,5 bis –3,5 μm liegt. Das Poliermittel enthält 0,1 bis 0,4 Gew.-% SiO₂ und 0,1 bis 0,9 Gew.-% einer alkalischen Komponente, vorzugsweise 0,2 bis 0,8 Gew.-% der 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 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 wäre eher eine Verschlechterung des GBIR-Wertes und des SBIR-Wertes zu erwarten gewesen.
Die 1 und 2 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.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend eine einzige Doppelseitenpolitur der Halbleiterscheibe, wobei die Halbleiterscheibe während der Doppelseitenpolitur zwischen einem oberen und einem unteren Polierteller 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 –2,5 μm bis –3,5 μm beträgt 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 das Poliermittel Kaliumcarbonat oder Tetramethylammoniumhydroxid oder beide Verbindungen als alkalische Komponente enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass SiO₂ und die alkalische Komponente erst unmittelbar vor der Benutzung des Poliermittels zusammengemischt werden.