-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend ein Ziehen eines Einkristalls aus Halbleitermaterial, ein Auftrennen des Einkristalls in Halbleiterscheiben und einer Politur der Halbleiterscheiben, wobei das Poliertuch fest eingebundene, abrasiv wirkende Feststoffe enthält und das zugeführte Poliermittel keine abrasiv wirkenden Feststoffe enthält.
-
Für Elektronik, Mikroelektronik und Mikro-Elektromechanik werden als Ausgangsmaterialien (Substrate) Halbleiterscheiben mit extremen Anforderungen an globale und lokale Ebenheit, einsseiten-bezogene lokale Ebenheit (Nanotopologie), Rauhigkeit und Sauberkeit benötigt. Halbleiterscheiben sind Scheiben aus Halbleitermaterialien, insbesondere Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid und überwiegend Elementhalbleiter wie Silicium und gelegentlich Germanium. Gemäß dem Stand der Technik werden Halbleiterscheiben in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Prozessschritten hergestellt, die sich allgemein in folgende Gruppen einteilen lassen:
- a) Herstellung eines einkristallinen Halbleiterstabs (Kristallzucht);
- b) Auftrennen des Stabs in einzelne Scheiben;
- c) mechanische Bearbeitung;
- d) chemische Bearbeitung;
- e) chemo-mechanische Bearbeitung;
- f) ggf. Herstellung von Schichtstrukturen.
-
Die Kristallzucht erfolgt durch Ziehen und Rotation eines vororientierten einkristallinen Impflings (Keim) aus einer Siliziumschmelze (Tiegelziehverfahren, Czochralski-Verfahren) oder durch Rekristallisation eines aus der Gasphase abgeschiedenen polykristallinen Kristalls entlang einer mittels Induktionsspule erzeugten Schmelzzone, die langsam axial durch den Kristall geführt wird (Zonenschmelzverfahren). In der Häufigkeit der Verwendung und für die vorliegende Erfindung ist das Tiegelziehverfahren von besonderer Bedeutung. Es wird im Nachfolgenden näher beschrieben.
-
Beim Tiegelziehverfahren wird hochreines, mittels Gasphasenabscheidung aus Trichlorsilan gewonnenes polykristallines Silicium unter Zugabe von Dotierstoff in einem Quarzglastiegel unter Schutzgasatmosphäre aufgeschmolzen. Ein zuvor aus einem einkristallinen Siliziumstab gewonnener Impflingskristall, der mittels Röntgenbeugung in die gewünschte kristallographische Wachstumsrichtung orientiert wurde, wird in die Schmelze getaucht und langsam unter Drehung des Einkristalls, oft auch zusätzlich unter Drehung des Schmelztiegels, langsam aus der Schmelze gezogen. Die Schmelzwärme wird durch resistive und ggf. zusätzlich induktive Heizung erzeugt. Verschiedene Methoden zur Temperierung, Isolation und Abschirmung des entstehenden Einkristallstabes, der unerwünscht Wärme aus der Schmelze ableitet, werden eingesetzt, um ein spannungsarmes Kristallwachstum aus der Schmelze über die Fest/Flüssigphasen-Grenzschicht bis zum weiter erkalteten Stabanfang sicherzustellen und so die Ausbildung spannungsinduzierter Kristallschäden (kristalline Versetzungen) zu vermeiden. Im Stand der Technik ist ferner die Verwendung von Magnetfeldern beschrieben, die die Schmelze durchsetzen und so Konvektions- und Massentransportphänomene weiter zu beeinflussen.
-
-
Es ist im Stand der Technik bekannt, dass sich im komplexen Zusammenspiel aus Schmelzkonvektion und -Diffusion, Dotierstoff-Segregation an der Wachstumsgrenzfläche und Wärmeleitung und -Strahlung von Schmelze und Stab eine für die jeweiligen Prozessparameter charakteristische Form der Wachstumsgrenzfläche ausbildet. Unter Konvektion versteht man dabei die durch Dichteschwankungen aufgrund ungleichmäßiger Erwärmung angetriebene Materialbewegung; unter Diffusion die (kurzreichweitige) durch Konzentrationsgefälle angetriebene Bewegung der Atome in der Schmelze; und unter Segregation die Anreicherung von Dotierstoff in Stab oder Schmelze aufgrund unterschiedlicher Löslichkeiten im Halbleitermaterial in der flüssigen oder festen Phase. Durch Ändern der Betriebsparameter der Kristallziehanlage (Ziehgeschwindigkeit, Temperaturverteilung usw.) kann die Form der Wachstumsgrenzfläche, also die Grenzfläche zwischen flüssiger und fester Phase des Halbleitermaterials, in weiten Grenzen variiert werden.
-
1 zeigt Einkristall und Schmelze aus Halbleitermaterial im Ziehtiegel mit weitgehend ebener 5, konkaver 5a und konvexer 5b Phasengrenzfläche.
-
Weiter ist im Stand der Technik bekannt, dass die komplexen Materialtransportphänomene in der Schmelze und während der Materialabscheidung an der Phasengrenzfläche zu einer räumlich schwankenden Konzentration des abgeschiedenen Dotierstoffs im wachsenden Halbleiter-Einkristall führen. Aufgrund der Rotationssymmetrie von Ziehprozess, Ziehvorrichtung und wachsendem Halbleiterstab sind die Dotierstoff-Konzentrationsschwankungen weitgehend radialsymmetrisch. d. h. sie bilden konzentrische Ringe schwankender Dotierstoffkonzentration entlang der Symmetrieachse des Halbleiter-Einkristalls. Diese Dotierstoff-Konzentrationsschwankungen werden auch als „Striations” (Streifenbildung) bezeichnet.
-
2a zeigt Einkristall und Schmelze aus Halbleitermaterial mit weitgehend ebener Flüssig/Fest-Phasengrenzfläche 5 mit radial schwankenden Dotierstoffkonzentrationen 6. Nach Auftrennen des Halbleiterkristalls entlang Schnittfläche) überziehen diese „Striations” die erhaltenen Halbleiterscheiben 9 als konzentrische Ringe (2b). Diese können durch Messung der lokalen Oberflächen-Leitfähigkeit oder nach Behandlung mit einer Defektätze auch strukturell als Unebenheit sichtbar gemacht werden. Es ist ebenfalls im Stand der Technik bekannt, dass die räumliche Frequenz der Dotierstoff-Konzentrationsschwankungen von der Ebenheit der Fest/Flüssig-Grenzfläche beim Kristallwachstum abhängt. Bei gekrümmten Grenzflächen bilden sich Striations im Bereich starker Steigung der Grenzfläche in räumlich besonders kurzwelliger (räumlich hochfrequenter) Abfolge. Die Konzentrationsschwankungs-Ringe liegen eng beieinander. Im Bereich weitgehender Ebenheit der Wachstumsgrenzfläche schwankt die Dotierstoffkonzentration dagegen nur sehr langsam. Die Schwankungsringe liegen weit auseinander und die Amplitude der Konzentrationsschwankung ist gering.
-
Das Sägen des Halbleiterstabes zum Auftrennen in einzelne Halbleiterscheiben führt zu oberflächennahen Schichten (13) der erhaltenen Halbleiterscheiben, deren Einkristallinität geschädigt ist (2c). Diese geschädigten Schichten werden nachfolgend durch chemische und chemo-mechanische Bearbeitung entfernt. Beispiel für eine chemische Bearbeitung ist das alkalische oder saure Ätzen; Beispiel für eine chemo-mechanische Bearbeitung ist die Politur mit alkalischem kolloid-dispersem Kieselsol.
-
Es ist nun schließlich im Stand der Technik bekannt, dass die Materialabtragsrate bei chemischer oder chemo-mechanischer Bearbeitung der Oberfläche einer Halbleiterscheibe von den lokalen chemischen bzw. elektronischen Eigenschaften der Halbleiteroberfläche abhängen. Dies geschieht dadurch, dass unterschiedliche Konzentrationen eingebauter Dotierstoffatome das Halbleiter-Wirtsgitter elektronisch (lokale Valenz, Leitfähigkeit) oder aufgrund von Größenfehlpassung strukturell mittels Verzerrung modifizieren und dies bei chemischer oder chemo-mechanischer Bearbeitung zu einem von der Dotierstoffkonzentration abhängigen präferentiellen Materialabtrag führt. Es bilden sich entsprechend der Dotierstoff-Konzentrationsschwankungen ringförmige Unebenheiten in der Oberfläche der Halbleiterscheibe heraus. Diese konzentrische Höhenmodulation der Oberfläche nach chemischer oder chemo-mechanischer Bearbeitung wird ebenfalls als „Striations” (Streifenbildung) bezeichnet.
-
DE 102 007 035 266 A1 beschreibt ein Verfahren zum Polieren eines Substrates aus Halbleitermaterial, umfassend zwei Polierschritte vom FAP-Typ, die sich dadurch unterscheiden, dass bei einem Polierschritt eine Poliermittelsuspension, die ungebundenen Abrasivstoff als Feststoff enthält, zwischen das Substrat und das Poliertuch gebracht wird, während beim zweiten Polierschritt an die Stelle der Poliermittelsuspension eine Poliermittellösung tritt, die frei von Feststoffen ist.
-
Halbleiterscheiben mit Eignung als Substrat für besonders anspruchsvolle Anwendungen in der Elektronik, Mikroelektronik oder Mikro-Elektromechanik müssen einen besonders hohen Grad an Ebenheit und Homogenität ihrer Oberfläche aufweisen. Die Ebenheit der Substratscheibe begrenzt nämlich maßgeblich die erzielbaren Ebenheiten der einzelnen Schaltungsebenen typischer Mehrlagen-Bauteile, die auf ihnen später fotolithografisch strukturiert werden. Wenn die Ausgangsebenheit unzureichend ist, kommt es später bei den verschiedenen Planarisierungsprozessen der einzelnen Verdrahtungsebenen zu Durchstößen durch die aufgebrachten Isolierungslagen und infolge dessen zu Kurzschlüssen und somit Ausfall der so hergestellten Bauelemente.
-
Daher werden im Stand der Technik Halbleiterscheiben bevorzugt, die möglichst schwache und langwellige Dotierstoff-Konzentrationsschwankungen 7 aufweisen (2b). Diese lassen sich im Stand der Technik nur mit Kristall-Ziehprozessen erzielen, bei denen die Wachstumsfläche 5 möglichst eben ist (2a).
-
Derartige Ziehprozesse sind besonders langsam, aufwändig zu steuern und daher sehr unwirtschaftlich.
-
Mit im Stand der Technik bekannten Kristallziehprozessen und nachfolgenden chemischen und chemo-mechanischen Bearbeitungsprozessen lassen sich nur in der erzielbaren Ebenheit eingeschränkte Halbleiterscheiben herstellen, die für zukünftige, an die Ebenheit besonders hohe Anforderungen stellende Anwendungen ungeeignet sind. Überdies sind diese Herstellungsverfahren sehr teuer und aufwändig, da bei der Kristallzucht eine besonders ebene Wachstumsgrenzefläche eingehalten werden muss, an der das Halbleitermaterial nur sehr langsam aus der Schmelze zu einem Einkristall wächst.
-
Die Aufgabe der vorliegende Erfindung besteht also darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich kostengünstig, mit einfach zu handhabendem Kristallziehprozess und mit hoher Ausbeute ein Einkristall herstellen und mittels geeigneter Oberflächenbearbeitung zu einer defektarmen Halbleiterscheibe verarbeiten lässt, die eine besonders hohe abschließende Ebenheit aufweist, die nicht durch Dotierstoff-Konzentrationsschwankungen begrenzt ist.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch ein erstes Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend ein Ziehen eines Einkristalls (3) aus Halbleitermaterial, ein Abtrennen einer Halbleiterscheibe (9) vom Einkristall (3) und eine Politur der Halbleiterscheibe (9), die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein dabei verwendetes Poliertuch fest eingebundene abrasiv wirkende Feststoffe enthält und das einem zwischen einer zu polierenden Oberfläche der Halbleiterscheibe und dem Poliertuch gebildeten Arbeitsspalt ein Poliermittel zugeführt wird, das keine abrasiv wirkenden Feststoffe enthält und das einen pH-Wert zwischen 9,5 und 12,5 aufweist.
-
Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst durch ein zweites Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend ein Ziehen eines Einkristalls (3) aus Halbleitermaterial aus einer Schmelze (2), ein Abtrennen einer Halbleiterscheibe (9) vom Einkristall (3) und eine Politur der Halbleiterscheibe (9), gekennzeichnet dadurch, dass die Politur mit einem Poliertuch erfolgt, das fest eingebundene abrasiv wirkende Feststoffe enthält, dass ein bei der Politur zugeführtes Poliermittel keine abrasiv wirkenden Feststoffe enthält und einen pH-Wert zwischen 9,5 und 12,5 aufweist, und dass während der Kristallzucht ein Randbereich des Einkristalls (3) mit starker und räumlich hochfrequenter Schwankung der Dotierstoffkonzentration und ein Zentrumsbereich mit niedrigen und räumlich niederfrequenter Schwankung der Dotierstoffkonzentration erzeugt wird.
-
-
Wesentlich für die Erfindung ist, dass keine herkömmliche chemisch-mechanische Politur wie DSP oder CMP erfolgt. Die DSP wird durch eine FAP-Politur ersetzt.
-
Wesentlich ist insbesondere, dass bei der Politur keine Poliermittel zugeführt werden, die abrasiv wirkende Feststoffe enthalten.
-
Erfindungsgemäß werden ausschließlich Poliermittellösungen verwendet, die frei von Feststoffen sind. Dadurch unterscheidet sich das Verfahren auch deutlich von dem in
De 102 007 035 266 A1 beschriebenen Verfahren, dass bei der dort beanspruchten zweiteiligen FAP-Politur einen FAP-Schritt unter Zufuhr einer Poliermittelsuspension als wesentlich erklärt. Damit wäre die Aufgabe der Erfindung, wie auch bei Anwendung von chemisch-mechanischer DSP, nicht zu lösen.
-
Der pH-Wert der Poliermittellösung wird vorzugsweise durch Zugabe von Kalilauge (KOH) oder Kaliumcarbonat (K2CO3) eingestellt.
-
Kurzbeschreibung der Figuren
-
1: Einkristall und Schmelze aus Halbleitermaterial im Ziehtiegel mit weitgehend ebener, konkaver oder konvexer Fest-/Flüssigphasen-Grenzfläche;
-
2a: Einkristall und Schmelze aus Halbleitermaterial im Ziehtiegel mit ebener Fest-/Flüssigphasen-Grenzfläche und gleichmäßiger Verteilung der Dotierstoff-Konzentrationsschwankungen;
-
2b: Aufsicht auf Halbleiterscheibe (aus Schnitt durch Einkristall in 2a) mit radial gleichmäßiger Verteilung der Dotierstoff-Konzentrationsschwankungen;
-
2c: Schnitt durch Halbleiterscheibe nach Abtrennen vom Einkristall (Sägen) mit geschädigter Oberflächenzone;
-
2d: Schnitt durch Halbleiterscheibe nach Abtrennen vom Einkristall und anschließendem Entfernen der geschädigten Oberflächenzone mittels eines nicht erfindungsgemäßen chemomechanischen Polierverfahrens mit resultierender großer Unebenheit der Oberfläche;
-
2e: Schnitt durch Halbleiterscheibe nach Abtrennen vom Einkristall und anschließendem Entfernen der geschädigten Oberflächenzone mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens der „Fixed-Abrasive”-Politur mit resultierender verringerter Unebenheit der Oberfläche;
-
3a: Einkristall und Schmelze aus Halbleitermaterial im Ziehtiegel mit annähernd trapezförmiger konkaver Fest-/Flüssigphasen-Grenzfläche mit kurzwelliger Schwankung der Dotierstoff-Konzentration im Randbereich und weitgehend konstanter Dotierstoff-Konzentration im Zentrumsbereich der Halbleiterscheibe;
-
3b: Aufsicht auf Halbleiterscheibe (aus Schnitt durch Einkristall in 3a) mit kurzwelliger Schwankung der Dotierstoff-Konzentration im Randbereich und weitgehend konstanter Dotierstoff-Konzentration im Zentrumsbereich der Halbleiterscheibe;
-
3c: Schnitt durch Halbleiterscheibe nach Abtrennen vom Einkristall (Sägen) mit geschädigter Oberflächenzone;
-
3d: Schnitt durch Halbleiterscheibe nach Abtrennen vom Einkristall und anschließendem Entfernen der geschädigten Oberflächenzone mittels eines nicht erfindungsgemäßen chemomechanischen Polierverfahrens mit resultierender großer Unebenheit der Oberfläche;
-
3e: Schnitt durch Halbleiterscheibe nach Abtrennen vom Einkristall und anschließendem Entfernen der geschädigten Oberflächenzone mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens der „Fixed-Abrasive”-Politur mit resultierender stark verringerter Unebenheit der Oberfläche.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Ziehtiegel (Quarztiegel);
- 2
- Schmelze (Flüssigphase);
- 3
- Einkristall (Feste Phase);
- 4
- Oberfläche der Silicium-Schmelze (Flüssig/Gas-Grenzfläche);
- 5
- weitgehend ebene flüssig-fest-Grenzfläche (Wachstumsfläche);
- 5a
- konkave Wachstumsfläche mit weitgehend konstanter Krümmung;
- 5b
- konvexe Wachstumsfläche mit weitgehend konstanter Krümmung;
- 6
- Bereich erhöhter Dotierstoffkonzentration;
- 7
- Ortsfrequenz der Dotierstoffkonzentration-Schwankungen;
- 7a
- Bereich langwelliger Schwankung der Dotierstoffkonzentration;
- 7b
- Bereich kurzwelliger Schwankung der Dotierstoffkonzentration;
- 8
- Schnittfläche durch Einkristall;
- 9
- Halbleiterscheibe;
- 10
- Unebenheit durch Dotierstoff-konzentrationsabhängigen Materialabtrag;
- 11
- leicht verringerte Unebenheit durch Dotierstoff-konzentrationsabhängigen Materialabtrag;
- 12
- stark verringerte Unebenheit durch Dotierstoff-konzentrationsabhängigen Materialabtrag;
- 13
- kristallin geschädigte Oberflächenlage der Halbleiterscheibe.
- 14
- trapezförmig konkav geformte Wachstumsfläche
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren ausführlich beschrieben.
-
1 zeigt die wesentlichen Elemente einer Einkristall-Stabziehanlage, bestehend aus Schmelztiegel 1, Schmelze 2 aus Halbleitermaterial (Flüssigphase), gezogenem Einkristall 3 aus Halbleitermaterial (feste Phase), Oberfläche 4 der Schmelze und verschiedenen flüssig-fest-Grenzeflächen, d. h. Wachstumsflächen, an denen das Kristallwachstum durch Abscheidung aus der Schmelze stattfindet: einer weitgehend ebenen 5, einer konkaven 5a und einer konvexen 5b.
-
2a zeigt ein Vergleichsbeispiel gemäß dem Stand der Technik, bei dem eine möglichst ebene Wachstumsfläche bevorzugt wird, da an dieser die Konzentration 6 des im Kristallgitter eingebauten Dotierstoffs den geringsten Variationen unterliegt und die Variationen räumlich langwellig erfolgen. Durch Auftrennen des Stabes 3 bspw. entlang der gezeigten Schnittebene 8 erhält man einzelne Halbleiterscheiben 9.
-
Eine solche Halbleiterscheibe 9 zeigt in Aufsicht 2b.
-
Die im Vergleichsbeispiel gezeigten, aus einem nach dem Stand der Technik gezogenen Einkristall erhaltenen Halbleiterscheiben 9 weisen einen gleichmäßigen Abstand 7 der Dotierstoffschwankungen auf. Ein derartiger Kristallziehprozess ist sehr zeitaufwändig, unproduktiv und teuer. Beispielweise beträgt die Ziehdauer eines 300 mm Silicium-Einkristalls aus einer 250 kg Schmelzeinwaage etwa 58 Stunden.
-
2c zeigt die nach Auftrennen des Stabes erhaltenen Halbleiterscheiben 9 in Seitenansicht. Die oberflächennahen Kristallschichten 13 sind durch die Material bearbeitende Einwirkung des Trennvorganges kristallin geschädigt. Beim Abtragen der geschädigten Schichten und weiterem Einebnen der Oberfläche durch mechanische (Schleifen, Läppen) und chemische Bearbeitung (Ätzen), insbesondere jedoch bei der abschließenden Politur nach dem Stand der Technik mittels alkalischem kolloid-dispersem Kieselsol, erzeugen die Dotierstoff-Konzentrationsschwankungen durch präferentiellen Materialabtrag starke Unebenheiten 10 der Halbleiteroberfläche (2d).
-
Die im Vergleichsbeispiel gezeigte, mit Kristallzucht und Kieselsolpolitur nach dem Stand der Technik erhaltene Halbleiterscheibe ist aufgrund der starken Unebenheit als Substrat für besonders anspruchsvolle Anwendungen der Elektronik, Mikroelektronik oder Mikro-Elektromechanik ungeeignet.
-
2e zeigt den Querschnitt einer Halbleiterscheibe aus einem Ziehverfahren nach dem Stand der Technik aber nach abschließender Politur mit einem „Fixed-Abrasive Polishing”-Verfahren (FAP) gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren. Beim FAP werden eine oder mehrere Halbleiterscheiben, gleichzeitig oder nacheinander, einseitig, sequentiell oder simultan beidseitig durch Bewegung der Halbleiterscheibe unter Druck über ein Poliertuch Material abtragend bearbeitet. Dabei sind in das FAP-Poliertuch abrasiv wirkende Feststoffe fix eingebunden, und das dem zwischen Poliertuch und Oberfläche der Halbleiterscheibe gebildeten Arbeitsspalt während der Bearbeitung zugeführte Poliermittel enthält keine abrasiv wirkenden Feststoffe und weist einen pH-Wert zwischen 9,5 und 12,5 auf.
-
Geeignete Abrasivstoffe für die verwendeten FAP-Poliertücher umfassen beispielsweise Partikel von Oxiden der Elemente Cer, Aluminium, Silicium, Zirkon sowie Partikel von Hartstoffen wie Siliciumcarbid, Bornitrid und Diamant.
-
Besonders geeignete Poliertücher weisen eine von replizierten Mikrostrukturen geprägte Oberflächentopografie auf. Diese Mikrostrukturen („posts”) haben beispielsweise die Form von Säulen mit einem zylindrischen oder mehreckigen Querschnitt oder die Form von Pyramiden oder Pyramidenstümpfen.
-
Nähere Beschreibungen solcher Poliertücher sind beispielsweise in
WO 92/13680 A1 und
US 2005/227590 A1 enthalten.
-
Besonders bevorzugt ist die Verwendung von im Poliertuch gebundenen Ceroxid-Partikeln, vgl. auch
US6602117B1 .
-
Die mittlere Partikelgröße der im FAP-Poliertuch enthaltenen Abrasive beträgt vorzugsweise 0,1–1,0 μm, besonders bevorzugt 0,1–0,6 μm und ganz besonders bevorzugt 0,1–0,25 μm.
-
2e zeigt, dass durch derartig erfindungsgemäße Bearbeitung die Unebenheiten der erhaltenen Halbleiteroberfläche deutlich gegenüber dem Stand der Technik reduziert sind 11.
-
Eine derart nach dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitete Halbleiterscheibe ist als Substrat für anspruchsvollere Anwendungen in Elektronik, Mikroelektronik oder Mikro-Elektromechanik geeigneter als dies vergleichsweise nach dem Stand der Technik bearbeitete Halbleiterscheiben sind.
-
3 erläutert die Erfindung gemäß dem zweiten Verfahren.
-
3a zeigt schematisch einen Halbleiter-Einkristall 3, der mit einem besonders schnellen Ziehverfahren erhalten wurde. Im vorliegenden erfindungsgemäßen Beispiel betrug die Ziehzeit für einen 300 mm-Kristall aus einer 250 kg Schmelzeinwaage nur 42 Stunden gegenüber 58 Stunden für einen nach dem Stand der Technik gezogenen Kristall gleicher Einwaage mit ebener Flüssig-Fest-Wachstumsgrenzfläche.
-
Die Wachstumsgrenzfläche 14 in 3a ist besonders stark gekrümmt und weist einen annähernd trapezförmigen Verlauf auf.
-
3b zeigt die Aufsicht auf eine durch Auftrennen entlang der Schnittfläche 8 in 3a erhaltenen Halbleiterscheibe 9. Aufgrund der großen Steigung der Wachstumsgrenzfläche im Randbereich des Kristalls ist die Schwankung der radialen Konzentration des an der Wachstumsgrenzfläche eingebauten Dotierstoffs im Randbereich des Kristalls besonders hoch und wechselt mit räumlich hoher Frequenz 7b (geringe radiale Abstände der Konzentrationsmaxima). Im Innern des Stabes 3 (3a) verläuft die Wachstumsgrenzfläche weitgehend eben, und somit weist der Zentrumsbereich der Halbleiterscheibe 9 (3b) nur eine geringe Schwankungsamplitude und sehr weite Abstände 7a der Maxima der Dotierstoffkonzentration auf.
-
3c zeigt den Querschnitt durch die Halbleiterscheibe 9 mit den durch das Auftrennen des Einkristallstabes in einzelne Halbleiterscheiben geschädigten oberflächennahen Zonen 13.
-
3d zeigt als Vergleichsbeispiel die nicht erfindungsgemäße Bearbeitung mittels einer chemo-mechanischen Politur (DSP) mit alkalischem kolloid-dispersen Kieselsol gemäß dem Stand der Technik.
-
Der präferentielle Materialabtrag des räumlich hochfrequent Dotierstoffkonzentrations-modulierten Randbereichs der Halbleiterscheibe führt zu starken räumlich kurzwelligen Unebenheiten 11 im Randbereich 7b der Oberfläche der Halbleiterscheibe 9 und zu niederfreqenten Unebenheiten im Zentrumsbereich 7a.
-
3e zeigt den Querschnitt einer Halbleiterscheibe nach Bearbeitung durch das zweite erfindungsgemäßen Verfahren mittels abschließendem Fixed-Abrasive Polishing (FAP).
-
Das beim FAP verwendete Poliertuch ist wesentlich steifer als ein Poliertuch für eine Kieselsol-Politur gemäß dem Stand der Technik. Dadurch und wegen der Tatsache, dass das Abrasiv fest in das FAP-Tuch eingebunden ist und nicht in einem Flüssigkeitsfilm zwischen Halbleiterscheiben-Oberfläche und Poliertuch mit weitgehend unbestimmter Wechselwirkung enthalten ist, erfolgt der Materialabtrag beim FAP weitgehend wegbestimmt, d. h. deterministisch entlang der durch Druck, Poliertuch- und Halbleiterscheiben-Geometrie und Prozesskinematik vorgegebenen Bahn der fix gebundenen Abrasiva über die Halbleiterscheibenoberfäche.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ersetzt somit den präferentiellen Materialabtrag der chemo-mechanischen Politur nach Stand der Technik durch eine deterministische, wegbestimmte Werkstückbearbeitung. Insbesondere bei räumlich kurzwelligen Modulationen der elektronischen, chemischen oder strukturellen Eigenschaften der Halbleiterscheibe, wie sie bspw. durch die Dotierstoffschwankungen infolge des Ausbildens von „Striations” bei der Kristallzucht entstehen, folgt die steife, wegbestimmt-deterministisch Material abtragende erfindungsgemäße FA-Politur nicht den Unebenheiten der Werkstückoberfläche, sondern ebnet diese ein. Im Zentrumsbereich, in dem die Modulationsamplitude geringer und die Abstände zwischen den Dotierstoffmaxima groß ist, führt die deterministisch-wegbestimmte FA-Politur daher ebenfalls zu einer besonders ebenen Oberfläche.
-
Die in der Erfindung beschriebenen Einkristalle sind vorzugsweise Silizium-Einkristalle. Bei den Halbleiterscheiben handelt es sich vorzugsweise um monokristalline Siliziumwafer.
-
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
-
- DE 10025870 A1 [0005]
- DE 10250822 A1 [0005, 0005]
- DE 10118482 B4 [0005]
- DE 102007035266 A1 [0012, 0023]
- DE 102008053610 [0020]
- DE 102009025243 [0020]
- DE 102009030297 [0020]
- DE 102009030292 [0020]
- WO 92/13680 A1 [0046]
- US 2005/227590 A1 [0046]
- US 6602117 B1 [0047]
