DE102011008854A1 - Method for cutting semiconductor material e.g. silicon wafer, involves passivating semiconductor material by supplying microwave energy in presence of oxygen-containing gas atmosphere - Google Patents

Method for cutting semiconductor material e.g. silicon wafer, involves passivating semiconductor material by supplying microwave energy in presence of oxygen-containing gas atmosphere Download PDF

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Abstract

The method involves cutting semiconductor material using diamond wire in oxygen-containing gas atmosphere. The surface of the cut semiconductor material is passivated by supplying microwave energy in oxygen-containing gas atmosphere. The oxygen radicals or nitrogen radicals are generated in oxygen-containing gas atmosphere during passivation process. The halide, nitrogen or silane gas is used in gaseous atmosphere.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden von Halbleitermaterialien gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for cutting semiconductor materials according to the preamble of claim 1.

In den Bereichen der Photovoltaik und der Mikroelektronik stellen Scheiben aus Halbleitermaterial, sogenannte Wafer, die Ausgangsmaterialien dar. In erster Linie werden hierbei mono- oder multikristalline Siliziumscheiben verwendet. Daneben werden Halbleitermaterialien in weiteren technischen Gebieten eingesetzt, beispielsweise in der Mikrosystemtechnik.In the fields of photovoltaics and microelectronics, disks made of semiconductor material, so-called wafers, are the starting materials. Monocrystalline or multicrystalline silicon wafers are used in the first place. In addition, semiconductor materials are used in other technical fields, for example in microsystems technology.

Gegenwärtig werden die benötigten Scheiben aus Halbleitermaterial, insbesondere Siliziumscheiben, hergestellt, indem diese von länglichen Halbleitermaterialblöcken oder Halbleitermaterialstäben heruntergeschnitten werden. In der industriellen Fertigung erfolgt dies in der Regel mittels Drahtsägen. Hierbei wird ein erheblicher Teil des zuvor aufwändig hergestellten Halbleitermaterialblockes oder Halbleitermaterialstabes zerspant. So werden in dem Bereich der Photovoltaik gegenwärtig Siliziumscheiben mit einer Dicke zwischen 160 und 200 μm verwendet. Diese werden von Siliziumblöcken oder -scheiben unter Verwendung eines Drahts mit einer Dicke von etwa 140 μm heruntergeschnitten. Die genannte Drahtdicke, welche kaum weiter reduzierbar ist, ist mit einer Zerspanung des Siliziumblockes beziehungsweise -stabes über eine Dicke von 160 bis 170 μm hinweg verbunden. Bei einem Zerschneiden von Siliziumblöcken oder -stäben wird somit die Hälfte des Siliziummaterials zerspant. Das zerspante Siliziummaterial fällt dabei als Siliziumstaub mit einer Korngröße im Bereich von 5 bis 100 μm an.At present, the required slices of semiconductor material, in particular silicon wafers, are produced by cutting them down from elongated semiconductor material blocks or semiconductor material rods. In industrial production, this is usually done by means of wire saws. Here, a considerable part of the previously elaborately produced semiconductor material block or semiconductor material rod is machined. Thus, in the field of photovoltaics currently silicon wafers with a thickness between 160 and 200 microns are used. These are cut down from silicon ingots or slices using a wire having a thickness of about 140 μm. Said wire thickness, which is hardly reducible, is associated with a cutting of the silicon block or rod over a thickness of 160 to 170 μm. In a cutting of silicon blocks or rods thus half of the silicon material is machined. The chipped silicon material precipitates as silicon dust with a grain size in the range of 5 to 100 microns.

Bislang wurden beim Drahtsägen Metalldrähte eingesetzt, welche während des Sägevorgangs in einer Schleifmittelsuspension, dem sogenannten Sägeslurry, bewegt wurden. Als Sägesuspension wurde dabei eine Suspension aus Schleifmitteln, beispielsweise Siliziumcarbid, und einer Flüssigkeit, beispielsweise Polyethylenglykol, verwendet. Die Flüssigkeit wurde dabei zudem als Kühlmittel eingesetzt. Neuerdings werden statt Metalldrähten und der Sägesuspension diamantbeschichtete Drähte eingesetzt, bei welchen die auf die Drähte aufgebrachten Diamanten als Schleifmittel verwendet werden, sodass auf eine Zugabe einer Suspension von Schleifmitteln verzichtet werden kann. Dabei wird üblicherweise weiterhin eine Flüssigkeit, beispielsweise Polyethylenglykol, zugeführt.So far, metal wires have been used in wire sawing, which were moved during the sawing process in an abrasive suspension, the so-called Sägeslurry. The sawing suspension used was a suspension of abrasives, for example silicon carbide, and a liquid, for example polyethylene glycol. The liquid was also used as a coolant. Recently, instead of metal wires and the sawing suspension, diamond-coated wires have been used in which the diamonds applied to the wires are used as abrasives, so that the addition of a suspension of abrasives can be dispensed with. In this case, a liquid, for example polyethylene glycol, is usually further supplied.

Am Ende eines Schneidprozesses liegt somit eine Suspension vor, welchen neben dem zerspanten Silizium eine Flüssigkeit wie Polyethylenglykol, Schleifmittel, beispielsweise Siliziumcarbidpartikel oder ausgebrochene Diamanten, Metallabrieb des Drahtes und weitere Verunreinigungen enthält, die unter anderem auch aus der verwendeten Flüssigkeit stammen. Da das hierin enthaltene Silizium zuvor aufwändig hergestellt und gereinigt wurde, ist man bestrebt, dieses zurückzugewinnen und für die Herstellung weiterer Siliziumblöcke beziehungsweise -stäbe wiederzuverwenden. Da die einzelnen Körner des zerspanten Siliziums zu dem Zeitpunkt ihrer Entstehung mit den genannten, in der Suspension vorliegenden Verunreinigungen in Kontakt kommen, sind die Oberflächen der Körner nicht mit einem als Schutzschicht wirkenden natürlichen Oxidschicht versehen. Die Verunreinigungen können daher besonders leicht in die Körner eindiffundieren. In der Folge sind die Körner des zerspanten Siliziums in oberflächennahen Bereichen gegenüber dem Ausgangsmaterial verunreinigt. Das zerspante Silizium muss daher vor seiner Wiederverwendung gereinigt werden. Dies geschieht üblicherweise durch Überätzen der einzelnen Körner des zerspanten Siliziums. Ein solches Überätzen ist zum einen aufwändig, zum anderen mit einem weiteren Verlust an Halbleitermaterial verbunden.Thus, at the end of a cutting process, there is a suspension which, in addition to the chipped silicon, contains a liquid such as polyethylene glycol, abrasives, for example silicon carbide particles or broken diamonds, metal abrasion of the wire and other impurities which, inter alia, also originate from the liquid used. Since the silicon contained herein has previously been elaborately manufactured and purified, it is endeavored to recover this and reuse it for the production of further silicon ingots or rods. Since the individual grains of the machined silicon come into contact with the abovementioned impurities present in the suspension at the time of their formation, the surfaces of the grains are not provided with a natural oxide layer acting as a protective layer. The impurities can therefore particularly easily diffuse into the grains. As a result, the grains of machined silicon in the near-surface regions are contaminated with respect to the starting material. The chipped silicon must therefore be cleaned before it is reused. This is usually done by overetching the individual grains of the machined silicon. Such over-etching is complex on the one hand, and on the other hand associated with a further loss of semiconductor material.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schneiden von Halbleitermaterial zur Verfügung zu stellen, welches eine geringere Verunreinigung zerspanten Halbleitermaterials ermöglicht.Against this background, it is an object of the present invention to provide a method for cutting semiconductor material which enables less contamination of machined semiconductor material.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved by a method having the features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Unteransprüche.Advantageous developments are the subject of dependent claims.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Halbleitermaterial mittels eines Diamantdrahtes in einer Passivierungsumgebung zu schneiden und Oberflächenzustände von zerspantem Halbleitermaterial mittels der Passivierungsumgebung zu passivieren. Da in der Passivierungsumgebung geschnitten wird, erfolgt die Passivierung der Oberflächenzustände von zerspantem Halbleitermaterial sehr schnell nach der Entstehung der einzelnen Zerspanungskörner. Der Verunreinigungseintrag in das zerspante Halbleitermaterial kann durch diese schnelle Passivierung der Oberfläche erheblich reduziert werden.The invention is based on the idea of cutting the semiconductor material by means of a diamond wire in a passivation environment and of passivating surface states of machined semiconductor material by means of the passivation environment. Since the passivation environment is cut, the passivation of the surface states of machined semiconductor material takes place very quickly after the formation of the individual chips. The contamination entry into the chipped semiconductor material can be considerably reduced by this rapid passivation of the surface.

Unter einer Passivierungsumgebung ist vorliegend eine Umgebung zu verstehen, welche Bestandteile aufweist, mittels welchen Oberflächenzustände des Halbleitermaterials zumindest zum Teil passiviert werden können. Unter einem Diamantdraht ist vorliegend ein Draht zu verstehen, auf welchem Diamanten angeordnet und mit diesem verbunden sind.In the present case, a passivation environment is to be understood as meaning an environment which has constituents by means of which surface states of the semiconductor material can be at least partially passivated. In the present case, a diamond wire is understood to mean a wire on which diamonds are arranged and connected to it.

Die Passivierungsumgebung kann gasförmig oder flüssig sein. Eine gasförmige Umgebung wird teilweise auch als Gasatmosphäre bezeichnet. The passivation environment may be gaseous or liquid. A gaseous environment is sometimes referred to as a gas atmosphere.

Liegt eine gasförmige Passivierungsumgebung vor, so wird das Halbleitermaterial trocken geschnitten. Auf eine Zugabe von Flüssigkeiten oder Fluiden zur Kühlung oder zum Abtransport zerspanter Teile des Halbleitermaterials wird demnach verzichtet. Andernfalls bestünde die Möglichkeit, dass das zerspante Halbleitermaterial, zumindest zum Teil, mit Verunreinigungen in Kontakt kommt, ehe dessen Oberflächenzustände mittels der gasförmigen Passivierungsumgebung passiviert werden können.If there is a gaseous passivation environment, the semiconductor material is cut dry. Accordingly, it is not necessary to add liquids or fluids for cooling or for removing machined parts of the semiconductor material. Otherwise, there is the possibility that the chipped semiconductor material, at least in part, comes into contact with impurities before its surface states can be passivated by means of the gaseous passivation environment.

Als flüssige Passivierungsumgebung können beispielsweise Alkohole verwendet werden. Gasförmige Passivierungsumgebungen können beispielsweise Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Halogenide oder stickstoffhaltige Verbindungen aufweisen. Den genannten Bestandteilen der gasförmigen Passivierungsumgebung wird vorzugsweise ein Inertgas, in der Regel Edelgase wie Argon, beigemengt. Unter Inertgasen sind dabei Gase zu verstehen, die gegenüber dem Halbleitermaterial inert sind. Diese können unter anderem zum Spülen von Gehäusen verwendet werden, in welchen das Halbleitermaterial geschnitten wird. Etwaige vorhandene Verunreinigungen können so vor Beginn des Sägeprozesses wenigstens zum Teil aus dem Gehäuse entfernt werden. Offensichtlich sollte die Passivierungsumgebung möglichst keine das Halbleitermaterial verunreinigenden Bestandteile, wie im Fall von Silizium beispielsweise Kupfer oder Eisen, aufweisen.For example, alcohols may be used as the liquid passivation environment. Gaseous passivation environments may include, for example, oxygen, hydrogen, nitrogen, halides, or nitrogen containing compounds. The said components of the gaseous passivation environment is preferably an inert gas, usually noble gases such as argon, added. Inert gases are gases which are inert to the semiconductor material. These can be used, inter alia, for rinsing housings in which the semiconductor material is cut. Any existing impurities can be removed at least in part from the housing before the beginning of the sawing process. Obviously, the passivation environment should as far as possible not contain constituents which contaminate the semiconductor material, as in the case of silicon, for example copper or iron.

Bei der erfindungsgemäßen Passivierung der Oberflächenzustände des zerspanten Halbleitermaterials werden diese Oberflächenzustände zumindest zum Teil passiviert. Bereits mit einer teilweisen Passivierung kann der Verunreinigungseintrag reduziert werden. Im Idealfall werden die Oberflächenzustände nahezu vollständig passiviert.In the passivation according to the invention of the surface states of the machined semiconductor material, these surface states are at least partially passivated. Already with a partial passivation the contamination entry can be reduced. Ideally, the surface states are almost completely passivated.

Bevorzugt wird das Halbleitermaterial in einer gasförmigen Passivierungsumgebung geschnitten, da eine solche komfortabler handhabbar ist als Passivierungsflüssigkeiten, beispielsweise im Falle von Leckagen im Gehäuse. Zudem können nachfolgend beschriebene Radikale in gasförmigen Passivierungsumgebungen in der Regel einfacher erzeugt werden als in flüssigen Passivierungsumgebungen.Preferably, the semiconductor material is cut in a gaseous passivation environment, since such is easier to handle than passivation liquids, for example in the event of leaks in the housing. In addition, radicals described below in gaseous passivation environments can generally be generated more easily than in liquid passivation environments.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Passivierungsumgebung Energie zugeführt wird, um deren Passivierungswirkung zu verbessern. Hierdurch kann im Einzelfall eine derart starke Verbesserung der Passivierungswirkung erzielt werden, dass dort die Energiezufuhr als Aktivierung der Passivierungsumgebung bezeichnet werden kann. Die Energiezufuhr kann durch Erhitzen der Passivierungsumgebung realisiert werden. Je nach verwendeter Passivierungsumgebung können hierfür beispielsweise geeignete Heizeinrichtungen vorgesehen werden.A development of the invention provides that energy is supplied to the passivation environment in order to improve its passivation effect. As a result, it is possible in individual cases to achieve such a strong improvement in the passivation effect that the energy supply can be designated there as activation of the passivation environment. The energy input can be realized by heating the passivation environment. Depending on the passivation environment used, suitable heating devices can be provided for this purpose, for example.

Vorzugsweise wird die Energie durch Einstrahlung elektromagnetischer Strahlung in die Passivierungsumgebung realisiert, besonders bevorzugt durch Einstrahlung von Mikrowellenstrahlung. Die Frequenz ist auf die jeweils verwendete Passivierungsumgebung abzustimmen.Preferably, the energy is realized by irradiation of electromagnetic radiation in the Passivierungsumgebung, more preferably by irradiation of microwave radiation. The frequency should be adapted to the respective passivation environment.

Vorteilhafterweise werden durch die Zufuhr von Energie Radikale in der Passivierungsumgebung erzeugt, vorzugsweise Sauerstoff- oder Stickstoffradikale. Diese ermöglichen, insbesondere bei der Verwendung von Silizium als Halbleitermaterial, eine vergleichsweise schnelle und zuverlässige Passivierung von Oberflächenzuständen. Im Zusammenhang mit der Erzeugung von Radikalen hat sich eine Energiezufuhr mittels Einstrahlung elektromagnetischer Strahlung besonders bewährt.Advantageously, the addition of energy generates radicals in the passivation environment, preferably oxygen or nitrogen radicals. These allow a comparatively fast and reliable passivation of surface states, in particular when using silicon as the semiconductor material. In connection with the generation of radicals, an energy supply by means of irradiation of electromagnetic radiation has proven particularly useful.

Bei einer Ausführungsvariante der Erfindung wird eine sauerstoffhaltige Gasatmosphäre als gasförmige Passivierungsumgebung verwendet. Diese weist vorzugsweise einen Sauerstoffgehalt von mehr als 70% auf. Besonders bevorzugt besteht sie aus reinem Sauerstoff. Wird Silizium als Halbleitermaterial verwendet, kann auf diese Weise eine oberflächliche Siliziumoxidschicht auf den Körnern der zerspanten Teile des Siliziummaterials ausgebildet werden, welche vergleichsweise widerstandsfähig gegenüber einem Eindringen von Verunreinigungen ist. Diese oberflächliche Siliziumoxidschicht bewirkt in diesem Fall die Passivierung der Oberflächenzustände des zerspanten Siliziummaterials.In one embodiment of the invention, an oxygen-containing gas atmosphere is used as the gaseous passivation environment. This preferably has an oxygen content of more than 70%. Most preferably, it consists of pure oxygen. If silicon is used as the semiconductor material, a superficial silicon oxide layer can be formed in this way on the grains of the chipped parts of the silicon material, which is comparatively resistant to the penetration of impurities. In this case, this superficial silicon oxide layer causes the passivation of the surface states of the machined silicon material.

Bei einer alternativen Ausführungsvariante der Erfindung wird eine stickstoffhaltige Gasatmosphäre als gasförmige Passivierungsumgebung verwendet. Diese weist vorzugsweise einen Stickstoffgehalt von mehr als 70% auf. Die stickstoffhaltige Atmosphäre kann beispielsweise aus reinem Stickstoff oder Ammoniak bestehen.In an alternative embodiment of the invention, a nitrogen-containing gas atmosphere is used as the gaseous passivation environment. This preferably has a nitrogen content of more than 70%. The nitrogen-containing atmosphere may for example consist of pure nitrogen or ammonia.

Ferner können die Oberflächenzustände des zerspanten Halbleitermaterials, insbesondere wenn Silizium als Halbleitermaterial verwendet wird, durch Halogene passiviert werden. Eine Variante der Erfindung sieht daher vor, dass eine halogenidhaltige Gasatmosphäre als gasförmige Passivierungsumgebung verwendet wird, welche vorzugsweise einen Halogenidgehalt von mehr als 70% aufweist und besonders bevorzugt aus einem oder mehreren Halogeniden besteht.Furthermore, the surface states of the machined semiconductor material, in particular if silicon is used as semiconductor material, can be passivated by halogens. A variant of the invention therefore provides that a halide-containing gas atmosphere is used as the gaseous passivation environment, which preferably has a halide content of more than 70%, and particularly preferably consists of one or more halides.

Eine Passivierung von Oberflächenzuständen kann, insbesondere bei der Verwendung von Silizium als Halbleitermaterial, mittels Wasserstoff erfolgen. Vorteilhafterweise wird daher eine wasserstoffhaltige Gasatmosphäre als gasförmige Passivierungsumgebung verwendet, welche vorzugsweise einen Wasserstoffgehalt von mehr als 50% aufweist und besonders bevorzugt aus Wasserstoff besteht.Passivation of surface states can, especially when using Silicon as a semiconductor material, carried out by means of hydrogen. Advantageously, therefore, a hydrogen-containing gas atmosphere is used as gaseous Passivierungsumgebung, which preferably has a hydrogen content of more than 50%, and more preferably consists of hydrogen.

Eine Passivierung von Oberflächenzuständen des zerspanten Halbleitermaterials kann des Weiteren, insbesondere bei der Verwendung von Silizium als Halbleitermaterial, mittels der Verwendung einer silanhaltigen Gasatmosphäre als gasförmige Passivierungsumgebung realisiert werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der Erfindung wird daher als gasförmige Passivierungsumgebung eine silanhaltige Gasatmosphäre verwendet, welche vorzugsweise einen Silangehalt von mehr als 70% aufweist und besonders bevorzugt aus einem oder mehreren Silanen besteht.Passivation of surface states of the machined semiconductor material can furthermore be realized, in particular when silicon is used as the semiconductor material, by means of the use of a silane-containing gas atmosphere as gaseous passivation environment. In an advantageous embodiment variant of the invention, therefore, a silane-containing gas atmosphere is used as the gaseous passivation environment, which preferably has a silane content of more than 70% and particularly preferably consists of one or more silanes.

Vorzugsweise werden nach dem Schneiden des Halbleitermaterials Bestandteile der Passivierungsumgebung, welche Oberflächenzustände des zerspanten Halbleitermaterials passivieren, zumindest teilweise wieder aus dem zerspanten Halbleitermaterial ausgetrieben. Dies erfolgt vorzugsweise durch Tempern des Halbleitermaterials. Im Fall mittels Wasserstoff passivierter Oberflächenzustände in einem Silizium-Halbleitermaterial haben sich hierfür Temperaturen über 100°C, vorzugsweise über 250°C, bewährt.Preferably, after cutting the semiconductor material, constituents of the passivation environment which passivate surface states of the machined semiconductor material are expelled at least partially from the machined semiconductor material. This is preferably done by annealing the semiconductor material. In the case by means of hydrogen passivated surface states in a silicon semiconductor material, temperatures above 100 ° C., preferably above 250 ° C., have proven suitable for this purpose.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Strömung ausgebildet wird, mittels welcher der Diamantdraht gekühlt wird. Die Strömung wird dabei aus dem gleichen Material gebildet, das auch zur Ausbildung der Passivierungsumgebung verwendet wird. Zusätzliche Inertgase oder Inertflüssigkeiten können beigemengt werden. In der Ausführungsvariante einer gasförmigen Passivierungsumgebung wird demnach eine Gasströmung ausgebildet. Zu diesem Zweck werden geeignete Austrittsöffnungen für das Gas der gasförmigen Passivierungsumgebung, beispielsweise Gasdüsen, vorgesehen und in geeigneter Weise angeordnet. Der Begriff des Gases schließt vorliegend Gasgemische ein. Zudem können Absaugeinrichtungen vorgesehen sein, welche in Verbindung mit den Austrittsöffnungen die gewünschte Strömung realisieren.A development of the invention provides that a flow is formed, by means of which the diamond wire is cooled. The flow is formed from the same material that is used to form the Passivierungsumgebung. Additional inert gases or inert liquids can be added. In the embodiment of a gaseous passivation environment, therefore, a gas flow is formed. For this purpose suitable outlet openings for the gas of the gassing passivation environment, for example gas nozzles, are provided and arranged in a suitable manner. The term of the gas in this case includes gas mixtures. In addition, suction devices may be provided which realize the desired flow in connection with the outlet openings.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich insbesondere beim Schneiden von Silizium bewährt. Unter anderem ermöglicht es eine vorteilhafte Abtrennung von Siliziumscheiben von einem Siliziumkörper, welcher beispielsweise durch einen Siliziumblock oder ein Siliziumstab gebildet sein kann. Vorzugsweise wird ein Siliziumkörper in Siliziumscheiben geschnitten.The process according to the invention has proven particularly useful in the cutting of silicon. Among other things, it allows an advantageous separation of silicon wafers from a silicon body, which may be formed for example by a silicon block or a silicon rod. Preferably, a silicon body is cut into silicon wafers.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Soweit zweckdienlich, sind hierin gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:Furthermore, the invention will be explained in more detail with reference to figures. Where appropriate, elements having equivalent effect are provided with like reference numerals. Show it:

1 Seitenansicht eines Siliziumblockes, welcher mit einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in Siliziumscheiben geschnitten wird, in einer schematischen Darstellung 1 Side view of a silicon block, which is cut with a first embodiment of the method according to the invention in silicon wafers, in a schematic representation

2 Vorderansicht des Siliziumblocks aus 1 in schematischer Darstellung 2 Front view of the silicon block 1 in a schematic representation

3 Prinzipdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens 3 Schematic representation of another embodiment of the method according to the invention

1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Siliziumblock 10, welcher mittels eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens in Scheiben geschnitten wird, in einer Seitenansicht. Wie dieser zu entnehmen ist, sind mehrere Diamantdrähte 12 vorgesehen, mittels welchen der Siliziumblock 10 in Scheiben geschnitten wird. Die Diamantdrähte 12 sind in der 1 wie auch in der 2 der besseren Übersichtlichkeit halber nur abschnittsweise dargestellt. Aus demselben Grund wurde in den genannten Figuren auf eine Wiedergabe von Umlenkvorrichtungen oder Führungen der Diamantdrähte verzichtet. 1 shows a schematic representation of a silicon block 10 , which is sliced by means of a first embodiment of the method according to the invention, in a side view. As can be seen, there are several diamond wires 12 provided by means of which the silicon block 10 is sliced. The diamond wires 12 are in the 1 as well as in the 2 the sake of clarity, only partially shown. For the same reason, a reproduction of deflection devices or guides of the diamond wires has been dispensed with in the cited figures.

Der Siliziumblock 10 wird mittels der Diamantdrähte trocken geschnitten. Auf eine Zuführung von Flüssigkeiten oder Fluiden, beispielsweise von Polyethylenglykol oder Wasser, wird verzichtet. Wie oben dargelegt wurde, kann hierdurch der Verunreinigungseintrag in zerspante Teile des Siliziumblocks 10 verringert werden.The silicon block 10 is cut dry by means of diamond wires. On a supply of liquids or fluids, such as polyethylene glycol or water is omitted. As stated above, this may result in contamination entry into machined parts of the silicon block 10 be reduced.

Der Siliziumblock 10 ist in einem Gehäuse 14 angeordnet, welches in den 1 und 2 schematisch wiedergegeben ist. In diesem Gehäuse 14 wird eine gasförmige Passivierungsumgebung ausgebildet, sodass der Siliziumblock in der gasförmigen Passivierungsumgebung geschnitten wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine sauerstoffhaltige Gasatmosphäre 17 als gasförmige Passivierungsumgebung verwendet. Alternativ kann eine Halogenide, Stickstoff oder Silan enthaltende Gasatmosphäre vorgesehen werden. In dem Gehäuse 14 sind Gasdüsen 16 angeordnet. Diese dienen als Austrittsöffnungen und ermöglichen eine Ausbildung der gewünschten gasförmigen Passivierungsumgebung. Ergänzend können weitere Austrittsöffnungen in dem Gehäuse 14 vorgesehen sein. Ferner können an sich bekannte Gasauslässe und/oder Absaugeinrichtungen vorgesehen sein, welche zur Ausbildung der gasförmigen Passivierungsumgebung beitragen. Mittels etwaiger Absaugeinrichtungen kann zudem das Gehäuse 14 vor Ausbilden der gasförmigen Passivierungsumgebung zumindest teilweise evakuiert und nachfolgend die gasförmige Passivierungsumgebung in der beschriebenen Weise beschleunigt ausgebildet werden. Alternativ oder ergänzend kann das Gehäuse 14 mit Hilfe der beschriebenen Gasdüsen 16, Austrittsöffnungen, Gasauslässen und/oder Absaugeinrichtungen vor Ausbildung der gasförmigen Passivierungsumgebung gespült werden, insbesondere mittels eines Inertgases wie Argon.The silicon block 10 is in a housing 14 arranged, which in the 1 and 2 is shown schematically. In this case 14 A gaseous passivation environment is formed so that the silicon block is cut in the gaseous passivation environment. In the illustrated embodiment, an oxygen-containing gas atmosphere 17 used as a gaseous passivation environment. Alternatively, a halide, nitrogen or silane containing gas atmosphere may be provided. In the case 14 are gas nozzles 16 arranged. These serve as outlet openings and allow formation of the desired gaseous passivation environment. In addition, further outlet openings in the housing 14 be provided. Furthermore, per se known gas outlets and / or suction devices may be provided which contribute to the formation of the gaseous passivation environment. By means of any suction can also the housing 14 at least partially evacuated prior to forming the gaseous passivation environment, and subsequently accelerating the gaseous passivation environment in the manner described. Alternatively or additionally, the housing 14 with the help of the described gas nozzles 16 , Outlet openings, gas outlets and / or suction devices are flushed before forming the gaseous Passivierungsumgebung, in particular by means of an inert gas such as argon.

Der sauerstoffhaltigen Gasatmosphäre 17 wird in dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 Energie mittels Mikrowellenstrahlung 18 zugeführt. Hierdurch können in der sauerstoffhaltigen Gasatmosphäre 17 Sauerstoffradikale gebildet werden, welche die Passivierungswirkung verbessern. Der an sich bekannte Generator der Mikrowellenstrahlung 18 wird zu diesem Zweck vorzugsweise innerhalb des Gehäuses 14 angeordnet. In den 1 und 2 wurde auf seine Darstellungen der besseren Übersicht halber verzichtet.The oxygen-containing gas atmosphere 17 is in the embodiment of 1 and 2 Energy by means of microwave radiation 18 fed. This can be done in the oxygen-containing gas atmosphere 17 Oxygen radicals are formed, which improve the passivation effect. The known generator of microwave radiation 18 is preferably for this purpose within the housing 14 arranged. In the 1 and 2 was waived on his representations for the sake of clarity.

In dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 sind die Gasdüsen 16 derart angeordnet, dass während des Schneidens des Siliziumblocks 10 eine Strömung aus dem für die Ausbildung der sauerstoffhaltigen Gasatmosphäre 17 verwendeten Gas erzeugt werden kann, welche auf die Diamantdrähte 12 gerichtet ist und diese kühlt. Zur Ausbildung dieser Strömung können zudem die oben beschriebenen, etwaigen zusätzlichen Austrittsöffnungen und/oder Absaugeinrichtungen beitragen.In the embodiment of 1 and 2 are the gas nozzles 16 arranged such that during the cutting of the silicon block 10 a flow from the for the formation of the oxygen-containing gas atmosphere 17 used gas can be generated on the diamond wires 12 is directed and this cools. In addition, the above-described, any additional outlet openings and / or suction devices can contribute to the formation of this flow.

In dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 kann alternativ als gasförmige Passivierungsumgebung unter anderem eine aus Wasserstoff bestehende Gasatmosphäre verwendet werden. Oberflächenzustände des bei dem trockenen Schneiden zerspanten Siliziummaterials können sodann mittels Wasserstoff aus der Gasatmosphäre zumindest teilweise passiviert werden. Andere Gasatmosphären sind ebenfalls einsetzbar.In the embodiment of 1 and 2 Alternatively, as a gaseous passivation environment, among other things, a gas atmosphere consisting of hydrogen can be used. Surface states of the silicon material machined in the dry cutting can then be at least partially passivated by means of hydrogen from the gas atmosphere. Other gas atmospheres are also usable.

3 zeigt eine Prinzipdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei diesem wird ein Siliziumblock trocken mittels eines Diamantdrahtes in einer wasserstoffhaltigen Gasatmosphäre geschnitten 30. Dies kann beispielsweise anhand der in den 1 und 2 illustrierten Weise erfolgen. Zuvor wird eine wasserstoffhaltige Gasströmung aus dem für die Ausbildung der wasserstoffhaltigen Gasatmosphäre verwendeten Gas ausgebildet 32 und mittels dieser der eingesetzte Diamantdraht, beziehungsweise die eingesetzten Diamantdrähte, gekühlt 32. 3 shows a schematic diagram of another embodiment of the method according to the invention. In this, a silicon block is cut dry by means of a diamond wire in a hydrogen-containing gas atmosphere 30 , This can for example be based on in the 1 and 2 illustrated manner. Previously, a hydrogen-containing gas flow is formed from the gas used to form the hydrogen-containing gas atmosphere 32 and by means of this the diamond wire used, or the diamond wires used, cooled 32 ,

Während des trockenen Schneidens 30 des Siliziumblocks wird Siliziummaterial zerspant. Oberflächenzustände des zerspanten Halbleitermaterials werden mittels Wasserstoff aus der wasserstoffhaltigen Gasatmosphäre, beziehungsweise der zugehörigen Gasströmung, zumindest teilweise passiviert.During dry cutting 30 of the silicon block is machined silicon material. Surface states of the machined semiconductor material are at least partially passivated by means of hydrogen from the hydrogen-containing gas atmosphere or the associated gas flow.

Nach dem trockenen Schneiden 30 des Siliziumblocks wird das zerspante Silizium bei einer Temperatur von 250°C getempert 34, um enthaltenen, die Oberflächenzustände passivierenden Wasserstoff aus dem zerspanten Silizium auszutreiben.After dry cutting 30 of the silicon block, the machined silicon is tempered at a temperature of 250 ° C. 34 to expel contained hydrogen passivating the surface states from the machined silicon.

Die 1 und 2 können auch der prinzipiellen Illustration eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dienen, bei welchem eine flüssige Passivierungsumgebung verwendet wird. Anstelle der Gasdüsen 16 sind dann Flüssigkeitszuführungen vorgesehen, mittels welchen das flüssige Passivierungsmedium in das Gehäuse eingebracht wird. Der Füllstand ist dabei derart zu wählen, dass die mittels der Dimantdrähte 12 zerspanten Teile des Siliziumblocks 10 unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche liegen. Der Füllstand ist also mindestens auf einer Schnittlinie der Diamantdrähte 12 anzuordnen. Für die Energiezufuhr haben sich im Falle flüssiger Passivierungsumgebungen eher Heizeinrichtungen bewährt. Die Mikrowellenstrahlung 18 wäre demnach vorteilhafterweise durch Heizeinrichtungen zu ersetzten, welche beispielsweise in dem Gehäuse 14 in der Flüssigkeit angeordnet werden können.The 1 and 2 may also serve to illustrate in principle an embodiment of the invention in which a liquid passivation environment is used. Instead of the gas nozzles 16 then liquid feeds are provided, by means of which the liquid passivation medium is introduced into the housing. The level is to be chosen such that the means of Dimantdrähte 12 machined parts of the silicon block 10 lie below the liquid surface. The level is thus at least on a section line of the diamond wires 12 to arrange. In the case of liquid passivation environments, heaters have proven to be more suitable for the supply of energy. The microwave radiation 18 would therefore be advantageously replaced by heaters, which, for example, in the housing 14 can be arranged in the liquid.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Siliziumblocksilicon block
1212
Diamantdrahtdiamond wire
1414
Gehäusecasing
1616
Gasdüsegas nozzle
1717
Sauerstoffhaltige GasatmosphäreOxygen-containing gas atmosphere
1818
Mikrowellenstrahlungmicrowave radiation
3030
Siliziumblock trocken schneiden mittels Diamantdraht in wasserstoffhaltiger Gasatmosphäre und Passivierung Oberflächenzustände von zerspantem HalbleitermaterialCut silicon block dry using diamond wire in hydrogen-containing gas atmosphere and passivation Surface conditions of machined semiconductor material
3232
Ausbilden wasserstoffhaltige Gasströmung und Kühlung DiamantdrahtForming Hydrogen-containing Gas Flow and Cooling Diamond Wire
3434
Tempern zerspantes SiliziumAnnealing machined silicon

Claims (14)

Verfahren zum Schneiden von Halbleitermaterial (10), bei welchem das Halbleitermaterial (10) mittels eines Diamantdrahtes (12) geschnitten wird (30), dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial (10) in einer Passivierungsumgebung (17) geschnitten wird (30) und Oberflächenzustände von zerspantem Halbleitermaterial mittels der Passivierungsumgebung (17) passiviert werden (30).Method for cutting semiconductor material ( 10 ), in which the semiconductor material ( 10 ) by means of a diamond wire ( 12 ) is cut ( 30 ), characterized in that the semiconductor material ( 10 ) in a passivation environment ( 17 ) is cut ( 30 ) and surface states of machined semiconductor material by means of the passivation environment ( 17 ) are passivated ( 30 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial (10) in einer gasförmigen Passivierungsumgebung (17) geschnitten wird (30).Method according to claim 1, characterized in that the semiconductor material ( 10 ) in a gaseous passivation environment ( 17 ) is cut ( 30 ). Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Verbesserung der Passivierungswirkung der Passivierungsumgebung (17) Energie zugeführt wird. Method according to one of claims 1 to 2, characterized in that, for the purpose of improving the passivation effect of the passivation environment ( 17 ) Energy is supplied. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezufuhr durch Erhitzen der Passivierungsumgebung erfolgt.A method according to claim 3, characterized in that the energy is supplied by heating the Passivierungsumgebung. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass elektromagnetische Strahlung (18) in die Passivierungsumgebung eingestrahlt wird, um dieser Energie zuzuführen, vorzugsweise Mikrowellenstrahlung (18).Method according to claim 3, characterized in that electromagnetic radiation ( 18 ) is irradiated into the Passivierungsumgebung to supply this energy, preferably microwave radiation ( 18 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Zufuhr von Energie Radikale in der Passivierungsumgebung erzeugt werden, vorzugsweise Sauerstoffradikale oder Stickstoffradikale.Method according to one of claims 3 to 5, characterized in that are generated by the supply of energy radicals in the Passivierungsumgebung, preferably oxygen radicals or nitrogen radicals. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als gasförmige Passivierungsumgebung (17) eine sauerstoffhaltige Gasatmosphäre (17) verwendet wird, welche vorzugsweise einen Sauerstoffgehalt von mehr als 70% aufweist und besonders bevorzugt aus Sauerstoff besteht.Method according to one of claims 2 to 6, characterized in that as gaseous Passivierungsumgebung ( 17 ) an oxygen-containing gas atmosphere ( 17 ), which preferably has an oxygen content of more than 70%, and particularly preferably consists of oxygen. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als gasförmige Passivierungsumgebung eine halogenidhaltige Gasatmosphäre verwendet wird, welche vorzugsweise einen Halogenidgehalt von mehr als 70% aufweist und besonders bevorzugt aus einem oder mehreren Halogeniden besteht.Method according to one of claims 2 to 6, characterized in that the gaseous Passivierungsumgebung a halide-containing gas atmosphere is used, which preferably has a halide content of more than 70%, and more preferably consists of one or more halides. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als gasförmige Passivierungsumgebung eine wasserstoffhaltige Gasatmosphäre verwendet wird (32), welche vorzugsweise einen Wasserstoffgehalt von mehr als 50% aufweist und besonders bevorzugt aus Wasserstoff besteht.Method according to one of claims 2 to 6, characterized in that a gaseous passivation environment, a hydrogen-containing gas atmosphere is used ( 32 ), which preferably has a hydrogen content of more than 50% and particularly preferably consists of hydrogen. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als gasförmige Passivierungsumgebung eine silanhaltige Gasatmosphäre verwendet wird, welche vorzugsweise einen Silangehalt von mehr als 70% aufweist und besonders bevorzugt aus einem oder mehreren Silanen besteht.Method according to one of claims 2 to 6, characterized in that a silane-containing gas atmosphere is used as the gaseous Passivierungsumgebung, which preferably has a silane content of more than 70%, and more preferably consists of one or more silanes. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als gasförmige Passivierungsumgebung eine stickstoffhaltige Gasatmosphäre verwendet wird, welche vorzugsweise einen Stickstoffgehalt von mehr als 70% aufweist und besonders bevorzugt aus Stickstoff besteht.Method according to one of claims 2 to 6, characterized in that is used as the gaseous Passivierungsumgebung a nitrogen-containing gas atmosphere, which preferably has a nitrogen content of more than 70%, and more preferably consists of nitrogen. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schneiden (30) des Halbleitermaterials (10) die Oberflächenzustände des zerspanten Halbleitermaterials (10) passivierende Bestandteile der Passivierungsumgebung aus dem Halbleitermaterial (10) zumindest teilweise ausgetrieben werden (34), vorzugsweise durch Tempern (34) des Halbleitermaterials (10).Method according to one of the preceding claims, characterized in that after cutting ( 30 ) of the semiconductor material ( 10 ) the surface states of the machined semiconductor material ( 10 ) passivating constituents of the passivation environment from the semiconductor material ( 10 ) are at least partially expelled ( 34 ), preferably by annealing ( 34 ) of the semiconductor material ( 10 ). Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömung aus dem für die Passivierungsumgebung verwendeten Gas oder der für die Passivierungsumgebung verwendeten Flüssigkeit ausgebildet wird (32) und mittels dieser Strömung der Diamantdraht (12) gekühlt wird (32).Method according to one of the preceding claims, characterized in that a flow is formed from the gas used for the passivation environment or the fluid used for the passivation environment ( 32 ) and by means of this flow the diamond wire ( 12 ) is cooled ( 32 ). Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Siliziumkörper (10) in Siliziumscheiben geschnitten wird (30).Method according to one of the preceding claims, characterized in that a silicon body ( 10 ) is cut into silicon slices ( 30 ).
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DE1219379B (en) * 1962-08-29 1966-06-16 Siemens Ag Method for the production of crystalline semiconductor wafers for semiconductor components from a crystalline semiconductor rod
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