DE102011076954A1

DE102011076954A1 - Fertigungsablauf für Halbleiterscheiben mit Rückseiten-Getter

Info

Publication number: DE102011076954A1
Application number: DE102011076954A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schwandner; Johann Aichriedler
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2011-06-06
Filing date: 2011-06-06
Publication date: 2012-03-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von einseitig polierten Halbleiterscheiben (Wafer) mit einem Rückseiten-Getter und abschließendem randgeätzten thermischen Oxid auf der Rückseite, insbesondere ein Verfahren zum Herstellen von einseitig polierten Halbleiterscheiben ohne Kantenpolitur, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterscheiben minimierte LLS- und Bulkmetallbelastungen aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von einseitig polierten Halbleiterscheiben (Wafer) mit einem Rückseiten-Getter und abschließendem randgeätzten thermischen Oxid auf der Rückseite, insbesondere ein Verfahren zum Herstellen von einseitig polierten Halbleiterscheiben ohne Kantenpolitur, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterscheiben minimierte LLS- und Bulkmetallbelastungen aufweisen.
Die üblichen mechanischen Bearbeitungsschritte zur Formgebung einer Halbleiterscheibe nach Abtrennen von einem Kristall zielen darauf ab, der Halbleiterscheibe eine Form zu geben, die sich insbesondere durch eine profilierte Kante und sich planparallel gegenüberliegende Seiten auszeichnet. Zu den Form gebenden Bearbeitungsschritten gehören daher neben einem Kantenverrunden insbesondere das Läppen, das Schleifen und das abschließende Polieren der Seiten der Halbleiterscheibe. Der abschließende Polierschritt kann, in Abhängigkeit der gewünschten Produkteigenschaften, ein- oder doppelseitig erfolgen. Mechanische Bearbeitungsschritte zur Formgebung sind Stand der Technik und u. a. offenbart in EP2033739 A1 , DE 10 2006 032 455 A1 , oder US6482749 B1 .
Neben der Oberflächenbearbeitung ist bei der Herstellung von Halbleiterscheiben auch die Bearbeitung der Kanten der Halbleiterscheiben notwendig. Ein Kantenprofil erzeugender Bearbeitungsschritt ist deshalb erforderlich, da die Kante im nicht bearbeiteten Zustand besonders bruchempfindlich ist und die Halbleiterscheibe schon durch geringfügige Druck- und/oder Temperaturbelastungen im Kantenbereich beschädigt werden kann. Die unbehandelte Kante einer von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe hat eine vergleichsweise raue und uneinheitliche Oberfläche. Sie bricht bei mechanischer Belastung häufig aus und ist eine Quelle störender Partikel. Es ist daher üblich, die Kante zu glätten und ihr ein bestimmtes Profil zu geben. Verfahren zur Bearbeitung der Kanten von Halbleiterschieben sind Stand der Technik und u. a. beispielsweise in US 2008/0096474A1 offenbart.
Einseitenpolierte Halbleiterscheiben (Wafer) unterscheiden sich von den doppelseitig polierten Halbleiterscheiben dadurch, dass sich die Beschaffenheit der Vorderseite und der Rückseite unterscheiden. Während die polierte Vorderseite beispielsweise eine möglichst glatte Oberfläche aufweisen kann, kann die Rückseite der Halbleiterscheibe in Abhängigkeit der jeweiligen Spezifikation mit einem Getter versehen sein. Dieses Getter kann beispielsweise aus einer mechanisch aufgerauten Fläche oder einer Schicht aus abgeschiedenem Poly-Silicium bestehen.
Es hat sich gezeigt, dass es bei Halbleiterscheiben bestimmte Rückseitenkonfigurationen gibt, die, in Verbindung mit einer unpolierten Kante, zu einer vermehrten Anlagerung von Partikeln auf der Vorderseite der Halbleiterscheibe führen.
Diese Anlagerung von Partikeln kann durch eine Streulichtmessung (light scattering), beispielsweise mit einem Messgerät von KLA-Tencor unter Verwendung des Surfscan SP1 MX, sichtbar gemacht werden und wird daher auch als Localized Light Scattering-Belastung (LLS-Belastung) bezeichnet. WO2005101483 A1 offenbart eine Methode zur Streulichtmessung bei epitaktisch beschichteten Halbleiterscheiben.
Die LLS-Belastung auf der Vorderseite eines Wafers kann, abhängig von der jeweiligen Spezifikation, zu vermehrtem Ausschuss aufgrund der Überschreitung der jeweiligen LLS-Grenzwerte führen.
Dabei muss zwischen einer abreinigbaren und einer nicht abreinigbaren LLS-Belastung unterschieden werden. Die nicht abreinigbare LLS-Belastung wird z. B. durch Kristalldefekte oder Anätzungen der Oberfläche verursacht, wohingegen die abreinigbare LLS-Belastung, die Gegenstand dieser Erfindung ist, durch Partikel auf der Oberfläche eines Wafers hervorgerufen wird. Eine Ursache für die abreinigbare LLS-Belastung können beispielsweise im randgeätzten Bereich (Fuming) erzeugte (Silicium-)Partikel sein, speziell wenn unter der Oxidschicht eine (poröse) poly-Silicium-Schicht (Getter) aufgebracht ist, oder die Rückseite mittels mechanischer Bearbeitung (Damage) aufgeraut wurde.
Insbesondere kleine (Silicium-)Partikel (<= 0,12 μm) können von der Rückseite bzw. der Kante der Halbleiterscheibe während der Endreinigung mit den Walzenstöcken auf die Vorderseite der Halbleiterscheibe verschleppt werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, durch einen speziellen Fertigungsablauf ohne Kantenpolitur die abreinigbare LLS-Belastung auf ein Minimum zu reduzieren.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer einseitig polierten Halbleiterscheibe bestehend aus folgenden Schritten: (1) Das Ziehen eines Kristalls aus Halbleitermaterial, (2) das Abtrennen einer Vielzahl einzelner Halbleiterscheiben mit einer Vorder- und einer Rückseite (Oberfläche) sowie einer umlaufenden Kante vom Kristall, (3) das Ätzen der Oberflächen der Halbleiterscheiben, (4) das Aufbringen eines mechanischen Getters oder eines thermischen Getters aus Poly-Silicium auf den Rückseiten der Halbleiterscheiben, (5) eine (thermische) Oxidabscheidung auf den Rückseiten der Halbleiterscheiben, (6) eine Oxidrandätze, (7) eine Einseitenpolitur der Vorderseiten der Halbleiterscheiben und (8) einem anschließendem Reinigungsschritt.
AUSFÜHRLICHE ERFINDUNGSBESCHREIBUNG UND AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gemäß dem Stand der Technik werden Halbleiterscheiben in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Prozessschritten hergestellt. Im Allgemeinen wird folgende Herstellungssequenz benutzt, die, da Stand der Technik, im Einzelnen nicht näher beschrieben wird:

– Herstellen eines einkristallinen Halbleiterstabs (Kristallzucht) (1),
– Auftrennen des Stabs in einzelne Scheiben (Innenloch- oder Drahtsägen) (2),
– mechanische Scheibenbearbeitung (Läppen, Schleifen),
– chemische Scheibenbearbeitung (alkalische oder saure Ätze) (3),
– Aufbringen eines mechanischen Getters bzw. eines thermischen, aus Polysilicium bestehenden Getters auf der Rückseite der Halbleiterscheibe (4),
– Thermische Oxidabscheidung auf der Rückseite der Halbleiterscheibe (5),
– Oxidrandätze (6),
– Einseitige Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe (7),
– Reinigungsschritt (8)

Das Aufbringen eines Getters auf der Rückseite einer Halbleiterscheibe (Wafer) dient in erster Linie zum „Einfangen” von metallischen Verunreinigungen (atomar) im Waferbulk, welche zur Waferrückseite – auf der der Getter aufgebracht wurde – wandern. Da die Oberfläche des Getters auf der Rückseite der Halbleiterscheibe relativ rau ist, können sich am Getter auch verstärkt (Si-)Partikel anlagern. Eine weitere Anlagerung von (Si-)Partikeln kann an den unpolierten – rauen – Waferkanten erfolgen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Anlagerung von (Si-)Partikeln an einem Getter bzw. an den unpolierten Waferkanten gezielt für die Herstellung von Halbleiterscheiben mit einer verringerten Partikelbelastung zu verwenden.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird, entgegen dem Stand der Technik, nach dem Schritt (6), der Oxidrandätze, auf die übliche Kantenpolitur verzichtet und nur die Vorderseite poliert (Schritt (7)). Die unpolierten Kanten der Halbleiterscheiben und die topografisch unebeneren (raueren) Rückseiten der Halbleiterscheiben dienen im weiteren Fertigungsprozess als Partikelfänger und reduzieren somit die abreinigbare LLS-Belastung auf ein Minimum.
Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für kleine Partikel (< 0,2 μm).
Eine signifikante Verbesserung der LLS-Belastung, vor allem der kleineren Silicium-Partikel in einem Bereich von < 0,14 μm und insbesondere <= 0,12 μm, kann in einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch das Entfernen des auf der Rückseite thermisch aufgebrachten Poly-Silicium-Getters entweder nach der Oxidabscheidung (5) oder der Randätze (6) erzielt werden. Ebenfalls bevorzugt ist ein erneutes Aufbringen der Oxidschicht sowie eine nochmalige Randätze.
Um das Problem der erhöhten LLS-Werte auf der Wafervorderseite zu lösen, sind verschiedene Ansätze denkbar:

a) Eine zusätzliche Vorreinigung vor dem Aufkitten der Halbleiterscheiben auf die Trägerplatten für den nachfolgenden Polierschritt ist in der Lage, die LLS-Werte auf der Waferoberfläche zu reduzieren, wobei die Wafer nach dieser Reinigung nicht mittels Schleudertrocknungsprinzip (turbulente Luftströmung) getrocknet werden dürfen, da dieses Trocknungsprinzip zu einer statischen Aufladung der Waferoberflächen führt, die wiederum in einer Erhöhung der LLS-Werte resultiert.

Versuche haben gezeigt, dass besonders die LLS in einem Größenbereich von ca. 0,1–0,12 μm, deutlich reduziert werden können, wenn die Wafer nicht mittels Schleudertrocknung getrocknet werden.
Daher muss ein anderes Trocknungsprinzip, welches die statische Aufladung der oxidierten Rückseite verhindert, verwendet werden. Denkbar sind hier z. B. Verfahren, welche nach dem Heißwasser-, Marangoni- oder HF/Ozon-Prinzip arbeiten.
Alternativ ist es auch möglich, die noch nicht polierten Wafer kontrolliert unter Reinraumbedingungen mit einer laminaren ionisierten Luftstömung abtrocknen zu lassen um eine statische Aufladung der Wafer zu vermeiden.

b) Bevorzugt wird mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsprozess die abreinigbare LLS-Belastung bei Partikeln mit einer Größe ≤ 0,14 μm und besonders bevorzugt Partikel mit einer Größe 0,12 μm auf ein Minimum reduziert.

Die Abreinigung der Partikel erfolgt in diesem Fall in einem Reinigungsschritt (8), der aus einer Vorreinigung und einer Endreinigung besteht. In einer bevorzugten Ausführungsform des Reinigungsschrittes (8) werden die auf der Vorderseite polierten Halbleiterscheiben im ersten Schritt mit einem Walzenstock vorgereinigt, um die an der Kante der Halbleiterscheibe und im Bereich der Rückseite der Halbleiterscheibe anhaftenden Partikel unter Einwirkung von mechanischen Kräften (durch die Walzen induzierte Scherkräfte) auf die polierte Vorderseite zu verschleppen.
Die nachfolgende Endreinigung, bestehend aus einer Badreinigung, in der die Partikel effektiv entfernt werden, und einer sich daran anschließenden nochmaligen Walzenstockreinigung, liefert Halbleiterscheiben, die praktisch keine LLS-Belastung mehr aufweisen.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform des Reinigungsschrittes (8) werden die auf der Vorderseite polierten Halbleiterscheiben im ersten Schritt einer Badreinigung und anschließend einer Walzenstockreinigung (1. Reinigung) unterzogen. Nachdem die abreinigbaren Partikel durch die 1. Reinigung auf die Vorderseite des Wafers verschleppt worden sind, erfolgt eine 2. Reinigung der Halbleiterscheiben bestehend ebenfalls aus Vor- und Endreinigung, analog zur 1. Reinigung.
Darüber hinaus ist darauf zu achten, dass neben der Ergänzung von zusätzlichen Reinigungsschritten vor der eigentlichen Waferpolitur (inclusive Aufkitten bei Einseitenpolituren) – wie unter a) beschrieben – auch bestimmte Trocknungsverfahren, die eine statische Aufladung der oxidierten Waferrückseite verursachen können, vermieden werden.

c) Eine signifikante Verbesserung der LLS-Belastung, vor allem bei Silicium-Partikeln in einem Bereich von < 0,14 μm und insbesondere <= 0,12 μm, kann auch beispielsweise durch das Entfernen der auf der Rückseite thermisch aufgebrachten Oxidschicht nach der Randätze, ein erneutes Aufbringen der Oxidschicht und eine nochmalige Randätze, erzielt werden. Dieses passiert komplett noch vor dem Aufkitten bzw. der Politur der Wafer.

Das Entfernen der Oxidschicht erfolgt mit einem 14%igen HF-Sprühnebel. Die anschließende Randätze (=fumern) erfolgt dabei unter Verwendung von hochkonzentrierter HF (50%) in der Gasphase und wird mittels Stickstoff als Trägergas an den Ort des Geschehens gebracht.
Zur Absenkung der LLS-Belastung bei Wafern mit extrinsischem Getter und abschließender, am Waferrand jedoch abgeätzter, thermischer Oxidschicht auf der Waferrückseite – hier vor allem der LLS < 0,2 μm und insbesondere der LLS <= 0,12 μm – ist eine bestimmte Vorgehensweise im Bereich der Rückseitenbearbeitung beim Aufbringen der Rückseiten-Oxidschicht in Kombination mit der Entfernung des dabei entstehenden Oxidrands erforderlich.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die Rückseiten-Oxidschicht zweimal thermisch aufgebracht (incl. Randätze), wobei das zuerst aufgebrachte Oxid als ”Opferoxid” verwendet wird, indem es mit höherkonzentrierter HF (> 10%) nochmal abgelöst wird und so eventuell auf der Rückseite anhaftende Silicium-Partikel im Übergangsbereich der Oxidschicht zum freigeätzten Waferrand entfernt werden.
Besonders diese Kombination von relativ dickem und dichtem thermischen Oxid (im Vergleich zu ”native Oxide”) in Verbindung mit höherkonzentrierter HF (> 10%) zum Ablösen desselben ist dazu in der Lage, stärker anhaftende Silicium-Partikel auf der Waferrückseite – besonders im Übergangsbereich von Oxidschicht zu freigeätztem Randbereich – wirksam zu entfernen, selbst wenn die Silicium-Partikel durch einen vorher stattgefundenen thermischen Prozess, z. B. bei der Aufbringung einer poly-Si-Schicht als extrinisischer Getter auf der Waferrückseite, teilweise ”festgebacken” sind.
Das zweimalige Aufbringen einer thermischen Oxidschicht führt zu einer deutlichen Verringerung der Si-Partikel und damit der LLS-Werte auf der Wafervorderseite in den nachfolgenden Fertigungsschritten, besonders im Bereich der Endpolitur und Endreinigung.

d) Kombination der verschiedenen Problemlösungsansätze in Form eines gemeinsamen optimierten Ablaufs.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2033739 A1 [0002]
DE 102006032455 A1 [0002]
US 6482749 B1 [0002]
US 2008/0096474 A1 [0003]
WO 2005101483 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer einseitig polierten Halbleiterscheibe folgenden Schritten: (1) Das Ziehen eines Kristalls aus Halbleitermaterial, (2) das Abtrennen einer Vielzahl einzelner Halbleiterscheiben mit einer Vorder- und einer Rückseite (Oberfläche) sowie einer umlaufenden Kante vom Kristall, (3) das Ätzen der Oberflächen der Halbleiterscheiben, (4) das Aufbringen eines mechanischen Getters oder eines thermischen Getters aus Poly-Silicium auf den Rückseiten der Halbleiterscheiben, (5) eine (thermische) Oxidabscheidung auf den Rückseiten der Halbleiterscheiben, (6) eine Oxidrandätze, (7) eine Einseitenpolitur der Vorderseiten der Halbleiterscheiben und (8) einem anschließendem Reinigungsschritt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ätzen der Oberflächen der Halbleiterscheiben (3) die auf der Rückseite der Halbleiterscheibe thermisch aufgebrachten Oxidschicht entfernt wird, eine Oxidschicht erneut auf die Rückseite aufgebracht wird und eine anschließende Randätze erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsschritt (8) aus einem ersten und einem zweiten Reinigungsschritt besteht, wobei im ersten Reinigungsschritt die Vorreinigung mit einem Walzenstock erfolgt und im zweiten Reinigungsschritt eine Badreinigung erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsschritt (8) aus einem ersten und einem zweiten Reinigungsschritt besteht, wobei im ersten Reinigungsschritt die Vorreinigung als Badreinigung erfolgt und im zweiten Reinigungsschritt eine Reinigung mit einem Walzenstock erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Reinigungsschritt (8) die Halbleiterscheiben so getrocknet werden, dass die statische Aufladung der oxidierten Rückseite verhindert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterscheibe nach einem der Verfahren getrocknet werden, welche nach dem Heißwasser-, Marangoni- oder HF/Ozon-Prinzip arbeiten.