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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer hochdotierten Halbleiterscheibe, wobei durch eine Kombination aus Polierprozess und Reinigungsbädern die topografisch vorhandene Ringstruktur der Striations eingeebnet und gleichzeitig die langwellige Rauigkeit minimiert wird.
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Ein äußerst wichtiger Parameter einer Halbleiterscheibe, an den immer höhere Anforderungen gestellt werden (vgl. ITRS „International Technology Roadmap for Semiconductors“), ist die Nanotopographie. Die Nanotopographie wird üblicherweise ausgedrückt als Höhenschwankung PV (= „peak to valley“), bezogen auf quadratische Messfenster der Fläche 2 mm × 2 mm.
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Zur Untersuchung der Nanotopographie eignet sich beispielsweise das Gerät Nanomapper® von KLA Tencor. Dieses Interferometer eignet sich zur Messung der Topographie im Bereich von –20nm und +20nm auf der Vorderseite einer Halbleiterscheibe. Während der Messungen befindet sich die Halbleiterscheibe auf einem weichen, flachen Scheibenhalter (Chuck). Die sich ergebenden peak-to-valley (PV)-Werte werden gefiltert (Gauß Hochpass-Filter) und auf Kreisen von 2 mm Durchmesser (zusätzlich auch auf Kreisen mit 10mm Durchmesser) bezüglich peak-to-valley Abweichungen analysiert. Bei der THA („threshold height analysis“)-Analyse, zu Details siehe SEMI-Norm M43, wird schließlich der 3 Sigma-PV-wert aus der Verteilung aller PV-Werte als sog. THA-Wert berechnet.
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Oftmals wird dieser THA-Wert auch als THA-2 bezeichnet, um deutlich zu machen, dass kleine Analysefenster von 2mm Durchmesser herangezogen wurden.
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Für Elektronik, Mikroelektronik und Mikro-Elektromechanik werden als Ausgangsmaterialien (Substrate) Halbleiterscheiben mit extremen Anforderungen an globale und lokale Ebenheit, einseitenbezogene lokale Ebenheit (Nanotopographie), Rauigkeit und Sauberkeit benötigt. Halbleiterscheiben sind Scheiben aus Halbleitermaterialien, insbesondere Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid oder Galliumnitrid und überwiegend Elementhalbleiter wie Silicium und gelegentlich Germanium.
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Für bestimmte Anwendungen werden Fremdatome, beispielsweise Bor oder Arsen, in das Kristallgitter eingebracht, um die elektrische Leitfähigkeit oder die Kristallstruktur zu verändern. Dieser als Dotierung bekannte Vorgang kann auch Einfluss auf die Bearbeitung der Halbleiterscheiben haben.
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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.
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Die Kristallzucht erfolgt durch Ziehen und Rotation eines vororientierten einkristallinen Impflings (Keim) aus einer Siliciumschmelze, das sog. CZ („Czochralski“)-Verfahren oder durch Rekristallisation eines aus der Gasphase abgeschiedenen polykristallinen Kristalls entlang einer mittels einer Induktionsspule erzeugten Schmelzzone, die langsam axial durch den Kristall geführt wird, also durch das sog. FZ („Floating Zone“)-Verfahren.
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Es ist im Stand der Technik des CZ-Kristallziehens bekannt, dass sich im komplexen Zusammenspiel aus Schmelzenkonvektion 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.
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Die komplexen Materialtransportphänomene in der Schmelze und während der Materialabscheidung an der Phasengrenzfläche führen zu einer räumlich schwankenden Konzentration des abgeschiedenen Dotierstoffs im wachsenden Halbleiter-Einkristall.
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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.
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Diese Dotierstoff-Konzentrationsschwankungen werden auch als „Striations“ (Streifenbildung) bezeichnet.
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Diese können durch Messung der lokalen Oberflächen-Leitfähigkeit oder nach Behandlung mit einer Defektätze auch strukturell als Unebenheit sichtbar gemacht werden.
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Das Sägen des Halbleiterstabes zum Auftrennen in einzelne Halbleiterscheiben führt zu oberflächennahen Schichten der erhaltenen Halbleiterscheiben, deren Einkristallinität geschädigt ist. Diese geschädigten Schichten werden nachfolgend durch chemische und chemo-mechanische Bearbeitung entfernt.
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Die Materialabtragsrate bei chemischer oder chemo-mechanischer Bearbeitung der Oberfläche einer Halbleiterscheibe hängt von den lokalen chemischen bzw. elektronischen Eigenschaften der Halbleiteroberfläche ab. 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.
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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.
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Daher werden im Stand der Technik Halbleiterscheiben bevorzugt, die möglichst schwache und langwellige Dotierstoff-Konzentrationsschwankungen aufweisen. Dies lässt sich durch besonders langsames Ziehen erreichen. Es muss nämlich eine besonders ebene Wachstumsgrenzfläche eingehalten werden. Solche Prozesse sind allerdings aufwändig und unwirtschaftlich.
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Allerdings lassen sich Striations auch durch beispielsweise Polierverfahren nachträglich einebnen. Die europäische Patentschrift
EP 0 967 260 B1 lehrt ein Polierverfahren für eine Siliciumscheibe mit geringem elektrischen Widerstand (höchstens 0,1 Ω cm) unter Verwendung eines Poliermittels, das sowohl eine hohe Abtragsrate als auch eine sehr ebene Oberfläche mit geringer Rauigkeit realisiert. Das Poliermittel besteht aus Wasser, einem Zusatz wie beispielsweise Kaliumhydroxid oder Kaliumcarbonat sowie einem wasserlöslichem Polymer, beispielsweise einem Cellulosederivat. Das wasserlösliche Polymer soll für eine leichtere Entfernbarkeit von Rückständen bei dem der Politur nachfolgenden Spülschritt sorgen.
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Das amerikanische Patent
US 6,189,546 B1 lehrt ein Polierverfahren zur Herstellung einer Striation-freien Halbleiterscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterscheibe in einem mehrstufigen Prozess in Gegenwart eines Kieselsols poliert wird. Der Zusatz eines Amins und eines alkalischen Ätzmittels zum Poliermittel im ersten Polierschritt sorgen in Zusammenhang mit einem harten Poliertuch aus Polyurethan für ein schnelles Einebnen der Striations.
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Für einen zweiten, nachfolgenden Polierschritt lehrt das amerikanische Patent
US 6,189,546 B1 ein Amin-freies Poliermittel, das allerdings noch ein alkalisches Ätzmittel enthält. In diesem zweiten Polierschritt wird bei einem Materialabtrag von 7–15 µm die Rauigkeit der Oberfläche reduziert. Den beiden ersten, groben Polierschritten folgt gemäß der Lehre des amerikanischen Patent
US 6,189,546 B1 noch mindestens ein konventioneller abschließender Polierschritt (Glanzpolitur).
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2009 030 296 A1 lehrt ein Verfahren zur Herstellung einer epitaxierten Halbleiterscheibe, bei der Striations durch die Verwendung eines harten Poliertuches, welches fest gebundene Abrasive enthält (fixed abrasive Poliertuch), entfernt werden. Nachteilig bei der Verwendung dieser Poliertücher ist, dass die polierte Oberfläche noch mal mit einer chemisch-mechanischen Politur (CMP) poliert werden muss, um Kratzer, die durch das harte Poliertuch auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe entstehen können, zu beseitigen.
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Untersuchungen des Erfinders haben gezeigt, dass die Politur von Halbleiterscheiben mit Striations zu einer Verschlechterung der langwelligen Rauigkeit der polierten Scheibenoberfläche führen kann. Möglicherweise bewirkt die chemisch mechanisch wirkende Politur, dass die konzentrische und topografisch vorhandene Ringstruktur der Striations, bei der es sich ursprünglich lediglich um Dotierstoffkonzentrationsunterschiede handelt und welche während des Kristallziehens aus der Schmelze im Einkristall erzeugt werden, durch die Politur entweder erst oder verstärkt herausgearbeitet werden, da in Bereichen mit einer erhöhten Dotierstoffkonzentration ein anderer, in der Regel geringerer, Materialabtrag pro Zeiteinheit erfolgt, als in Bereichen, in denen keine oder nur eine geringe Dotierstoffkonzentration vorhanden ist.
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Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben bereitzustellen, das die nichtgewünschte topografisch vorhandene Ringstruktur der Striations bei hochdotierten Halbleiterscheiben einebnet und gleichzeitig die langwellige Rauigkeit minimiert.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bearbeitung einer hochdotierten Scheibe aus Halbleitermaterial mit einer Vorderseite und einer Rückseite, umfassend das Kantenverrunden, das Schleifen oder Läppen, das Ätzen oder Reinigen sowie eine Abtragspolitur, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Abtragspolitur eine zweistufige Glanzpolitur umfassend einen weiteren Abtragspolierschritt und einen Glättungspolierschritt sowie mindestens eine mehrstufige Reinigungssequenz mit mehreren Reinigungsbädern folgt und mindestens ein Reinigungsbad eine alkalische und eine oxidierend wirkende Komponente enthält.
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Die Erfindung geht von einem nach dem Stand der Technik gezogenen Einkristall aus hochdotierten Halbleitermaterial aus, wobei die vom Einkristall abgetrennten und weiterverarbeiteten Halbleiterscheiben die oben beschriebenen typischen Striations aufweisen. Im Rahmen dieser Erfindung handelt es sich bei einer hochdotierten Halbleiterscheibe um eine Scheibe aus hochdotiertem Halbleitermaterial mit einem spezifischen Widerstand von kleiner oder gleich 1,5 mOhm cm (mΩ cm).
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Das Einbringen von Fremdatomen in die Kristallstruktur des Einkristalls, aus dem die Scheibe aus Halbleitermaterial abgetrennt wird, wird als Dotierung bzw. Dotieren bezeichnet. Die Fremdatome sind Störstellen im Halbleitermaterial und verändern gezielt die Eigenschaften des Ausgangsmaterials, meistens die elektrische Leitfähigkeit oder die Kristallstruktur.
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Bei einer Halbleiterscheibe (Wafer) handelt es sich um eine monokristalline Siliciumscheibe oder einer Scheibe aus einem anderen Halbleitermaterial, wobei andere Halbleitermaterialien Verbindungshalbleiter wie beispielsweise Gallium-Arsenid oder Elementhalbleiter wie Germanium oder auch Schichtstrukturen wie beispielsweise Silicium-Germanium (SiGe) oder Siliciumcarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) sind.
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Insbesondere bei p-Dotierstoffen wie Bor, Aluminium oder Gallium werden, abhängig von der Dotierstoffkonzentration, Unterschiede in der Materialabtragsrate bei der chemisch mechanischen Politur von Siliciumscheiben und damit auch die Ausbildung von Striations beobachtet.
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Unabhängig davon eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für Scheiben aus Halbleitermaterial, die hohe Konzentrationen an n-Dotierstoffen, beispielsweise Arsen oder roter Phosphor, aufweisen.
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Vorzugsweise weist die Halbleiterscheibe einen Durchmesser von 300 mm oder größer auf.
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Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der Halbleiterscheibe 450 mm.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer hochdotierten Halbleiterscheibe ist unabhängig von der Art des Kristallziehens, insbesondere unabhängig davon, ab langsam oder schnell gezogen wird. Alle Schritte zur Herstellung einer Scheibe aus Halbleitermaterial, umfassend das Abtrennen von Scheiben vom gezogenen Einkristall, das Kantenverrunden, das Schleifen oder Läppen, sowie das Ätzen oder Reinigen erfolgen gemäß Stand der Technik, gefolgt von einer Kombination von Polier- und Reinigungsschritten.
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Die Kombination von Polier- und Reinigungsschritten im erfindungsgemäßen Verfahren beginnt mit einer Abtragspolitur, die entweder als einseitige oder als gleichzeitg doppelseitige Politur durchgeführt werden kann.
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Die einseitige Abtragspolitur wird bevorzugt mit einem vergleichsweise weichen Poliertuch durchgeführt, da aufgrund der im Vergleich zu einer simultan stattfindenden Doppelseitenpolitur (Free Floating Double Side Polishing, FF-DSP) anderen Polierkinematik und zugleich deutlich höheren spezifischen Belastung des Poliertuchs ein hartes Poliertuch zu einer schlechteren Scheibengeometrie führt.
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Ein vergleichsweise weiches, nicht geschäumten Poliertuch im Sinne dieser Erfindung ist bevorzugt ein nicht verwebtes Poliertuch auf Basis eines Polyestervlieses (non-woven pad), welches mit einem Polymer, bevorzugt Polyurethan (PU), imprägniert ist. Die Härte des Poliertuches beträgt bevorzugt kleiner 80 Shore A. Die Kompressibilität des Poliertuches ist bevorzugt größer oder gleich 3%. Ein geeignetes Poliertuch für die einseitige Abtragspolitur ist das Poliertuch Suba 500 der Firma Rohm and Haas.
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Die Kompressibilität eines Materials beschreibt, welche allseitige Druckänderung nötig ist, um eine bestimmte Volumenänderung hervorzurufen. Die Berechnung der Kompressibilität erfolgt analog zur Norm JIS L-1096 (Testing Methods for Woven Fabrics).
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Bei der einseitigen Abtragspolitur erfolgt bevorzugt ein Materialabtrag von größer als 5 µm, besonders bevorzugt 7 µm bis 12 µm, wobei die Materialabtragsrate bevorzugt größer oder gleich 1 µm/min ist. Die einseitige Abtragspolitur erfolgt mit einem ersten weichen nicht geschäumten Poliertuch mit einer Kompressibilität von bevorzugt größer oder gleich 3%.
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Nachteilig bei der oben beschriebenen einseitigen Politur einer Scheibe aus hochdotiertem Halbleitermaterial ist die nach der Politur verschlechterte langwellige Rauigkeit der polierten Seite.
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Der erste Abtragspolierschritt (Abtragsschritt 1) kann auch als gleichzeitig beidseitige Politur mit Planetenkinematik (Free Floating Double Side Polishing, FF-DSP) mindestens einer Scheibe aus hochdotiertem Halbleitermaterial erfolgen. Bei der FF-DSP wird die mindestens eine Scheibe aus hochdotiertem Halbleitermaterial in eine Aussparung einer Läuferscheibe (carrier plate) eingelegt und in einem von einem oberen und einem unteren jeweils mit einem harten und wenig kompressiblen, vorzugsweise geschäumten Poliertuch belegten Polierteller gebildeten Arbeitsspalt gleichzeitig doppelseitig poliert.
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Im Zusammenhang mit dieser Erfindung hat ein hartes Poliertuch eine Härte größer 80 Shore A und ein wenig kompressibles Poliertuch eine Kompressibilität von höchstens 3 %.
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Die gleichzeitig beidseitige Abtragspolitur mit Planetenkinematik weist bevorzugt Abtragsraten von kleiner 1 µm/min auf, wobei der Abtrag pro Waferseite kleiner oder gleich 15 µm ist.
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Im Vergleich zur einseitigen Abtragspolitur von Scheiben aus hochdotiertem Halbleitermaterial ist die gleichzeitig beidseitige Abtragspolitur mit Planetenkinematik durch eine Verringerung der langwelligen Rauigkeit der polierten Seiten hochdotierter Halbleiterscheiben gekennzeichnet.
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Eine Einseitenpolitur ist allerdings in den Fällen bevorzugt, wenn keine polierte Rückseite erforderlich bzw. gewünscht ist. Dies kann der Fall sein, wenn die Rückseite in einem vorgelagerten Schritt beispielsweise beschichtet oder behandelt wurde.
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Nach der Abtragspolitur erfolgt eine Glanzpolitur, die auch als Schleierfreipolitur bezeichnet wird. Die Glanzpolitur erfolgt mit einem zweiten nicht geschäumten Poliertuch in Gegenwart eines alkalischen Poliermittels. Ein geeignetes Poliertuch für die Glanzpolitur ist z. B. das SPM 3100 der Firma Rohm and Haas.
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Die Glanzpolitur setzt sich aus einem ersten Polierschritt (Abtragsschritt 2) und einen zweiten Polierschritt (Glättungspolierschritt) zusammen. Der gesamte Materialabtrag während der Glanzpolitur ist kleiner oder gleich 1 µm, vorzugsweise 0,2–0,7 µm und ganz besonders bevorzugt 0,2–0,5 µm.
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Der erste Polierschritt innerhalb der Glanzpolitur (Abtragsschritt 2) ist notwendig, da er die langwellige Rauigkeit (Bf- bzw. DIC-Haze) nach der eigentlichen Abtragspolitur (Abtragsschritt 1) nochmals absenkt. Allerdings erhöht der Abtragsschritt 2 innerhalb der Glanzpolitur die kurzwellige Rauheit (Haze). Diese wird durch den nachfolgenden zweiten Polierschritt (Glättungspolierschritt) durch einen geringen Polierabtrag (Einebnung) wieder abgesenkt.
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Für den Abtragsschritt 2 der Glanzpolitur wird ein anderes Poliermittel verwendet als für den Glättungpolierschritt der Glanzpolitur. Der Wechsel des Poliermittels beim Übergang vom Abtragsschritt 2 zum Glättungspolierschritt erfolgt in der Regel ohne Verzögerung, eine Rampenfunktion (= Verzögerungsglied) ist aber durchaus denkbar.
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Für den Abtragsschritt 2 wird im erfindungsgemäßen Verfahren eine Poliermittelsuspension mit vorzugsweise 3 bis 7 Gewichtsprozent (Gew.-%) SiO2-Partikeln (Kieselsol) mit einer mittleren Teilchengröße von 25 nm verwendet. Ein geeignetes Poliermittel ist beispielsweise Levasil 230/30% WALM der Firma Akzo Nobel Chemicals GmbH. Zusätzlich enthält das Poliermittel vorzugsweise 0,1 bis 1 Gew.-% eines alkalischen Puffers, beispielsweise Kaliumcarbonat (K2CO3) oder Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH). Der pH-Wert des Poliermittels für den Abtragsschritt 2 liegt bevorzugt im Bereich 11 bis 12 und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 11 bis 11,5.
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Für den Glättungsschritt wird im erfindungsgemäßen Verfahren eine Poliermittelsuspension mit vorzugsweise 0,1 bis 1,5 und ganz besonders bevorzugt mit 0,1–0,7 Gew.-% SiO2-Partikeln (Kieselsol) mit einer mittleren Teilchengröße von 40 nm verwendet. Ein geeignetes Poliermittel ist beispielsweise Glanzox 3900 der Firma Fujimi Inc. Der pH-Wert des Poliermittels für den Glättungsschritt liegt bevorzugt unter 11.
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Nach der Abtragspolitur oder nach der Glanzpolitur folgt mindestens ein Reinigungsschritt, der die langwellige Rauigkeit von Scheiben aus hochdotiertem Halbleitermaterial verringert. Bei diesem Reinigungsschritt handelt es sich um eine Reinigungssequenz umfassend mehrere Reinigungsbäder in der angegebenen Reihenfolge.
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Das erste Reinigungsbad setzt sich aus einer alkalischen Komponente, beispielsweise Ammoniumhydroxid oder Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder einer Mischung aus beiden Stoffen, sowie Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel zusammen, wobei das Verhältnis der alkalischen Komponente zu dem Oxidationsmittel 1:5 bezogen auf die jeweiligen Mengenanteile in Wasser beträgt. Das Mischungsverhältnis bezieht sich auf die jeweils bei Raumtemperatur gesättigten Lösungen. Eine gesättigte Lösung von Chorwassersstoff (HCl) in Wasser (konzentrierte Salzsäure) enthält beispielsweise 37 Gew.-% HCl.
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Bevorzugt beträgt der Anteil an alkalischer Komponente und an Oxidationsmittel in Summe weniger als 3%, besonders bevorzugt weniger als 2% bezogen auf das gesamte Volumen an Reinigungsflüssigkeit. Die Temperatur des ersten Reinigungsbades beträgt bevorzugt 50°C–80°C, besonders bevorzugt 60°C bis 70°C. Die Verweildauer im ersten Reinigungsbad beträgt bevorzugt 90 bis 180 Sekunden und ganz besonders bevorzugt 120 bis 140 Sekunden.
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Nach einem Spülschritt mit Wasser in der für die Halbleiterindustrie geforderten Reinheit (DI-Wasser) folgt ein zweites Reinigungsbad mit einer ersten sauren Komponente, bevorzugt Flußsäure (HF), und einer zweiten sauren Komponente, bevorzugt Salzsäure (HCl). Das Verhältnis der ersten sauren Komponente zu der zweiten sauren Komponente beträgt 0,3:1 bezogen auf die jeweiligen Mengenanteile in Wasser, wobei es sich jeweils um bei Raumtemperatur gesättigte Lösungen handelt. Bevorzugt beträgt der Anteil an beiden sauren Komponenten in Summe weniger als 3Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 2Gew.-%.
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Die Temperatur des zweiten Reinigungsbades beträgt bevorzugt 20°C–40°C, besonders bevorzugt 20°C–30°C. Die Verweildauer im zweiten Reinigungsbad beträgt bevorzugt 90 bis 180 Sekunden und ganz besonders bevorzugt 120 bis 140 Sekunden.
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Nach einem erneuten Spülschritt mit Wasser in der für die Halbleiterindustrie geforderten Reinheit (DI-Wasser) folgt ein dritter Reinigungsschritt in einem alkalischen Bad in Gegenwart eines Oxidationsmittels. Die Zusammensetzung und die Temperatur des Reinigungsbades entsprechen den Werten wie im ersten Reinigungsschritt. Die Verweildauer im dritten Reinigungsbad beträgt bevorzugt 90 bis 180 Sekunden und ganz besonders bevorzugt 120 bis 140 Sekunden.
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Vor dem vierten Reinigungsschritt erfolgt wiederum ein Spülschritt mit DI-Wasser. Der vierte Reinigungsschritt umfasst eine schwach saure Reinigung in einem Bad, das bevorzugt nur Salzsäure und Wasser enthält. Der Anteil an konzentrierter Salzsäure im Wasser ist bevorzugt kleiner 2Gew.-%, besonders bevorzugt kleiner 1Gew.-%. Die Verweildauer im vierten Reinigungsbad beträgt bevorzugt 90 bis 180 Sekunden und ganz besonders bevorzugt 120 bis 140 Sekunden.
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Als letzter Schritt der Badreinigung erfolgt noch mal ein Spül- und Sprühschritt mit DI-Wasser.
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Der Einfluss der Badreinigung auf die langwellige Rauigkeit von polierten Scheiben aus hochdotiertem Halbleitermaterial, die Striations aufweisen, ist noch nicht verstanden.
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Möglicherweise greift das stark oxidierend wirkende Wasserstoffperoxid bevorzugt die ringförmigen Bereiche (Striations) chemisch an, wobei dieser Angriff durch die Gegenwart der alkalischen und sauren Komponenten in den Reinigungsbädern gefördert wird. Beispielsweise wirken OH-Ionen ätzend auf die Oberfläche von Scheiben aus Halbleitermaterial und die Oxidschicht – welche sich durch Oxidation aus dem Silicium herausbildet bildet sich zudem möglicherweise unterschiedlich stark auf der Siliziumoberfläche aus, so dass die Flusssäure beim Entfernen der Oxidschicht die Topografieunterschiede auf der Siliziumoberfläche reduziert, indem beispielsweise die Bereiche welche höher (mit beispielsweise Bor) dotiert sind eine dickere Oxidschicht aufweisen und somit nach Entfernen dieser dementsprechend stärker in ihrer Dicke reduziert werden, was einen einebnenden Effekt haben kann.
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Beispiel:
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Nach einer ersten einseitigen Abtragspolitur mit einem weichen nicht geschäumten Poliertuch mit einer Kompressibilität von mehr als 3% und einer ersten einseitigen Glanzpolitur einer mit Bor hochdotierten Siliciumscheibe, mit einem spezifischen Widerstand von kleiner oder gleich 1 mOhm cm, wurde eine langwellige Rauigkeit (DIC-Haze) von durchschnittlich 31,5 ppm (50%-Wert) gemessen.
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Wiederholt man die einseitige Abtrags- und Glanzpolitur, verschlechtern diese die langwellige Rauigkeit auf 35,4 ppm (50%-Wert).
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Nach der oben beschriebenen Badreinigung sinkt die langwellige Rauigkeit von 35,4 ppm auf einen Wert von 28 ppm (50%-Wert).
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Da die Badreinigung sowohl nach der Abtragspolitur als auch nach der Glanzpolitur die langwellige Rauigkeit von Scheiben aus hochdotierten Halbleitermaterial mit Striations verringert, kann die Badreinigung entweder nach der Abtragspolitur, nach der Glanzpolitur oder nach beiden Schritten eingesetzt werden.
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Nachfolgend sind nicht abschließend und ohne Beschränkung des Schutzumfangs bevorzugte Kombinationen aus Polier- und Reinigungsschritten aufgeführt, die im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer hochdotierten Halbleiterscheibe umfassend das Kristallziehen, das Abtrennen von Scheiben vom gezogenen Einkristall, das Kantenverrunden, das Schleifen oder Läppen, sowie das Ätzen oder Reinigen als abschließende Schritte folgen.
- 1) Abtragspolitur, Badreinigung, Glanzpolitur
- 2) Abtragspolitur, Badreinigung, Glanzpolitur, Badreinigung
- 3) Abtragspolitur, erster abtragender Schritt der Glanzpolitur, Badreinigung, zweiter glättender Schritt der Glanzpolitur
- 4) Abtragspolitur, erster abtragender Schritt der Glanzpolitur, Badreinigung, zweiter glättender Schritt der Glanzpolitur, Badreinigung
- 5) Abtragspolitur, Badreinigung, erster abtragender Schritt der Glanzpolitur, Badreinigung, zweiter glättender Schritt der Glanzpolitur
- 6) Abtragspolitur, Badreinigung, erster abtragender Schritt der Glanzpolitur, Badreinigung, zweiter glättender Schritt der Glanzpolitur, Badreinigung
- 7) Abtragspolitur, Glanzpolitur, Badreinigung, Trocknung, erneute Badreinigung
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Die Kombination aus alkalischem Abtrag während der Politur und der im erfindungsgemäßen beschriebenen Reinigung ergeben eine Vergleichmäßigung der Oberflächentopografie der Scheibe aus Halbleitermaterial, so dass die ringförmigen Bereiche mit höherer Dotierstoff-Konzentration und deren Übergänge besser eingeebnet werden, als es bei einem Polierprozess gemäß dem Stand der Technik möglich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0967260 B1 [0018]
- US 6189546 B1 [0019, 0020, 0020]
- DE 102009030296 A1 [0021]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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