DE10237247A1

DE10237247A1 - Halbleiterscheibe und Verfahren zur Herstellung der Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE10237247A1
Application number: DE2002137247
Authority: DE
Inventors: Maximilian Käser; Gerhard Palme; Manfred Dr. Grundner; Johann Steiner
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2002-08-14
Filing date: 2002-08-14
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-15
Also published as: TWI286351B; JP2004074792A; TW200402787A; DE10237247B4

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Halbleiterscheibe aus Silicium als Grundmaterial für die Herstellung elektronischer Bauelemente, gekennzeichnet durch einen Glanz von mindestens 70% und eine Rauhigkeit R¶a¶ von 0,1 mum bis 0,5 mum, die durch Drahtsägen eines Einkristalls als einzigem mechanischen Bearbeitungsschritt bei der Herstellung der Halbleiterscheibe erzielt werden. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der Halbleiterscheibe.

Description

Halbleiterscheiben aus Silicium sind das Grundmaterial für die Herstellung elektronischer Bauelemente. Eine für diesen Zweck geeignete Halbleiterscheibe muss mindestens eine Seitenfläche aufweisen, die möglichst eben ist. Es ist daher üblich, mehrere von mechanischen Bearbeitungsschritten vorzusehen, die zu einer Seitenfläche mit derartigen Eigenschaften führen. Zu diesen mechanischen Bearbeitungsschritten zählen das Abtrennen der Halbleiterscheibe von einem Einkristall, das Läppen, das Schleifen und das Polieren der Halbleiterscheibe.

Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe eine Halbleiterscheibe aus Silicium bereitzustellen, die kostengünstig herzustellen ist und dennoch den Erfordernissen genügt, die an ein Grundmaterial für die Herstellung von elektronischen Bauelementen gestellt werden.

Gegenstand der Erfindung ist eine Halbleiterscheibe aus Silicium als Grundmaterial für die Herstellung elektronischer Bauelemente, die gekennzeichnet ist durch einen Glanz von mindestens 70% und eine Rauhigkeit R_a von 0,1 μm bis 0,5 μm, die durch Drahtsägen eines Einkristalls als einzigem mechanischen Bearbeitungsschritt bei der Herstellung der Halbleiterscheibe erzielt werden.

Die Halbleiterscheibe wird vorzugsweise als Grundmaterial für die Herstellung von elektronischen Leistungsbauelementen verwendet.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe aus Silicium, bei dem die Halbleiterscheibe zusammen mit einer Vielzahl von Halbleiterscheiben in Gegenwart eines Sägedrahts einer Drahtsäge, der in Rillen von Drahtführungsrollen läuft, von einem Einkristall abgetrennt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Abtrennen der Halbleiterscheibe durch Drahtsägen der einzige mechanische Bearbeitungsschritt beim Erzeugen der Halbleiterscheibe ist.

Überraschenderweise ist zur Herstellung der erfindungsgemäßen Halbleiterscheibe über das Drahtsägen hinaus kein weiterer mechanischer Bearbeitungsschritt wie Läppen, Schleifen oder Polieren notwendig. Je nach Ausführung des Trennverfahrens kann ein weiterer nicht-mechanischer Bearbeitungsschritt zur Erhöhung des Glanzes und zur Verringerung der Rauhigkeit der Halbleiterscheibe von Vorteil sein. Wegen der Ersparnis weiterer mechanischer Bearbeitungsschritte ist das Verfahren besonders wirtschaftlich.

Die erfindungsgemäß hergestellte Halbleiterscheibe besitzt eine Dicke von mindestens 100 μm, bevorzugt eine Dicke von 100 bis 300 μm und ist daher vergleichsweise dünn. Beim Drahtsägen entsteht eine Vielzahl solcher Halbleiterscheiben gleichzeitig. Der Sägedraht ist um Drahtführungsrollen der Drahtsäge gewickelt und wird entlang dieser Windungen bewegt. Den zum Abtrennen der Halbleiterscheiben notwendigen Materialabtrag bewirken Abras-ivstoffe, die entweder an den Sägedraht gebunden sind oder in Form einer Sägesuspension zugegeben und vom Sägedraht an den Schneidort transportiert werden. Der Sägedraht unterliegt einem gewissen Verschleiß, der bei einem betrachteten Teilabschnitt des Sägedrahts umso größer ist, je länger dieser Abschnitt zum Abtrennen der Halbleiterscheiben in Benutzung ist. Dies wirkt sich nachteilig auf die Dickenverteilung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheiben aus, weil Halbleiterscheiben an einem Ende des Einkristalls in Gegenwart eines Teilabschnitts von Sägedraht abgetrennt werden, der in Folge von Verschleiß dünner geworden ist. Diese Halbleiterscheiben sind dicker als solche, die vom anderen Ende des Einkristalls stammen und infolgedessen in Gegenwart eines noch nicht oder weniger beanspruchten Teilabschnitts von Sägedraht abgetrennt wurden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, diesem nachteiligen Effekt entgegenzuwirken, indem die Abstände der Rillen auf den Drahtführungsrollen nicht gleichbleibend ausgebildet sind. Da die Abstände zwischen den Rillen und der Durchmesser des Sägedrahts die Dicke der abgetrennten Halbleiterscheiben maßgeblich beeinflussen, wird vorgeschlagen, auf den durch Verschleiß abnehmenden Drahtdurchmesser mit entsprechend enger werdenden Rillenabständen zu reagieren. Dadurch wird die Dickenverteilung der Vielzahl von gleichzeitig abgetrennten Halbleiterscheiben sehr eng. Besonders bevorzugt beträgt die Dickenverteilung, also die Abweichung des Istwertes der Scheibendicke von einem Sollwert, höchstens +/- 10 μm bezogen auf die Anzahl der mit einem Sägeschnitt erhaltenen Halbleiterscheiben, besonders bevorzugt +/- 5 μm.

In der Figur sind die Ergebnisse zweier erfindungsgemäßer Trennverfahren einander gegenübergestellt, die sich nur in der Verwendung unterschiedlicher Drahtführungsrollen unterscheiden. Im Verfahren A wurden Drahtführungsrollen mit gleichbleibenden Abständen zwischen den Rillen eingesetzt, im Verfahren B Drahtführungsrollen mit Rillenabständen, die von der Drahteinlaufseite zur Drahtauslaufseite enger waren. Die Figur zeigt vergrößert die Rillenabstände und die Dickenverteilung der erhaltenen Halbleiterscheiben. Gemäß Verfahren B wurden Halbleiterscheiben mit einer nahezu einheitlichen Dicke erhalten.

Bevorzugt ist es auch, ein Drahtsägeverfahren anzuwenden, bei dem Halbleiterscheiben entstehen, deren Welligkeit gering ist. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der DE-10054265 A1 beschrieben. Wesentliches Merkmal dieses Verfahrens ist, dass die Richtung der Drahtbewegung wiederholt gewechselt wird (Oszillierverfahren) und die Phasen mit gleichbleibender Drahtgeschwindigkeit deutlich kürzer sind als die Phasen während der der Sägedraht beschleunigt oder abgebremst wird.

Besonders bevorzugt sind die in der DE-10054265 A1 angegebenen Verhältnisse der Dauer der Phase konstanter Geschwindigkeit zur Dauer der Phase der Geschwindigkeitszunahme beziehungsweise der Geschwindigkeitsabnahme von weniger als 0,5.

Gemäß DIN 4774 ist die Welligkeit Wt als der senkrechte Abstand zwischen dem höchsten und dem tiefsten Punkt des Welligkeitsprofils einer Messstrecke definiert. Die Welligkeit der abgetrennten Halbleiterscheiben beträgt höchstens 8 μm, besonders bevorzugt höchstens 3 μm.

Der Glanz einer Halbleiterscheibe wird bestimmt, indem Licht, beispielsweise Licht eines Lasers, in einem bestimmten Winkel zwischen 40° und 80°, vorzugsweise bei 60° auf die Halbleiterscheibe gestrahlt wird und der reflektierte Anteil gemessen wird. Als Bezugsstandard dient der Standard A nach DIN 67530 / ISO 2813. Die erfindungsgemäße Halbleiterscheibe weist einen Glanz von mindestens 70 %, besonders bevorzugt mindestens 90 %, und eine Rauhigkeit R_a von 0,1 μm bis 0,5 μm, besonders bevorzugt 0,15 bis 0,35 μm auf.

Gemäß DIN 4768 ist die Rauhigkeit R_a der arithmetische Mittelwert aller Abweichungen des Rauhigkeitsprofils von der Mittellinie des Gesamtprofils. Die Rauhigkeit wird bestimmt, indem man mit handelsüblichen Messgeräten, beispielsweise mit einem sogenannten Perthometer mit einer Messnadel eine definierte Strecke, beispielsweise 5 mm abtastet und die oben beschriebene Abweichung feststellt.

Um den Glanz der Halbleiterscheibe zu erhöhen und die Rauhigkeit zu verringern, wird eine der folgenden Maßnahmen vorgeschlagen:
Die vom Einkristall durch Drahtsägen abgetrennte Halbleiterscheibe wird geätzt und das Ätzen ist der einzige, den Glanz und die Rauhigkeit der Halbleiterscheibe verbessernde Bearbeitungsschritt.

Die vom Einkristall durch Drahtsägen abgetrennte Halbleiterscheibe wird geätzt und anschließend gereinigt und das Ätzen und Reinigen sind die einzigen, den Glanz und die Rauhigkeit der Halbleiterscheibe verbessernden Bearbeitungsschritte des Verfahrens.

Beim Ätzen der Halbleiterscheibe werden Ätzmittel eingesetzt, die vorzugsweise Salpetersäure (HNO₃) enthalten. Es ist auch bevorzugt, durch das Ätzen einen Materialabtrag pro Scheibenseite von bis zu 35 μm, besonders bevorzugt 8 μm bis 12 μm zu erzielen, um beschädigte oberflächennahe Kristallbereiche (Damage) zu entfernen.

Beim Reinigen der Halbleiterscheibe werden Reinigungsmittel eingesetzt, die vorzugsweise Tenside enthalten.

Claims

Halbleiterscheibe aus Silicium als Grundmaterial für die Herstellung elektronischer Bauelemente, gekennzeichnet durch einen Glanz von mindestens 70% und eine Rauhigkeit R_a von 0,1 μm bis 0,5 μm, die durch Drahtsägen eines Einkristalls als einzigem mechanischen Bearbeitungsschritt bei der Herstellung der Halbleiterscheibe erzielt werden.
Halbleiterscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus zonengezogenem Silicium besteht und Grundmaterial für die Herstellung von elektronischen Leistungsbauelementen ist.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe aus Silicium, bei dem die Halbleiterscheibe zusammen mit einer Vielzahl von Halbleiterscheiben in Gegenwart eines Sägedrahts einer Drahtsäge, der in Rillen von Drahtführungsrollen läuft, von einem Einkristall abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen der Halbleiterscheibe durch Drahtsägen der einzige mechanische Bearbeitungsschritt beim Erzeugen der Halbleiterscheibe ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sägedraht in Rillen von Drahtführungsrolle läuft und die Rillen axial voneinander beabstandet sind, wobei der Abstand benachbarter Rillen von einem Ende einer Drahtführungsrolle zu einem entgegengesetzten Ende der Drahtführungsrolle enger wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennte Halbleiterscheibe geätzt wird und das Ätzen der einzige, den Glanz der Halbleiterscheibe erhöhende Bearbeitungsschritt des Verfahrens ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennte Halbleiterscheibe geätzt und gereinigt wird und das Ätzen und Reinigen die einzigen, den Glanz der Halbleiterscheibe erhöhenden Bearbeitungsschritte des Verfahrens sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der abgetrennten Halbleiterscheiben eine Dickenverteilung von höchstens +/- 10 μm bezogen auf einen Sägeschnitt aufweist.
Drahtführungsrolle für eine Drahtsäge mit Rillen, die axial voneinander beabstandet sind und zur Aufnahme eines Sägedrahts dienen, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand benachbarter Rillen an einem Ende der Drahtführungsrolle enger ist, als an einem entgegengesetzten Ende der Drahtführungsrolle.