DE1216651B

DE1216651B - Verfahren zum polierenden Abtragen von einkristallinen Halbleiterkoerpern, insbesondere Halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE1216651B
Application number: DES84437A
Authority: DE
Inventors: Dr Herbert Lange
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-03-28
Filing date: 1963-03-28
Publication date: 1966-05-12
Also published as: CH440908A; US3436286A; GB987556A; DE1216651C2; FR1389835A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

C23f

Deutsche KL: 48 dl-1/02

Nummer: 1216 651

Aktenzeichen: S 84437 VI b/48 dl

Anmeldetag: 28. März 1963

Auslegetag: 12. Mai 1966

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum polierenden Abtragen von einkristallinen Halbleiterkörpern, insbesondere von Halbleiterscheiben.

Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen geht man meist von einkristallinen Halbleiterscheiben aus, auf die einkristalline Schichten eines Halbleitermaterials aufgebracht oder in die Dotierungs- oder Kontaktierungsstoffe usw. einlegiert bzw. eindiffundiert werden. Um einwandfreie Halbleiteranordnungen zu erhalten, muß die Oberfläche der Halbleiterscheiben glatt sein, d. h. sie darf keine Unebenheiten aufweisen; sie muß aber auch, insbesondere bei der Abscheidung einkristalliner Schichten, eine ideale Struktur besitzen, muß also ohne jeden Fehler im Kristallgefüge oder in der Kristallstruktur sein, denn eine Fehlerstelle in der Oberfläche des Trägerkörpers vergrößert sich in der abgeschiedenen Schicht in Abhängigkeit von der Schichtdicke sehr stark. Außerdem müssen die Scheibenoberflächen, vor allem beim Einlegieren von Metallen od. dgl., planparallel sein, da auch die Legierungsfronten, beispielsweise beim Legierungstransistor die Fronten von Emitter und Kollektor, planparallel zueinander verlaufen sollen.

Die Herstellung der meist verwendeten Halbleiterscheiben erfolgt größtenteils durch Zerschneiden oder Zersägen von Halbleiterstäben, z. B. senkrecht zur Längsachse. Die Oberfläche der Halbleiterscheiben zeigt deshalb oft Rillen und ist meist rauh; außerdem entstehen bei der mechanischen Behandlung infolge der Sprödigkeit der meisten Halbleitermaterialien, insbesondere von Silizium und Germanium, feine Risse und Spalten auf der Oberfläche der Halbleiterkörper, die oft eine Tiefe bis zu 10 μ und mehr erreichen. In diesem Bereich ist die Kristallstruktur völlig zerstört, so daß diese Schicht meist entfernt werden muß. Anschließend ist der Kristall weiter abzutragen, bis eine von Strukturfehlern bzw. Fehlern im Kristallgefüge freie Kristallschicht an der Oberfläche liegt. Dies geschieht gewöhnlich durch mechanisches Behandeln mit Schleif- oder Poliermitteln. Die Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit wird meist stufenweise erreicht, indem von Stufe zu Stufe die Korngröße des Schleif- bzw. Poliermittels verringert wird. Die zu Beginn der Behandlung verwendete, oft ziemlich grobe Körnung verursacht manchmal selber oberflächliche Strukturstörungen bzw. Störungen im Kristallgefüge, so daß in der folgenden Bearbeitungsstufe mit einem Poliermittel feinerer Körnung zuerst die oberste schadhafte Schicht abgetragen werden muß. In der letzten Stufe ist, um eine den Anforderungen der Halbleitertechnik entsprechende ungestörte Oberfläche der Halbleiterscheibe zu gewäh-Verfahren zum polierenden Abtragen von
einkristallinen Halbleiterkörpern, insbesondere
Halbleiterscheiben

Anmelder:

Siemens &Halske Aktiengesellschaft,

Berhn und München,

München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dr. Herbert Lange, Übersee (Chiemsee)

leisten, ein Poliermittel mit sehr feiner Körnung von beispielsweise 10 πΐμ nötig; oft sind recht dicke Schichten abzutragen, so daß, im ganzen gesehen, sehr lange Behandlungszeiten erforderlich sind.

Bei einem anderen bekannten Verfahren wird die gestörte Kristallschicht durch Behandlung mit chemischen Mitteln abgetragen. Hierdurch werden zwar keine Struktur- bzw. Kristallstörungen erzeugt, auch nimmt die Bearbeitung viel kürzere Zeit in Anspruch, jedoch entsprechen hier die Ergebnisse nicht den Erfordernissen der Halbleitertechnik, denn der Abtrag der gestörten Schicht erfolgt ungleichmäßig. Das chemische Poliermittel greift in den meisten Fällen den Rand der Scheiben stärker an, so daß sehr oft die ebene Form der Scheiben verlorengeht, die aber für die Weiterverarbeitung der Scheiben zu Halbleiterbauelementen, ζ. Β. durch Aufwachsen von einkristallinen Schichten, unbedingt nötig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum polierenden Abtragen von einkristallinen Halbleiterkörpern, insbesondere von Halbleiterscheiben zu entwickeln, bei dem einwandfreie Oberflächen gewährleistet sind.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß den Halbleiterkörpern, während sie einer mechanischen Polierbehandlung unterworfen werden, wenigstens zwei verschiedene, chemisch wirksame Stoffe, die im Zusammenwirken auf die Halbleiterkörper polierend wirken, gleichzeitig aber räumlich getrennt voneinander, verschiedenen Stellen der Oberfläche des Halbleiterkörpers zugeführt und mit etwa der gleichen Geschwindigkeit auch wieder abgeführt werden.

Zweckmäßigerweise werden die chemisch wirkenden Stoffe in gelöster Form verwendet; als Lösungsmittel kommt wohl meist Wasser in Frage, obwohl

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nichtwässerige Lösungsmittel nicht ausgeschlossen sind. Manchmal können organische Lösungsmittel, etwa Alkohole oder Kohlenwasserstoffe usw., vorteilhaft sein. Die Auswahl des günstigsten Lösungsmittels erfolgt jeweils am besten experimentell. Am vorteilhaftesten jedoch sind verdünnte, etwa weniger als 10%ige Lösungen der chemischen Stoffe.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann beispielsweise so durchgeführt werden, daß Halbleiterscheiben mit der zu bearbeitenden Fläche auf eine insbesondere rotierende Polierscheibe aufgelegt werden und dort reibende Bewegungen ausführen. Zweckmäßigerweise werden sie hierbei auf einer Trägerscheibe befestigt, beispielsweise aufgeklebt, dann führt die Trägerscheibe die reibende Bewegung auf der Polierscheibe aus. Es ist auch möglich, daß die Halbleiterkörper bzw. die Trägerscheibe in starrer Lage angeordnet sind und die Reibung lediglich durch die Bewegung der Polierscheibe zustande kommt. Gleichzeitig werden wenigstens zwei, bei gemeinsamer Verwendung polierend auf die Halbleiterkörper einwirkende chemische Stoffe getrennt voneinander auf die Polierscheibe aufgebracht; vorteilhafterweise läßt man sie in Form von verdünnten Lösungen getrennt voneinander auftropfen. Die Oberfläche der Polierscheibe weist auf diese Weise einzelne jeweils von den unterschiedlichen Stoffen benetzte Bereiche auf. Beim Gleiten der Halbleiterkörper über die Polierscheibe kommen dadurch die Körper abwechselnd mit den unterschiedlichen Stoffen in Berührung. Gleichzeitig werden durch die Bewegung die chemischen Stoffe vermischt. Zur Beschleunigung der Polierwirkung kann gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ein Katalysator verwendet werden, der entweder mit einem der unterschiedlichen Stoffe vermischt oder getrennt zugeführt werden kann. -

Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung wird jeder der Stoffe etwa mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der er zugeführt wird, von der Polierscheibe auch wieder abgeleitet. Dadurch ist die Polierscheibe praktisch immer nur von unverbrauchtem, frischem Poliermittel bedeckt. Vorteilhafterweise werden die Stoffe kontinuierlich zu- und abgeführt; es ist jedoch auch möglich, sie absatzweise zu- und wegzuführen. Die besten Ergebnisse erzielt man, wenn die unterschiedlichen Stoffe in Lösungen mit etwa gleichen Konzentrationen der Stoffe verwendet werden; insbesondere in diesem günstigen Fall empfiehlt es sich auch, die einzelnen, unterschiedliehen Lösungen jeweils in etwa gleichen Mengen und mit ziemlich konstant bleibender Geschwindigkeit zuzuführen.

Je nach der Größe der Polierscheibe und der Anzahl der gleichzeitig zu bearbeitenden Halbleiterscheiben oder auch, unter anderem, der relativen Geschwindigkeit der Bewegung von Halbleiterscheiben und Polierscheiben zueinander können die unterschiedlichen Stoffe an mehreren Stellen auf die Polierscheibe aufgetropft werden, jedoch ist die Anzahl der Tropfstellen nicht kritisch. Die Polierzeit ist von verschiedenen Faktoren abhängig, so z. B. von der Art der chemischen Stoffe, von ihrer Konzentration usw. und auch von der Temperatur, bei der die Polierbehandlung durchgeführt wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird das Verfahren in mehreren Stufen durchgeführt. Beispielsweise kann man zu diesem Zweck die Konzentration der Stoffe in den Lösungen bzw. wenigstens eines der Stoffe stufenweise erniedrigen. Eine andere Möglichkeit zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung in mehreren Stufen besteht darin, daß die Viskosität der unterschiedlichen Stoffe bzw. deren Lösungen oder wenigstens die Viskosität eines der Stoffe -oder seiner Lösung stufenweise erhöht wird. Ebenso lassen sich beide Maßnahmen gleichzeitig anwenden. So können

ίο in der ersten Bearbeitungsstufe z. B. zwei unterschiedliche Stoffe in jeweils etwa lOtyoigen Lösungen zur Verwendung gelangen und in der zweiten Stufe in jeweils etwa 5°/oigen Lösungen. Beim Feinpolieren in der letzten Stufe ist dann etwa eine jeweils 2°/oige Lösung der Stoffe angebracht und gegebenenfalls gleichzeitig eine Erhöhung der Viskosität der Lösungen durch den Zusatz einer hochviskosen Flüssigkeit, wie Glykol, Glyzerin, Wasserglas oder einem Öl, etwa Silikon- oder Paraffinöl. Die optimalen Bedingungen lassen sich jeweils durch Versuche ermitteln.

Bei der Behandlung von Germaniumkörpern in eine Poliermaschine gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erweist sich beispielsweise die gleichzeitige Anwendung einer etwa 4- bis 8%>igen Wasserstoffsuperoxydlösung und einer etwa 2- bis 5%igen wässerigen Natronlauge als recht vorteilhaft. Besonders günstige Ergebnisse erzielt man, wenn etwa gleiche Mengen der unterschiedlichen Lösungen auf die Polierscheibe aufgetropft werden. In diesem Fall gestaltet sich die Durchführung des Verfahrens auch relativ einfach. Die Tropfgeschwindigkeit der Lösungen wird zu Beginn des Verfahrens eingestellt und bis zum Ende der Behandlung beibehalten. Dann bricht man die Bewegung der Halbleiterkörper und/

oder der Polierscheibe ab, und die Halbleiterkörper werden möglichst sofort, z. B. mit Wasser, von den Lösungen gereinigt.

In einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel, das für die Behandlung von Germaniumscheiben beschrieben wird, werden in der letzten Bearbeitungsstufe je etwa zehn Germaniumscheiben auf eine Trägerscheibe, die etwa aus Eisen od. dgl. besteht, so aufgeklebt und die Trägerscheibe auf die Polierscheibe so aufgebracht, daß die zu bearbeitenden Flächen der Germaniumscheiben auf der Polierscheibe aufliegen. Im vorliegenden Beispiel werden drei Trägerscheiben verwendet, die man auf der Polierscheibe reibende Bewegungen ausführen, beispielsweise rotieren läßt. Die Polierscheibe kann gegebenenfalls im entgegengesetzten Sinn rotieren. Gleichzeitig werden aus verschiedenen Behältern jeweils gleiche Mengen einer etwa 4°/»igen Wasserstoffsuperoxydlösung und einer etwa 2°/oigen wässerigen Natronlauge zugetropft. Nach etwa 30 Minuten oder weniger ist die Behandlung der Halbleiterscheiben beendet. Die Oberfläche der Germaniumscheiben ist störungsfrei; selbst bei 800facher Vergrößerung sind keine Fehler im Kristallgefüge oder in der Gitterstruktur feststellbar. Bei einer Polierzeit von etwa 1 Minute pro Scheibe wird eine etwa 3 μ dicke Schicht abgetragen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum polierenden Abtragen von einkristalHnen Halbleiterkörpern, insbesondere von Halbleiterscheiben zur Erzielung einwandfreier Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß den Halbleiterkörpern, während sie einer mechanischen Polierbehandlung unterwor-

fen werden, wenigstens zwei verschiedene, chemisch wirksame Stoffe, die im Zusammenwirken polierend auf den Halbleiterkörper wirken, gleichzeitig, aber räumlich getrennt voneinander, verschiedenen Stellen der Oberfläche des Halbleiterkörpers zugeführt und mit etwa der gleichen Geschwindigkeit auch wieder abgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe kontinuierlich zu- und abgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine stark verdünnte, z. B. weniger als lO°/oige Lösung der Stoffe zur Anwendung gelangt.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine wässerige Lösung der Stoffe zur Anwendung gelangt.

5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Polierwirkung beschleunigender Katalysator verwendet wird.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei

IO

Verwendung von Germanium als Halbleitermaterial etwa gleiche Teile einer etwa 4- bis 8°/oigen Wasserstoffsuperoxydlösung und einer etwa 2- bis 5%igen Natronlauge zur Verwendung gelangen.

7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es in mehreren Stufen durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch?, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration wenigstens eines der Stoffe stufenweise verringert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität wenigstens eines der Stoffe stufenweise erhöht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch Zusatz von Glykol, Glyzerin, Wasserglas, Paraffinöl und/oder Silikonöl die Viskosität erhöht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
ao Deutsche Auslegeschrift Nr. 1119 625;

IBM Technical Disclosure Bulletin 1959, Vol. 2, Nr. 3, S. 64 und 65;

Journal of Applied Physics 1954, Vol. 25, Nr. 5, S. 634 bis 641.