DE1283641B - Verfahren zum formgebenden Bearbeiten, insbesondere zum Zerschneiden, von Halbleiterkristallen - Google Patents

Verfahren zum formgebenden Bearbeiten, insbesondere zum Zerschneiden, von Halbleiterkristallen

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DE1283641B
DE1283641B DE1964S0094784 DES0094784A DE1283641B DE 1283641 B DE1283641 B DE 1283641B DE 1964S0094784 DE1964S0094784 DE 1964S0094784 DE S0094784 A DES0094784 A DE S0094784A DE 1283641 B DE1283641 B DE 1283641B
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Dr Heinz Henker
Dr Herbert Lange
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28DWORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Weting (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Description

  • Verfahren zum formgebenden Bearbeiten, insbesondere zum Zerschneiden, von Halbleiterkristallen Für die Weiterverarbeitung zu Halbleiterbauelementen sind bekanntlich Kristalle möglichst hoher Perfektion erforderlich. In letzter Zeit sind Verfahren bekanntgeworden, nach denen sich praktisch versetzungsfreie Kristalle gewinnen lassen. Werden diese hochperfektionierten Kristalle aber anschließend in kleine Stücke zerlegt, aus denen dann Transistoren, Dioden usw. hergestellt werden sollen, so treten bei den bis jetzt bekannten Zerteilverfahren an den Oberflächen der Kristallscheiben erhebliche Kristallstörungen auf. Die oberste zerstörte Schicht, die sogenannte »Damage«-Schicht, muß vor der Weiterverarbeitung der Kristalle entfernt, z. B. weggeätzt werden. Dabei entsteht ein erheblicher Materialverlust. Außerdem besteht eine große Gefahr, daß einzelne Versetzungen noch tiefer in die Halbleiterscheibe eindringen, so daß sie durch den üblichen Ätzvorgang nicht erreicht werden und später die elektrischen Kenngrößen der Bauelemente in ungünstiger Weise beeinflussen. In letzter Zeit sind darüber hinaus Versuche bekanntgeworden, wo pn-übergänge in versetzungsfreien Kristallen ganz neuartige Erscheinungen zeigen. Die Versetzungsdichte spielt immer, wenn die Mikroplasmen bei dem Durchbruch einer pn-Verbindung beteiligt sind, eine große Rolle.
  • Es ist zwar, wie bereits erwähnt wurde, bis jetzt möglich, praktisch versetzungsfreie Kristalle herzu" stellen; es ist aber noch nicht gelungen, diese ohne Erzeugung neuer Versetzungen zu zerteilen. Es hat nicht an Versuchen gefehlt, Säge- und Schneidverfahren zu entwickeln, bei denen das Kristallgitter an der Schnittfläche nicht zerstört wird. Doch konnten bis jetzt keine befriedigenden Ergebnisse erzielt werden. So ist es z. B. bereits bekannt, Kristalle elektrolytisch zu zerschneiden. Dieses Verfahren geht aber sehr langsam vor sich und liefert außerdem keine ebenen Oberflächen.
  • Zum Zerschneiden von wasserlöslichen Kristallen, z. B. von Kristallen aus Seignettesalz, ist es bekannt, einen wassergetränkten Textilfaden zu verwenden. Dieser Faden wird entweder in einer endlosen Schleife oder von einer Rolle herunter erst angefeuchtet und dann durch den Kristall gezogen. Durch das Wasser an dem Faden wird an der Berührungsstelle der Kristall laufend aufgelöst. Ein ähnliches Verfahren wäre auch zum Trennen der üblichen Halbleiterwerkstoffe, wie Silicium, Germanium, Am Bv-Verbindungen usw., denkbar. Die hierzu benötigten, hochkonzentrierten Säuren, Alkalien oder sonstigen Lösungen sind jedoch so aggressiv, daß sie den Faden und auch die Fadenführung bald zerstören würden. Es ist auch bereits bekannt, einen Halbleiterkristall durch einen oder mehrere Schnitte, die mittels eines mit Ätzflüssigkeit benetzten und/oder mit einem Schleifmittel bedeckten faden- oder drahtförmigen Werkzeugs erzeugt werden, zu zerteilen. Dabei ist es auch bekannt, sowohl im Interesse der Gleichförmigkeit des Sägevorgangs als auch zur Vermeidung von Kristallstörungen an der Schnittfläche, das Sägewerkzeug nur in seiner Längsrichtung durch den zu zerschneidenden Kristall zu bewegen.
  • Bei der Verwendung von mechanischen Schleifmitteln gestaltet sich dieses bekannte Verfahren jedoch recht langwierig; bei der gegebenenfalls auch zusätzlichen Verwendung von Ätzflüssigkeiten dagegen sind, wie Untersuchungen gezeigt haben, sehr konzentrierte Lösungen erforderlich.
  • Gemäß der Erfindung, die sich auf ein Verfahren zum formgebenden Bearbeiten, insbesondere zum Zerschneiden von Halbleiterkristallen unter Verwendung eines faden- oder drahtförmigen Werkzeugs bezieht, das mit einem chemischen Mittel benetzt und in Längsrichtung durch den Kristall geführt wird, ist vorgesehen, daß das Werkzeug an in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Stellen mit unterschiedlichen chemischen Mitteln benetzt und die Auswahl der Mittel derart getroffen wird, daß sie in Zusammenwirkung lösend auf das Halbleitermaterial einwirken.
  • Mit dem durch die Erfindung angegebenen Verfahren werden die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden. An Stelle einer ätzenden, hochkonzentrierten Flüssigkeit, wie bei den bekannten Verfahren, werden mehrere unterschiedliche chemische Mittel verwendet und abwechselnd an den Kristall herangeführt. Die Lösungen werden so ausgewählt, daß der Auflösungsvorgang, der im allgemeinen über mehrere Stufen verläuft, also --einen komplexen Vorgang darstellt, in die einzelnen Phasen aufgelöst wird. Dadurch können für die einzelnen Stufen jeweils die optimalen Bedingungen, z. B. hinsichtlich der Konzentration und der Reaktionsdauer, eingestellt werden. So -werden beispielsweise bei Verwendung eines bekannten Ätzmittels, das "aus Eisessig, konzentrierter Salpetersäure, konzentrierter Flußsäure und Brom besteht, die einzelnen Mittel nacheinander zugegeben und nicht wie bisher alle Stoffe auf einmal. Dadurch laufen die einzelnen Reaktionen nacheinander ab; sie können sich daher nicht, wie das bei der Zugabe der verschiedenen Mittel auf einmal der Fall war, gegenseitig behindern und überschneiden. Dadurch, daß die einzelnen Reaktionen nacheinander, und zwar unmittelbar nacheinander zum Ablauf gebracht Werden ' werden also stets die durch das eine. der unterschiedlichen Mittel gerade gebildeten oder noch im statu nascendi befindlichen Produkte durch das andere bzw. ein anderes der dazugegebenen Mittel sofort wieder#.aufgelöst bzw. in eine weitere chemische Verbindung übergeführt, die dann durch einen, weiteren der Stoffe aufgelöst oder gegebenenfalls in eine wefter6 Verbindung übergeführt wird, wobei dann -diese Verbindung durch ein weiteres der verwendeten chemischen Mittel aufgelöst wird, ' 'en also Die einzelnen Phas der Reaktion v#rden.
  • bei dem erfindungsgemäßen' Verfähreh nacheidander zum Ablauf gebracht, So daß keine Behinderung der einzelnen Vorgänge eintritt-. Dadurch, daß die jeweils in den unterschiedlichen Phasen gebildeten Produkte sofort nach der Bildung-, -wenn sie sich also noch in reaktion ' sfähigeM Zustand befinden, -durch ein anderes der verwendeten Mittel erfaßt werden" -ist es bei dem erAndungsgemäßen Verfahren möglich,- die unterschiedlichen Mittel in Form von. verdünnten, z. B. wässerigen Lösungen, zu verwenden. Weniger als 10%ige Lösungen der unterschiedlichen. Mittel erweisen sich in den meisten Fällen als völlig ausreichend. Diese Lösungen sind wenig aggressiv, so daß keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen zum Schutze des Bedienungspersonals erforderlich sind. Ebenso fällt dadurch die korrodierende Wirkung, die früher auf Grund der-.hochkonzentrierten Lösungen stets mit der Verwendung von chemischen Mitteln bei der formgebenden Bearbeitung von Halbleiterkristallen verbunden war, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren fort. Eine Zerstörung der für die Führung der Werkzeuge verwendeten Mittel oder der verwendeten Werkzeuge selber ist daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren praktisch nicht zu befürchten, Die verdün - nten Lösungen sind leicht zu handhaben, so daß sich das Verfahren besonders einfach gestaltet.
  • Der Auflösungsvorgang verläuft, wie bereits ausgeführt wurde, im allgemeinen über mehrere Stufen. Beispielsweise wird das Material des zu bearbeitenden Kristalls an der Bearbeitungs-, z. B. an der Schnittstelle, in der ersten Verfahrensstufe in das Oxid oder ein Hydroxid.übergeführt, wobei in der nächsten Stufe dieses Oxid bzw. Hydroxid wieder aufgelöst wird. Ebenso ist es möglich, daß der Auflösungsvorgang über ein Halogenid, z. B. über das Chlorid, oder über mehrere Verbindungen führt, z. B. über das Oxid oder Hydroxid und über ein Halogenid, z.B. ein Chlorid, oder auch umgekehrt. Die einzelnen Vorgänge finden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht gleichzeitig statt, sondern laufen nacheinander ab, so daß sie sich gegenseitig nicht hemmen. Dadurch kann der Bearbeitungsvorgang erheblich abgekürzt -werden, indem für jeden Reaktionsschritt dieo#timalen Bedingungen gewählt werden. Beispielsweise kann es erforderlich sein, die Lösungen der unterschiedlichen Mittel in unterschiedlichen Konzentrationen zu verwenden bzw. verschieden lange Einwirkungszeiten der einzelnen Mittel zu wählen, indem z. B. unterschiedlich lange, etwa in der Größenordnung von einigen Millimetern oder Zentimetern liegende Strecken des draht- oder fadenförinigen Werkzeugs mit denjenigen Mitteln benetzt werden oder indem für die unterschiedlich benetzten Strecken verschiedene Geschwindigkeiten eingestellt werden.
  • Gute Ergebnisse erzielt man beispielsweise bei der. Bearbeitung von Germaniumkörpern durch die abwechselnde, unmittelbar aufeinanderfolgende Bearbeitung -mit wässerigen Lösungen von Wasserstoffs superoxid und Natriumhydroxid oder auch von Wasserstoffsuperoxid und Flußsäure. Mit, 5- bis SO/oigen wässerigen Lösungen erzielt man gute Ergebnisse. Als Materialien-für dieWerkzeuge kommen einerseits chemisch resistente. Metalle, wie, Platin, Molybdän od. dgl.# in Frage, andererseits- Stoffe wie Perlon, Nylon oder Naturseide, nach der Art eines Seiles verarbeitet.
  • Zum Bearbeiten von Siliciumkristallen# a-Iso"z'.-B.-zum Zerteilen oder zum polierenden Abschleifen der Oberflächen- von Siliciumkristallen erweist sich, wie Untersuchungen gezeigt haben, die Verwendung, von z. B. # weniger als 10%igen Lösungen- aus Salpetersäure und Flußsäure in aufeinanderfolgenden Schritten, wie durch die Erfindung. vorgesehen, als vorteilhaft.
  • Man kann bei der Ausführung des Verfahrens beispielsweise derart vorgehen, daß man nicht jeweils nur einen einzigen, mit den unterschiedlichen chemischen Mitteln benetzten Faden, Draht od. dgl. über bzw. durch den zu bearbeitenden Kristall führt, sondern daß mehrere Drähte, Fäden od. dgl. nebeneinander verwendet werden. Die einzelnen Drähte können in endloser Form Verwendung finden. Man kann sie jedoch auch von einer Abwickeltrommel herunterwickeln und nach gewissen Zeitabständen, wenn jeweils ein Zerteil-, Poliervorgang od. dgl. beendet ist, im Leerlauf, d. h. ohne Berührung mit dem Kristall, wieder zurückspulen. Die einzelnen Drähte, Fäden od. dgl. können. aber auch in Form eines Rasters angeordnet sein. Die gleichzeitige Bearbeitung des Kristalls an mehreren Stellen ist dadurch möglich, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur sehr geringe Kräfte auf den Kristall ausgeübt werden.
  • Das Benetzen des Werkzeugs nacheinander mit verschiedenen Lösungen kann beispielsweise derart vorgenommen werden, daß man zahnradartige Walzen verwendet, die mit denverschiedenen Lösungen benetzt und gegenseitig so gekoppelt werden, daß sie, ähnlich wie bei verschiedenen Druckverfahren, auf verschiedenen Strecken den Faden od. dgl. mit den verschiedenen Lösungen benetzen. Man kann den Faden, Draht od. dgl. aber auch an verschiedenen Spritzvorrichtungen vorbeiführen, die die einzelnen unterschiedlichen Lösungen enthalten und abwechselnd in Tätigkeit gesetzt werden. Man kann auch den Faden streckenweise unterschiedlich färben, z. B. hell und dunkel, und durch Fotozellen die Spritzvorrichtungen so steuern, daß auf die hellen Strecken des Fadens die eine und auf die dunklen Stellen die andere Flüssigkeit gespritzt wird. Werden mehrere unterschiedliche chemische Mittel verwendet, muß natürlich der Faden oder Draht mit mehreren Farben behandelt werden, so daß jedem Mittel eine bestimmte Farbe zugeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, einen ringförmig geschlossenen Faden zu verwenden und die gleiche Flüssigkeit immer auf dieselbe Stelle des Fadens aufzubringen. Hierdurch gestaltet sich das Verfahren besonders einfach.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum formgebenden Bearbeiten, insbesondere zum Zerschneiden, von Halbleiterkristallen unter Verwendung eines faden- oder drahtförinigen Werkzeugs, das mit einem chemischen Mittel benetzt und in Längsrichtung durch den Kristall geführt wird, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, daß das Werkzeug an in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Stellen mit unterschiedlichen chemischen Mitteln benetzt und die Auswahl der Mittel derart getroffen wird, daß sie in Zusammenwirkung lösend auf das Halbleitermaterial einwirken.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils kurze, z. B. in der Größenordnung von einigen Millimetern bis Zentimetern liegende Strecken des Werkzeugs mit den unterschiedlichen Mitteln benetzt werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß verdünnte, z. B. weniger als 10%ige Lösungen der chemischen Mittel verwendet werden. 4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel derart ausgewählt werden, daß durch das eine der chemischen Mittel das Material des zu bearbeitenden Kristalls in eine chemische Verbindung übergeführt wird und diese Verbindung durch das andere Mittel aufgelöst wird. 5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bearbeiten von Germaniumkörpem wässerige Lösungen von Wasserstoffsuperoxid und von Natriumhydroxid verwendet werden. 6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bearbeiten von Germaniumkörpern wässerige Lösungen von Wasserstoffsuperoxid und von Flußsäure verwendet werden. 7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bearbeiten von Germanium- oder Siliciumkörpern wässerige Lösungen von Salpetersäure und Flußsäure verwendet werden. 8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Behandlungsmittel auf unterschiedlich gefärbte Stellen des Werkzeuges durch - insbesondere automatisch durch die verschiedenen Farben gesteuerte - Vorrichtungen aufgebracht werden. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmig geschlossener Faden bzw. ein ringförmig geschlossenes Band Verwendung findet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegesehrift Nr. 1. 151162.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1151162B (de) * 1960-06-27 1963-07-04 Siemens Ag Verfahren zum formgebenden Bearbeiten, insbesondere zum Zerschneiden, von Halbleiterkristallen auf chemischem Wege

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1151162B (de) * 1960-06-27 1963-07-04 Siemens Ag Verfahren zum formgebenden Bearbeiten, insbesondere zum Zerschneiden, von Halbleiterkristallen auf chemischem Wege

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