DE1652225A1 - Process for removing and polishing semiconductor bodies, in particular silicon single crystal wafers - Google Patents
Process for removing and polishing semiconductor bodies, in particular silicon single crystal wafersInfo
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Description
Verfahren zum Abtragen und Polieren von HalbleiterkÖrpern, insbesondere Silizium-Einkristallscheiben Die-Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtragen-und Polieren - von.HalbleiterkÖrpern, insbesondere Silizium-EinkristallsGhe#iben, mit dem di-e Oberflächen der HalbleiterkÖrper nach dem Zerschneiden des Halbleitlarkristalls.für die folgenden Verfahrens'schritte zur Herstellung -von Halbleiterbauelementen aufbereitet werden.A process for the removal and polishing of semiconductor bodies, in particular silicon monocrystalline The-invention relates to a method for removing and polishing - von.HalbleiterkÖrpern, in particular silicon-EinkristallsGhe # Iben, with the di-e surfaces of the semiconductor body after cutting the Halbleitlarkristalls.für the following procedural steps for the production of semiconductor components are processed.
Zur Bese-i-'-iziunf,- de- er Oberü 0 _, r durch den.Schneidprozeß an d fläche-des HalbleilierkÖrpers entsbandenen Gebiete mit zerstÖr-t'-$er l#'---nistallstrukuur und zur Ausbildung ebener bzw. planparalleler Flächen sowie einer bestimmten Dicke und OberflächenGüL-e der HalbleiterkÖrper wird eine niechanisehe Bearbeitung durch Schleifen, Läppen und Polieren vorgenommen, Anschließend wird: meist noch eine geringe Schicht durch eint-,n polierenden Ätzprozeß abgetragen* Soweib es nicht auf absolut ebene Flächen und genaue endliche Dic4e' ankommt, wird die Oberflächenvergütung nur auf che",ischer21 durchgeführb.To Bese-i -'- iziunf, - de- he Oberü 0 _ through den.Schneidprozeß to d of the surface-HalbleilierkÖrpers entsbandenen areas with r-t Destroy '- $ er l #' --- nistallstrukuur and to form a flat or Plane-parallel surfaces as well as a certain thickness and surface quality of the semiconductor body are never mechanically processed by grinding, lapping and polishing exact finite thickness arrives, the surface finishing is only carried out on surface.
','jie bekann#" hab die Vereinigung beider Verfahrensweisen zu c U a . -iiier wei'-eren Verbesserung der benÖtigten OberflUchenbeschaffenheit und zu einer schnelleren Ab#tragung-geführt. Demzufolge #4iiird der Schleif- und Poliereinrichtung, in der die II,31blei#,erkÖrper zur Bearbeibung angeordnet sind, ein mt-chanisch wirkendes und gleichzeibig ein chemisch wirkenkont;inuierlich oder im Intervall zu--und );leichen Geschwindigkeib wieder weggeführt. Bevorzugt wird eine Suspension des Schleifmittels, z.B. Siliziumearbid in Wasser und eine wäßrige Lösung von Natronlauge jeweils separat oder als Gemisch vorgegeben. Das Abtragen erfolgt in mehreren Stufen in der gleich-en od-er in mehreren Einrichtungen, wobei die Korngröße des Schleif- oder Poliermittels und die Konzentration des ;#tzmittels für jede Folgestufe verkleinert wird und zwischen jeder Stufe muß ein Reinigungsprozeß vorgenommen werden. In der letzten Stufe wird der benötigte deformationsfreie Poliereffekt erreicht.',' jie got # "have led to the combination of both procedures to c U a . -iiier further improvement of the required surface quality and faster removal , 31blei #, body are arranged for processing, a mechanical and chemical effect at the same time; inuierlich or in the interval to - and); easy speed away again. A suspension of the abrasive, e.g. silicon carbide in water and an aqueous one, is preferred Solution of caustic soda each given separately or as a mixture.The removal takes place in several stages in the same or in several devices, the grain size of the grinding or polishing agent and the concentration of the etchant being reduced for each subsequent stage and between A cleaning process must be carried out in each stage, and in the last stage the required deformation-free polishing effect is achieved.
Das stufenweise Abtragen bedingt eine größere Anzahl von Schleif- oder Polierscheiben7 um eine laufende Beschickung der Einrichtungen zu ermöglichen und weil für jede Korngröße sowle Ätzmittelkonzer-tration gesonderte Scheiben erforderlich sind.The gradual removal requires a larger number of grinding or polishing discs7 to enable continuous loading of the equipment and because separate disks are required for each grain size and etchant concentration are.
Jede Umsetzun-g der HalbleiterkÖrper ist mit einer -verhäl'-nismäßig langen Vorbereitungszeib verbunden.Each implementation of the semiconductor body is with a -verhäl'-nismäßig long preparation time connected.
Die Schl eif- oder Polierscheiben müssen zueinander eir#e sch-.i.-hohe Präzision aufweisen, die trotz eines dieserhalb zu bringenden größeren Aufwandes nicht vollwertig zu erreiche--,i Demzufolge muß in je-d'er AbtragunGE#slufe ein Anpassen der HalbleiLerkÖrper an die Scheiben stalv-tfinden, -wodurch eine so große Kantenabrundung entsteht, di# in eller Endstufe nich'L-1 mehr wegzubringen ist.The grinding or polishing disks must be equal to each other Have precision that despite one of these half to bring greater effort not fully achievable -, i Accordingly, # slufe must be included in each removal Adaptation of the semiconductor body to the disks stalv-t find, -which makes such a large one Edge rounding occurs, which can no longer be removed in the output stage.
Insofern ist auch die kombinierte Verfahrensweise.ebenfalls noch mit viel manueller Tätigkeit verbunden unci."clie Bearbeitungszeit für den Abtragungs- und Tolierprozeß ist inssesamtg aber auch in jeder Stufe, noch verhältnismäßig -roß4 Li Die Sicherheit, einwandfreie Oberflächen, auch innerhalb einer Charge, zu erhalten, ist nicht in ausreichendem Maße 0 gegeben. Besonders die Ebenheit der Flächen ist nicht vollkommen.In this respect, the combined procedure is also associated with a lot of manual activity and the processing time for the ablation and tolier process is still relatively large in every stage. The security of perfect surfaces, even within a batch, is increased is not given to a sufficient degree 0. In particular, the flatness of the surfaces is not perfect.
Zweck der Erfindung-ist es, durch eine entsprechende Verfahrensweise eine erhöhte 'Wirtschaftlichkeit beim Abl# - - tragen und Polieren von Halbleitermaterial zu erreichen. Der Erfindung lieg-Li dahe-r die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu-.ni Abtragen und Polieren von Halbleiterkörpern, insbesondere SiliZiun,--mEinkristallscheiben zu entwickeln, bei de-i nitt, mÖglichst wenigen Abtragungsstufen und in '-KÜrzerer Zeit ein hohes an Ober'Lläcllen-vü'ue und ebene -"lächen erzielt vierden.Purpose of the invention-is to provide an increased 'efficiency when Abl # by an appropriate procedure - - wear and to achieve polishing of semiconductor material. The invention is therefore based on the object of developing a method for removing and polishing semiconductor bodies, in particular silicon, single crystal wafers, with as few removal steps as possible and a high one in less time on the upper surface and level - "surfaces achieve four.
Die- 1--1lifgabe wird dadurch gelöst, da3 ge-,näß dem-Verfahren -#,ro-.-.-liegendexi 'Erfindung die vorbereiteten Halblei-berk-Örpe--r in JD'chl'C-,i'L- of#,er Poliereinricht-ung zunächst bis zu f--iner Ver-Lcei-neru--ri- und Au.strocknung einer a-G--2 die Sclileif- odei# Poliersclheibe vorgegebenen und verbleibenden Schicht einer Suspension eines j--eöhanisch wir-Abtragull._-,s-Tii-#u-tels bearbeitet #.#-#erden- und-dann eine LÖsurg eines che.-,#qisch wirkenden auf die Scbleif- oder PoliermittilGelschicht zugegeben und weiter ab--etragen u#nd poLiert wird, Das mecAanisch wirkende -#',btragungs.m.i-btel der Suspension vird bevorzus-t in r" -iasser und in einer Korn röße, die eine Co) CD ausreichende Abtragung bewirktg vorgegeben.The- 1--1lifgabe is solved in that, according to the method - #, ro -.-.- lyingexi 'invention, the prepared semicon-berk bodies - r in JD'chl'C-, i' L- of #, he polishing device initially up to f - iner Ver-Lcei-neru - ri and drying of aG - 2 the grinding or polishing wheel given and remaining layer of a suspension of a j-- eöhanisch we-Abtragull ._-, s-Tii- # u-tels processed #. # - # ground- and-then a solution of a chemical u # nd is polished, the mecAanisch acting - # ', btragungs.mi-btel the suspension vird bevorzus-t in r "and -iasser ize in a grain having a Co) CD sufficient ablation predetermined bewirktg.
Für gute Erg--ebnisse ist eine KorrgrÖße von 1 bis 2/um für einen ScIlleifprozeß und von 0,1/irii und kleiner für einen Polierprozeß bereits als ausreichend und besonders günstig ermittelt worden.For good results, a size of 1 to 2 µm for a grinding process and 0.1 and smaller for a polishing process has already been determined to be sufficient and particularly favorable.
Das chemisch wirkende Abtragungsmittel wird bevorzugt in Form einer wäßrigen Lösung hinzugefügt, wobei vorteilhafter-' weise eine Konzentration von 15 Gewichtsprozenten und größer ,angewendet wird, Zur Beschleunigung der Austrocknung der Suspension und der Verfeinerung des Schleif- oder Poliermittelkorns, wird def Schleif- oder Polierdruck auf die HalbleiterkÖrper bevorzugt höher als Ublich gewählt. Diesbezüglich hat sich, um ein- - wandfreie Ergebnisse zu erhalten, ein Auflagedruck von 0,08 bis 0,1 Kp/cm 2 gut bewährt.The chemically acting abrasive is preferably added in the form of an aqueous solution, a concentration of 15 percent by weight and greater being advantageously used on the semiconductor body preferably chosen higher than usual. In this regard, has to switch - to obtain wall-free results, a contact pressure from 0.08 to 0.1 Kp / cm proved successful. 2
Da sich der Grad der erzeugten Frikt;ionswärme zeitlich auf die Austrocknung der Suspension und besonders auf die Xtorate des chemischen Abtragungsmittels augwirkt, jedoch der Auflagedruck mit Rücksicht auf die OberflächengUte nicht beliebig erhöht werden kann, wird nach einer'weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung,- den Schleif- oder Polierflächen zusätzlich Wärme zugeführt. Dabei ist es gleichgültig, ob die günstigste Temperatur vorwiegend durch Friktion oder durch gesonderte Zufuhr geschaffen wird.As the degree of frictional heat generated is related to dehydration over time affects the suspension and especially the rate of chemical erosion, However, the contact pressure is not increased arbitrarily with regard to the surface quality can be, according to a further advantageous embodiment of the invention, - the Additional heat is supplied to grinding or polishing surfaces. It doesn't matter whether the most favorable temperature is mainly due to friction or a separate supply is created.
Die Austrocknungszeit kann auch oder zusätzlich durch eine Suspendierung des mechanischen Abtragung?mittels in einer bzw. durch Zumischung einer leicht flüchtigen Flüssigkeit, z.B. mit eInem Gemisch von Alkohol undWasser verkürzt Gerden. Zur Vermeidung einer Übersättigung der mechanischen Schleifmittelschicht und einer zu aggressiven Ätzwirkung, wirg das chemische Abtragungsmittel tropfenweise und-dies in größeren Abständen von einer und mehr Minuten wiederholend-zugegeben.. Durch die Verwendung von Chromoxyd und Kalilauge werden, vorwiegend bei der Bearbeitung von Silizium-Einkristallscheiben, besonders gute Ergebnisse erzielte-Sofern', besonders zur Erzielung einer bestimmten Dickee eine,größere Abtragungsrate erforderlich ist, werden die HalbleiterkÖrper vor der beschriebenen Verfahrensweise einem herkömmlichen Vorschleif- oder Polierprozeß unterzogen, Für diesen Prozeß hat sich Diamantpulver von 1 bis 2/um Korngröße als besonders vorteilhaft erwiesen.The drying time can also or additionally be shortened by suspending the mechanical removal means in or by adding a volatile liquid, e.g. with a mixture of alcohol and water. To avoid oversaturation of the mechanical abrasive layer and an overly aggressive etching effect, the chemical abrasive is added drop by drop and - repeating this at longer intervals of one or more minutes. single crystal discs, particularly good results achieved-If ', particularly for obtaining a certain Dickee a larger removal rate is required, the semiconductor body prior to the procedure described conventional Vorschleif- or polishing process be subjected to for this process is diamond powder has 1 to 2 / um Grain size proved to be particularly advantageous.
Mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist, wenn man von dem nur bedingt notwendigen Vors,chliff absieht, ein Abtragen und Polieren in einer Stufe mit ausreichender Abtragungsrate, einwandfreien Oberflächen, hoher Sicherheit und verminderter Chargenabweichung und eine Yerkürzung der Bearbeitungszeit möglich gewordene Da das ia echanisch wirkende Abtragungsmittel auf der Schleifscheibe zum Verbleib vorgegeben wird, findet eine ständige Verkleinerung seiner Kor-ngrÖße'sta#b-b, so daß es nach entsprechender Bearbeitungszeit die gewünschte polierende Wirkung hat. Dabei wird erhöhte Friktionswärme erzeugt, wodurch die Ätzrate des chemisch wirkenden Abtragungsmittels-größer wird.With the procedure according to the invention, if one of the only Apart from the necessary pre-grinding, removal and polishing in one step with sufficient removal rate, flawless surfaces, high security and Reduced batch variance and a shortening of the processing time are possible Since the generally mechanically acting abrasive on the grinding wheel for Whereabouts is specified, there is a constant reduction in its grain size'sta # b-b, so that it has the desired polishing effect after the appropriate processing time Has. In the process, increased frictional heat is generated, which reduces the etching rate of the chemically acting abrasive-is larger.
-Die Erhöhung des Auflagedruckes und/oder die Zufuhr von zusätzlicher Wärme bewirken eine weitere Verringerung der ohnehin schon überraschend,kurzen Bearbeitungszeit. Außerdem unterliegen die Schleif- Qder Polierscheiben der Vorrichtung einem geringeren Verschleiß"da die Halb-# leiterkörper die überwiegende Bearbeitungszeit auf der durch Austrocknung entstandenen Schleif- oder Pollermittelschicht bewegt werden. Weiterhin entfällt das mehrfache Umsetzen der Halbleiterkörper, deren jeweils notwendige Reinigung und deren Anpasaung an die Schleif- oder Polierscheiben.-The increase of the print run pressure and / or the supply of additional Heat cause a further reduction in the already surprisingly short processing time. In addition, the abrasive Q of the polishing pad of the apparatus is less subject to it Wear "because the semiconductor # body takes up most of the processing time on the Abrasive or bollard middle layer caused by drying out can be moved. Farther there is no need to reposition the semiconductor bodies multiple times or to clean them and their adaptation to the grinding or polishing wheels.
Es kann»auch eine höhere Konzentration des Ätzmittels zugelassen werden, da dieses ebenfalls zum Verbleib und noch be.sser 'in einem bestimmten'Intervall -vorgegeben wird und insofern mit der Zeit in seiner Wirkung nachläßt, jedoch anfänglich eine große Abtragungsrate ergibt und somit die Bearbeitungszeit verkürzt und die Oberflächengüte noch verbessert wird.A higher concentration of the etching agent can also be permitted, since this is also specified to remain and even better 'in a certain' interval and to this extent its effect diminishes over time, but initially results in a high rate of removal and thus the Machining time is shortened and the surface quality is further improved.
Mit dem folgenden bewährten Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden: Die in bekannter Weide vorbereiteten und-in einer herkÖmmlichen . Schieifeinrichtung mittels Diamantpulver von 1/um Körnung vorgeschliffenen Silizium-Einkristallscheiben werden in einer Poliermaschine auf einer mit einem Poliertuch und mit einer Schicht einer dicken Paste einer-Suspension des Chromoxydes mit 0,1j# Körnung in Wasser überzoge nen Polierscheibe angeordnet und geschliffen.The invention is to be explained in more detail with the following, tried and tested exemplary embodiment: those prepared in a known pasture and in a conventional one . Grinding device using diamond powder of 1 / µm grain size pre-ground silicon single crystal disks are placed in a polishing machine on a polishing wheel coated with a polishing cloth and with a layer of a thick paste of a suspension of chromium oxide with 0.1j # grain size in water and ground.
Die Einkristallscheiben sind auf der, einen Auflagedruck von-0,09 kp/cm2 erzeugenden Gegenscheibe durch Aufkleben befestigt.The single crystal disks are on the, a contact pressure of -0.09 kp / cm2 generating counter disk attached by gluing.
Nach etwa 10 Min. Bearbeitungszeit ist das Wasser infolge der enbstandenen Friktionswärme weitgehend verdunstet und es werden bis dahin 2 / um von den Einkristallscheiben abg#-tragen.After a processing time of about 10 minutes, the water has largely evaporated as a result of the frictional heat generated and by then 2 / µm has been removed from the single crystal disks.
Um in dieser Bearbeitungszeit, in der sich auch das Polier-. mittel in gewünschtem Maße verfeinert hat, in jedem Falle die notwendige Austrocknung zu erreichen und die Polierflächen auf die günstigste Ätztemperatur von 350C zu bringen, wird bei Bedarf Wärme durch Infrarotstrahler zugeführt. Nun wird auf die weitgehend ausgetrocknete Pollermittelschicht in.Abständen von 2 Min. eine wäßrige LÖsung von Kalilauge mit einer Konzentration von 15 Gewichtsprozenten getropft.To in this processing time, in which the polishing. agent has refined to the desired extent, to achieve the necessary drying out in any case and to bring the polishing surfaces to the most favorable etching temperature of 350C, heat is supplied by infrared radiators if necessary. An aqueous solution of potassium hydroxide solution with a concentration of 15 percent by weight is then dripped onto the largely dried-out bollard middle layer at intervals of 2 minutes.
Bei einer Abtragungsdauer-von wiederum 10 Min. werden weitere 2 / um von den Silizium-Einkristallscheiben abgetragen und die Oberfläche ist vollständig eben, frei von Strukturfehlern und einwandfrei-poliert.With a removal time of again 10 minutes, a further 2 / μm are removed from the silicon single crystal wafers and the surface is completely flat, free of structural defects and perfectly polished.
Die Halbleiterkörper sind durch diese Verfahrensweise so vorbereitet, daB-sich bei den folgenden Diffusions-, Lesierungs-, Oxydations--oder Abscheidungsprozessen planparallele pn-Übergänge bzw. störungsfreie Schichten ausbilden.The semiconductor bodies are prepared by this procedure in such a way that that the following diffusion, reading, oxidation or deposition processes Form plane-parallel pn junctions or interference-free layers.
Die gesamte Beazbeitungszeit beträgt nur noch'20 Ein. Bei gleichzeitiger Behandlung.von z.B. 20-Einh-ristallscheiben wird somit für jede Scheibe nur noch 1 Min. Bearbeitungszeit-benötigt.The total processing time is now only '20 Ein. With simultaneous treatment of, for example, 20 single-crystal disks, only 1 minute processing time is required for each disk.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2613490A1 (en) * | 1975-03-31 | 1976-10-14 | Western Electric Co | PROCEDURE FOR REMOVAL OF PROJECTIONS ON EPITAXIAL LAYERS |
| WO1991008863A1 (en) * | 1989-12-14 | 1991-06-27 | British Technology Group Plc | Methods of preparation of surfaces and applications thereof |
-
1967
- 1967-08-21 DE DE19671652225 patent/DE1652225A1/en active Pending
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