DE19519455A1 - Verfahren zum Entfernen beschädigter Kristallbereiche von Siliciumscheiben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Kristallbereichen von Siliciumscheiben, die infolge einer mechanischen Bearbeitung der Siliciumscheiben beschädigt sind.

Solche Beschädigungen des Kristallgefüges, der englische Fachausdruck ist "damage", treten zwangsläufig bei der Her­ stellung von Siliciumscheiben auf. Bereits durch das Abtren­ nen einzelner Siliciumscheiben von einem gezogenen Ein­ kristall mit Hilfe eines Sägewerkzeuges, beispielsweise einer Draht- oder einer Innenlochsäge, werden die ober­ flächennahen Kristallbereiche der resultierenden Silicium­ scheiben bis in eine Tiefe von ca. 80 µm beschädigt. Dieses durch Sägen entstandene "damage" wird in der Regel durch eine mechanische Oberflächenbehandlung der Siliciumscheiben, beispielsweise durch Läppen oder Schleifen der Scheiben, re­ duziert. Geläppte oder geschliffene Siliciumscheiben weisen daher nur noch Beschädigungen in der Kristallstruktur auf, die von der Scheibenoberfläche bis in eine Tiefe von ca. 35 µm ins Scheibeninnere reichen. Auch dieses "damage" muß vollständig entfernt werden, wenn zu einem späteren Zeit­ punkt vorgesehen ist, auf der Oberfläche der Siliciumscheibe elektronische Schaltkreise zu integrieren.

Eine bekannte Methode, um mechanisch beschädigte Kristallbe­ reiche von Siliciumscheiben zu entfernen, basiert auf aniso­ tropem, chemischem Ätzen der Siliciumscheiben in einem wäs­ serigen, beispielsweise Kalium- und/oder Natriumhydroxid enthaltenden Bad bei Temperaturen von 100 bis 120°C. Ein besonderer Vorteil dieses einfach durchzuführenden Verfah­ rens besteht darin, daß es die Scheibenform und die Ebenheit der Scheibenseitenflächen, die durch die mechanische Bear­ beitung vorgegeben sind, nicht nachteilig beeinflußt (L.D.Dyer, G.J.Grant, C.M.Tripton, A.E.Stephens, Electro­ chem. Soc. Symp. Ser., pp.296, June 1989). Andererseits ist das Ätzen unter alkalischen Bedingungen bekannt dafür, daß es Fremdmetalle, die teilweise vom verwendeten Alkalimetall­ hydroxid stammen, auf den Scheibenoberflächen als Verunrei­ nigungen hinterläßt und daß solche Fremdmetalle wegen der vorherrschenden, relativ hohen Temperaturen von der geätzten Oberfläche ins Scheibeninnere diffundieren. Da Fremdmetall­ atome die Funktion der elektronischen Bauelemente empfind­ lich stören, ist bei der Herstellung der Siliciumscheiben besonders darauf zu achten, daß die Verunreinigung durch Fremdmetalle so niedrig wie möglich ist. Fremdmetalle, die während des alkalischen Ätzens ins Scheibeninnere eindiffun­ dieren, stellen deshalb ein besonderes Problem dar, weil sie auch durch eine nachfolgende Reinigung der Scheibenober­ flächen nicht mehr entfernt werden können. Eine Verbesserung der Situation durch die Verwendung reinerer Alkalimetall­ hydroxide scheitert bislang am hohen, technischen und wirt­ schaftlichen Aufwand, der mit der Bereitstellung solcher Re­ agentien verbunden ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand deshalb da­ rin, ein Verfahren zum Entfernen beschädigter Kristallbe­ reiche von Siliciumscheiben bereitzustellen, das Probleme hinsichtlich einer Verunreinigung der Siliciumscheiben durch Fremdmetalle vermeidet.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren, das dadurch ge­ kennzeichnet ist, daß die Siliciumscheiben mit einer Fluor­ wasserstoff enthaltenden, wässerigen Lösung vorbehandelt werden und danach bei Temperaturen von 55 bis 95°C in einer mit Ultraschall beaufschlagten, wässerigen Lösung, die Alka­ limetallhydroxid enthält, geätzt werden.

Die Vorbehandlung der Siliciumscheiben mit wässeriger Fluß­ säure-Lösung und das von Ultraschall unterstützte und bei relativ niedrigen Temperaturen vollzogene alkalische Ätzen der Siliciumscheiben hinterläßt eine nur geringe, unvermeid­ liche Konzentration von Fremdmetallen auf den Scheibenober­ flächen. Die Fremdmetalle können anschließend durch bekannte Reinigungsverfahren, beispielsweise durch ein Tauchbad in verdünnter Flußsäure oder in verdünnter Salpetersäure weiter verringert werden. Das Verfahren vermeidet jedoch zuverläs­ sig, daß nicht tolerierbare Mengen an Fremdmetallen in das intakte Kristallgitter eindiffundieren.

Bevorzugt werden die Siliciumscheiben zur Vorbehandlung in eine wässerige, Fluorwasserstoff enthaltende Lösung ge­ taucht. Eintauchzeiten von 60 bis 600 s, bevorzugt 60 bis 180 s sind ausreichend. Die Temperatur der Lösung beträgt vorzugsweise 20 bis 40°C, besonders bevorzugt 25°C. Eine andere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, die Fluß­ säure-Lösung auf die Siliciumscheiben auf zusprühen. Der An­ teil an Fluorwasserstoff in der Lösung beträgt vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis 4 Gew.-%. Weiter­ hin ist es empfehlenswert, aber nicht unbedingt notwendig, daß die Flußsäure-Lösung ein Tensid, vorzugsweise in einer Konzentration von 0,05 bis 2 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 1 Gew.-% enthält. Bei dem Tensid kann es sich um eine Einzelverbindung oder um eine Mischung verschiedener Einzel­ verbindungen handeln. Besonders geeignete Tenside sind No­ nylphenol-Derivate und Ammoniumlaurylsulfat.

Durch die Vorbehandlung mit verdünnter Flußsäure erhalten die Siliciumscheiben eine hydrophobe Oberfläche, die beim Ätzen unter alkalischen Bedingungen zwei besondere Vorteile bietet. Der Abtrag beschädigter Kristallbereiche erfolgt sehr gleichmäßig und Fremdmetalle, die sich als Verunreini­ gungen in der später verwendeten Ätzlösung befinden, können nur in einem erheblich eingeschränktem Maße auf den Schei­ benoberflächen adsorbieren.

Das sich an die Vorbehandlung anschließende Ätzen der Sili­ ciumscheiben ist unter besonderen Bedingungen durchzuführen. Die Temperaturen im Ätzbad, in das die zu behandelnden Sili­ ciumscheiben getaucht werden, müssen im Bereich von 55 bis 95°C, bevorzugt 75 bis 80°C liegen. Darüber hinaus ist das Ätzbad während der Scheibenbehandlung mit Ultraschall zu be­ aufschlagen, vorzugsweise mit Ultraschall einer Frequenz von 20 bis 80 kHz, besonders bevorzugt 40 kHz, bei einer Leistung von 6 bis 30 W pro Liter wässeriger Ätzlösung, be­ vorzugt 400 W/15 l. Bei den relativ niedrigen Badtemperatu­ ren ist die Geschwindigkeit, mit der Fremdmetalle ins Innere der Siliciumscheiben diffundieren können, verringert. Die Wirkung des Ultraschalles gleicht eine temperaturbedingt verminderte Geschwindigkeit des Materialabtrages aus. Letzt­ endlich ist die Geschwindigkeit, mit der Silicium von der Oberfläche der Scheiben entfernt wird, höher, als die Ge­ schwindigkeit, mit der Fremdmetalle von der Oberfläche ins Innere der Siliciumscheiben diffundieren.

Prinzipiell kann die chemische Zusammensetzung der wässeri­ gen Ätzlösung einer der bekannten Zusammensetzungen alkali­ scher Ätzmittel entsprechen. Bevorzugt sind wässerige Lösungen von Kalium- und/oder Natriumhydroxid mit einem Alkalimetallhydroxid-Gehalt von 30 bis 50 Gew.-%, insbeson­ dere 45 bis 50 Gew.-%. Die verwendeten Alkalimetallhydroxide sollten zwar einen möglichst geringen Grad an Verunreinigung durch Fremdmetalle aufweisen. Es ist jedoch nicht notwendig, daß Alkalimetallhydroxide eingesetzt werden, die über das bisher übliche Maß hinaus von Fremdmetallen befreit worden sind.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Sili­ ciumscheiben sind hinsichtlich der geringen Restkontamina­ tion mit Fremdmetallen den säuregeätzten Siliciumscheiben ähnlich. Verfahren, bei denen Säuren zum Ätzen von Silicium­ scheiben eingesetzt werden, führen jedoch aufgrund ihrer Ätzkinematik zu ungewünschten Veränderungen der Scheibengeo­ metrie und sind wesentlich aufwendiger in bezug auf Kosten für den Arbeits- und Umweltschutz.

Claims (5)

1. Verfahren zum Entfernen von Kristallbereichen von Siliciumscheiben, die infolge einer mechanischen Bear­ beitung der Siliciumscheiben beschädigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumscheiben mit einer Fluorwasserstoff enthaltenden, wässerigen Lösung vorbe­ handelt werden und danach bei Temperaturen von 55 bis 95°C in einer mit Ultraschall beaufschlagten, wässe­ rigen Lösung, die Alkalimetallhydroxid enthält, geätzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumscheiben zur Vorbehandlung in eine wässerige Lösung getaucht werden, die 1 bis 5 Gew.-% Fluorwasser­ stoff und gegebenenfalls 0,05 bis 2 Gew.-% Tensid ent­ hält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberflächen der Siliciumscheiben zur Vorbehand­ lung eine wässerige Lösung gesprüht wird, die 1 bis 5 Gew.-% Fluorwasserstoff und gegebenenfalls 0,05 bis 2 Gew.-% Tensid enthält.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Siliciumscheiben in einer wässeri­ gen Lösung von Kalium- und/oder Natriumhydroxid geätzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Alkalimetallhydroxid enthaltende Lösung mit Ultraschall einer Frequenz von 20 bis 80 kHz beaufschlagt wird.