DE19526711A1 - Verfahren zur Bearbeitung von Siliciumwafern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Bearbeitung von Siliciumwafern im allgemeinen und im speziellen die Bearbeitung derartiger Wafer durch Schneiden des Blockes unter Verwendung der verfügbaren primitiven Kristallflächen an dem Siliciumblock als Ausrichtungshilfen bzw. Bezugsgrößen zur kristallographischen Orientierung und für das Schneidverfahren.

Die Herstellung integrierter Schaltungen erfordert Wafer als grundlegendes Ausgangsmaterial. Derzeit werden die bei der integrierten Schaltungsherstellung verwendeten Siliciumwafer unter Verwendung eines hochentwickelten Verfahrens bearbeitet, welches in Kürze so beschrieben werden wird, daß die Erfindung besser zu verstehen ist. Siliciumblöcke werden unter Verwendung des bekannten Czochralski-Ziehverfahrens gezogen, bei welchem ein Impfkristall in geschmolzenes Silicium getaucht und mit dem Wachsen des Siliciumblockes herausgezogen wird. Es werden entweder der Block oder der das geschmolzene Silicium enthaltende Schmelztiegel oder beide während des Ziehens gedreht. Bauteil-bezogene Überlegungen erfordern es, daß die Wafer (100)-orientiert sind. Die Orientierung des Blockes während des Sägens des Blocks ist kritisch, falls die Wafer die erwünschte (100)-Orientierung haben sollen. Nachdem der Block gezogen wurde, werden das Impfkristallende und das gegenüberliegende Ende des Blocks entfernt. Der Block wird auf den erwünschten Durchmesser geschliffen und zu einer Röntgenbeugungsvorrichtung verbracht, bei welcher die (110)- Orientierung örtlich festgelegt und entlang des Blocks mit einer Linie markiert wird. Der Block wird dann zu einer Schleifvorrichtung zurückgebracht, und eine an der markierten Linie zentrierte Fläche wird bis zu einer vorbestimmten Breite geschliffen. Der Block wird während des Schleifens der ebenen Fläche in einer örtlich festgelegten Stellung gehalten. Selbstverständlich kann anstelle einer ebenen Fläche auch eine Nut, Ausnehmung oder andere Struktur geschliffen oder in anderer Weise ausgebildet werden. Die Fläche oder Nut kann mit einer Toleranz von ungefähr 1° hergestellt werden. Der Block wird an einer Trägerplatte befestigt und ein Prüfwafer so geschnitten, daß die (100)- Orientierung durch Röntgenstrahlbeugung bestimmbar wird. Es können Korrekturen erforderlich sein, und es sind verschiedene Prüfwafer zu schneiden, bevor die erwünschte Orientierung erreicht wird; s. beispielsweise "Silicon Processing for the VLSI ERA", Band 1, Seiten 8-26, S. Wolf und R. N. Tauber (1986), Lattice Press, bezüglich einer Beschreibung des Ziehens des Blockes und der Waferbearbeitung.

Das beschriebene Verfahren ist heute für viele Zwecke geeignet, obwohl dieses einige Nachteile aufweist. Beispielsweise wird im allgemeinen die Prüfung von zwei Prüfwafern benötigt, bevor die erwünschte Blockorientierung von ± 30 Bogenminuten erreicht wird. Genauere Orientierungsanforderungen werden im allgemeinen mehr als zwei Prüfungswafer erfordern. Das Verfahren trägt aufgrund der Anzahl von Prüfwafern die vor dem Erreichen der erwünschten (100)-Blockorientierung zu inspizieren sind, zu den Waferkosten bei. Es ist wahrscheinlich, daß mit dem Größerwerden der Waferdurchmesser auf mehr als die derzeit weitverbreitet verwendeten 150 mm Durchmesser, die mit der Blockorientierung verbundenen Kosten, einschließlich des Flachschleifens, sogar noch stärker ansteigen. Ferner hat eine Röntgenstrahlbeugungsvorrichtung eine Auflösungsgrenze von ungefähr ± 10 Bogenminuten. Höhere Auflösungen können mit einem Doppelbeugungssystem erreicht werden, welches selbstverständlich komplizierter und teurer als ein Einzelbeugungssystem ist. Ferner werden, zusätzlich zu den mit den derzeitigen Ausrichtungstoleranzen verbundenen Kosten, zukünftige integrierte Schaltungen, die kleinere Abmessungsvorgaben verwenden, beispielsweise Größen von 0,25 µm oder kleiner, welche üblicherweise bei der Herstellung großer Volumen verwendet werden, bessere Steuerung der Waferorientierung erfordern, als es heute nötig ist. Die Anforderung an eine bessere Waferorientierungssteuerung wird durch Bauteilerfordernisse auferlegt. Beispielsweise kann übermäßige Rauhigkeit bei dünnen Gate-Oxiden an epitaxialem Silicium einer (100)- Wafer-Fehlorientierung zugeschrieben werden und ist unerwünscht. Die Oxidrauhigkeit kann beispielsweise zu Leckströmen durch das Gate-Oxid führen. Weitere Beispiele der Anforderung an bessere Waferorientierung von sowohl (100) als auch (110) bestehen ebenfalls. Eine Orientierungstoleranz von ± 1 Bogenminute wird wahrscheinlich für (100)-Orientierung benötigt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Vielzahl von (111)-Kristallflächen (7) an einer Endbearbeitungsvorrichtung montiert, und eine Vielzahl von (100)-orientierten Wafern wird vom Block gesägt unter Verwendung der (111)-Fläche als Bezugsfläche. Der Block ist während des Sägeverfahrens an einer Endbearbeitungsvorrichtung befestigt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Block an einer Endbearbeitungsvorrichtung befestigt und eine Fläche bzw. Ebene unter Verwendung der (111)-Flächen als Bezugsflächen geschliffen.

Gemäß einem breiteren Gesichtspunkt der Erfindung kann eine beliebige Kristallebene mit bekannter Orientierung am Block als Bezugsebene verwendet werden. Zusätzlich können die Wafer mit anderen Orientierungen als (100) gesägt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine das Zuchtende eines gezogenen Siliciumblocks darstellende Seitenansicht und

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Siliciumblock, nachdem der Konus und der Impfkristall entfernt wurden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben. Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht, in welcher das geimpfte Ende eines Siliciumblockes im Zustand nach dem Ziehen dargestellt ist. Dargestellt ist die Impfvorrichtung 1 bzw. Haltevorrichtung 1 der Nacken 3, der Konus 5 und (111)-Flächen 7 an der Schulter 9. Ebenfalls durch eine unterbrochene Linie 11 dargestellt ist die Ebene, in welcher herkömmlicherweise der Konus und der Impfling vor dem Sägen der Wafer entfernt wurde. Wie aus Fig. 1 klar zu ersehen ist, wurden der Konus und der Impfling unterhalb der Schulter und der (111)- Flächen an der Schulter 9 entfernt. Dies bedeutet, es wurden die (111)-Flächen entfernt. Gemäß derzeitiger Praxis wird häufig versucht, die Größe der Flächen zu minimieren, da die Flächen vor Beginn des Sägens entfernt werden und ungenutztes und somit Abfallsilicium darstellen. Eine beispielhafte Ebene, bei welcher gemäß der Erfindung der Konus und der Impfling entfernt werden, ist durch die durchgezogene Linie 13 dargestellt. Die (111)-Flächen 7 an der Schulter 9 verbleiben, nachdem der Konus 5 und der Impfling 1 entfernt wurden. Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf den Block, nachdem der Konus und der Impfling entfernt wurden. Die vier (111)-Flächen sind dargestellt als die (100)-Oberfläche der Oberseite des Blocks. Der Block wird durch Fachleute auf diesem Gebiet auf einfache Weise hergestellt. Die Form einer typischen (111)-Fläche ist oval und von einer Größe, die durchaus einen Quadratzentimeter betragen kann. Die tatsächliche Größe und Form hängen von dem beim Ziehen des Blocks verwendeten Verfahren ab und können den Anforderungen entsprechend geändert werden. Letztlich können Flächen, die größer als 1 cm² sind, gezogen und verwendet werden. Die Größen und Formen ändern sich von Block zu Block auf konsistente Weise, wenn konsistente Ziehbedingungen verwendet werden. Die Größe der (111)- Flächen kann durch zweckentsprechende Wahl der Anfangs- Ziehbedingungen gesteuert werden, wie es für Fachleute auf diesem Gebiet wohlbekannt ist. Die präzise Größe wird von der optischen Meßtechnik abhängen, die zum Messen der Orientierung der Säge in Bezug auf den Block eingesetzt werden wird. Fachleute auf dem Gebiet werden auf einfache Weise Flächen geeigneter Größe zum Durchführen der vorliegenden Erfindung verwenden.

Die (111)-Flächen werden aufgrund ihrer optischen Eigenschaften vorzugsweise als Bezugsebenen verwendet werden. Diese sind optisch im wesentlichen perfekt. Dies wird durch die Tatsache begründet, daß, wenn diese mit einem zertifizierten optischen Bezugswerkzeug oder mit einer Bezugsebene geprüft werden, die Newton′schen Ringe absolut gerade sind. Diese optischen Eigenschaften machen die Flächen ideal geeignet zur Verwendung als Bezugsebenen während der kristallographischen Orientierung und des Sägevorgangs.

Nach dem Ziehvorgang wird der Block zu einer Schleifmaschine zum zylindrischen Formen auf den erwünschten Durchmesser verbracht. Jedoch wird der Block nicht zu einer Röntgenbeugungsvorrichtung zur Erkennung der (110)- Orientierung verbracht. Statt dessen wird beispielsweise eine optomechanische Anordnung, welche in Bezug auf die radiale Stellung der Schleifscheibe bzw. des Schleifrades ausgerichtet ist, zum Identifizieren der Stellung der (110)- Orientierung durch Bezugnahme auf die (111)-Kristallfläche an der Schulter verwendet. Die Ebene oder Ausnehmung wird nun durch Schleifen hergestellt. Die Ebene wird zur Waferorientierung während der verschiedenen Schritte der nachfolgenden Waferverarbeitung bis zur integrierten Schaltung verwendet. Diese Ebene muß jedoch während des Sägevorgangs nicht unbedingt verwendet werden.

Bei der Ausrichtung des Blocks an der Endbearbeitungsvorrichtung, beispielsweise der Wafersäge, werden die (111)-Flächen zum Justieren verwendet. Es sind verschiedene Vorgehensweisen für die Ausrichtung möglich. Bei allen dieser Vorgehensweisen werden die optischen Eigenschaften der (111)-Flächen einschließlich ihres hohen Grades an kristallographischer Perfektion verwendet. Die Ausrichtung findet zwischen den (111)-Flächen und einem Teil der Endbearbeitungsvorrichtung, wie beispielsweise einer Säge oder einem Säge-Schleif-System, statt. Im Falle der Säge stellen die Sägeblätter die Maschinen- oder Endbearbeitungsvorrichtungs-basierte Bezugsgröße dar. Im Falle einer Säge-Schleif-Vorrichtung stellt ein Schleifrad die Endbearbeitungsvorrichtungs-basierte Referenz dar. Die benötigte optische Reflexion kann durch Modifikation eines Teils der Sägeblattoberfläche oder des Schleifrads erhalten werden. Eine beliebige Oberflächenendbearbeitungstechnik, wie beispielsweise Elektropolieren, ist verwendbar, falls die Vorrichtung nicht bereits eine entsprechende Einrichtung hat.

Die Bezugsebenen oder die Endbearbeitungsvorrichtung können optisch so modifiziert werden, daß die Anordnung vereinfacht wird, beispielsweise durch Ändern des Reflexionswinkels von den Bezugsebenen. Bei einer Vorgehensweise werden kleine, optische flache Prismen mit einem effektiven Winkel von 34,5° (dem Komplementärwinkel zu den 55,5° zwischen den (111)- und den (100)-Ebenen) zu den optisch flachen (111)-Flächen verwendet, um eine gemeinsame Ebene zu erzeugen, die entweder in Bezug auf das reflektierende Sägeblatt oder das Schleifrad ausgerichtet werden kann. Monochromatisches Licht kann nun zur Ausrichtung verwendet werden. Alternativ können derart kleine Prismen oder andere strahlablenkende Anordnungen an einem Träger befestigt werden, der wiederum an dem Sägeblatt oder dem Schleifrad befestigt ist.

Nach der vollständigen Ausrichtung wird der Sägevorgang durchgeführt. Dieses Verfahren ist gut bekannt und erfordert keine Beschreibung. Es wird betont, daß das beschriebene Verfahren schnelle und exakte Ausrichtung der Blöcke und exaktes Sägen von Wafern mit einer erwünschten Orientierung ermöglicht.

Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsformen können durch Fachleute auf dem Gebiet leicht angegeben werden. Beispielsweise können andere Kristallflächen als (111) zur Ausrichtung verwendet werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von Siliciumwafern umfassend die Schritte des Befestigens eines Siliciumblocks mit Kristallflächen (7) bekannter Orientierung in einer Bearbeitungs­ und/oder Endbearbeitungsvorrichtung und des Sägens einer Vielzahl von orientierten Wafern aus dem Block unter Verwendung der Kristallflächen (7) als Bezugsebene.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Kristallflächen (7) (111)-Orientierung haben.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Wafer (100)-Orientierung haben.

4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Verwenden eines Teils der Bearbeitungs- und/oder Endbearbeitungsvorrichtung als Bezugsgröße.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem bei dem Schritt des Verwendens ein Sägeblatt eingesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem beim Schritt des Verwendens eine Schleifscheibe oder ein Schleifrad eingesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den weiteren Schritt des optischen Abwandelns der Bezugsebenen oder der Bearbeitungs- und/oder Endbearbeitungsvorrichtung.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem bei dem Schritt des optischen Modifizierens der Reflexionswinkel des Lichtes von der Bezugsebene geändert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem beim Schritt des optischen Modifizierens der Reflexionswinkel des Lichts von der Bearbeitungs­ und/oder Endbearbeitungsvorrichtung geändert wird.