DE19963824A1

DE19963824A1 - Semiconductor material processing method has electromagnetic beam directed onto local area across which reactive fluid is passed

Info

Publication number: DE19963824A1
Application number: DE1999163824
Authority: DE
Inventors: Ruediger Schmolke; Anton Schnegg
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2001-07-19

Abstract

The processing method uses a chemical reaction provided by a reactive fluid and an electromagnetic beam, directed onto a local area of the semiconductor material (6), for releasing the activation energy required for the chemical reaction, with the reactive fluid passed across the local area as a continuous or pulsed flow. The electromagnetic beam is provided by radiation with a wavelength of between 800 and 180 nm. Also included are Independent claims for the following: (a) a device for processing a semiconductor material; (b) a semiconductor disc manufacturing method

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum abtragenden Bearbeiten von Halbleitermaterial durch eine chemische Reaktion unter Ein wirkung eines reaktiven Fluids und elektromagnetischer Strah lung. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum abtragenden Bearbeiten von Halbleitermaterial.The invention relates to a method for machining of semiconductor material through a chemical reaction under one effect of a reactive fluid and electromagnetic beam lung. The invention also relates to a device for ablative machining of semiconductor material.

Fortschritte in der Bearbeitung von monokristallinem Halblei termaterial als Ausgangsmaterial für elektronische Bauelemente, beispielsweise die Herstellung von Halbleiterscheiben aus mono kristallinen Halbleiterstäben, sind oft durch eine Vielzahl von komplizierten Bearbeitungsschritten begrenzt. Insbesondere me chanische Bearbeitungs- oder Prozeßschritte, wie beispielsweise das Trennschleifen, Läppen oder Schleifen hinterlassen Spuren in den angrenzenden Kristallschichten.Advances in the processing of monocrystalline semi-lead term material as starting material for electronic components, for example the production of semiconductor wafers from mono crystalline semiconductor rods are often characterized by a variety of complicated processing steps limited. Especially me mechanical processing or process steps, such as grinding, lapping or grinding leave traces in the adjacent crystal layers.

Aus diesem Grund muß der letzten, mechanischen Bearbeitung der Halbleiterscheibe ein Verfahren zum abtragenden Bearbeiten von Halbleitermaterial folgen, das keine Kristallgitterstörung, auch als Damage bezeichnet, hinterläßt. Derartige Verfahren sind insbesondere chemische Ätzverfahren mit Säuren, Laugen oder Radikalen. Diese Ätzverfahren haben den Nachteil, daß sie nicht oder nur schlecht, im Fall von plasma- oder laserunter stützten Ätzen mit Radikalen ortsbegrenzt bzw. punktuell einge setzt werden können (US 4,849,068). Die EP 0389649 A1 offenbart beispielsweise ein Verfahren zum Ätzen von Halbleitermaterial mittels einer ultravioletten Strahlungsquelle und chemisch re aktiven Radikalen, wobei insbesondere Fluor- und Chlorradikale eingesetzt werden. Im allgemeinen sind Radikale hochreaktive Teilchen, die unter wirtschaftlichen Bedingungen nur schwer punktuell bzw. ortsbegrenzt eingesetzt werden können und zudem spezielle Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens erfor dern.For this reason, the last mechanical processing of the Semiconductor wafer a method for the machining of Follow semiconductor material that is not a crystal lattice defect, also known as damage. Such procedures are, in particular, chemical etching processes with acids and bases or radicals. The disadvantage of these etching processes is that they not or only poorly, in the case of plasma or laser sub supported etching with radicals locally or selectively can be set (US 4,849,068). EP 0389649 A1 discloses for example a method for etching semiconductor material using an ultraviolet radiation source and chemically re active radicals, in particular fluorine and chlorine radicals be used. In general, radicals are highly reactive Particles that are difficult under economic conditions can be used selectively or locally and also special devices for performing the method other.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das eine abtragende Bearbeitung von Halbleitermate rial ermöglicht, ohne ein Damage, wie es bei einer mechanischen Bearbeitung induziert wird, zu hinterlassen und ortsaufgelöst, d. h. auf einen vorbestimmten, definierten Bereich, anwendbar ist.The object of the invention was therefore to provide a method to provide the abrasive machining of semiconductor mate rial without damage, as is the case with a mechanical Processing is induced to leave and spatially resolved, d. H. applicable to a predetermined, defined area is.

Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zum abtragenden Bearbeiten von Halbleitermaterial durch eine chemi sche Reaktion unter Einwirkung eines reaktiven Fluids und elektromagnetischer Strahlung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß dem Halbleitermaterial die für die chemische Reaktion nöti ge Aktivierungsenergie mittels der elektromagnetischen Strah lung ortsaufgelöst zugeführt wird und das Fluid kontinuierlich oder gepulst über den aktivierten Ort geleitet wird.The object of the invention is achieved by a method for abrasive processing of semiconductor material by a chemi reaction under the action of a reactive fluid and electromagnetic radiation, which is characterized that the semiconductor material the necessary for the chemical reaction activation energy by means of the electromagnetic beam lung is supplied locally and the fluid continuously or pulsed over the activated location.

Überraschenderweise zeigte sich, daß Halbleitermaterial, wie beispielsweise Galliumarsenid oder Indiumphosphid, sowie insbe sondere Germanium oder Silicium durch eine Aktivierung mittels einer elektromagnetischen Strahlungsquelle mit einem reaktiven Fluid ortsaufgelöst abgetragen werden kann. Die eingestrahlte Wellenlänge ist materialspezifisch zu wählen und beträgt bevor zugt von 800 bis 180 nm und besonders bevorzugt von 600 bis 200 nm.Surprisingly, it was found that semiconductor material, such as for example gallium arsenide or indium phosphide, and in particular special germanium or silicon by activation by means of an electromagnetic radiation source with a reactive one Fluid can be removed in a spatially resolved manner. The irradiated The wavelength is to be selected specifically for the material and is before moves from 800 to 180 nm and particularly preferably from 600 to 200 nm.

Das reaktive Fluid wird als Gas- oder Flüssigkeitsstrom, der bevorzugt ein oder mehrere Trägergase oder ein oder mehrere Trägerflüssigkeiten umfaßt, so über den aktivierten Ort gelei tet, daß die flüssigen oder gasförmigen, gelösten Reaktionspro dukte von dem Gas- oder Flüssigkeitsstrom abtransportiert werden.The reactive fluid is called a gas or liquid stream preferably one or more carrier gases or one or more Carrier fluids included, so gelei over the activated place tet that the liquid or gaseous, dissolved reaction pro Products transported away from the gas or liquid stream become.

Im Sinn der Erfindung bedeutet ortsaufgelöst, daß die Lei stungsintensität der elektromagnetischen Strahlungsquelle auf einen Punktdurchmesser von bevorzugt < 1000 µm, besonders be vorzugt < 100 µm, fokussiert wird. Durch diese lokale Aktivie rung mit einer lateralen Dimension bevorzugt von 10 bis 100 µm wird eine chemische Reaktion zwischen dem Fluid und dem akti vierten Ort induziert, die dann ein abtragendes Bearbeiten des Halbleitermaterials, ohne dabei ein Damage zu generieren, er möglicht.In the sense of the invention, spatially resolved means that the lei power intensity of the electromagnetic radiation source a spot diameter of preferably <1000 microns, particularly be preferably <100 µm, is focused. Through this local act tion with a lateral dimension preferably from 10 to 100 microns a chemical reaction between the fluid and the acti fourth location induced, which then removes the Semiconductor material without generating damage, he possible.

Die Aktivierung erfolgt beispielsweise mittels Halogen- oder Quecksilberdampflampen; bevorzugt sind Systeme, die zumindest einen Laser enthalten, beispielsweise einen Excimer- oder Nd:YAG Laser. Entspricht die materialspezifisch zu wählende op timale Wellenlänge keiner gängigen Lasermode, so ist eine Kom bination von Lasertypen dahingehend zweckmäßig, daß der eine Lasertyp den anderen pumpt. Derartige Kombinationen sind bei spielsweise das Pumpen von Farbstofflasern mittels Excimerla ser, insbesondere mit dem XeCl Laser. Zur Erreichung der gewünschten Energie und Wellenlänge gelangt man auch mit fre quenzvervielfachten YAG-Lasern.The activation takes place, for example, by means of halogen or Mercury vapor lamps; systems that are at least preferred contain a laser, for example an excimer or Nd: YAG laser. Corresponds to the material-specific op temporal wavelength of no common laser fashion, so is a comm combination of laser types expedient in that the one Laser type pumps the other. Such combinations are in for example pumping dye lasers using Excimerla water, especially with the XeCl laser. To achieve the desired energy and wavelength can also be reached with fre quota-multiplied YAG lasers.

Es können sowohl Strichlaser als auch gepulste Laser eingesetzt werden. Im Fall eines Lasersystems wird dabei die Pulsfrequenz im allgemeinen vom Pumplaser vorgegeben. Optimierungen der Pulsfrequenz, z. B. zur Abstimmung mit der gepulsten Zuführung des reaktiven Fluids, können aber auch durch andere gängige Me thoden wie beispielsweise das Q-Switching durchgeführt werden.Both line lasers and pulsed lasers can be used become. In the case of a laser system, the pulse frequency generally given by the pump laser. Optimizations of Pulse rate, e.g. B. to coordinate with the pulsed feed of the reactive fluid, but can also be determined by other common methods methods such as Q switching.

Die Strahlkonditionierung ist unter der Maßgabe der Geometrie der abzutragenden Stelle mittels geeigneter Objektive, gegebe nenfalls aber auch unter Zuhilfenahme von diffraktiven opti schen Elementen (DOEs) und/oder Lichtleitern zu bewerkstelligen. The beam conditioning is subject to the geometry the location to be removed using suitable lenses but also with the help of diffractive opti elements (DOEs) and / or light guides accomplish.

Das reaktive Fluid ist bevorzugt eine tropfbare Flüssigkeit, wie beispielsweise wäßriges Alkali oder ein Gas, wie beispiels weise HCl.The reactive fluid is preferably a drippable liquid, such as aqueous alkali or a gas such as wise HCl.

Zunächst wird das erfindungsgemäße Verfahren zum abtragenden Bearbeiten unter Verwendung eines reaktiven Gases beschrieben. Das reaktive Gas (Reaktivgas) wird mittels Düsen in einer be stimmten Verdünnung in einem Trägergas, wie beispielsweise He, Ar oder H₂, so über den aktivierten Ort geleitet, daß es zu ei ner chemischen Reaktion zwischen dem Reaktivgas und dem akti vierten Ort des Halbleitermaterials kommt und die bevorzugt gasförmigen Reaktionsprodukte von dem Mischgasstrom abtranspor tiert werden. Bevorzugt als Reaktivgas sind Halogenwasserstof fe; besonders bevorzugt ist HCl.First of all, the method according to the invention for ablation machining using a reactive gas is described. The reactive gas (reactive gas) is passed through nozzles in a certain dilution in a carrier gas, such as He, Ar or H ₂ , over the activated location so that there is a chemical reaction between the reactive gas and the fourth location of the active gas Semiconductor material comes and the preferably gaseous reaction products are transported away from the mixed gas stream. Preferred as reactive gas are hydrogen halide; HCl is particularly preferred.

Beispielsweise liefert die chemische Reaktion zwischen dem Re aktivgas HCl in H₂ und Silicium die Reaktionsprodukte SiH₄, SiH₃Cl, SiH₂Cl₂, SiHCl₃ und SiCl₄. Dabei werden die Verdünnungen des Reaktivgases in vorzugsweise H₂ so gewählt, daß entspre chend der Temperatur des Halbleitermaterials die durch die Thermodynamik vorgegebenen Reaktionsprodukte gasförmig erhalten werden, d. h. vorzugsweise SiH₄, SiH₃Cl, SiH₂Cl₂ und SiHCl₃; in dieser Reihe also von geringen HCl-Konzentrationen zu höheren steigend, im allgemeinen im Verhältnis HCl/H₂ von 10/90 bis 60/40 Volumenanteilen. Da die Reaktion zwischen dem aktivierten Halbleitermaterial und dem Reaktivgas exotherm verläuft, dient der Volumenstrom des Mischgases auch zur Kühlung (d. h. zum Ab transport überschüssiger Wärmeenergie) des Reaktionsortes und zum Abtransport der gasförmigen Reaktionsprodukte.For example, the chemical reaction between the reactive gas HCl in H ₂ and silicon provides the reaction products SiH ₄ , SiH ₃ Cl, SiH ₂ Cl ₂ , SiHCl ₃ and SiCl ₄ . The dilutions of the reactive gas are preferably selected in H ₂ such that the reaction products specified by the thermodynamics are obtained in gaseous form in accordance with the temperature of the semiconductor material, ie preferably SiH ₄ , SiH ₃ Cl, SiH ₂ Cl ₂ and SiHCl ₃ ; in this series increasing from low HCl concentrations to higher, generally in the ratio HCl / H ₂ from 10/90 to 60/40 volume fractions. Since the reaction between the activated semiconductor material and the reactive gas is exothermic, the volume flow of the mixed gas also serves for cooling (ie for transporting excess thermal energy away) from the reaction site and for transporting the gaseous reaction products away.

Der Volumenstrom ist so zu wählen, daß die Temperatur des ortsaufgelöst aktivierten Halbleitermaterials stets unterhalb von 1000°C liegt, bevorzugt unterhalb 800°C, besonders bevor zugt unterhalb 650°C.The volume flow should be selected so that the temperature of the activated semiconductor material always below of 1000 ° C, preferably below 800 ° C, especially before moves below 650 ° C.

Bevorzugt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch die Verwendung einer reaktiven Lösung (Reaktivlösung). Die Reaktivlösung wird mittels Düsen in einer bestimmten Verdünnung in einer Trägerflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, so über den aktivierten Ort geleitet, daß es zu einer chemischen Reak tion zwischen der Reaktivlösung und dem aktivierten Ort des Halbleitermaterials kommt und die Reaktionsprodukte von dem Ge misch aus Reaktivlösung und Trägerflüssigkeit, nachfolgend als Flüssigkeitsstrom bezeichnet, abtransportiert werden. Bevorzugt als Reaktivlösung sind Säuren und Laugen; besonders bevorzugt sind Säuregemische von HF/HNO₃ und wäßrige Alkalilösungen.The use of a reactive solution (reactive solution) is also preferred for carrying out the method according to the invention. The reactive solution is passed through nozzles in a certain dilution in a carrier liquid, such as water, over the activated location in such a way that there is a chemical reaction between the reactive solution and the activated location of the semiconductor material and the reaction products from the mixture of reactive solution and carrier liquid, hereinafter referred to as liquid flow, are transported away. Acids and bases are preferred as the reactive solution; Acid mixtures of HF / HNO ₃ and aqueous alkali solutions are particularly preferred.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver fahrens unter Verwendung einer Reaktivlösung wird die Flüssig keit mittels einer Düse, die so beschaffen ist, daß sie einen laminaren Lösungsstrahl erzeugt, auf das Halbleitermaterial ge führt und der Laserstrahl in den Lösungsstrahl eingekoppelt. Der die Düse verlassende Lösungsstrahl leitet den Laserstrahl dank der Totalreflexion an der Oberfläche Lösung - Luft, welche sich aufgrund des unterschiedlichen Brechungsindex ausbildet.In a preferred embodiment of the Ver Driving using a reactive solution the liquid by means of a nozzle, which is designed to be one laminar solution jet generated on the semiconductor material ge leads and the laser beam is coupled into the solution beam. The solution beam leaving the nozzle guides the laser beam thanks to the total reflection on the surface solution - air which is formed due to the different refractive index.

Der Gas- oder Flüssigkeitsstrom wird vorzugsweise mittels einer Düse über den aktivierten Ort geleitet. Bei einem punktuellen Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise um ei nen sogenannten Lasermark auf einer Halbleiterscheibe zu set zen, wählt man bevorzugt eine Ringdüse, um die Umgebung des von der Strahlungsquelle ortsaufgelöst aktivierten Oberflächenseg ments möglichst gleichmäßig mit dem Mischgas oder der Flüssig keit zu umströmen. Daneben lassen sich aber auch Flachdüsen oder einfache Volldüsen verwenden, wenn die Strömungsgeschwin digkeiten der durch die Strahlungsquelle zugeführten Energie angepaßt wird. The gas or liquid flow is preferably by means of a Nozzle directed over the activated location. With a selective Use of the method according to the invention, for example by egg to set a so-called laser mark on a semiconductor wafer zen, it is preferred to select an annular nozzle to surround the area of the of the radiation source activated surface segement ment as evenly as possible with the mixed gas or liquid flow around. In addition, flat nozzles can also be used or use simple full nozzles when the flow rate the energy supplied by the radiation source is adjusted.

Bei der Verwendung des Reaktivgases HCl reichen im allgemeinen bei einer Zusammensetzung des Mischgases HCl/H₂ von 30/70 Volu meneinheiten bei einem Volldüseninnendurchmesser von 0,2 mm, Durchflußraten von 1 ml/min. wenn der Düsenabstand von der Oberfläche nicht weiter als 1 mm beträgt.When using the reactive gas HCl, in general with a composition of the mixed gas HCl / H ₂ of 30/70 volume units with a full nozzle inner diameter of 0.2 mm, flow rates of 1 ml / min. if the nozzle distance from the surface is not more than 1 mm.

Vorzugsweise wird der Mischgasstrom oder der Flüssigkeitsstrom wie auch die elektromagnetische Strahlung gepulst, wobei der Ausstoß des Mischgases oder der Flüssigkeit mit dem Einstrahlen des Strahlungspulses phasenkorreliert ist. Bei einer abtragen den Bearbeitung von Halbleitermaterial, beispielsweise vom Stabmantel eines Halbleiterstabes in Richtung zentraler Achse, ist es zweckmäßig die Düse nachzuführen.The mixed gas stream or the liquid stream is preferred as well as the electromagnetic radiation pulsed, the Ejection of the mixed gas or liquid with the blasting of the radiation pulse is phase-correlated. Remove at one the processing of semiconductor material, for example from Rod jacket of a semiconductor rod in the direction of the central axis, it is advisable to adjust the nozzle.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah rens ist die abtragende Bearbeitung von Halbleitermaterial, insbesondere von einem Halbleiterstab vom Stabmantel in Rich tung zentraler Achse. Dazu wird ein Laser, bevorzugt ein Exci mer-Laser, geeigneter Energie und geeigneter Wellenlänge zur Erreichung der Leistungsintensität auf einen Strich mit einer Breite bevorzugt von < 100 µm fokussiert. Die Pulsdauer wird auf 5 bis 50 ns, die Repetitionsrate auf < 100 Hz eingestellt. Über Strahlteiler, optische Gitter oder dergleichen wird eine Vielzahl von parallelen Strahlen auf die Manteloberfläche des Halbleiterstabes fokussiert.A preferred embodiment of the method according to the invention rens is the machining of semiconductor material, in particular of a semiconductor rod from the rod jacket in Rich central axis. A laser, preferably an Exci, is used for this mer laser, suitable energy and suitable wavelength for Achievement of the achievement intensity in one line with one Width preferably focused from <100 µm. The pulse duration is to 5 to 50 ns, the repetition rate set to <100 Hz. A beam splitter, optical grating or the like is used Variety of parallel rays on the surface of the jacket Semiconductor rod focused.

Durch eine synchron laufende Verschiebeeinheit wird der Halb leiterstab unter der Strahlungsquelle translatorisch bewegt, so daß die aktivierten Bereiche eine zur zentralen Achse recht winklige Linie ergeben. Daneben ist eine radial abtragende Be arbeitung vom Stabmantel in Richtung zentraler Achse möglich, indem der Stab unter einer Strahlungsquelle rotatorisch bewegt wird. The half is made by a synchronously running displacement unit conductor rod moved translationally under the radiation source, see above that the activated areas are right to the central axis result in an angled line. Next to it is a radial erosion work from the bar jacket in the direction of the central axis possible, by rotating the rod under a radiation source becomes.

Die Schrittweite wird vorzugsweise so gewählt, daß sich die ak tivierten Orte auf dem Halbleitermaterial überlappen, um eine homogene Rille zu erzeugen. Der Grad der Überlappung hängt da bei von der Intensitätsverteilung im Strahl längs der Schneide richtung ab. Bei genügend gleichmässiger Oberfläche kann auf weitere, die neu ausgebildete Oberfläche einebnende Prozesse verzichtet werden.The step size is preferably chosen so that the ak activated locations on the semiconductor material overlap to one another to create a homogeneous groove. The degree of overlap depends on it with the intensity distribution in the beam along the cutting edge direction. With a sufficiently even surface, you can other processes that level the newly developed surface to be dispensed with.

Der Abstand der Strahlen ist so gewählt, daß nach der abtragen den Bearbeitung eine Vielzahl an Halbleiterscheiben, bevorzugt von 700 bis 1000 µm Dicke, aus dem zylinderförmigen Halbleiter stab erhalten werden. Die Vorrichtung zum abtragenden Bearbei ten sowie der Halbleiterstab sind vorzugsweise in einer Kammer angeordnet, die eine Zuführung und eine Abführung der flüssigen oder gasförmigen Reaktionsprodukte durch den Flüssigkeitsstrom oder den Mischgasstrom gewährleistet.The distance between the beams is chosen so that after the ablation processing a variety of semiconductor wafers, preferably from 700 to 1000 µm thick, from the cylindrical semiconductor stab be obtained. The device for abrasive machining ten and the semiconductor rod are preferably in one chamber arranged, the supply and discharge of the liquid or gaseous reaction products through the liquid flow or the mixed gas flow guaranteed.

Wird mit Reaktivgas gearbeitet, herrscht in der Reaktionskammer eine Mischgasatmosphäre, die sich im wesentlichen aus Reaktiv gas, Trägergas und gegebenenfalls gasförmigen Reaktionsproduk ten zusammensetzt. Der Volumenstrom des Mischgases dient zur Kühlung des Reaktionsortes und zum Abtransport der gasförmigen Reaktionsprodukte. Demnach weisen die wachsenden Spalte in dem Halbleiterstab eine Strömung auf. Pro Spalt mit einer Spalt breite von etwa 50 bis 100 µm benötigt man etwa 5 ml/min. durch Pulsen des Mischgasstroms kann an Volumen eingespart werden. Der abgeführte Mischgasstrom wird beispielsweise über eine Membrane von den gasförmigen Reaktionsprodukten getrennt und im Kreis gefahren. Im allgemeinen steht der technische Aufwand aber den geringen Kosten für die Gasmischungen entgegen.When working with reactive gas, the reaction chamber prevails a mixed gas atmosphere, which is essentially reactive gas, carrier gas and optionally gaseous reaction product ten composed. The volume flow of the mixed gas is used for Cooling the reaction site and for removing the gaseous Reaction products. Accordingly, the growing column in the Semiconductor rod a flow. With one gap per gap width of about 50 to 100 microns you need about 5 ml / min. by Pulse of the mixed gas stream can be saved in volume. The discharged mixed gas stream is, for example, via a Membrane separated from the gaseous reaction products and in Circle. In general there is the technical effort but against the low cost of the gas mixtures.

Mittels einer Vielzahl von Düsen werden die durch die Strah lungsquelle aktivierten Orte auf der Oberfläche des Halbleiter stabes von dem Mischgas oder der Flüssigkeit kontinuierlich oder in Phasenabhängigkeit vom Laserpuls vorzugsweise gepulst überströmt. Zweckmäßigerweise werden die Düsen in Abhängigkeit der Spalttiefe (Eindringtiefe) in dem Halbleiterstab nachge führt.By means of a large number of nozzles, the jet Source activated locations on the surface of the semiconductor stable from the mixed gas or liquid continuously or preferably pulsed in phase dependence on the laser pulse overflows. The nozzles are expediently dependent the gap depth (penetration depth) in the semiconductor rod leads.

Da in Abhängigkeit vom Kristalldurchmesser die Schärfentiefe unterhalb der Abtragstiefe liegen kann, werden zweckmäßigerwei se auch die Stahlungsquelle oder die optischen Bauelemente nachgeführt.The depth of field depends on the crystal diameter can be below the depth of cut, are expediently se also the radiation source or the optical components updated.

Durch die chemische Reaktion und den Abtransport der Reaktions produkte führt das Verfahren zu einer Vielzahl von Spalten in dem Halbleiterstab und schließlich zur Durchtrennung des Halb leiterstabes in eine Vielzahl von Halbleiterscheiben. Ein der artiges Trennverfahren hat dadurch, daß kein Sägedamage erzeugt wird, eine verkürzte Prozeßkette gegenüber dem Stand der Tech nik zur Folge.Through the chemical reaction and the removal of the reaction The process leads to a large number of columns in products the semiconductor rod and finally to cut the half conductor rod in a variety of semiconductor wafers. One of the has like separation process that no sawdust creates a shortened process chain compared to the state of the art nik result.

Erfindungsgemäß wird das Verfahren zum abtragenden Bearbeiten von Halbleitermaterial demnach auch zur Herstellung einer Halb leiterscheibe eingesetzt.According to the invention, the method for ablative machining of semiconductor material accordingly for the production of a half conductor disc inserted.

Das Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe umfaßt im wesentlichen die Schritte
The method for producing a semiconductor wafer essentially comprises the steps

a) severing a semiconductor rod using the method for the machining of semiconductor material in accordance with An saying 1,
b) rounding the edges and
c) final polishing of one or both surfaces of the semiconductors disc.

Da mechanische Behandlungsschritte, wie beispielsweise Schlei fen oder Läppen, zur Beseitigung des Sägedamages entfallen, liefert das Verfahren zum abtragenden Bearbeiten Halbleiter scheiben, die einer verkürzten Prozeßkette, die im wesentlichen nur noch einen Verrundungsschritt der Kanten und eine Endpoli tur der Oberflächen umfaßt, zugeführt werden. Gegebenenfalls werden auch die Kanten poliert, die Rückseiten bearbeitet bzw. beschichtet und ein oder mehrere Reinigungsschritte durchge führt.Because mechanical treatment steps, such as grinding fen or lapping, to eliminate the saw damag, provides the process for ablation semiconductor slices of a shortened process chain, which essentially only one rounding step of the edges and an end poli ture of the surfaces to be supplied. Possibly the edges are polished, the backs are processed or coated and one or more cleaning steps leads.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Setzung eines sogenannten Lasermarks, bei spielsweise eines Deepmarks nach dem Sägen oder Läppen/Schlei fen oder eines Softmarks nach dem Polieren. Zur Durchführung des Verfahrens wird für die Zuführung des Mischgases oder der Flüssigkeit bevorzugt eine Ringdüse verwendet, so daß die Umge bung des von dem Laser aktivierten Oberflächensegments mög lichst gleichmäßig von dem Mischgas oder der Flüssigkeit umströmt wird. Daneben lassen sich aber auch Flach- oder einfa che Volldüsen verwenden, wenn die Strömungsgeschwindigkeiten der durch den Laser zugeführten Energie angepaßt wird.Another preferred embodiment of the invention The procedure is the setting of a so-called laser mark, at for example a deep mark after sawing or lapping / grinding or a soft mark after polishing. To carry out the method is used for the supply of the mixed gas or the Liquid preferably uses an annular nozzle, so that the reverse Exercise of the surface segment activated by the laser possible Lich evenly from the mixed gas or liquid flows around. In addition, flat or simple Use full nozzles when the flow rates the energy supplied by the laser is adjusted.

Wird beispielsweise mit Reaktivgas gearbeitet, reichen im all gemeinen bei einer Zusammensetzung HCl/H₂ von 30/70 Volumenein heiten bei einem Volldüseninnendurchmesser von 0,2 mm Durchflußraten von 1 ml/min. wenn der Düsenabstand von der Ober fläche nicht weiter als 1 mm beträgt.If, for example, reactive gas is used, units with a composition HCl / H ₂ of 30/70 volume units are generally sufficient with a full nozzle inner diameter of 0.2 mm and flow rates of 1 ml / min. if the nozzle distance from the surface is no more than 1 mm.

Der Mischgasstrom oder der Flüssigkeitsstrom kann dabei kontinu ierlich oder gepulst erfolgen. Auswürfe und ein Damage, wie dies beim Setzen eines Lasermaks durch Verdampfen von Halblei termaterial gemäß dem Stand der Technik beobachtet wird, schei den hier aus. Durch die punktuell begrenzte Abtragsreaktion lassen sich Lasermarks ohne Damage (da chemisch abgetragen wird) und ohne Auswurf (da die Reaktionsprodukte abtranspor tiert werden) beispielsweise auf Halbleiterscheiben setzen.The mixed gas stream or the liquid stream can be continuous in the form of pulses or pulses. Throws and a damage like this when setting a laser mak by evaporating half-lead Term material is observed according to the prior art, schei this one out. Due to the limited removal reaction can be laser marks without damage (because chemically removed and without ejection (since the reaction products are transported away be placed) on semiconductor wafers, for example.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verwendung einer wäßrigen Lösung reaktiver Stoffe, die die durch das in Wellenlänge und Energie angepaßte Laserlicht aktivierte Stelle des Halbleitermaterials durch che mische Reaktion abtragen. Als Reaktivstoffe erweisen sich Lau gen oder Säuren oder jeweilige Gemische, bei Silicium bevorzugt ein Alkali oder das zum Ätzen verwendete Säuregemisch HF/HNO₃. Besonders bevorzugte Form ist die Verwendung von Alkalihydroxi den in Konzentrationen von 0,1 bis 60 Gew.-%, bevorzugt im Be reich von 1 bis 50 Gew.-%. Je nachdem, wie der entstehende Spalt in seiner Form gewünscht wird, kann es vorteilhaft sein, die Lauge zu erwärmen. Geeignet sind dabei Temperaturen zwi schen RT und 120°C, bevorzugt 40 bis 80°C. Als Applikationsform kann das vorbeschriebene Verfahren, bei dem das Laserlicht mit tels eines Wasserstrahls bzw. eines Lösungsstrahls an den Bear beitungsort transportiert wird, herangezogen werden. Bei Reaktivstoffen, die das eingestrahlte Laserlicht absorbieren, kann die wäßrige Lösung aber ebenso gut unabhängig vom Laser licht zugeführt werden, wobei sich in einer besonderen Anwen dungsform ein in Phasenabhängigkeit vom Laserpuls befindliches Pulsen des Lösungsstrahls als günstig erweist.Another preferred embodiment of the method according to the invention is the use of an aqueous solution of reactive substances which remove the point of the semiconductor material activated by the laser light, which is adapted in wavelength and energy, by chemical reaction. Leaches or acids or respective mixtures have proven to be reactive substances, for silicon an alkali or the acid mixture HF / HNO ₃ used for etching. A particularly preferred form is the use of alkali hydroxides in concentrations of 0.1 to 60% by weight, preferably in the range of 1 to 50% by weight. Depending on how the resulting gap is desired in its shape, it may be advantageous to heat the alkali. Temperatures between RT and 120 ° C, preferably 40 to 80 ° C, are suitable. The method described above, in which the laser light is transported to the processing location by means of a water jet or a solution jet, can be used as the form of application. In the case of reactive substances which absorb the irradiated laser light, the aqueous solution can, however, also be supplied independently of the laser light, with a phase-dependent pulsing of the solution beam proving to be advantageous in a particular application form.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Geometrie-Optimierung, insbesondere von Halbleiterscheiben, indem definierte Bereiche der Oberfläche der Halbleiterscheibe einer ortsaufgelöst abtragenden Bearbei tung unterzogen werden. Dabei kann die Beseitigung lokaler Geo metriefehler in einer verkürzten Prozeßkette, beispielsweise in der Folge a) Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Halbleiterstab, b) Kantenprofilieren, c) Reinigen, d) Lasermark e) Geometrie-Optimierung, f) "Final Steps", als vollwertiger Prozeßschritt eingesetzt werden.Another preferred embodiment of the invention The method is geometry optimization, in particular of Semiconductor wafers by defined areas of the surface the semiconductor wafer of a machining process which removes spatially be subjected. The removal of local geo metric errors in a shortened process chain, for example in the consequence a) separating a plurality of disks from one Semiconductor rod, b) edge profiling, c) cleaning, d) laser mark e) Geometry optimization, f) "Final Steps", as a full value Process step can be used.

Zur Durchführung wählt man eine Mischgas- oder Flüssigkeitszu führung, die den lateralen Abmessungen der Unebenheiten, insbe sondere Erhöhungen, in etwa entsprechen.To do this, choose a mixed gas or liquid supply guide, the lateral dimensions of the bumps, esp special increases, approximately correspond.

Die Düse und der Strahl der Strahlungsquelle, vorzugsweise ein Excimerlaser, werden mittels zuvor über lokal auflösende Geo metriemeßgeräte ermittelte Koordinaten über eine Relativbewe gung zu Stellen auf der Scheibe geführt und aktiviert, wodurch erhöhte Bereiche abgetragen werden. Dabei können flexible Mas ken, die der Art des Geometriefehlers angepaßt sind, in den Strahlengang gebracht werden. Bevorzugte Düsen liegen im Be reich von 0,5 bis 5 cm Durchmesser, können aber - je nach Kine matik der Bearbeitung - auch elliptisch oder eckig ausgeführt sein. Die Düse kann eine Volldüse sein.The nozzle and the jet of the radiation source, preferably a Excimer lasers are made using locally resolving geo Coordinates determined by means of a relative movement led to places on the disc and activated, whereby elevated areas are removed. Flexible Mas ken, which are adapted to the type of geometry error in the Beam path are brought. Preferred nozzles are in the loading rich from 0.5 to 5 cm in diameter, but can - depending on the kine processing technology - also elliptical or angular his. The nozzle can be a full nozzle.

Wird jedoch mit Reaktivgas gearbeitet, ist zur gezielten Auf bringung und Dosierung des Reaktivgases eine "Shower"-Düse be vorzugt, wobei die inneren Düsenöffnungen weitere, die äußeren Düsen engere Durchmesser aufweisen und je nach Anforderung senkrecht oder etwas nach innen oder außen gerichtet sind. Im Falle der Geometrie-Optimierung empfehlen sich Gaszusammenset zungen, die keine "Hochsiederprodukte" insbesondere kondensierte Chlorsilane erwarten lassen, da diese Reaktionsprodukte die Oberfläche der Halbleiterscheibe in der Art verschmutzen, daß nachfolgende Schritte nicht ohne eine vorherige intensive Rei nigung auskommen. Im Fall eines nachfolgenden Final Polishing- Schrittes (Endpolierschritt) beispielsweise würden auch ge ringste Ablagerungen zu sogenannten Maskierungen führen, die nach der Politur als Oberflächendefekte (LPD oder Hellfeld- Defekt) mittels Streulichtmethoden nachzuweisen sind oder gar die lokale Geometrie nachteilig beeinflussen können. Bevorzugt ist eine Zusammensetzung des Mischgases mit einem deutlichen Überschuß an Trägergas, beispielsweise in einem Verhältnis HCl/H₂ von 40/60, bevorzugt von 10/90 Volumenanteilen. Der Vo lumenstrom ist gering, da er nur die Aufgabe hat, in der Reak tionskammer für einen sicheren Abtransport der gasförmigen Reaktionsprodukte zu sorgen. Vorzugsweise wird das erfindungs gemäße Verfahren in einer Reaktionskammer unter einer Mischgas atmosphäre, die im wesentlichen ein oder mehrere Reaktivgase und gegebenenfalls ein oder mehrere Trägergase umfaßt, durchge führt. Im Fall einer Einzelscheiben-Bearbeitung, beispielsweise bei der Bearbeitung einer Halbleiterscheibe mit 200 mm Durch messer, ist das Gehäusevolumen etwa von den Ausmaßen von 210 mm Durchmesser und einer Höhe von 100 mm, wenn die Düse über die Oberfläche bewegt wird. Das Volumen ist dem entsprechend 3,4 l, bei einem einmaligen Gasaustausch pro Minute errechnen sich al so 3,5 l/min. Wählt man den Aufbau so, daß die Scheibe sich un ter der feststehenden Düse bewegt, ist die Grundfläche entsprechend auf 220 × 450 mm zu vergrößern.However, if you are working with reactive gas, a "shower" nozzle is preferred for targeted application and metering of the reactive gas, the inner nozzle openings having further, the outer nozzles having narrower diameters and being oriented vertically or somewhat inwards or outwards, as required. In the case of geometry optimization, gas compositions are recommended which do not give rise to any "high-boiler products", in particular condensed chlorosilanes, since these reaction products contaminate the surface of the semiconductor wafer in such a way that subsequent steps cannot do without a previous intensive cleaning. In the case of a subsequent final polishing step (final polishing step), for example, even the slightest deposits would lead to so-called masking, which after polishing can be detected as surface defects (LPD or bright field defect) using scattered light methods or even adversely affect the local geometry. A mixture of the mixed gas with a significant excess of carrier gas is preferred, for example in a HCl / H ₂ ratio of 40/60, preferably 10/90, by volume. The volume flow is low because it only has the task of ensuring the safe removal of the gaseous reaction products in the reaction chamber. The process according to the invention is preferably carried out in a reaction chamber under a mixed gas atmosphere which essentially comprises one or more reactive gases and optionally one or more carrier gases. In the case of single-wafer processing, for example when processing a semiconductor wafer with a diameter of 200 mm, the housing volume is approximately of the dimensions of 210 mm in diameter and 100 mm in height when the nozzle is moved over the surface. The volume is accordingly 3.4 l, with a one-time gas exchange per minute, the result is 3.5 l / min. If you choose the structure so that the disc moves under the fixed nozzle, the base area must be increased accordingly to 220 × 450 mm.

Im Gegensatz zum "plasma oder laser assisted (enhanced) chemi cal etching" (PACE) werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine hochreaktiven Radikale erzeugt. Die chemischen Eigen schaften des Reaktivgases gegenüber dem Halbleitermaterial, dessen Verdünnung und eine bestimmte Aktivierungsenergie bedin gen eine rein chemische, örtlich scharf begrenzte Reaktion zwi schen dem aktivierten Halbleitermaterial und dem Reaktivgas. Die Aktivierungsenergie liefert punktuell eine elektromagneti sche Strahlungsquelle. Vorteilhaft wirkt sich dabei die schlechte Wärmeleitfähigkeit von Halbleitermaterial aus.In contrast to "plasma or laser assisted (enhanced) chemi cal etching "(PACE) in the method according to the invention generates no highly reactive radicals. The chemical property the reactive gas against the semiconductor material, its dilution and a certain activation energy against a purely chemical, locally limited reaction between the activated semiconductor material and the reactive gas. The activation energy provides an electromagnetic point cal radiation source. This has an advantageous effect poor thermal conductivity from semiconductor material.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Reinigung, insbesondere von Halbleiterschei ben, indem definierte Bereiche der Oberfläche der Halbleiter scheibe, die beispielsweise Partikel, Eintrocknungen oder Verätzungen aufweisen, einer ortsaufgelöst abtragenden Bearbei tung unterzogen werden.Another preferred embodiment of the invention The process is the cleaning, in particular of semiconductor wafers ben by defined areas of the surface of the semiconductor disc, for example, particles, drying or Have burns, a spatially resolved machining be subjected.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen schematisch verschiedene Ausfüh rungsformender erfindungsgemäßen Vorrichtung zum abtragenden Bearbeiten von Halbleitermaterial im Querschnitt. Figs. 1 to 3 show schematically various exporting approximately shaping inventive apparatus for ablative processing semiconductor material in cross section.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform mit einer beweglichen Strah lungsquelle, die eine Parallelverschiebung gegenüber dem Halb leitermaterial erfährt. Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit einem Strahlenteiler. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform zum Ab trennen einer Halbleiterscheibe von einem rotierenden Halblei terstab. Fig. 1 shows an embodiment with a movable radiation source, which experiences a parallel displacement relative to the semiconductor material. Fig. 2 shows an embodiment with a beam splitter. Fig. 3 shows an embodiment for separating a semiconductor wafer from a rotating semiconductor terstab.

Wie in Fig. 1 dargestellt, umfaßt die erfindungsgemäße Vorrich tung zum abtragenden Bearbeiten im wesentlichen eine Reaktions kammer (1), eine Strahlungsquelle (2), zumindest eine Düsenvorrichtung (5) und gegebenenfalls einen Gasein- (3) und einen Gasauslaß (4).As shown in Fig. 1, the device according to the invention for ablating machining essentially comprises a reaction chamber ( 1 ), a radiation source ( 2 ), at least one nozzle device ( 5 ) and optionally a gas inlet ( 3 ) and a gas outlet ( 4 ) .

Die Reaktionskammer (1) ist so bemessen, daß zumindest das zu bearbeitende Halbleitermaterial (6) aufgenommen werden kann und besteht aus einem, gegenüber den bevorzugt verwendeten Reaktiv gasen oder Reaktivlösungen und den entstehenden Reaktionspro dukten inerten Material. Wird mit einem Reaktivgas gearbeitet, befindet sich in der Reaktionskammer (1) eine Mischgasatmosphä re, die im wesentlichen ein oder mehrere Reaktivgase und gege benenfalls ein oder mehrere Trägergase umfaßt.The reaction chamber ( 1 ) is dimensioned such that at least the semiconductor material ( 6 ) to be processed can be accommodated and consists of an inert material compared to the preferably used reactive gases or reactive solutions and the resulting reaction products. If a reactive gas is used, there is a mixed gas atmosphere in the reaction chamber ( 1 ) which essentially comprises one or more reactive gases and, if appropriate, one or more carrier gases.

Die Strahlungsquelle (2), bevorzugt ein Laser, ist bevorzugt außerhalb der Reaktionskammer (1) angebracht. Der Eintritt der elektromagnetischen Strahlung in die Reaktionskammer ist durch eine Scheibe (7), beispielsweise aus Quarzglas, gewährleistet. Die optischen Elemente (8), wie beispielsweise ein Objektiv, DOEs und/oder Strahlenteiler, sind wie auch die Strahlungsquel le (2) bevorzugt außerhalb der Reaktionskammer angebracht. Ins besondere bei der Bearbeitung eines Halbleiterstabes zum Zwecke der Zerteilung in eine Vielzahl von Halbleiterscheiben ist eine Vielzahl von Strahlungsquellen oder eine Vielzahl von Strahlen teilern (8) oder beides vorzusehen, wie in Fig. 2 dargestellt.The radiation source ( 2 ), preferably a laser, is preferably attached outside the reaction chamber ( 1 ). The entry of the electromagnetic radiation into the reaction chamber is ensured by a disc ( 7 ), for example made of quartz glass. The optical elements ( 8 ), such as a lens, DOEs and / or beam splitters, as well as the radiation source ( 2 ) are preferably attached outside the reaction chamber. Particularly when processing a semiconductor rod for the purpose of dividing it into a large number of semiconductor wafers, a large number of radiation sources or a large number of beam splitters ( 8 ) or both must be provided, as shown in FIG. 2.

Eine translatorische Relativbewegung zwischen dem Halbleiterma terial (6) und der Strahlungsquelle (2) wird durch zumindest eine Verfahreinheit, beispielsweise einen x-y-Tisch (nicht dar gestellt), erreicht. Die Verfahreinheit oder die Verfahreinhei ten versetzen dabei entweder die Strahlungsquelle (2) oder das Halbleitermaterial (6) oder beide in Bewegung. Der elektromag netische Strahl trifft bevorzugt senkrecht auf das Halbleiter material (6), so daß die Strahlungsquelle (2) zweckmäßigerweise nachzuführen ist, wenn die Abtragstiefe unterhalb der Schärfen tiefe liegt. Das zu bearbeitende Halbleitermaterial wird gege benenfalls mittels eines Heizelements (9) erwärmt.A translational relative movement between the semiconductor material ( 6 ) and the radiation source ( 2 ) is achieved by at least one moving unit, for example an xy table (not shown). The moving unit or the moving units either set the radiation source ( 2 ) or the semiconductor material ( 6 ) or both in motion. The electromagnetic beam preferably strikes the semiconductor material ( 6 ) perpendicularly, so that the radiation source ( 2 ) is expediently to be tracked when the depth of cut is below the depth of focus. The semiconductor material to be processed is optionally heated by means of a heating element ( 9 ).

In den Figuren ist schematisch die Düsenvorrichtung (5) darge stellt, die ein Reaktivgas oder eine Reaktivlösung in einer be stimmten Verdünnung in einem Trägergas oder einer Trägerflüssigkeit über den, durch die elektromagnetische Strah lung aktivierten Ort strömt. Der Volumenstrom des Mischgases oder der Flüssigkeit dient zum Abtransport überschüssiger Wär meenergie und zum Abtransport der flüssigen oder gasförmigen Reaktionsprodukte. Insbesondere bei der Bearbeitung zum Zwecke der Zerteilung in eine Vielzahl von Halbleiterscheiben ist eine Vielzahl von Düsenvorrichtungen vorzusehen. Zweckmäßigerweise werden die Düsenvorrichtungen mit zunehmender Bearbeitungstiefe nachgeführt und kontinuierlich oder gepulst betrieben.In the figures, the nozzle device ( 5 ) is shown schematically, which flows a reactive gas or a reactive solution in a certain dilution in a carrier gas or a carrier liquid over the location activated by the electromagnetic radiation. The volume flow of the mixed gas or liquid is used to remove excess thermal energy and to remove the liquid or gaseous reaction products. In particular when processing for the purpose of dividing into a plurality of semiconductor wafers, a large number of nozzle devices must be provided. The nozzle devices are expediently tracked with increasing machining depth and operated continuously or in pulsed fashion.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform zum abtragenden Bearbeiten eines Halbleiterstabes zum Zwecke der Zerteilung in Halbleiter scheiben. Der Halbleiterstab führt eine Rotationsbewegung aus; die Strahlungsquelle und die Düsenvorrichtung werden mit zuneh mender Eindringtiefe nachgeführt. Diese Ausführungsform des er findungsgemäßen Verfahrens bewirkt einen radialen Abtrag rechtwinklig in Richtung zentraler Achse des Stabes. Damit be steht die Möglichkeit, Scheibe für Scheibe von dem Halbleiter stab abzutrennen. Mittels einer Vielzahl von Düsen und einer Vielzahl von Strahlen ist darüber hinaus auch die gleichzeitige Zerteilung des rotierenden Stabes möglich. Fig. 3 shows an embodiment for abrasive processing of a semiconductor rod for the purpose of division into semiconductor wafers. The semiconductor rod performs a rotational movement; the radiation source and the nozzle device are tracked with increasing depth of penetration. This embodiment of the inventive method causes radial removal at right angles in the direction of the central axis of the rod. There is thus the possibility of separating wafer from wafer from the semiconductor rod. Using a large number of nozzles and a large number of jets, it is also possible to split the rotating rod simultaneously.

Beispiele einer abtragenden Bearbeitung von Halbleitermaterial durch eine chemische Reaktion: Examples of ablative processing of semiconductor material through a chemical reaction:

example 1

Ein mittels Nd:YAG Laser gepumptes Farblasersystem mit 620 nm Wellenlänge, 100 fs Pulsen und 10 Hz Repetitionrate wurde zum ortsaufgelösten (punktförmigen) Erwärmen einer Siliciumoberflä che benutzt. Die auf der Oberfläche deponierte Energie pro Puls war etwa 100 mJ/cm², womit eine Oberflächentemperatur zwischen 600°C und 1000°C eingestellt wurde. Über diesen Ort wurde ein HCl Gasstrom mit Inertgasverdünnung im Verhältnis von 40/60 Vo lumenanteilen und variierbarer Strömungsgeschwindigkeit gelei tet. Die Strömungsgeschwindigkeit wurde nun so eingestellt, daß eine leichte Erhöhung die exotherme chemische Reaktion gerade zum Erlöschen brachte. An den Stellen, die von der Strahlungs quelle aktiviert waren, reagierte das Silicium mit HCl zu gas förmigen Si-Cl-Verbindungen, die mit dem Mischgasstrom abtransportiert wurden und nachfolgend in einem zweistufigen Wäscher zu SiO₂ und NaCl hydrolysiert wurden. Durch seitliches Verschieben des zu bearbeitenden Halbleitermaterials um 0,1 bis 0,5 x dem Spotdurchmesser wurde durch die abtragende Bearbei tung eine Rille von 20 mm Länge gebildet. Nach 10 Minuten war der Graben 10 µm tief und wies einen rechtwinkligen Querschnitt des Spaltgrabens auf.A Nd: YAG laser pumped color laser system with 620 nm wavelength, 100 fs pulses and 10 Hz repetition rate was used for the spatially resolved (point-like) heating of a silicon surface. The energy per pulse deposited on the surface was about 100 mJ / cm ² , which set a surface temperature between 600 ° C and 1000 ° C. An HCl gas stream with inert gas dilution in the ratio of 40/60 volume fractions and variable flow rate was passed through this location. The flow rate was now adjusted so that a slight increase just stopped the exothermic chemical reaction. At the points that were activated by the radiation source, the silicon reacted with HCl to form gaseous Si-Cl compounds, which were removed with the mixed gas stream and subsequently hydrolyzed to SiO ₂ and NaCl in a two-stage scrubber. By laterally shifting the semiconductor material to be processed by 0.1 to 0.5 x the spot diameter, a groove of 20 mm in length was formed by the ablation processing. After 10 minutes the trench was 10 µm deep and had a rectangular cross-section of the trench.

Example 2

Bei Verwendung eines Excimerlasers mit Strichfokus und einer Repetitionsrate von 100 Hz wurde unter sonst gleichen Bedingun gen eine Spalttiefe von 70 µm erhalten. Der Graben erweiterte sich am Grund, so daß ein birnenförmiger Querschnitt des Spal tes erhalten wurde.When using an excimer laser with line focus and one Repetition rate of 100 Hz was under otherwise identical conditions gene obtained a gap depth of 70 microns. The ditch widened itself at the bottom, so that a pear-shaped cross-section of the Spal was received.

Example 3

In einem nachfolgenden Versuch wurde das Reaktivgas in N₂ über eine Düse gezielt in den entstehenden Spalt geführt. Durch Er höhen der örtlichen Strömungsgeschwindigkeit auf 1 ml/sec wurde die exotherme Reaktion unter Kontrolle gehalten und ein senk rechter Querschnitt des Spaltes erzielt. Der Abtrag betrug 110 µm in 10 Minuten. Es wurde beobachtet, daß sich in vom Reakti onsort entfernten Teilen des Reaktors glasige Flüssigkeits tröpfchen abschieden, die als hochsiedende (polymere) Cl-Silane analysiert wurden.In a subsequent experiment, the reactive gas in N _{2 was} passed specifically into the resulting gap via a nozzle. By increasing the local flow rate to 1 ml / sec, the exothermic reaction was kept under control and a vertical cross section of the gap was achieved. The removal was 110 µm in 10 minutes. It was observed that glassy liquid droplets separated in parts of the reactor remote from the reaction site and were analyzed as high-boiling (polymeric) Cl-silanes.

Example 4

Der aus den Erfahrungen resultierende, optimierte Versuch wurde so ausgeführt, daß als Trägergas H₂ verwendet wurde, in dem HCl zu 60 Vol-% erhalten war. Die Strömungsgeschwindigkeit betrug 1 ml/sec. Als Energiequelle wurde ein Excimerlaser mit 248 nm und einer Repetitionsrate von 300 Hz über ein Quarzfenster in die geschlossene Kammer eingebracht. Der Fokus war 50 µm × 4 mm. Der Verfahrweg des zu bearbeitenden Halbleitermaterials wurde synchron zum gepulsten Laser auf 100 mm erweitert. Der in 3 Mi nuten Bearbeitungsdauer erhaltene Spalt war 650 µm tief und wies eine steile Flanke auf. Die Belegung mit Poly-Cl-Silanen wurde durch den Zusatz von H₂ verhindert.The optimized experiment resulting from the experience was carried out in such a way that H _{2 was} used as the carrier gas, in which 60% by volume of HCl was obtained. The flow rate was 1 ml / sec. As an energy source, an excimer laser with 248 nm and a repetition rate of 300 Hz was introduced into the closed chamber via a quartz window. The focus was 50 µm × 4 mm. The travel path of the semiconductor material to be processed has been expanded to 100 mm in sync with the pulsed laser. The gap obtained in 3 minutes processing time was 650 µm deep and had a steep flank. The addition of poly-Cl-silanes was prevented by the addition of H ₂ .

Example 5

Es herrschten die gleichen Versuchsbedingungen wie in Beispiel 4. Der elektromagnetische Strahl wurde über einen 1 : 1 Strahlen teiler auf zwei Teilstrahlen gleicher Abmessung und gleicher Energie aufgeteilt. Die Leistungsdichte wurde für jeden einzel nen Strahlungspunkt auf der Siliciumoberfläche wie im Beispiel 4 gewählt. Beide Stellen wurden nun parallel mit einem gleich hohen Abtrag wie unter Beispiel 4 abgetragen.The same test conditions prevailed as in example 4. The electromagnetic beam was over a 1: 1 beam divider on two partial beams of the same size and the same Split energy. The power density was for each individual NEN radiation point on the silicon surface as in the example 4 chosen. Both places were now the same in parallel high stock removal as in example 4.

Example 6

In einer Vorrichtung, ähnlich der in den Skizzen 1-3 darge stellten Reaktionskammer, allerdings mit einem Durchmesser, der in etwa dem dreifachen des Radius der Halbleiterscheibe ent spricht, wurde eine Halbleiterscheibe spiralförmig vom gepuls ten Laserstrahl abgerastert, indem die Scheibe neben der Rota tion auch eine Translation durchführte. Unter Verwendung eines Excimer-Lasers der Wellenlänge 248 nm und einer Pulsrate von 10 Hz wurde die Scheibenoberfläche über eine Lochblende von 20 mm Durchmesser aktiviert und mittels der Reaktivgasmischung von 10 Vol.-% HCl in H₂ lokal bearbeitet. Je Sekunde Verweildauer des Lasers wurden 30 nm Silicium abgetragen.In a device similar to the reaction chamber shown in Sketches 1-3, but with a diameter that speaks approximately three times the radius of the semiconductor wafer, a semiconductor wafer was scanned spirally by the pulsed laser beam by the disk next to the rotation also carried out a translation. Using an excimer laser with a wavelength of 248 nm and a pulse rate of 10 Hz, the disk surface was activated via a pinhole of 20 mm in diameter and processed locally using the reactive gas mixture of 10% by volume HCl in H ₂ . 30 nm of silicon were removed per second of the laser's residence time.

Example 7

Zu einer wesentlich feineren Ortsauflösung der Bearbeitung der Art des Beispiels 6 führte das Verfahren, bei dem statt des Re aktivgases eine wäßrige Reaktivlösung (verdünnte KOH-Lösung) verwendet wurde, die aus einer nur 2 mm breiten Düse mit etwa 1 m/sec die vom Laserpuls getroffene Stelle erreichte. Die Ab tragsrate betrug ca. 500 nm/min.For a much finer spatial resolution of the processing of the Type of Example 6 led the procedure in which instead of Re an aqueous reactive solution (dilute KOH solution) was used, which from a 2 mm wide nozzle at about 1 m / sec reached the point hit by the laser pulse. The Ab wear rate was approx. 500 nm / min.

Example 8

Als Strahlungsquelle diente ein frequenzvervierfachter YAG- Laser mit der Wellenlänge 266 nm. Er wurde mittels Lichtleitfa ser in einen 1 Gew.-% KOH enthaltenden Wasserstrahl von 50 µm Durchmesser mit einer Repetitionsrate von 500 Hz eingekoppelt. Beim Auftreffen des gepulsten Laserlichts auf die Silicium- Oberfläche wurde diese soweit mit Aktivierungsenergie versehen, dass Abtrags-/Ätztiefen von 7 µm bezogen auf den einzelnen Puls erhalten wurden.A frequency-quadrupled YAG was used as the radiation source. Laser with a wavelength of 266 nm ser in a 1 wt .-% KOH containing water jet of 50 microns Diameter coupled in with a repetition rate of 500 Hz. When the pulsed laser light hits the silicon The surface has been provided with activation energy so far that removal / etching depths of 7 µm related to the individual pulse were obtained.

Example 9

In der gleichen Anlage wie in Beispiel 6 wurden Beschriftungs punkte von 100 µm Durchmesser und ca. 100 µm Tiefe erzeugt, in dem an den durch translatorische Bewegungen angefahrenen Punkten der in die wäßrige KOH eingekoppelte Laserstrahl von 100 µm Durchmesser 20 Pulse zur Aktivierung des Siliciums ge setzt hatte.Labeling was carried out in the same system as in Example 6 points of 100 µm in diameter and approx. 100 µm depth are generated, in the one approached by translational movements Points the laser beam from 100 µm diameter 20 pulses to activate the silicon ge had set.

Claims

1. A method for abrasive processing of semiconductor material by a chemical reaction under the action of a reactive. Fluids and electromagnetic radiation, characterized in that the semiconductor material, the activation energy required for the chemical reaction is supplied in a spatially resolved manner by means of the electromagnetic radiation and the fluid is passed continuously or in a pulsed manner via the activated location.

2. The method according to claim 1, characterized in that the wavelength of electromagnetic radiation from 800 to Is 180 nm.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized net that the fluid with one or more carrier gases or egg nem or more carrier liquids is diluted.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized ge indicates that the fluid by means of a nozzle so procured fen is that it produces a laminar solution jet onto which Semiconductor material is guided and the laser beam in the Lö beam is coupled.

5. Device for abrasive processing of semiconductor material by a chemical reaction under the action of a re-active fluid and electromagnetic radiation, essentially characterized by a reaction chamber ( 1 ), the radiation source ( 2 ) and at least one nozzle device ( 5 ).

6. A method for producing a semiconductor wafer essentially comprising the steps:

a) severing a semiconductor rod by means of the method for the machining of semiconductor material according to claim 1,
b) rounding the edges and
c) final polishing of one or both surfaces of the semiconductor wafer.