DE3148957A1 - "verfahren zur rueckseitengetternden oberflaechenbehandlung von halbleiterscheiben" - Google Patents

"verfahren zur rueckseitengetternden oberflaechenbehandlung von halbleiterscheiben"

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Description

WACKEE-CHEMITRONIC München, den 08.12.1981 Gesellschaft für Elektronik- LC-PAT/Dr.K/h Grundstoff e mbH Wa-Ch 8103
Verfahren zur ruckseitengetternden Oberflächenbehandlung von Halbleiterscheiben.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur ruckseitengetternden Oberflächenbehandlung von Halbleiterscheiben durch mechanische Beanspruchung.
Bei der Herstellung elektronischer Bauelemente aus Halbleiterscheiben können sich die in den Scheiben vorhandenen Punktdefekte und Verunreinigen in mancher Hinsicht nachteilig auswirken. Bei integrierten Schaltungen sind sie beispielsweise die Ursache für erhöhte Leckströme an Sperrschichten und Kapazitäten.
Derartige Punktdefekte, Punktdefektagglomerate und Verunreinigungen lassen sich jedoch nach verschiedenen Verfahren aus den zur-Herstellung elektronischer Bauelemente vorgesehenen Halbleiterscheiben entfernen. Dieser Vorgang wird gewöhnlich als "Gettern" oder genauer als "Rückseitengettern" bezeichnet, da man die Defekte über die Scheibenrückseite entfernt, um eine defektfreie Scheibenvorderseite zu erhalten.
Nach der IJS-PS 4-0 4-2 419 werden beispielsweise die Halbleiterschreiben auf einer Seite mit einem mechanischen Spannungsfeld versehen und nachfolgend einer Wärmebehandlung unterworfen. Auf diese Art werden die bei hoher Temperatur beweglichen Punktdefekte unter der getternden Wirkung des
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einseitigen mechanischen Spannungsfeldes aus der Halbleiterscheibe abgesaugt. Erzeugt wird ein solches einseitiges mechanisches ,.Spannungsfeld entweder dadurch, daß der Oberflächenbereich des Kristallgitters mit gegenüber den Gitteratomen der Halbleiterscheiben unterschiedlich großen Fremdatomen übersättigt wird, oder mittels einer durch kurzzeitiges Schleifen mit einem geeigneten Läppmittel hervorgerufenen, definierten Oberflächenzerstörung. Dabei können jedoch wichtige geometrische Kenngrößen der Halbleiterscheiben, wie etwa'Dicke, Ebenheit oder Keiligkeit verändert werden.
Auch Sandstrahlblasen oder geordnetes, gleichmäßiges Verkratzen einer Scheibenseite, beispielsweise mit Hilfe eines Griffels aus einem gegenüber dem Halbleitermaterial härteren Stoff können, wie in der US-PS 39 05 162 beschrieben, eine ■ einseitige Oberflachenzerstörung mit Getterwirkung erzeugen. Allerdings sind die dabei auf der Scheibenrückseite auftretenden Zerstörungen häufig derart massiv, daß sie bei den nachfolgenden Arbeitsgängen bis auf die Vorderseite der Scheibe durchschlagen können. Außerdem ist das Verfahren nach der-US-PS 39 05 162 wegen der im Vergleich zur Scheibenoberfläche kleinen Auflagefläche des Griffels verhältnismäßig langwierig und erlaubt nur geringe Durchsatzraten.
Schließlich ist es auch möglich, gemäß der DE-OS 29 27 220 die Halbleiterscheiben in ein sogenanntes Fluid-Bad aus vermittels eines strömenden Trägermediums bewegten Schleifkörnern einzutauchen. Durch diese, hohen Durchsatz, gestattende Behandlung läßt sich in den Halbleiterscheiben jedoch ausschließlich die Bildung von Stapelfehlern induzieren, die bei Prozessen oberhalb 12000C, wie sie für die Herstellung bestimmter Bauelemente unerläßlich sind, nicht mehr "beständig sind.
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Aufgabe der Erfindung war es daher, ein "Verfahren anzugeben, das in kontrollierter, gleichmäßiger Weise unter Beibehaltung der Scheibengeometrie bei hohen Durchsatzraten eine ruckseitengetternde Oberflächenbehandlung von Halbleiterscheiben durch mechanische Beanspruchung ermöglicht. ·
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, welches" dadurch gekennzeichnet ist, daß die Halbleiterscheiben in Kontakt mit einem oder mehreren bewegten Trägerkörpern gebracht werden, deren Oberfläche mit einem die mechanische Beanspruchung verursachenden elastischen Trägermedium mit gebundenem Schleifkorn versehen ist.
Diese Behandlung ruft auf der behandelten Oberflächenseite der Halbleiterscheibe eine Vielzahl von feinsten Mikrokratzern und Rissen hervor, die je nach Stärke der mechanischen Beanspruchung eine Tiefe von weniger als 0,1 /um bis hin zu etwa 1 - 10. /um aufweisen können. Solche Mikrokratzer und Risse sind die Ursache mechanischer Spannungen im Oberflächenbereich der Halbleiterscheibe und besitzen bereits selbst Getterwirkung. Daneben haben sie die Fähigkeit, bei einer nachfolgenden etwa zur Fertigung elektronischer Bauelemente durchgeführten Oxydations- oder Temperaturbehandlung der Halbleiterscheibe Stapelfehler und Versetzungen zu induzieren, die ihrerseits eine außerordent- \ lieh starke Getterwirkung auf Punktdefekte aller Art aufweisen.
Als Schleifkorn eignen sich im allgemeinen Substanzen, die eine im Vergleich zu den zu bearbeitenden Halbleiterscheiben gleiche oder größere Härte aufweisen. Im Falle von Siliciumscheiben kommen also beispielsweise Silicium, Quarz,
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Diamant oder Zirkondioxid, aber auch Hartstoffe, wie etwa Wolframcarbid, Borcarbid oder Titandarbid, insbesondere aber Siliciumcarbid oder Aluminiumoxid in Präge.
Die Wahl der Korngröße des Schleifkorn richtet sich hauptsächlich nach der Art der gewünschten Öberflächenzerstörung ("damage")· Die Verwendung eines feinen Schleifkorns begünstigt dabei in der Segel die stapelfehlerinduzierende Oberflächenbearbeitung, während sich grobes Schleifkorn eher zur Erzeugung von Versetzungen im Oberflächenbereich empfiehlt. Zweckmäßige Korngrößen liegen vor allem in einem · Bereich von 3-250 /um.
Als Trägermedien eignen sich allgemein elastische Substanzen, worunter dehn- und zusammendrückbare federnde Stoffe zu verstehen sind, die die Tendenz haben, die unter der Wirkung verformender Kräfte auftretenden Deformationen .rückgängig zu machen. Als besonders geeignet haben sich Stoffe mit ,einer Shore-A-Härte von bis zu 90 erwiesen. Elastische Substanzen im Sinne der Erfindung können beispielsweise vlies- oder filzartige Stoffe, aber auch Gummi oder Bürsten auf Kunststoff- oder Metallbasis sein, wobei selbstverständlich die Verwendung anderer elastischer Substanzen nicht ausgeschlossen ist.
Das jeweils ausgewählte Schleifkorn kann auf verschiedene Art an das elastische Trägermedium gebunden sein. Wird beispielsweise ein Vlies als Trägermedium verwendet, so wird das Schleifkorn zweckmäßig mittels eines geeigneten Klebstoffs darauf fixiert. Bei Verwendung von Substanzen wie etwa Gummi ist es hingegen günstig, das Schleifkorn in das Trägermedium selbst, also z. B. in den Gummi einzubetten, wobei natürlich ausreichender Kontakt zwischen Schleifkorn und zu bearbeitender Halbleiterscheibe gewährleistet sein muß.
Die Trägerkörper, auf deren Oberfläche das das Schleifkorn gebundene enthaltende, elastische Trägermedium aufgebracht wird, können verschiedene Formen aufweisen. So lassen sich grundsätzlich beispielsweise bei den aus der Schleif-, Läpp- oder Poliertechnik bekannten Anordnungen die mit einem entsprechenden Trägermedium versehenen Schleif-, Läpp- oder Polierscheiben einsetzen. Besonders gute Ergebnisse werden jedoch mit walzenförmigen Trägerkörpern erreicht.
Pig. A zeigt schematisch eine derartige Anordnung mit walzenförmigen Trägerkörpern.
Fig. 2-4- zeigen Sirtl-geätzte Siliciumscheiben, die auf verschiedene Art in einer Fig· 1 entsprechenden Anordnung behandelt wurden.
Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand von Fig, 1 modellhaft näher erläutert.
Die entsprechende Anordnung umfaßt eine aus Hollen 1 bestehende Förderstraße, die gegebenenfalls mit zusätzlichen
Pührungsrollen 2 versehen ist. Sie dient dazu, die zu bearbeitenden Halbleiterscheiben 3 an einer rotierenden Walze 4- vorbeizuführen, welche mit einem elastischen Trägermedium mit gebundenem Schleifkorn versehen ist und aus verschiedenen Düsen 5 mit Flüssigkeit bespült werden kann. Nach dem Eontakt mit der Walze gelangen die Scheiben in eine Spülkammer 6, wo sie mit Hilfe der Spüldüsen gesäubert werden. Anschließend werden die Scheiben in der. Trockenkammer 8 mittels Erockenwalzen 9 und eines KaItluffcgebläses 10 getrocknet und stehen danach zur weiteren Bearbeitung zur Verfügung«
Die zu bearbeitenden Halbleiterscheiben können von Hand oder maschinell mittels einer geeigneten Auflegevorrichtung auf die, wie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt, aus einer Vielzahl von hintereinander angeordneten Bollen bestehenden Förderstraße aufgelegt werden. In diesem Zusammenhang hat sich ein gerichtetes Auflegen der oft bruchempfindlichen Halbleiterscheiben, etwa durch bestimmte Orientierung des Scheibenfiats bewährt, da auf diese Weise durch Orientierung der bevorzugten Bruchrichtungen der Scheibe in eine weniger beanspruchte Position das Bruchrisiko gering gehalten werden kann.
Die Führung der in der Förderstraße befindlichen Halbleiterscheiben kann beispielsweise durch zusätzliche, zweckmäßigerweise von oben wirkende Führungsrollen noch verbessert werden. Dies empfiehlt sich besonders in dem Bereich der Förderstraße, wo die Scheiben zur eigentlichen ruckseitengetternden Oberflächenbehandlung an die dafür vorgesehenen Walzen herangeführt werden.
Diese Walzen sind an ihrer Oberfläche mit einem als Trägermedium für das Schleifkorn geeigneten elastischen Material belegt. In Frage dafür kommen die bereits erwähnten Materialien, also beispielsweise verschiedene Gummiarten, Vliesstoffe, Filzstoffe, aber auch Kunststoff- oder Metallbürsten. Besonders bewährt haben sich Walzen, die mit einem Belag aus Schleifvlies versehen sind.
Das Schleifkorn wird bei Verwendung eines Gummibelages als Trägermedium günstig bereits in den Gummi eingebettet, bei Verwendung von.Vliesen oder Pilzen hingegen zweckmäßig mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffes auf dem jeweils ausgewählten Trägermedium fixiert, während bei Verwendung von Bürsten beide Möglichkeiten bestehen. Als Grundmaterial für das Schleifkorn lassen sich grundsätzlich alle Stoffe einsetzen, deren Härte gleich oder größer ist als die der zu bearbeitenden Halbleiterscheiben. Für Siliciumscheiben sind demnach allgemein Stoffe mit einer Mohs-Härte gleich oder größer als 6 geeignet. Bewährt haben sich bei der Verwendung von Schleifvlies als Walzenbelag Aluminiumoxid und insbesondere Siliciumcarbid.
Wird auf den· Walzen ein elastisches Trägermedium mit feinem Schleifkorn verwendet, so läßt sich vor allem eine stapelfehierinduzierende Oberflächenzerstörung erzielen, während grobes Schleifkorn eher zu Versetzungen führt. Beispielsweise hat sich bei Schleifvlies als Trägermedium und Siliciumcarbid als Schleifkorn eine ITennkorngrößevon 3-10 /Um, insbesondere von 5 »5 - 7»5 /um zur Erzeugung einer stapelfehlerinduzierenden Oberflächenzerstörung bewährt. Der Begriff ITennkorngröße wird hier im Sinne der FEPA-Elassifizierung zur Standardisierung von Schleifmittelkorn verwendet; eine Nenn-■ korngröße von 5»5 - 7,5 /um entspricht beispielsweise der Körnung FEPA' 800. Schleifkorn im Nennkorngrößen-
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bereich von etwa 50 - 250 /um, insbesondere von 100 -"150 ,um läßt sich vorteilhaft für eine Versetzungen erzeugende Oberflächenzerstörung einsetzen; dementsprechend ist für diesen Zweck z„ B. eine Körnung PEPA 100 gut geeignet« Nennkorngrößen im Bereich von etwa 10 - 50 /um, wie beispielsweise die Körnung FEPA 500 (Nennkorngröße 11,8 - 13„8 ,um) lassen sich günstig zur gleichzeitigen Erzeugung von Versetzungen und Stapelfehlern verwenden*
Einfluß auf die Art der Oberflächenzerstörung hat auch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Walzen, wobei diese Größe natürlich stets im Zusammenhang mit dem Walzendurchmesser zu sehen ist, da erfahrungsgemäß bei großem Walzendurchmesser bereits eine geringere Drehzahl als bei kleinem Walzendurchmesser zu vergleichbaren Resultaten führt, Grundsätzlich wird jedoch eine hohe Drehzahl die Erzeugung von Versetzungen, eine niedere die stapelfehlerinduzierende Oberflächenzerstörung begünstigen. Bei einem Walzendurchmesser von etwa 90 mm sind beispielsweise im Drehzahlbereich von 400 - 600 Upm besonders gute Resultate in Bezug auf Stapelfehler, im Bereich von 2000 - 3500 Upm in Bezug auf Versetzungen zu erwarten.
Auch die Geschwindigkeit, mit der die Halbleiterscheiben auf der Förderstraße transportiert werden, kann die eine oder andere Art der Oberflächenzerstörung unterstützen. Generell wirkt sich beim Stapelfehlerdamage eine höhere, beim Versetzungsdamage eine niedere Transportgeschwindigkeit vorteilhaft aus.
Der Anpreßdruck, mit dem die Walze auf die zu bearbeitenden Halbleiterscheiben drückt, spielt als Prozeßpara-
meter nur eine geringe Rolle, da es wegen der Elastizität des Trägermediums im allgemeinen ausreicht, wenn die Walze in einer Position gehalten wird, die ausreichenden Zontakt mit der zu bearbeitenden Halbleiterscheibe gewährleistet. Somit kann schon durch geeignete Abstimmung · der einzeln oder kombiniert variierbaren Prozeßparameter Schleifkorngröße, Rotationsgeschwindigkeit der Walze, und Transportgeschwindigkeit der Scheiben auf einfache und bequeme Weise die gewünschte Art und Dichte der Oberflächenzerstörung erreicht werden. Diese Prozeßparameter lassen sich auch variieren, wenn von Halbleiterscheiben einer bestimmten kristallographischen Orientierung, beispielsweise £100}-Scheiben, zu Scheiben einer anderen kristallographischen Orientierung, z. B. {/11i}-Scheiben übergegangen wird.
Selbstverständlich beschränkt sich das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur auf die Verwendung einer einzigen Walze; es können im Gegenteil beliebig viele Walzen hintereinander geschaltet sein. Günstig ist es in diesem Zusammenhang, die Scheiben nicht ausschließlich an der Oberseite, sondern durch eine oder gegebenenfalls · mehrere zusätzliche Walzen auch an der Unterseite in entsprechender Weise zu behandeln, da dann beispielsweise bei einem nachfolgenden einseitigen Polierschritt ein gerichtetes Auflegen der Scheiben unterbleiben kann.
Als vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, wenn die Walzen zusätzlich zu der Rotationsbewegung eine in Achsrichtung hin und her gerichtete Oszillationsbewegung vollführen, da sich so eine besonders gleichmäßige Oberflächenzerstörung erreichen läßt. Eine merkliche Verbesserung des Oberflächendamage läßt sich in der Regel bereits bei einer Oszillation um wenige Millimeter, beispielsweise 5 - 10 mm, feststellen.
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Ein Vorteil walzenförmiger Trägerkörper liegt auch, darin, daß sie besonders einfach, die Möglichkeit bieten, mehrere Halbleiterscheiben nebeneinander und gleichzeitig zu bearbeiten. Bei einer Walzenbreite von etwa 600 mm können z. B. mindestens 5 Scheiben mit 100 mm Durchmesser parallel behandelt werden. Die damit bereits erx-eichbaren hohen Durchsatzraten lassen sich durch den möglichen Einsatz breiterer Walzen weiter steigern.
Es hat sich auch bewährt, während des Bearbeitungsvorganges die Walzen mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise deionisiertem Wasser, zu besprühen. Zu diesem Zweck sind vorteilhaft zu beiden Seiten der Walze Düsen angeordnet, aus denen das Wasser auf die Walzen aufgebracht werden kann. Prinzipiell kann auf dieses Besprühen jedoch auch verzichtet werden.
An die eigentliche Damagebehandlung der Halbleiterscheiben schließt sich günstig direkt ein Reinigungsvorgang, beispielsweise durch Besprühen mit deionisiertem Wasser aus zweckmäßig ober- und unterhalb der Mörderstraße angeordneten Spüldüsen sowie ein Trocknungsvorgang, z. B. durch Trockenwalzen in Verbindung mit einem Kaltluftgebläse an. Danach stehen die Halbleiterscheiben für die Weiterverarbeitung zur Verfügung.
Somit bietet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, Halbleiterscheiben auf einfache Art und Weise bei hohen Durchsatzraten mit einer kontrollierten Oberflächenzerstörung zur Rückseitengetterung zu versehen. Als Halbleitermaterialien kommen.dafür insbesondere Silicium, aber auch beispielsweise Germanium oder III/V-Verbindungen, wie z.B. Galliumarsenid oder Galliumphosphid, in Frage.
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' Beispiel 1: In einer Pig· 1 entsprechenden Anordnung wurden 200 geläppte und geätzte Siliciumscheiben (Durchmesser 100 mm, C11Ό-Orientierung) von Hand in Fünfergruppen auf die aus aneinandergereihten Rollen bestehende Förderstraße aufgelegt, wobei der Scheibenfiat parallel zur Vorschubrichtung ausgerichtet war. Die Scheiben wurden mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min auf eine Walze mit 600 mm Breite und 90 mm Durchmesser zubewegt.
Diese Walze war .<mit einem Schleifvlies mit Siliciumcarbid-Schleifkorn (FEPA-100, Nennkorngröße 105 - 14-9 /um) überzogen und drehte sich mit 2100 Upm, wobei sie zusätzlich in Achsrichtung 90 mal pro Minute eine Hin- und Herbewegung mit 9 mm Amplitude ausführte. Während des Arbeitsvorganges wurde die Walze mit deionisiertem Wasser besprüht·
Die Siliciumscheiben wurden unter der rotierenden Walze durchbewegt, kamen dabei in Kontakt mit ihr und erhielten die gewünschte Oberflächenzerstörung· Sie wurden anschließend durch Besprühen mit deionisiertem Wasser gereinigt und mittels Trockenwalzen und Kaltluftgebläse getrocknet.
Sodann wurden die Scheiben, nach dem in üblicher Weise erfolgten Polieren ihrer unbehandelten Seite, einer zweistündigen Oxidation bei 12000C-in feuchtem Sauerstoff unterzogen. Nach dem Ablösen des Oxids in Flußsäure wurden die Scheiben Sirtl-geätzt; sie erwiesen sich auf der Vorderseite als frei von den Punktdefekteanzeigenden sogenannten "small pits". Die in Fig. 2 dargestellte Scheibenrückseite läßt eine hohe Dichte von Versetzungsätzgruben erkennen.
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Beispiel 2: Es wurde wie in Beispiel 1 verfahren; die verwendeten Siliciumscheiben waren jedoch C100]-orientiert, die Walze trug Siliciumcarbid-Schleifkorn der Nennkorngröße 1.1,8 - 13, 8 ,um (FEPA 500) und drehte sich mit 1250 Upmv Nach. Aufarbeiten der Scheiben wie in Beispiel 1 (Oxidation, Ablösen des Oxids und Sirtl-Ätzen) war die Scheibenvorderseite frei von "small pits". Auf der Rückseite waren, wie aus Fig. 3 ersichtlich, sowohl Stapelfehler als auch Versetzungsätzgruben zu erkennen.
Beispiel 3: Es wurde wie in Beispiel 2 verfahren; allerdings wurde eine Walze mit Siliciumcarbid-Schleifkorn der Nennkorngröße 5,5 - 7,5 /um (FEPA 800) bei 300 Upm verwendet. Nach Oxidation, Entfernen des Oxids und Ätzen wie in Beispiel 2 war die Vorderseite der Scheiben defektfrei. Auf der Rückseite fanden sich, wie aus Fig. 4· ersichtlich, neben wenigen Versetzungsätzgruben, vor allem Stapelfehler.
Beispiel 4; 30 Siliciumscheiben wurden ohne Damagebehandlung direkt der in den Beispielen 1-3 beschriebenen Polierbehandlung mit nachfolgender Oxidation, Entfernen des Oxids und Sirtl-Ätzen unterzogen. Diese Scheiben zeigten deutlich eine hohe Dichte an "small pits".

Claims (6)

  1. Patentansprüche;
    Verfahren zur ruckseitengetternden Oberflächenbehandlung von Halbleiterscheiben durch mechanische Beanspruchung, dadurch gekennzeichnet , daß die Halbleiterscheiben in Kontakt mit einem oder mehreren bewegten Trägerkörpern gebracht werden, deren Oberfläche mit einem die mechanische Beanspruchung verursachenden elastischen Trägermedium mit gebundenem Schleifkorn versehen ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Trägermedium Stoffe mit einer Shore-A-Härte von bis zu 90 gewählt werden«,
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet s daß als bewegte Trägerkörper Walzen vorgesehen sind»
  4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß Schleifkorn mit einer Nennkorngröße von 3 bis 250 /um ausgewählt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß Schleifkorn mit einer gleichen oder größeren Härte als die zu bearbeitenden Halbleiterscheiben verwendet wird.
  6. 6. Verfahren nach einem ader mehreren der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterscheiben Scheiben aus Silicium ausgewählt werden.
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