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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterscheiben mit einer Punktdefekte, Punktdefektagglomerate und Verunreinigungen getternden, oberflächengestörten Rückseite durch Schleifen mindestens einer Halbleiterscheiben-Obefläche mit einem an einem Träger gebundenen Schleifkorn.
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Bei der Herstellung elektronischer Bauelemente aus Halbleiterscheiben können sich die in den Scheiben vorhandenen Punktdefekte und Verunreinigungen in mancher Hinsicht nachteilig auswirken. Bei integrierten Schaltungen sind sie beispielsweise die Ursache für erhöhte Leckströme an Sperrschichten und Kapazitäten.
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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.
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Nach der US-PS 40 42 419 werden beispielsweise die Halbleiterscheiben 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 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 geomertrische Kenngrößen der Halbleiterscheiben, wie etwa Dicke, Ebenheit oder Keiligkeit, verändert weden.
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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 Oberflächenzerstörung 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.
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Schließlich ist es auch möglich, gemäß der DE-OS 29 27 220 die Halbleiterscheiben in ein sogenanntes Fluid-Bad aus vermitels 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 1200°C, wie sie für die Herstellung bestimmter Bauelemente unerläßlich sind, nicht mehr beständig sind.
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Aus der DE-OS 29 06 470 ist ein Verfahren bekannt, die Rückseite von mit ihrer Vorderseite auf einem Drehtisch befestigten Halbleiterscheiben abzuschleifen und dadurch eine beschädigte Schicht mit Getterwirkung zu erzeugen. Allgemein sind Schleifvorgänge in Dubbel, "Taschenbuch für den Maschinenbau", 13. Auflage (1970), Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, Band 2, Seiten 699 und 700 erläutert. Aus der DE-AS 27 57 498 ist schließlich bekannt, Halbleiterscheiben mittels eines Förderbandes in die Reaktionskammer einer Gasplasma-Ätzvorrichtung überzuführen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches zu schaffen, das eine hohe Duchsatzrate der zu bearbeitenden Halbleiterscheiben ermöglicht.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Halbleiterscheiben auf eine Förderstraße aufgelegt und mit zumindest einer Oberfläche mit zumindest einem bewegten, walzenförmigen Trägerkörper in Kontakt gebracht werden, dessen Oberfläche mit einem elastischen Trägermedium mit einer Shore-A- Härte von bis zu 90 aus Gummi oder einem anderen elastischen Stoff jeweils mit darin eingebettetem Schleifkorn oder aus vlies- oder filzartigem Material oder Bürsten auf Kunststoff- oder Metallbasis jeweils mit daran oberflächlich festgeklebtem Schleifkorn versehen ist.
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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 µm bis hin zu etwwa 1-10 µm 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 Oxidations- oder Temperaturbehandlung der Halbleiterscheibe Stapelfehler und Versetzungen zu induzieren, die ihrerseits eine außerordentlich starke Getterwirkung auf Punktdefekte aller Art aufweisen.
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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, Diamant oder Zirkondioxid, aber auch Hartstoffe, wie etwa Wolframcarbid, Borcarbid oder Titancarbid, insbesondere aber Siliciumcarbid oder Aluminiumoxid in Frage.
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Die Wahl der Korngröße des Schleifkorn richtet sich hauptsächlich nach der Art der gewünschten Oberflächenzerstörung. Die Verwendung eines feinen Schleifkorns begünstigt dabei in der Regel 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 µm.
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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.
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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.
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Die Trägerkörper, auf deren Oberfläche das das Schleifkorn gebundene enthaltende elastische Trägermedium aufgebracht wird, können verschiedene Formen aufweisen. Besonders gute Ergebnisse werden mit walzenförmigen Trägerkörpern erreicht.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine derartige Anordnung mit walzenförmigen Trägerkörpern.
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Fig. 2-4 zeigen Sirtl-geätzte Siliciumscheiben, die auf verschiedene Art in einer Fig. 1 entsprechenden Anordnung behandelt wurden.
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Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand von Fig. 1 modellhaft näher erläutert.
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Die entsprechende Anordnung umfaßt eine aus Rollen 1 bestehende Förderstraße, die gegebenenfalls mit zusätzlichen Führungsrollen 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 Kontakt mit der Walze gelangen die Scheiben in eine Spülkammer 6, wo sie mit Hilfe der Spüldüsen 7 gesäubert werden. Anschließend werden die Scheiben in der Trockenkammer 8 mittels Trockenwalzen 9 und eines Kaltluftgebläses 10 getrocknet und stehen danach zur weiteren Bearbeitung zur Verfügung.
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Die zu bearbeitenden Halbleiterscheiben können von Hand oder maschinell mittels einer geeigneten Auflegevorrichtung auf die, wie beispielsweise in Fig. 1 dargetellt, aus einer Vielzahl von hintereinander angeordneten Rollen bestehenden Förderstraße aufgelegt werden. In diesem Zusammenhang hat sich ein gerichtetes Auflegen der oft bruchempfindlichen Halbleiterscheiben, etwa durch bestimmte Orientierung des Scheibenflats bewährt, da auf diese Weise durch Orientierung der bevorzugten Bruchrichtungen der Scheibe in eine weniger beanspruchte Position das Bruchrisiko gering gehalten werden kann.
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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 rückseitengetternden Oberflächenbehandlung an die dafür vorgesehenen Walzen herangeführt werden.
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Diese Walzen sind an ihrer Oberfläche mit einem als Trägermedium für das Schleifkorn geeigneten elastischen Material belegt. In Frage dafür kommen die bereites 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.
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Das Schleifkorn wird bei Verwendung eines Gummibelages als Trägermedium günstig bereits in den Gummi eingebettet, bei Verwendung von Vliesen oder Filzen 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.
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Wird auf den Walzen ein elastisches Trägermedium mit feinem Schleifkorn verwendet, so läßt sich vor allem eine stapelfehlerinduzierende Oberflächenzerstörung erzielen, während grobes Schleifkorn eher zu Versetzungen führt. Beispielsweise hat sich bei Schleifvlies als Trägermedium und Siliciumcarbid als Schleifkorn eine Nennkorngröße von 3-10 µm, insbesondere von 5,5-7,5 µm zur Erzeugung einer stapelfehlerinduzierenden Oberflächenzerstörung bewährt. Der Begriff Nennkorngröße wird hier im Sinne der FEPA-Klassifizierung zur Standardisierung von Schleifmittelkorn verwendet; eine Nennkorngröße von 5,5-7,5 µm entspricht beispielsweise der Körnung FEPA 800. Schleifkorn im Nennkorngrößenbereich von etwa 50-150 µm, insbesondere von 100-150 µm läßt sich vorteilhaft für eine Versetzungen erzeugende Oberflächenzerstörung einsetzen; dementsprechend ist für diesen Zweck z. B. eine Körnung FEPA 100 gut geeignet. Nennkorngrößen im Bereich von etwa 10-50 µm, wie beispielsweise die Körnung FEPA 500 (Nennkorngröße 11,8-13,8 µm) lassen sich günstig zur gleichzeitigen Erzeugung von Versetzungen und Stapelfehlern verwenden.
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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. Grundsätzklich wird jedoch eine hohe Drehzahl die Erzeugung von Versetzungen, eine niedere die stapelfehlerinduzierende Oberflächenzerstörung begünstigen. Bei einem Walzendurchmesser von 90 mm sind beispielsweise im Drehzahlbereich von 400-600 Upm besonders gute Resultate in bezug auf Stapelfehler, im Bereich von 2 000-3 500 Upm in bezug auf Versetzungen zu erwarten.
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Auch die Geschwindigkeit, mit der die Halbleiterscheiben auf der Förderstraße transportiert werden, kann die eine oder andere Art der Oberflächenzerstörung unterstützen. Generell wirkt sich bei der Stapelfehlererzeugung eine höhere, bei der Versetzungsbildung eine niedere Transportgeschwindigkeit vorteilhaft aus.
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Der Anpreßdruck, mit dem die Walze auf die zu bearbeitenden Halbleiterscheiben drückt, spielt als Prozeßparameter nur eine geringe Rolle, da es wegen der Elastizität des Trägermediums im allgemeinen ausreicht, wenn die Walze in einer Position gehalten wird, die ausreichenden Kontakt 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. [111]- Scheiben übergegangen wird.
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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.
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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 erreichbaren hohen Durchsatzraten lassen sich durch den möglichen Einsatz breiterer Walzen weiter steigern.
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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.
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An die eigentliche Störbehandlung der Halbleiterscheiben schließt sich günstig direkt ein Reinigungsvorgang, beispielsweise durch Besprühen mit deionisiertem Wasser aus zweckmäßig ober- und unterhalb der Förderstraße angeordneten Spüldüsen sowie ein Trocknungsvorgang, z. B. durch Trockenwalzen in Verbindung mit einem Kaltluftgebläse an. Danach stehen die Halbleiterscheiben für die Weiterverarbeitung zur Verfügung.
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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.
Beispiel 1
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In einer Fig. 1 entsprechenden Anordnung wurden 200 geläppte und geätzte Siliciumscheiben ( Durchmesser 100 mm, [111]-Orientierung) von Hand in Fünfergruppen auf die aus aneinandergereihten Rollen bestehende Förderstraße aufgelegt, wobei der Scheibenflat parallel zur Vorschubrichtung ausgerichet war. Die Scheiben wurden mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min auf eine Walze mit 600 mm Breite und 90 mm Durchmesser zubewegt.
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Die Walze war mit einem Schleifvlies mit Siliciumcarbid- Schleifkorn (FEPA-100, Nennkorngröße 105-149 µm) überzogen und drehte sich mit 2100 Upm, wobei sie zusätzlich in Achsrichtung 90mal pro Minute eine Hin- und Herbewegung mit 9 mm Amplitude ausführte. Während des Arbeitsvorganges wurde die Walze mit deionisiertem Wasser besprüht.
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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.
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Sodann wurden die Scheiben, nach dem in üblicher Weise erfolgten Polieren ihrer unbehandelten Seite, einer zweistündigen Oxidation bei 1 200°C 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 Punktdefekte anzeigenden sogenannten "small pits". Die in Fig. 2 dargestellte Scheibenrückseite läßt eine hohe Dichte von Versetzungsätzgruben erkennen.
Beispiel 2
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Es wurde wie in Beispiel 1 verfahren; die verwendeten Siliciumscheiben waren jedoch [100]-orientiert, die Walze trug Siliciumcarbid-Schleifkorn der Nennkorngröße 11,8-13,8 µm (FEPA 500) und drehte sich mit 1 250 Upm. Nach Aufarbeiten der Scheiben wie in Beispiel 1 (Oxidation bei 1 100°C, 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
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Es wurde wie in Beispiel 2 verfahren; allerdings wurde eine Walze mit Siliciumcarbid-Schleifkorn der Nennkorngröße 5,5-7,5 µm (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 Versetzungsgruben, vor allem Stapelfehler.
Beispiel 4
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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".