DE3335116A1

DE3335116A1 - Halbleiterplaettchen sowie verfahren und vorrichtung zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3335116A1
Application number: DE19833335116
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Hisatomi; Masaburo Yokohama Kanagawa Iwabuchi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-09-28
Filing date: 1983-09-28
Publication date: 1984-03-29
Also published as: DE3335116C2; JPS5958827A; US4588473A

Description

TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA KAWASAKI-SHI / JAPAN

Halbleiterplättchen sowie Verfahren und Vorrichtung zu 0 ihrer Herstellung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Halbleiterplättchen, auch Chips genannt, und betrifft besonders HaIbleiterplättchen aus Silicium, Saphir und Galliumarsenid sowie ein Verfahren zu deren Herstellung und eine dazu verwendbare Vorrichtung.

Halbleiterplättchen, die man bei der Herstellung integrierter Schaltungen (IC) verwendet, werden manchmal bei der Handhabung an ihren Kanten abgestoßen. Aus diesem Grunde ist es üblich, die Kanten der Halbleiterplättchen zu brechen. Man kann dadurch verhindern, daß die Ränder der Halbleiterplättchen absplittern, wenn sie mit anderen Gegenständen zusammenstoßen.

Wenn jedoch durch Schleifen oder Polieren die Kanten gebrochen werden, werden darauf Dendritkristalle hervorgerufen. Diese Kristalle selbst brechen oder verursachen das Brechen anderer Gegenstände, mit denen sie zufällig in Berührung kommen, so daß ein sog. Staub erzeugt wird, der z.B. aus Siliciumpartikeln besteht. Es bedarf keiner weiteren Ausführungen zu verstehen, daß derartige Staubpartikel bei der weiteren Herstellung von Halbleiterelementen Anlaß zu Schwierigkeiten geben.

Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, die mit den bisherigen Produktionsvorgängen verbundenen Mangel zu beseitigen, so daß die Aufgabe besteht, Halbleiterplättchen zu schaffen, die eine Verbesserung der Produktionsbedingungen elektronischer Einrichtungen bringen, indem die Bildung von Dendritkristallen auf den gebrochenen oder abgeschrägten Oberflächen der Halbleiterplättchen vermieden

_n wird, wobei weiterhin eine Berührung zwischen Gegenständen wie einem Träger und den abgeschrägten Flächen vermieden wird, wodurch Verunreinigungen wie Staubpartikel aus Si, SiN oder SiO₂ hervorgebracht werden könnten.

Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, 15

ein Verfahren zur Herstellung derartiger Halbleiterplättchen und eine dieses Verfahren ausführende Vorrichtung zu schaffen.

Zur Lösung obiger Aufgabe wird zum einen ein Verfahren •geschaffen, bei dem der Kantenbereich jedes einzelnen Halbleiterplättchens, das von einem Einkristallstab geschnitten worden ist, mechanisch gebrochen oder abgeschrägt wird und daß darüber hinaus die gebrochenen Flächen ein Spiegelfinish erhalten, genauso wie die anderen 25

Flächen des Plättchens, was durch Schwabbeln oder chemisches Polieren geschieht.

Gemäß der Erfindung wird weiterhin ein Halbleiterplättchen geschaffen, das in oben genannter Weise hergestellt 30

worden ist und in seinen Kantenbereichen abgeschrägt und auf Spiegelfinish poliert worden ist.

Schließlich wird mit der Erfindung eine Vorrichtung zum

Herstellen derartiger Halbleiterplättchen geschaffen, die 35

eine Drehvorrichtung aufweist, in der die Halbleiterplättchen zum Rotieren gebracht werden, und eine Polier-

vorrichtung, die in der Nähe der Drehvorrichtung angeordnet ist und ein Poliergewebe für das Spiegelfinish der Kantenbereiche des umlaufenden Halbleiterplättchens aufweist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 in Prinzipdarstellung eine Apparatur für die

Erzeugung von Halbleiterplättchen gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Apparatur;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem

Poliergrad der Oberfläche eines Halbleiterplättchens und die Zahl der dabei entstehenden

Staubpartikel zeigt;

Fig. 4A bis 4F ein schematisiertes Flußdiagramm., das die Schrittfolge eines herkömmlichen Vorgangs bei der Erzeugung von Halbleiterplättchen wie

dergibt;

Fig. 5 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 einer bisher üblichen Kantenabschrägungs- oder Brechvorrichtung?

^und

Fig. 6 eine auf einer Mikrofotografie beruhende Zeichnung zur Erläuterung der auf den gebrochenen Flächen eines Halbleiterplättchens entstandenen Dentritkristalle.

Zunächst soll zum besseren Verständnis eine kurze Be-

Schreibung der Technik anhand der Fig. 4, 5 und 6 vorgenommen werden.
5

Halbleiterplättchen, die für die Herstellung integrierter Schaltungen wie integrierter Schaltungen großen Ausmaßes (LSI) eingesetzt werden, werden üblicherweise in einer Schrittfolge hergestellt, wie sie in der Fig. 4 dargestellt ist. In dieser Schrittfolge wird ein Einkristallstab aus einem Material wie Silicium, der in Fig. 4A angedeutet ist, mit Hilfe eines Diamantschneidwerkzeugs in Scheiben 1A aufgeschnitten, die in der Fig. 4B gezeigt sind. Jede dieser Scheiben TA wird geläppt und so zu einem Plättchen 2 verarbeitet, wie es die Fig. 4C zeigt. Die Kanten der Plättchen 2 werden dann gemäß Darstellung der Fig. 4D gebrochen. Dieses Brechen geschieht auf mechanischem Wege mit einer Apparatur 3, wie sie die Fig. 5 zeigt. Die wesentlichen Teile dieser Apparatur sind ein Kopf 4 aus Metall wie rostfreiem Stahl oder Nickel, in dessen Oberseite eine Vertiefung 5 mit schrägen Seitenflächen angeordnet ist, deren Schrägungswinkel der gewünschten Abschrägung der Oberflächen des Plättchens 2 entspricht, und die Innenfläehe der Vertiefung 5 ist mit Diamantstaub 6 besetzt, der durch eine Nickelplattierung gehalten wird, so daß sich eine .Schleiffläche ergibt, deren Rauhigkeit in der Größenordnung zwischen 50 und 100 mesh liegt; mit einer (nicht gezeigten) Einrichtung wird jedes Plättchen 2 gegenüber der Schleiffläche dann in Drehung versetzt.

Nachdem die Kanten-Abschrägung durchgeführt ist, werden im folgenden Schritt die einander gegenüberliegenden Flächen 2a und 2b und die abgeschrägten Flächen 2c des Plättchens 2 gemäß Fig. 4E einer chemischen Behandlung unterzogen, d.h. durch eine Flüssigkeit geätzt, die eine Mischung aus Salpetersäure und Salzsäure ist, wodurch

Schleifmarken beseitigt und die Oberflächen geglättet werden. In der Stufe 4F werden dann nur die einander gegenüberliegenden Flächen 2a und 2b mit einem Spiegelfinish versehen, woraufhin das Halbleiterplattchen 7 dann dem anschließenden Produktionsvorgang zu einem elektronischen Bauelement zugeführt wird.

TLQ Durch die beschriebene Behandlung nach dem Stand der Technik wird zwar das Absplittern oder Brechen der Kanten der Plättchen während ihrer Herstellung und der weiteren Verarbeitung zu Halbleiterelementen verringert, indem bei diesen Plättchen die Kantenbereiche abge-

^ schrägt werden, was eine Verbesserung für die Herstellungsausbeute und die Güte der Halbleiterbauteile bedeutet. Bei den bisher üblichen Plättchen werden jedoch die abgeschrägten Flächen nach dem Kantenbrechungsvorgang nicht spiegelpoliert, sondern sind lediglich geschliffen

OQ und anschließend chemisch geätzt und dann in diesem Zustand belassen. Es verbleiben also Vertiefungen und Erhebungen oder Unregelmäßigkeiten sowie eine beschliffene Schicht. Wenn diese Plättchen dann dem gewöhnlichen Verarbeitungsprozeß bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen unterworfen werden, z.B. der Bildung eines Oxidfilms und anschließend der Ablagerung von Siliciumnitrid oder Polysilicium, dann bilden sich in manchen Fällen auf den abgeschrägten Flächen Dendritkristalle und Siliciumnitrid o. dgl., wie in Fig. 6 gezeigt.

Während der weiteren Verarbeitungsvorgänge werden diese Dendritkristalle manchmal pulverisiert, wenn sie irgendwo anstoßen, z.b. an einen Träger, an irgendein Bearbeitungswerkzeug oder ein Quarzelement. Außerdem kann

oc ein Teil abbrechen, wenn das das Substrat bildende ob

geätzt wird, und dann feine Partikel ergeben. Diese Partikel haften an der Plättchenoberfläche und geben

Anlaß dazu/ daß die Güte der hergestellten Halbleiterelemente verschlechtert ist. Aber auch dann, wenn keine Dendritkristalle wachsen, können, wenn die abgeschrägten Flächen des Plättchens während der weiteren Verarbeitung an den Träger, ein Werkzeug oder ein Quarzelement anstoßen, Staubpartikel aus Si, SiN oder SiO₂ gebildet werden.

Die mit dieser Staubbildung verbundenen Nachteile sollen mit Hilfe der Erfindung beseitigt werden. Ein Ausführungsbeispiel einer Apparatur "für die Herstellung von erfindungsgemäßen Halbleiterplättchen ist in der Fig. 1 dargestellt. Ein Motor 8 treibt eine Welle 9 an, an deren äußerem Ende eine Plättchenbefestigungsvorrichtung 10 sitzt, von der ein Halbleiterplättchen 2 festgehalten werden kann, dessen Kanten zuvor gebrochen und chemisch geätzt worden sind. Ein Polierkopf 4 ist so positioniert, daß eine darin ausgebildete Vertiefung 12 dem Randbereich 11 des Plättchens 2 gegenübersteht. Ein Schwabbeloder Poliergewebe 13, mit dem ein Spiegelfinish erzeugt werden kann, ist auf der Innenfläche der Vertiefung 12 aufgeklebt.

Das Plättchen 2, das so weit chemisch geätzt oder chemisch poliert worden ist, daß es kaum von seinem Material abgegeben hat, genauer gesagt, nur bis zu etwa 6Ou, hat noch winzige Vertiefungen und Erhöhungen oder Oberflächenunregelmäßigkeiten und eine Schleifschicht auf seinem Randbereich 11. Diese Unregelmäßigkeiten werden beseitigt, wenn der Motor 8 das Plättchen 2 dreht und es dabei das Poliergewebe 13 mit seinem Randbereich 11 berührt, wodurch die abgeschrägte oder gebrochene Fläche 11a des Randbereiches 11 in eine spiegelglatte Oberfläche verwandelt wird.

TO

Ein weiteres Beispiel der erfindungsgemäßen Apparatur, wie es in der Fig. 2 gezeigt ist, erzeugt mit einander gegenüberstehenden und gegenläufig umlaufenden Drehplatten 14, 14 eine drehende Bewegung. Auf den einander gegenüberstehenden Flächen dieser Drehplatten 14,14 sind Poliergewebestücke 15, 15 für ein Spiegelfinish aufgeklebt. Ein Halbleiterplättchen 2, das poliert werden soll, wird zwischen die Poliergewebestücke 15, 15 eingesetzt. Zwischen den beiden Drehplatten 14, 14 befinden sich einander gegenüberstehende Träger 16, 16, an deren gegeneinandergerichteten Enden wiederum Poliergewebestücke 17, 17 befestigt sind, die an den Rändern 11 des abgefasten Halb^eiterplättchens 2 angreifen.

Wenn das Halbleiterplättchen in dieser Weise von den Poliergewebestücken 15, 15 und 17, 17 erfaßt wird, werden die Drehplatten 14, 14 mit unterschiedlichen Drehzahlen in Drehung versetzt, während die Träger 16,16 mit ihren Poliergewebestücken 17, 17 festgehalten werden. Das Plättchen 2 dreht sich dadurch gegenüber sämtlichen Poliergewebestücken, wodurch sowohl seine Hauptflächen als auch die Ränder 11, mit anderen Worten also seine gesamte Oberfläche, in einem einzigen Bearbeitungsvorgang ein Spiegelfinish erhalten.

In Abwandlung des beschriebenen Beispiels ist es auch möglich, die Träger 16, 16 ebenfalls in Umlauf um das Plättchen 2 zu versetzen.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, werden die Kantenbereiche 11 der abgefasten Halbleiterplättchen 2 mechanisch poliert, doch ist auch ein chemisches Polieren möglich. Dies wird durch einen chemischen Ätzvorgang des Kantenbereichs 11 auf eine Tiefe

von 8 μ erreicht, nachdem die Kanten mechanisch zunächst abgefast worden sind. In den Fällen, in denen das Polieren mit Poliergewebestücken vorgenommen wird, wird das chemische Ätzen bei einer Tiefe von 60 μ abgebrochen, während bei rein chemischem Polieren das Ätzen auch noch tiefer durchgeführt wird. Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen erfolgen die beiden Schritte des chemischen Ätzens und des mechanischen Polierens nach der mechanischen Kantenbrechung, während bei dem nur chemischen Polieren ein einziger Arbeitsvorgang durch chemische Ätzung im Anschluß an das Kantenbrechen genügt.

Das Diagramm der Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Poliergrad der Oberfläche eines Halbleiterplättchens und der Anzahl von dabei erzeugten Staubpartikeln. Durch das Oberflächenpolieren eines Halbleiterplättchens wird die Größe der Oberflächenunregelmäßigkeiten verringert. Wenn die Abmessungen der einzelnen Oberflächenunregelmäßigkeiten gemessen werden, stellt man fest, daß bei maximalen Durchmesserabmessungen dieser Unregelmäßigkeiten in der Größenordnung von 5 μ als kritischem Wert die Anzahl der erzeugten Staubpartikel stark schwankt, d.h. mit größer werdendem Durchmesser stark ansteigt. Beim chemischen Ätzen werden die Oberflächenunregelmäßigkeiten auf einen Durchmesser in der Größenordnung von 5 μ gebracht, wenn bis auf 80 μ geätzt wird. Für den Fall des mechanischen Polierens mit Poliergewebe läßt sich abhängig von der Polierdauer eine vergleichbare Steuerung erzielen.

Die Anzahl der hervorgebrachten Staubpartikel bei Qberflächenunregelmäßigkeiten von 5 μ Durchmesser ist 10 pro Halbleiterplättchen, wenn dieses 100 mm Durchmesser hat, wie in Fig. 3 dargestellt. Wird zur Erzeugung eines

Spiegelfinish weiterpoliert, nimmt die Zahl von Staubpartikeln ab. Übersteigt dagegen der Durchmesser der Oberflächenunregelmäßigkeiten 5 μ, so wächst die Zahl von Staubpartikeln stark an. Bei bisher üblichen HaIbleiterplättchen, die keine polierte Oberfläche haben, ist der Durchmesser der Oberflächenunregelmäßigkeiten in der Größenordnung von 15 μ, so daß etwa 90 Staubpartikel je Halbleiterplättchen erzeugt werden.

Man konnte durch Versuche ermitteln, daß Dendritkristalle auf der abgeschrägten Oberfläche eines in der oben beschriebenen Weise spiegelpolierten Halbleiterplättchens nicht entstehen, wenn Siliciumnitrid oder Polysilicium aufgedampft wird.

Aus der vorangehenden Beschreibung wird deutlich, daß bei der Herstellung der Halbleiterplättchen oder eines Halbleiterelementes daraus dessen Kanten nicht absplittern oder brechen, wenn die Halbleiterplättchen gemäß der Erfindung im Bereich ihrer abgefasten Kanten ein Spiegelfinish erhalten haben. Außerdem wird verhindert, daß beim Niederschlagen von Siliciumnitrid oder PoIysilicium Dendritkristalle auf der abgeschrägten oder abgefasten Oberfläche wachsen. Zudem werden keine feinen Partikel von Si, SiN u. dgl. aus Oberflächenunebenheiten in sich anschließenden Fabrikationsvorgängen erzeugt, so daß ein hoher Gütegrad und eine hohe Ausbeute bei

gQ der Produktion von Halbleiterelementen erreicht werden.

Beim Herstellungsvorgang mit einer erfindungsgemäßen Apparatur lassen sich die beschriebenen Halbleiterplättchen von hoher Güte und mit hoher Ausbeute lediglich dadurch erzeugen, daß Poliergewebe auf Teiüe eines Polierkopfes, von Drehplatten und Trägern aufgeklebt werden und daß ein chemischer Ätzvorgang in etwas verstärktem Maß durchgeführt wird.

Claims

TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA KAWASAKI-SHI / JAPAN Halbleiterplättchen sowie Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Herstellung Patentansprüche 15

1.) Durch Querschneiden eines Einkristall-Halbleiterstabes zu dünnen Scheiben gewonnene Halbleiterplättchen, deren Kantenbereiche abgefast sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasenflächen (2c) der Kantenbereiche der Plättchen ein Spiegelfinish haben.

2. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterplättchen, die durch Querschneiden eines Einkristall-Halbleiter-Stabes zu dünnen Scheiben gewonnen werden, an denen die Ränder jeder Scheibe abgefast werden, so daß ein Halbleiterplättchen mit gebrochenen Kanten entsteht, das dann einer Oberflächenbehandlung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Oberfläche des Halbleiterplättchens chemisch bis auf Spiegelfinish poliert wird.

3. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterplättchen, die durch Querschneiden eines Einkristall-Halbleiter-Stabes zu dünnen Scheiben gewonnen werden, an denen die Ränder jeder Scheibe abgefast werden, so daß ein Halbleiterplättchen mit gebrochenen Kanten entsteht,

das dann einer Oberflächenbehandlung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die abgefasten Randbereiehe jedes Plättchens weiter bis auf Spiegelfinish poliert werden.

4. Vorrichtung zum Erzeugen von Halbleiterplättchen mit einer Einrichtung (8, 9, 10), mit der ein Halbleiterplättchen(2) in Drehung versetzbar ist, und mit einer Poliervorrichtung (4, 13), die angrenzend an die Rotiereinrichtung (8, 9, 10) angeordnet ist und ein Poliergewebe (13) für die Spiegelfinishbearbeitung der Ränder des in Drehung versetzten Plättchens (2) trägt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Paar von Drehtellern (14), die einander parallel gegenüberstehen und zwischen sich das Halbleiterplättchen (2) an dessen ebenen Hauptflächen einspannen und die mit Poliergewebestücken (15) auf ihren dem<Halbleiterplättchen (2) zugewandten Oberflächen ausgestattet sind, Antriebsmitteln, um die Drehteller (14) ^ in Drehung zu versetzen, und Träger (16), die jeweils Poliergewebestücke (17) tragen, welche an den zu polierenden abgefasten Kanten (11) des Halbleiterplättchens (2) angreifen und dieses zwischen den Drehtellern (14) halten, wobei die Drehteller die Dreheinrichtung und die Kombination von Drehtellern, Trägern und Stücken aus Poliergewebe die Poliervorrichtung darstellen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drehteller (14) sich zueinander entgegengesetzt drehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Träger (16) um das Halbleiterplättchen (2) 5 umlaufen.