DE3403826A1 - Verfahren zum herstellen von halbleiterscheiben - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen von Halbleiterscheiben
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterscheiben, insbesondere Siliciumscheiben, aus Halbleiterstäben, insbesondere Siliciumstäben, bei dem der Halbleiterstab zunächst auf seiner Mantelfläche mit einer zumindest partiell umlaufenden Kerbe versehen wird.
• Gewöhnlich werden Siliciumstäbe mittels Sägen in Siliciumscheiben zerlegt (vergleiche DE-PS 22 04 491). Dieses Zerlegen der Siliciumstäbe in Siliciumscheiben ist aber aufwendig und nicht zuletzt mit einem gewissen Materialverlust verbunden, so daß schon seit längerem nach anderen Möglichkeiten gesucht wird, mittels denen Siliciumstäbe in Siliciumscheiben zerteilt werden können. So wurde beispielsweise schon daran gedacht, einen stabförmigen Halbleitereinkristall durch selektives Ätzen mit einem anisotropen Ätzmittel in Scheiben zu zerteilen (vergleiche DE-OS 30 29 828). Ein anderes, bereits beschriebenes Verfahren sieht vor, daß ein stabförmiger Halbleiterkristall mit einer von geraden Streifen unterbrochenen Maskierungsschicht versehen, als Anode vorgespannt und in einen fluoridhaltigen Elektrolyten getaucht wird. Die im nichtmaskierten Bereich des Halbleiterkristalls entstehenden Oxidschichten werden dabei mechanisch entformt (vergleiche DE-OS 30 29 792). Schließlich ist es auch noch möglich, einen stabförmigen Halbleiterkörper in Scheiben zu zerteilen, indem zunächst der Halbleiterkörper mit Einkerbungen und/oder Rillen versehen wird, deren Abstand der Scheibendicke entspricht. Anschließend wird der Halbleiterkörper an einer seiner Stirnflächen derart mit Ultraschall beaufschlagt, daß längs der Stabachse stehende Wellen gebildet werden, wobei die Frequenz des einwirkenden Ultraschalls derart eingestellt wird, daß die Schwingungsbäuche im Halbleiterkörper in die Bereiche der Einkerbungen und/oder Rillen zu liegen kommen (vergleiche DE-OS 30 35 076).
• Diese, zum Sägen alternativen Möglichkeiten für das Zerteilen von Siliciumstäben in Siliciumscheiben haben sich bisher in der Praxis nicht durchgesetzt, was letztlich darauf zurückzuführen ist, daß sie hinsichtlich Genauigkeit und Zuverlässigkeit mit dem Sägen nicht konkurrieren können.
• Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Siliciumscheiben aus Siliciumstäben zu schaffen, das in kurzer Zeit wirtschaftlich und mit geringem Abfall durchführbar ist.
• Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kerbe in einer (111)-Ebene des Halbleiterstabes eingebracht wird, und daß der Halbleiterstab anschließend wiederholten Temperaturschock-Behandlungen ausgesetzt wird, bei denen jeweils eine inhomogene Erwärmung bzw. Abkühlung des Halbleiterstabes erfolgt.
• Als Material für den Halbleiterstab ist vorzugsweise Silicium vorgesehen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch beispielsweise auf Germaniumstäbe, Stäbe aus A3B5 -Materialien usw. anwendbar.
• Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also die Kerbe in einer (111)-Ebene des Siliciumstabes eingebracht, was bei der anschließenden Temperaturschock-Behandlung das Zer- teilen in Scheiben wesentlich begünstigt. Bei dieser Temperaturschock-Behandlung entstehen nämlich derart hohe mechanische Spannungen im Siliciumstab, daß die Scheibe in der (111)-Ebene, in der die Kerbe um den Stab umläuft, vom Stab abgetrennt wird.
• In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Temperaturschock-Behandlung der Siliciumstab im Bereich der Kerbe mittels eines Laserstrahls lokal auf geheizt wird.
• Andere Möglichkeiten zur Erwärmung bestehen in einer Beheizung mittels einer Flamme, mittels Plasma oder Hochfrequenz. Dabei kann die Erwärmung beispielsweise zunächst von der Stirnflächenmitte des Stabes aus ausgehen und dann nach außen zur Mantelfläche des Stabes verlaufen. Es ist aber auch möglich, mit der Erwärmung im Bereich der Mantelfläche zu beginnen und diese dann zur Stabmitte hin fortzusetzen. Wichtig ist aber, daß die Erwärmung inhomogen erfolgt, so daß der Absprengvorgang der Scheibe vom Stab durch die großen entstehenden mechanischen Spannungen eingeleitet wird. Es hat sich gezeigt, daß eine Erwärmung auf etwa 200 bis 800 0C ausreichend ist, wenn anschließend der Siliciumstab abrupt abgekühlt wird. Dieses Abkühlen kann durch Eintauchen in Wasser oder ein geeignetes Kühlmittel, wie beispielsweise flüssigen Stickstoff, erfolgen.
• Zweckmäßig ist es auch, wenn gleichzeitig mit der Temperaturschock-Behandlung auch noch Ultraschall auf den Siliciumstab einwirkt oder dieser einem mechanischen Schlag ausgesetzt wird.
• Das Abkühlen des Siliciumstabes kann auch in der Form erfolgen, daß der erwärmte Siliciumstab um seine Längsachse rotiert wird und dabei teilweise in ein Kühlmittel ein- taucht. Auch die umgekehrte Reihenfolge ist möglich: Der Stab wird zuerst stark abgekühlt, beispielsweise mittels flüssigem Stickstoff, und anschließend örtlich erwärmt.
• Es ist auch eine Erwärmung im Kühlbad, beispielsweise durch eingestrahltes gebündeltes Licht möglich.
• Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiden Figuren der Zeichnung näher erläutert, in denen jeweils eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch gezeigt ist.
• In der Figur ist ein Siliciumstab 1 gezeigt, der in Halterungen 2, 3 eingespannt ist. Diese Halterungen 2, 3 sind auf einem Gestell 4 derart angebracht, daß der Siliciumstab 1 in der durch einen Pfeil 5 angedeuteten Weise um seine Längsachse in Rotation versetzt werden kann.
• Der Halbleiterstab 1 ist an seinem unteren Ende mit einer Kerbe 7 versehen, die auf seiner Mantelfläche in einer (111)-Ebene umläuft. Diese Kerbe 7 kann beispielsweise mittels eines Diamanten in die Mantelfläche des Siliciumstabes 1 eingeritzt werden. Es ist aber auch möglich, die Kerbe 7 durch einen Laserstrahl zu erzeugen.
• Die Kerbe 7 markiert eine Soll-Bruchstelle, an der eine Halbleiterscheibe 8 vom Siliciumstab 1 abgesprengt werden soll.
• Dieses Absprengen der Siliciumscheibe 8 in der Kerbe 7 vom Siliciumstab 1 wird durch eine Temperaturschock-Behandlung vorgenommen. Zu dieser Temperaturschock-Behandlung wird der Siliciumstab 1 im Bereich der Kerbe 7 durch einen Laserstrahl lokal erwärmt, der von einer Laserstrahlquelle 6 abgegeben wird. Das lokale Erwärmen kann aber auch durch eine einwirkende Flamme oder durch ein Plasma oder mittels Hochfrequenz erfolgen.
• Der Siliciumstab 1 ist schräg in der Halterung 2, 3 gelagert. Dadurch kann sein unteres Ende teilweise in einen Behälter 9 eintauchen, der mit einem Kühlmittel 10, beispielsweise Wasser oder-flüssiger Stickstoff, gefüllt ist.
• Wenn nun der Siliciumstab 1 in der durch den Pfeil 5 angedeuteten Weise umläuft, unterliegt er einer Temperaturschock-Behandlung: Durch die Laserstrahlquelle 6 wird er im Bereich der Rille 7 zunächst auf 200 bis 800 0C und höchstens bis 900 0C erwärmt. Unmittelbar anschließend taucht der erwärmte Bereich in das Kühlmittel 10 ein, so daß eine abrupte Abkühlung erfolgt. Durch diesen Temperaturschock werden starke mechanische Spannungen erzeugt, die die Halbleiterscheibe 8 in der (111)-Ebene vom Siliciumstab 1 absprengen lassen.
• Von Bedeutung ist, daß die Erwärmung durch die Laserstrahlquelle 6 inhomogen erfolgt. Das heißt, infolge der Rotation des Siliciumstabes 1 ist immer nur ein bestimmter Bereich der Kerbe 7 auf hoher Temperatur, während andere Bereiche durch das Kühlmittel stark abgekühlt sind.
• Selbstverständlich ist es auch zweckmäßig, wenn die Erwärmung auf die Stirnfläche 11 des Siliciumstabes 1 einwirkt. Dies kann beispielsweise mittels einer auf diese Stelle gerichteten Flamme erfolgen.
• Hierfür zeigt Fig. 2 ein Beispiel, in der ein gekühlter Siliciumstab 1 um seine Achse umläuft (vergleiche den Pfeil 5), während über seine Stirnfläche 11 eine Plasmaflamme 12 oder eine Gasflamme oder ein Lichtbogen rasch hin und her bewegt wird, wie dies durch Pfeile 13 angedeutet ist. Die die Plasmaflamme 12 abgebende Einrichtung 15 ist über Kabel 14 an Netz anschließbar.
• 7 Patentansprüche 2 Figuren

Claims (7)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiterscheiben, insbesondere Siliciumscheiben, aus Halbleiterstäben, insbesondere Siliciumstäben, bei dem der Halbleiterstab (1) zunächst auf seiner Mantelfläche mit einer zumindest partiell umlaufenden Kerbe (7) versehen wird, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kerbe (7) in einer (111)-Ebene des Halbleiterstabes (1) eingebracht wird, und daß der Halbleiterstab (1) anschließend wiederholten Temperaturschock-Behandlungen ausgesetzt wird, bei denen jeweils eine inhomogene Erwärmung bzw.

   Abkühlung des Halbleiterstabes (1) erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zur Temperaturschock-Behandlung der Halbleiterstab (1) im Bereich der Kerbe (7) mittels eines Laserstrahls lokal aufgeheizt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Temperaturschock-Behandlung der Halbleiterstab (1) um seine Längsachse rotiert und dabei mit seiner Mantelfläche teilweise in ein Kühlmittel (10) eingetaucht wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Kühlmittel flüssiger Stickstoff oder Wasser verwendet wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kerbe (7) durch einen Diamanten oder durch einen Laserstrahl eingebracht wird.
6. 6, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß gleichzeitig mit der Temperaturschock-Behandlung Ultraschall oder ein mechanischer Schlag auf den Halbleiterstab einwirkt.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Temperaturschock-Behandlungen auf die Stirnfläche (11) des Halbleiterstabes mittels eines Lichtbogens einer Plasmaflamme oder einer Gasflamme zur Einwirkung gebracht werden.