DE3686548T2

DE3686548T2 - Verfahren zur herstellung von scheiben.

Info

Publication number: DE3686548T2
Application number: DE8686114697T
Authority: DE
Inventors: Yuichi Saitou
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1985-10-23
Filing date: 1986-10-23
Publication date: 1993-03-11
Anticipated expiration: 2006-10-24
Also published as: US4756796A; EP0221454B1; JPH0429640B2; JPS6296400A; EP0221454A1; CN86107119A; DE3686548D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines flachen großen Halbleiter-Wafers aus einem Grundmaterial Silizium oder Galliumarsenid.
US-A-23 82 257 beschreibt ein Verfahren zum Schneiden genau orientierter Blankoscheiben zur Verwendung bei der Herstellung von Oszillatoren oder Resonatoren aus Stäben von Quarz oder anderen geeigneten Kristallen o. dgl., welche das Phänomen der Piezoelektrizität zeigen. Das Schneiden der Scheiben wird durchgeführt, um das Einhalten der Orientierung sicherzustellen, wenn Scheiben von groben Dickenabmessungen direkt von den Originalstücken oder Brocken geschnitten werden.
Der Hauptzweck des bekannten Prozesses ist es, die Aufrechterhaltung der Kristallorientierung des Quarzkristalls zu gewährleisten. Diese Orientierung wird beibehalten während der Schneideprozesse.
Wenn eine Seitenfläche geeignet korrigiert worden ist, kann die andere Seitenfläche mit Bezug aufletztere korrigiert werden, indem sie dazu parallel gemacht wird. Die Schnittfläche muß absolut in der gewünschten Orientierungsebene liegen.
US-A-40 354 beschreibt einen Prozeß zum Schneiden von Stäben eines einkristallinen Materials in Wafer durch Schleifen, so daß die Längsstabachse der kristallografischen Orientierungsachse des Stabes entspricht. Der Stab wird in einer Halterung befestigt und so ausgerichtet, daß die gemeinsame Längsachse und kristallografische Orientierungsachse senkrecht zum Sägeblatt steht. Dann wird der Stab unter Beibehaltung der Orientierung der gemeinsamen Achse gedreht und mit einem Innenlochsägeblatt in Kontakt gebracht, solange wie die Säge braucht, um durch den Stab zu schneiden und einen Wafer zu bilden. Der Wafer wird ohne den konventionellen Läppschritt poliert, um so einen Wafer zu bilden, der eine Oberfläche hat, die im wesentlichen flach und parallel ist. Das Material des bekannten Wafers ist ein Einkristallmaterial, wie z. B. Gadoliniumgalliumgarnet (GGG) und Saphir. Dieses Wafer-Material eignet sich dazu, ohne einen Zwischenläppschritt poliert zu werden.
In herkömmlichen Wafer-Herstellungsprozessen aus einem Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium oder Galliumarsenid, wird ein stabförmiges Grundmaterial nacheinander in Scheiben geschnitten, um Wafer herzustellen. Im allgemeinen wird das stabförmige Grundmaterial durch eine Schneidevorrichtung mit einem dünnen ringförmigen Schneideblatt mit einer am inneren Umfang befindlichen Schneidekante geschnitten, wie in der vorher genannten Patentschrift US-A-40 84 354 beschrieben. Im besonderen wird das stabförmige Grundmaterial in das ringförmige Sägeblatt in einer Richtung senkrecht zum ringförmigen Sägeblatt eingeführt. Dann wird das stabförmige Grundmaterial transversal relativ zum ringförmigen Sägeblatt, welches mit hoher Geschwindigkeit um seine Achse rotiert, bewegt, so daß das stabförmige Grundmaterial in Sägekontakt mit den Innenlochsägerand gebracht wird und so zu einer Scheibe, die als Wafer dient, geschnitten wird.
Der Wafer, der so von dem stabförmigen Grundmaterial geschnitten wurde, ist leicht gekrümmt aufgrund der inhärenten Ungenauigkeit des oben erwähnten Schneidegeräts, einer Variation der Befestigungsgenauigkeit des Innenlochsägeblatts und einer Variation des Ausgleichs des Sägewiderstands, welcher durch jeweils gegenüberliegende innere Bestandteile des ringförmigen Sägeblatts entlang seinem inneren Sägerand verursacht wird. Schon lange besteht ein Bedürfnis, solch eine Krümmung zu beseitigen. Der Grad der Krümmung hängt von dem Material ab, aus dem der Wafer gemacht ist, und der Dicke und dem Durchmesser des Wafers. Im allgemeinen ist solch eine Krümmung von der Größenordnung einiger Mikrometer bis zu einigen zehn Mikrometern. Der gekrümmte Wafer, der von dem stabförmigen Grundmaterial geschnitten wurde, besitzt gewölbte gegenüberliegende Seitenflächen.
Selbst wenn man eine der gegenüberliegenden Seitenflächen des gekrümmten Wafers unter Verwendung der anderen Seite als Referenzoberfläche in eine flache Oberfläche verwandeln will, kann das nicht geschehen, da die gegenüberliegenden Seitenflächen gekrümmt sind. Die Krümmung des Wafers, die sich ausbildet, wenn der Wafer vom stabförmigen Grundmaterial mit der Innenlochsäge geschnitten wird, beeinflußt die Dimensionsgenauigkeit des Endprodukts in ungünstiger Weise. Dieses Problem ist insbesondere dort schwerwiegend, wo der Halbleiter-Wafer einen relativ großen Durchmesser mit einem dicht gepackten Schaltkreis darauf zur Schaffung eines integrierten Schaltkreises aufweist. So bildet die Krümmung des Wafers ein Hindernis für hochintegrierte Schaltkreise.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines flachen großen Halbleiter-Wafers aus einem Grundmaterial aus Silizium oder Galliumarsenid zu schaffen, dessen Krümmung auf ein Minimum reduziert ist, um die Ebenheit des Wafers beträchtlich zu verbessern.
Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung des Wafers, das die folgenden Schritte umfaßt:
a) Bearbeiten einer Endfläche des Stabes zur Bildung einer ersten flachen Oberfläche mit einer vorgesehenen Rauhigkeit nicht größer als 0,2 um und einer vorgesehenen Ebenheit von nicht mehr als ± 1,0 um
b) Schneiden durch den durch besagte flache Oberfläche definierten Endbereich des Grundmaterials, transversal mit einer Schneidevorrichtung, um eine Scheibe mit großem Durchmesser zu schaffen, mit einer bestimmten Dicke, welche gegenüberliegende Seitenflächen hat, welche jeweils definiert sind durch die erste flache Oberfläche und eine vom Schneidevorgang herrührende Schnittfläche,
c) Bearbeiten der Schnittfläche der Scheibe zur Bildung einer zweiten flachen Oberfläche parallel zu der ersten flachen Oberfläche unter Verwendung der ersten flachen Oberfläche als Referenzfläche, und
d) chemisches Ätzen beider Oberflächen des Halbleiter-Wafers zur Verbesserung der Ebenheit und folglich Verbesserung der Krümmung des Halbleiter-Wafers auf einen Wert von nicht mehr als 3 um.
Die obige Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch die Merkmale a) bis d) des Anspruches 7.
Weitere Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 2 bis 6 enthalten.
Es wird ein Barren oder Grundmaterial aus z. B. einem Siliziumeinkristall in Form eines Stabes mit kreisförmigen Querschnitt hergestellt und eine Endfläche dieses stabförmigen Barrens in eine flache Oberfläche hoher Genauigkeit durch Polieren, Schleifen oder Schneiden bearbeitet. Dann wird das stabförmige Grundmaterial mit einer Schneidevorrichtung des Innenlochsägetyps mit dünnem Schneideblatt geschnitten. Insbesondere wird das stabförmige Grundmaterial in das ringförmige Sägeblatt in einer Richtung senkrecht zum Sägeblatt eingeführt und wird dann senkrecht relativ zum Sägeblatt bewegt, welches sehr schnell um seine Achse rotiert, so daß das stabförmige Grundmaterial in Schneidekontakt mit dem inneren Schneiderand gebracht und transversal geschnitten wird zur Herstellung einer Scheibe bestimmter Dicke, um einen Wafer zu bilden. Die Scheibe hat gegenüberliegende Seitenflächen, die jeweils definiert sind durch die obige geebnete Oberfläche und eine Schnittfläche, die dem Schneiden mit der Innenlochsäge ausgesetzt ist. Die Schnittfläche der Scheibe ist nicht eben, sondern aus oben erwähnten Gründen gekrümmt. Die Schnittfläche der Scheibe wird dann dem Ebnen, wie Polieren, Schleifen oder Schneiden, ausgesetzt unter Verwendung obiger geebneter Oberfläche als Referenzoberfläche. Die gegenüberliegenden flachen Seitenflachen des Wafers sind parallel. Das Ebnen der Schnittfläche wird z. B. so ausgeführt, daß die Scheibe auf einen Vakuumaufnehmer montiert wird, der die Scheibe gegen Verrücken durch Ansaugen festhält, und dann die Schnittfläche mit einem Diamantwerkzeug in eine flache Oberfläche bearbeitet wird. So kann, da eine flache Seitenfläche der Scheibe als Referenzoberfläche zur Bewirkung des Ebnens der anderen Seitenfläche der Scheibe benutzt wird, die andere Seitenfläche der Scheibe sehr eben gemacht werden. Auf diese Art und Weise hat der Wafer im wesentlichen keine Krümmung und daher werden im wesentlichen keine gekrümmten Seitenflächen erhalten. Jedoch in dem Fall, daß der so erhaltene Wafer eine leichte Krümmung entweder aufgrund eines Unterschiedes in der Stärke des Ebnungsprozesses zwischen gegenüberliegenden Seitenflächen der Scheibe oder eines Unterschiedes in der Größe der Spannung zwischen den gegenüberliegenden Seitenflächen, die sich während des Ebnungsprozesses einstellt, hat, kann eine leichte Krümmung entfernt werden durch ein Entspannungstempern oder chemisches Ätzen, wodurch die Ebenheit der gegenüberliegenden Seitenflächen des Wafers verbessert wird.
Zur Ausführung obiger Verfahrensschritte zum Erhalten eines Wafers mit gegenüberliegenden ebenen Seitenflächen kann die Schneidevorrichtung des beschriebenen Innenlochsägetyps, die zum Oberflächenschneiden geeignet ist, eine Oberflächenschleif- oder Oberflächenpoliermaschine hintereinander angeordnet haben, mit einer Oberflächenschneide- und Oberflächenschleif- oder Oberflächenpoliermaschine, und so eine Prozeßlinie bilden. Außerdem können ein oder mehr Reinigungs- oder Spülschritte entlang der Prozeßlinie angeordnet sein zur Entfernung von Teilchen oder Sägespänen vom Grundmaterial und der Scheibe, wobei einer oder mehrere Trockenschritte entlang der Prozeßlinie angeordnet sein können.
Die Erfindung wird nun anhand folgenden Beispiels erläutert:
Es wurde ein Barren von einkristallinem Silizium in Form eines Stabes kreisförmigen Querschnitts mit einem Durchmesser von 150 mm hergestellt. Eine Endfläche des stabförmigen Barrens wurde mit einem Diamantschneider in eine ebene Oberfläche mit einer Oberflächenrauhigkeit von 0,2 um und einer Ebenheit von ± 1 um geschliffen. Dann wurde der stabförmige Barren transversal an einem seiner Enden mit einer Schneidevorrichtung durchgeschnitten, um eine Scheibe einer Dicke von 0,785 mm mit gegenüberliegenden Seitenflächen zu erzeugen, welche jeweils durch die ebene geschliffene Oberfläche und eine dem Schneiden ausgesetzte Oberfläche definiert sind, wobei die Schneidevorrichtung ein ringförmiges Schneideblatt mit einer am inneren Umfang befindlichen Schneidekante aufweist mit einem Durchmesser von 235 mm und einer Dicke von 0,29 mm, wobei sich das Schneideblatt um seine eigene Achse dreht, um den Barren mit einer Rate von 60 mm/min zu schneiden. Dann wurde die Scheibe auf einen Vakuumaufnehmer mit einem rauhen Aluminiumkörper angebracht und befestigt, wobei die glatte Anfangsoberfläche gegen eine flache Befestigungsfläche des porösen Körpers durch Ansaugen gehalten wurde. Dann wurde die Schnittfläche der Scheibe mit einem Diamantwerkzeug in eine ebene Oberfläche verwandelt, wobei ein Wafer mit zwei gegenüberliegenden flachen Seitenflächen erzeugt wurde. Weil die Anfangsoberfläche der Scheibe gegen die ebene Befestigungsoberfläche des porösen Körpers des Vakuumaufnehmers gehalten wurde, diente die Anfangsoberfläche als Referenzoberfläche zum Ebnen der Schnittfläche der Scheibe. Hierauf wurden beide gegenüberliegenden flachen Seitenflächen des so erhaltenen Wafers um 5 um chemisch geätzt, wobei ein Säuregemisch, bestehend aus Flußsäure, Salpetersäure und Essigsäure, benutzt wurde, so daß insgesamt 10 um abgeätzt wurden. Dann wurde der so geätzte Wafer mit reinem Wasser gespült und hierauf getrocknet. Hierauf wurde die Krümmung des so erhaltenen Wafers gemessen. Die Krümmung des Wafers betrug nicht mehr als 3 um.
Zu Vergleichszwecken wurden 500 Vergleichswafer erstellt. Jeder Vergleichswafer wurde hergestellt, indem ein Barren gleichen Materials mit gleichen Durchmesser wie obiger Barren durch die gleiche Schneidevorrichtung geschnitten wurde, um eine Scheibe gleicher Dicke wie obige Scheibe herzustellen, und indem dann die gegenüberliegenden Seiten der Scheibe, die geschnitten worden waren, mit einer Läppmaschine poliert wurden, um die Dicke der Scheibe um 40 um zu reduzieren, und indem dann die gegenüberliegenden Oberflächen der Scheibe mit der oben erwähnten Ätzmischung geätzt wurden, um die Dicke der Scheibe um 10 um zu reduzieren. 500 so hergestellte Vergleichswafer wurden auf ihre Krümmung vermessen. Die maximale Krümmung war 17 um, während die minimale Krümmung 6 um war, und die mittlere Krümmung war 9 um. Aus der obigen Beschreibung wird klar, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verbiegung des Wafers extrem klein gehalten wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines flachen großen Halbleiter-Wafers aus einem Grundmaterial von Silizium oder Galliumarsenid, umfassend die folgenden Schritte:

a) Bearbeiten einer Endfläche des Grundmaterials zur Bildung einer ersten flachen Oberfläche mit einer vorgegebenen Rauhigkeit nicht größer als 0,2 um, und einer vorgegebenen Ebenheit von nicht mehr als 1,0 um,

b) Schneiden durch den durch besagte flache Oberfläche definierten Endabschnitt des Grundmaterials transversal mit einer Schneidevorrichtung, zur Erzeugung einer Scheibe großen Durchmessers, mit einer bestimmten Dicke, welche gegenüberliegende Seitenflächen aufweist, die jeweils durch die erste flache Oberfläche und eine von dem Schnitt herrührende Schnittfläche definiert sind,

c) Bearbeiten der Schnittfläche der Scheibe, zur Bildung einer zweiten flachen Oberfläche parallel zur ersten flachen Oberfläche unter Verwendung der ersten flachen Oberfläche als Referenzoberfläche, und

d) chemisches Ätzen beider Oberflächen des Halbleiter-Wafers zur Verbesserung von Ebenheit und folglich Verbesserung der Krümmung des Halbleiter-Wafers auf einen Wert von nicht mehr als 3 um.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt b) mit einer kreisförmigen Schneideblattsäge durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe zur Durchführung von Schritt c) auf einem Vakuumaufnehmer angebracht und befestigt wird, wobei die erste flache Oberfläche durch Ansaugen gegen eine flache Befestigungsoberfläche des Vakuumaufnehmers gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittfläche in Schritt c) mit einem Diamantwerkzeug zur Bildung der zweiten flachen Oberfläche geschliffen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wafer nach Schritt d) mit reinem Wasser gespült und getrocknet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil von 5 um der Dicke jeweils von der ersten und zweiten flachen Oberfläche durch chemisches Ätzen in Schritt d) entfernt wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines flachen großen Halbleiter-Wafers aus einem Grundmaterial von Silizium oder Galliumarsenid, umfassend die folgende Schritte:

a) Bearbeiten einer Endfläche des Grundmaterials zur Bildung einer ersten flachen Oberfläche mit einer vorgegebenen Rauhigkeit von nicht mehr als 0,2 um und einer vorgegebenen Ebenheit von nicht mehr als ± 1,0 um,

b) Schneiden durch den durch die erste flache Oberfläche definierten Endabschnitt des Grundmaterials transversal mit einer Schneidevorrichtung zur Bildung einer Scheibe großen Durchmessers, mit vorgegebener Dicke, welche gegenüberliegende Seitenflächen aufweist, die jeweils durch die erste flache Oberfläche und eine von dem Schnitt herrührende Schnittfläche definiert sind,

c) Bearbeitung der Schnittfläche der Scheibe zur Bildung einer zweiten flachen Oberfläche parallel zur ersten flachen Oberfläche unter Verwendung der ersten flachen Oberfläche als Referenzoberfläche, und

d) Entspannungstempern der ersten und zweiten flachen Oberfläche des Halbleiter-Wafers, zur Verbesserung der Ebenheit und folglich Verbesserung der Krümmung des Halbleiter-Wafers.