DE3887477T2 - Verfahren zur Obenflächenbehandlung eines Halbleiterplättchens. - Google Patents
Verfahren zur Obenflächenbehandlung eines Halbleiterplättchens.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Oberflächenbehandlungsverfahren für Halbieiterscheiben bzw. -wafer und insbesondere ein Oberflächenbehandlungsverfahren für Halbleiterscheiben bzw. wafer, bei dem eine Waferoberfläche zur Getterung von Verunreinigungen mechanisch beschädigt werden kann.
- Im Zuge der Entwicklung von Mikrostrukturen bei Halbleiterelementen ist es wichtig, den Einfluß verschiedenartiger Verunreinigungen bei den Elementherstellungsprozessen zu verringern. So verkürzt z.B. die Verunreinigung mit Schwermetallen, wie Cu oder Fe, die Lebensdauer von Minoritätsträgern, wodurch sich die Kennwerte eines Transistors ändern oder eine Kriechstrom zunimmt. Außerdem werden aufgrund von Verunreinigung mit Natrium (Na) mobile Ionen in einem Oxidfilm erzeugt wodurch die Betriebsstabilität des Elements beeinträchtigt wird.
- Die sog. Getterung ist als ein derartiges Verfahren zur Beseitigung von im Fertigungsprozeß entstehender Verunreinigung eines Halbleitersubstrats gut bekannt. Diese Getterung umfaßt Oxidation von Salzsäure, Phosphor-Gettering und dergl., welche während des Fertigungsprozesses durchgeführt werden. Bei einer anderen Technik hat ein als Ausgangsmaterial dienendes Siliziumwafer eine Getterung-Fähigkeit. Des weiteren enthält die Getterung eines Substrats Eigengetterung, welche sich die Sauerstoffausscheidung im Substrat zunutze macht, Rückseitenbeschädigung (im folgenden als BSD für "Back Side Damage" bezeichnet), bei der die rückseitige Oberfläche des Wafers (eine gegenüberliegende Seite zu einer Hauptoberfläche, auf der in späteren Stufen Halbleiterelemente ausgeformt werden) mechanisch beschädigt oder verworfen werden und dergl.
- Sandstrahlen ist als ein herkömmliches Verfahren zur Bildung des obigen BSD bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine durch Dispersion feiner Kieselerdepartikel erhaltene Lösung auf die rückseitige Oberfläche des Siliziumwafers gesprüht, um eine mechanische Beschädigung herbeizuführen. Obwohl dieses Verfahren zur Erzeugung der mechanischen Beschädigung wirksam ist, kann es die in der Fertigung des Halbleiterelements geforderte hohe Reinheit nicht erbringen. Zur näheren Erläuterung: die durch Dispersion feiner Kieselerdepartikel gewonnene Lösung enthält sehr kleine Mengen metallischer Verunreinigungen, wie z.B. Fe, Cr, Ni und Cu. Bei der Oberflächenanalyse unter Verwendung eines Ionenmikroanalysators stellte man häufig fest, daß diese Verunreinigungen fest mit dem Wafermaterial verhaftet sind und auf diesem nach der Behandlung als Oberflächenverunreinigung verbleiben. Außerdem ist die rückseitige Oberfläche des Wafers eine aufgerauhte Oberfläche, in der dreidimensionale Mikrostrukturen vorhanden sind. Wird jedoch eine Kieselerde enthaltende Lösung auf diese unebene Oberfläche gesprüht, so füllen die feinen Kieselerdepartikel die vertieften Strukturen in der rückseitigen Oberfläche des Wafers. Aus diesem Grund werden bei den Fertigungsprozessen der Halbleiterelemente in unerwünschter Weise Prozeßfehler wie im Fall der Oberflächenverunreinigung aufgrund metallischer Verunreinigungen verursacht.
- Herkömmliche Behandlungsverfahren des Halbleiterwafers werden in einem Reinraum ausgeführt, um Sauberkeit zu gewährleisten. Beim Sandstrahl-Behandlungsverfahren werden jedoch feine Partikel der Kieselerdelösung unter hohem Druck versprüht. Aus diesem Grund kann die Sauberkeit der Arbeitsumgebung kaum aufrechterhalten werden.
- Wie oben beschrieben, bringt die Ausbildung von BSD mittels des herkömmlichen Sandstrahlens eine unerwünscht niedrige Sauberkeit mit sich.
- Die zum Stand der Technik gehörigen Veröffentlichungen "Patent Abstracts of Japan", Bd. 5, Nr. 121 (E-86) [793] , vom 5. August 1981 und JP-A-5 660 022 beschreiben ein Behandlungsverfahren für Halbleiterwafer, bei dem ein Wafer mit der Rückseite nach außen auf eine Waferträgerscheibe geklebt und in eine scheuernde Lösung in einem mit Schleifmittel gefüllten Behälter getaucht wird. Vibrationen werden mittels eines Ultraschallschwingungsgenerator erzeugt, und auf der Rückseite des Wafers wird unter hervorragender Wiederholgenauigkeit eine beschädigte Schicht gebildet. Da hiermit eine gleichmäßig verworfene Rückseitenschicht gebildet wird, kann eine große Wafermenge mit verbessertem Getterungseffekt gleichzeitig hergestellt werden.
- Des weiteren beschreiben die zum Stand der Technik gehörigen Veröffentlichungen "Patent Abstracts of Japan", Bd. 9, Nr. 240 (E-245) [1963], vom 26. September 1985 und JP-A-6 091 648 ein Behandlungsverfahren für Halbleiterwafer, bei dem ein Halbleiterwafer, dessen hochglanzgeschliffene Oberfläche nach unten weist, in Wasser mit Schleifpartikeln getaucht und Überschallschwingungen ausgesetzt wird. Das Wafer wird senkrecht durch eine Position bewegt, an der eine stehende Welle hoher Energie erzeugt wird, um mechanische Beschädigung hervorzurufen. Nach der vorgeschriebenen Beschädigung des Wafers wird anhaftendes Schleifmaterial vom Wafer abgewaschen. Danach wird das Wafer in einer Lösung aus NH&sub4;OH + H&sub2;O&sub2; + H&sub2;O, gefolgt von reinem Wasser, gereinigt, dann läßt man es trocknen. Nach diesem Verfahren kann mit dem Wasser eine vorteilhafte Getterungsbehandlung durchgeführt werden, und das Ausmaß mechanischer Beschädigung durch das Wasser läßt sich leicht steuern, indem man die Art des zu verwendenden Schleifmaterials und den Durchmesser der Schleifpartikel ändert, und indem die auf das Wafer einwirkende Überschallenergie reguliert wird.
- Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Halbleitersubstrats bereitzustellen, mit dem sich eine saubere mechanische Beschädigung auf einer rückseitigen Oberfläche des Substrats erzielen läßt.
- Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bereit.
- Bei einem solchen Verfahren wird die Oberfläche (rückseitige Oberfläche) des Halbleiterwafers mit sich in reinem Wasser ausbreitenden Ultraschallwellen bestrahlt, so daß sich auf der Oberfläche mechanische Beschädigung einstellen kann. Diese Beschädigung dient als eine Rückseitenbeschädigung. Darüber hinaus kommt nur reines Wasser mit dem Substrat in Kontakt, und Verunreinigungen wie Schwermetalle oder Na bleiben nach der Behandlung nicht als Oberflächenverunreinigung auf dem Wafermaterial haften, wie dies beim herkömmlichen Verfahren der Fall ist.
- Deshalb wird ein Oberflächenbehandlungsverfahren für ein Halbleitersubstrat bereitgestellt, mit dem eine saubere mechanische Beschädigung der rückseitigen Oberfläche des Wafers erzielt werden kann.
- Diese Erfindung wird in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert; es zeigen:
- Fig. 1 eine Vorderansicht zur Erläuterung eines Aufbaus eines Behandlungsgeräts, wie es zur Durchführung des erfindungsgemäßen Behandlungsverfahrens verwendet wird; und
- Fig. 2 eine Seitenansicht des in der Fig. 1 dargestellten Behandlungsgeräts.
- Die Fig. 1 ist eine Vorderansicht, welche einen Aufbau eines Behandlungsgeräts, wie es zur Durchführung des erfindungsgemäßen Behandlungsverfahrens verwendet wird, zeigt und die Fig. 2 ist eine Seitenansicht davon. Um jedoch einen Zustand in einem Behandlungsbad 10 zu verdeutlichen, ist dieses Behandlungsbad 10 in den Fig. 1 und 2 im Schnitt dargestellt, so daß sein innerer Aufbau ersichtlich ist. Das Behandlungsbad 10 ist mit einer Behandlungslösung gefüllt, z.B. ultrareinem Wasser 11 oder reinem Wasser. Ein Ultraschallgenerator 12, welcher aus einem Ultraschallwellenoszillator und einer Ultraschallwellenmembran besteht, ist im unteren Abschnitt des Behandlungsbades 10 angeordnet. Die von diesem Ultraschallgenerator 12 erzeugten Ultraschallwellen breiten sich in ultrareinem Wasser 11 des Behandlungsbades 12 aus. Ein Waferträger 14 mit einer senkrecht angeordneten Vielzahl von Siliziumscheiben bzw. -wafern l3, deren Oberflächen hochglanzpoliert sind, wird in das Behandlungsbad 10 getaucht. Zwischen benachbarten Wafern 13 sind im Waferträger 14 jeweils Trennplatten 14 angeordnet.
- Ein Gasversorgungsrohr 16 zur Zuführung eines Gases, wie z.B. Luft oder Stickstoff, ist im unteren Abschnitt des Behandlungsbades 10 angeordnet. Ein Sprühdüse 17 ist in der Mitte in Längsrichtung des Gasversorgungsrohres 16 angeordnet, so daß sie gegenüber einer Hauptoberfläche (einer Oberfläche, auf welcher in den nachfolgenden Schritten Halbleiterelemente ausgeformt werden) jedes Siliziumwafers 13 im Waferträger 14 zu liegen kommt. Das Gas wird aus der entsprechenden Düse 17 auf die Frontfläche jedes Substrats 13 gesprüht. Ein Gasfilter 18 ist in der Mitte in Längsrichtung des Gasversorgungsrohres 16 außerhalb des Behandlungsbades 10 angeordnete um feine im zugeführten Gas enthaltene Partikel zurückzuhalten.
- Wie in der Fig. 2 dargestellt, sind zwei jeweils in der durch Pfeile 100 angegebenen Richtung rotierende Wellen 19 so angeordnet, daß sie mit der Außenfläche jedes Siliziumwafers 13 im Waferträger 14 in Berührung stehen. Durch die Rotation der rotierenden Wellen 19 werden die Wafer 13 in der durch Pfeile 101 in der Fig. 2 angezeigten Richtung in Drehung versetzt.
- Bei dem Behandlungsgerät mit dem obenbeschriebenen Aufbau ist das Behandlungsbad 10 mit ultrareinem Wasser 11 gefüllt, in welches der eine Vielzahl von Siliziumscheiben enthaltende Waferträger 14 getaucht wird. Der Ultraschallgenerator 12 wird zur Erzeugung von Ultraschallwellen aktiviert. Außerdem wird das vorgeschriebene Gas in das Gasversorgungsrohr 16 zur Behandlungsdurchführung eingeleitet. Durch die sich im ultrareinen Wasser ausbreitenden Ultraschallwellen wird deshalb auf der rückseitigen Oberfläche jedes Siliziumwafers 13 im Waferträger 14 eine dreidimensionale Beschädigung oder Verwerfung hervorgerufen. In diesem Fall ist die Ultraschallleistung innerhalb des Bereichs von 50 W bis 500 W eingestellt. Die Frequenz ist innerhalb des Bereichs von 10 kHz bis 100 kHz eingestellt. Ist die Frequenz nicht innerhalb des obigen Bereichs eingestellt, tendieren die Wafer dazu, nicht beschädigt zu werden. Beträgt weiterhin die Leistung 500 W oder mehr, nimmt die Beschädigung zu, so daß ein großer Kratzer auf der Waferoberfläche verbleibt.
- Andererseits entstehen durch Sprühen das Gases aus den Düsen 17 Blasen auf den Hauptoberflächen der Siliziumwafer 13. Diese Blasen bewirken, daß die Ultraschallwellen auf den Hauptoberflächenseiten des Wafers verschwinden. Die Trennplatten 15 sind jeweils zwischen benachbarten Wafern 13 angeordnet, sn daß sich die Ultraschallwellen nicht von einem benachbarten Abschnitt ausbreiten können. Aus diesem Grund bilden sich auf der Hauptoberfläche jedes Wafers 13 keine mechanischen Beschädigungen. Da die Wafer 13 durch die beiden rotierenden Wellen 19 gedreht werden, erfolgen die Ausbildung der mechanischen Schäden auf der rückseitigen Oberfläche und die stufenweise Abdeckung der Hauptoberfläche der Wafer 13 durch Blasen gleichmäßig.
- Die Erfinder veranlaßten die Ausbreitung von Ultraschallwellen mit 38 kHz in ultrareinem Wasser, wobei das obige Behandlungsgerät für eine 15minütige Behandlung verwendet wurde. Als Ergebnis wird die Ausbildung mechanischer Schäden von etwa 1 x 10&sup5; (Atome/cm²) auf der rückseitigen Oberfläche jedes Siliziumwafers 13 bestätigt. Da ultrareines Wasser verwendet wird, beträgt die Anzahl auf der rückseitigen Oberfläche haftender feiner Verunreinigungspartikel pro Wafer mit einem Durchmesser von 12,7 cm (5 Zoll) fünf Stück oder weniger. Die metallische Verunreinigung durch Cu, Fe, Ni, Al oder dergl. beträgt 2 x 10¹&sup0; (Atome/cm²) oder weniger. Eine anschließende Analyse ergab, daß die Wafer 13 extrem sauber sind.
- Somit werden durch das obige Behandlungsverfahren die sich in ultrareinem Wasser ausbreitenden Ultraschallwellen veranlaßt sich entlang der rückseitigen Oberfläche des Halbleiterwafers auszubreiten, so daß sich mechanische Beschädigungen bilden. Deshalb kann die Reinheit mit diesem Verfahren gegenüber der Ausbildung mechanischer Schäden mittels herkömmlichem Sandstrahlen erheblich verbessert werden.
Claims (6)
1. Verfahren zur Behandlung der rückseitigen Oberfläche von
Halbleiterscheiben bzw. -wafern zur Ausbildung
mechanischer Schäden auf dieser rückseitigen Oberfläche zum
Zwecke der Getterung, bei dem Ultraschallwellen
veranlaßt werden, sich entlang der rückseitigen Oberfläche
der Halbleiterwafer (13) in einer Benandlungslösung (11)
auszubreiten, um die mechanischen Schäden auf der
rückseitigen Oberfläche der Halbleiterwafer (13)
hervorzurufen, und bei dem die Behandlungslösung (11) reines
Wasser ist,
wobei der Schritt zur Ausbildung der mechanischen
Schäden folgendes umfaßt:
- senkrechte Anordnung der Halbleiterwafer (13) in einem
mit der Behandlungslösung (11) gefüllten Behandlungsbad
(10),
- Anordnung eines Ultraschallgenerators (12) in einem
unteren Abschnitt dieses Behandlungsbades (10) zur
Veranlassung der Ultraschallwellen mit einer Leistung im
Bereich von 50 W bis 500 W und einer Frequenz im Bereich
von 10 kHz bis 100 kHz sich in der Behandlungslösung
(11) auszubreiten, wodurch sie mechanische Schäden auf
der rückseitigen Oberfläche jedes der Halbleiterwafer
(13) hervorrufen, und
- Sprühen von Gas aus dem unteren Abschnitt zur Erzeugung
von Blasen in der Behandlungslösung (11) auf der
Hauptoberfläche der Halbleiterwafer (13, um dadurch die
Entstehung mechanischer Schäden auf der Hauptoberfläche
jedes der Halbleiterwafer (13) zu verhindern.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Behandlungslösung (11) aus einer Gruppe gewählt
wird, die reines Wasser und ultrareines Wasser umfaßt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gas zugeführt wird, nachdem feine Partikel
in einem Gasfilter (18) zurückgehalten sind.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gas aus einer Gruppe gewählt wird, die Luft und
Stickstoff umfaßt.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß Trennwände (15) zwischen dein Halbleiterwafern
(13) angeordnet sind.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Halbleiterwafer (13) gedreht werden (siehe
100) , wenn die mechanischen Schäden ausgebildet werden.
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