EP2471088A1 - Verfahren zur herstellung einer halbleiterscheibe - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer halbleiterscheibe

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Publication number
EP2471088A1
EP2471088A1 EP10743044A EP10743044A EP2471088A1 EP 2471088 A1 EP2471088 A1 EP 2471088A1 EP 10743044 A EP10743044 A EP 10743044A EP 10743044 A EP10743044 A EP 10743044A EP 2471088 A1 EP2471088 A1 EP 2471088A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polishing
semiconductor wafer
abrasive
edge
polishing cloth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10743044A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Schwandner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siltronic AG
Original Assignee
Siltronic AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siltronic AG filed Critical Siltronic AG
Publication of EP2471088A1 publication Critical patent/EP2471088A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02024—Mirror polishing

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a semiconductor wafer.
  • semiconductor wafers are in a plurality of successive process steps
  • the production of a semiconductor single crystal is usually carried out by pulling a single crystal from a melt (CZ or "Czochralski” method) or by recrystallization of a rod made of polycrystalline semiconductor material (FZ or "floating zone” method).
  • the mechanical processing serves to remove seeding, remove the surface layers that are damaged by the rougher sawing processes or are contaminated by the saw wire, and above all, the global leveling of the semiconductor wafers.
  • surface loops single-sided, double-sided
  • lapping known, as well as mechanical
  • the semiconductor wafer is held on the back on a base ("chuck") and on the front by a cup grinding disk with rotation of the base and
  • the grinding wheel is positioned so that the center of rotation of the semiconductor wafer passes into a working region or the edge region of the grinding wheel formed by teeth. This can, the entire surface of the
  • the semiconductor wafers are moved under a certain pressure while supplying a slurry containing abrasive materials between an upper and a lower working disk, which are usually made of steel and are usually provided with channels for better distribution of the lapping agent, whereby semiconductor material is removed.
  • DE 103 44 602 A1 and DE 10 2006 032 455 A1 disclose methods for simultaneous simultaneous grinding of both sides of a plurality of semiconductor wafers with a movement sequence similar to that of lapping, but characterized in that abrasive is used which is fixed in working layers ("films").
  • Working disks are glued, for example, described in US 6,007,407 A and US 6,599,177 B2. During processing, the semiconductor wafers are in thin guide cages, so-called.
  • Carrier discs inserted, the corresponding openings for
  • the LauferScheiben have an external toothing, which engages in a rolling device of the inner and outer ring gear and are moved by means of this, in the formed between the upper and lower working disk, working gap.
  • the edge of the semiconductor wafer including any mechanical markings such as a
  • Orientation notch ("notch") is usually also processed (edge rounding, "edge-notch-grinding”). To do this
  • edge rounding methods are necessary because the edge is particularly susceptible to breakage in the unprocessed state and the semiconductor wafer can already be damaged by slight pressure and / or temperature stresses in the edge region.
  • the ground and treated with an etching medium edge of the disc is usually polished.
  • the edge of a centrally rotating semiconductor wafer is pressed with a certain force (contact pressure) against a centrally rotating polishing drum.
  • Aluminum alloy is composed and with a polishing cloth
  • the semiconductor wafer is usually fixed on a flat disk holder, a so-called chuck.
  • the edge of the semiconductor wafer protrudes beyond the chuck so that it is freely accessible to the polishing drum.
  • the group of chemical processing steps includes
  • the group of chemo-mechanical processing steps includes polishing steps with which the surface is smoothed by partial chemical reaction and partial mechanical removal of material (abrasion) and residual damage to the surface is removed. While the single-sided polishing processes generally lead to poorer plane parallelism, double-sided polishing processes produce semiconductor wafers with improved flatness.
  • semiconductor wafers through removal polishing.
  • semiconductor wafers "single-side polishing", SSP) are held back on a carrier plate with putty, by vacuum or by adhesion
  • Double-side polishing semiconductor wafers are loosely inserted into a thin toothed disc and polished simultaneously "free floating" between an upper and a lower, with a polishing cloth occupied polishing plate front and back.
  • the front sides of the semiconductor wafers are often polished without haze, for example with a soft polishing cloth with the aid of an alkaline polishing sol.
  • this step is often called CMP polishing ("chemo-mechanical polishing").
  • FAP Fixed Abrasive Polishing
  • a polishing step using such a FAP polishing cloth is hereinafter referred to as FAP step for short / 55491 A1 describes a two-stage polishing process, with a first FAP polishing step and a subsequent second CMP polishing step In CMP, the polishing cloth does not contain a bonded abrasive Abrasive is here as in a DSP step in the form of a suspension between the silicon wafer and the Such a two-stage polishing method is used in particular to eliminate scratches that the FAP step has left on the polished surface of the substrate.
  • German patent application DE 102 007 035 266 A1 describes a method for polishing a substrate made of silicon material comprising two polishing steps of the FAP type, which characterized in that in a polishing step a
  • Solid is brought between the substrate and the polishing cloth, while in the second polishing step in place of the polishing agent suspension occurs a polishing agent solution which is free of solids.
  • semiconductor wafers are made with an epitaxial
  • epitaxially coated or epitaxially coated semiconductor wafers have certain advantages over semiconductor wafers made of homogeneous material, for example the prevention of a
  • Crystal-originated particles and the absence of a significant oxygen content, whereby a short circuit risk can be excluded by oxygen precipitates in device-relevant areas.
  • wet etching can be replaced by a plasma etching.
  • DSP polished semiconductor wafers obtainable by this process have unsatisfactory edge geometry due to the use of wet chemical treatments as well as plasma assisted chemical etching (PACE). At best, semiconductor wafers are acceptable
  • the nanotopology is adversely affected by etching.
  • an increased material removal is necessary with DSP, which in turn negatively affects the geometry in the edge region
  • the object of the invention is achieved by a method for producing a semiconductor wafer, comprising in the
  • a semiconductor wafer is separated from a single crystal of semiconductor material grown by means of CZ or FZ.
  • the separation of the semiconductor wafer is preferably carried out with a wire saw.
  • the separation of the semiconductor wafer by means of wire saw is carried out as e.g. from US 4655191, EP 522 542 Al, DE 39 42 671 Al or EP 433 956 Al known.
  • the grown single crystal of semiconductor material is preferably a single crystal of silicon.
  • the Semiconductor wafer is preferably a monocrystalline silicon wafer.
  • Step (a) Two-sided material removing machining of the semiconductor wafer separated from a single crystal
  • step (a) of the method according to the invention both sides of the semiconductor wafer are processed to erode material.
  • DDG simultaneous double-side loops
  • PPG Planetary Päd Grinding
  • JP2000-280155A and JP2002-307303A described have two opposing grinding wheels whose axes of rotation are arranged collinear. During the grinding process, one between the grinding wheels
  • the holding and rotating device can, for example
  • notch finger To the entire To machine the surface of the workpiece, the workpiece is guided relative to the grinding wheels so that the abrasive
  • Abrasive segments of the grinding wheels describe a circular path which runs continuously over the workpiece center.
  • the workpiece is usually not firmly fixed, but is by two to both sides of the workpiece
  • Each hydropad includes several
  • Hydrostatic bearing between which grooves for discharging the medium used for the hydrostatic bearing (hereinafter referred to as "hydro-bearing medium”) and the grinding coolant are arranged.
  • one or more measuring sensors are integrated, which during the grinding process, a measurement of the distance between the surface of the hydropads and the
  • Back pressure nozzles are usually mounted close to the edge of the hydropads adjacent to the grinding wheels.
  • PPG is a process for simultaneous double-sided grinding of a plurality of semiconductor wafers, each wafers being freely movable in a recess of one of a plurality of wafers rotated by a winder, and thereby on a cycloid
  • the PPG to be processed is the PPG to be processed
  • abrasive hard material with a Mohs hardness> 6 is preferred.
  • Suitable abrasives are preferably diamond, silicon carbide (SiC),
  • Ceria (CeO 2 ), corundum (alumina, Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), boron nitride (BN, cubic boron nitride, CBN), further
  • Silicon dioxide SiO 2
  • boron carbide B 1 C
  • barium carbonate BaCO 3
  • calcium carbonate CaCO 3
  • magnesium carbonate MgCO 3
  • diamond silicon carbide
  • Al 2 O 3 alumina
  • the mean grain size of the abrasive should be less than 9 microns.
  • the preferred size of the abrasive grains bonded in the working layers is in the case of diamond as
  • the diamonds are preferably singly or as conglomerates ("clusters") in the bonding matrix of
  • the preferred grain diameters are the primary particle size of the cluster constituents.
  • Working layers with a ceramic bond are preferably used; a synthetic resin bond is particularly preferred; in the Case of working layers with conglomerates also a hybrid bonded system (ceramic bond within the
  • the hardness of the working layer is preferably at least 80 Shore A.
  • the working layer is constructed in multiple layers, wherein the top and bottom have different hardness, so that point elasticity and long-term compliance of the working layer can be adjusted independently of the process requirements.
  • the abrasive materials incorporated in the working layer are preferably exposed by removing the uppermost layer in order to make them usable for the grinding process.
  • This initial sharpening is carried out, for example, with the aid of grindstones or knives, which are preferably specially modified
  • Rotor discs are mounted and are guided by means of the rolling device on the two working wheels.
  • the dressing is done with grindstones containing abrasive grain having a similar grain size to the abrasive in the working layers
  • “Sharpening stones” can for example be inserted annularly and in an externally toothed driving ring, so that they by means of the rolling devices of the grinding machine on
  • the sharpening stones preferably coat the entire surface of the working layers during the dressing, and even more preferably even run
  • the abrasive grain is preferably bonded in the sharpening stone in such a way that the wear of the sharpening stones still permits an economical sharpening operation, but always during the sharpening process at least one layer of loose sharpening grain grain in the sharpening stone Work zone is located between sharpening stone and working surface, so that the sharpening mainly by free
  • Sharpening stone with too coarse grain therefore imposes a structure on the working layer, which is characterized by the grain of the sharpening stone and not by the properties of the working layer. This is unfavorable for the desired uniform possible self-sharpening of the working layer in the following
  • Sharpening is predominantly less directed by free sharpening grain as a result of the rolling motion of the sharpening grain during the sharpening movement
  • Working layer used abrasive grains. Particularly preferred is the sharpening grains of corundum (Al 2 O 3 ).
  • sanding fabric residues are preferably removed and constantly exposed new, easy-to-cut abrasive materials. This is a continuous operation until complete wear of the
  • multi-grain grinding with a geometrically indeterminate cutting edge Relative movement of working layer and semiconductor wafers Successful material removal is technically referred to as "multi-grain grinding with a geometrically indeterminate cutting edge”.
  • surface engagement is meant that the portion of the surface of the working layer which actually averages during grinding in contact with the
  • Cup grinding loop process such as DDG or SSG.
  • the carriers are preferably made of a completely metal-free material, such as a ceramic
  • Such a coating is preferably made of thermoplastic or thermosetting plastics, ceramics or organic-inorganic hybrid polymers, diamond
  • Semiconductor wafers preferably lined with a ceramic material. As a result, there is no direct contact between the semiconductor wafer and the metal of the rotor disc.
  • a rotor disk preferably has three to eight recesses for semiconductor wafers. During one The grinding process is preferably five to nine
  • the main load step is the
  • Processing phase with the highest pressure or the proportionately longest duration or both In the case of a working layer with abrasive grains of diamond having an average size of 3 to 15 ⁇ m, a removal rate between 2.5 and 25 ⁇ m / min is particularly preferred.
  • the temperature prevailing in the working gap formed between the working layers is kept constant.
  • the carrier discs may have openings through which cooling lubricant can be exchanged between lower and upper working disk, so that upper and lower working layers always have the same temperature. This counteracts an undesired deformation of the working gap formed between the working layers by deformation of the working layers or working disks due to thermal expansion under alternating load.
  • the cooling of those involved in the working layers may be kept constant.
  • the cooling lubricant used preferably consists of a water-based mixture with viscosity-modifying
  • Additives such as glycols, short or longer chain polyethylene glycols, alcohols, sols or gels, and the like
  • coolants or lubricants.
  • a particularly preferred coolant but is also pure water without any addition.
  • Working disk supplied amounts of cooling lubricant are preferably in the range between 0.2 and 50 l / min and more preferably between 0.5 and 20 l / min.
  • the preferred initial thickness before processing with step a) of the method according to the invention is 500 to 1000 ⁇ m.
  • an initial thickness of 775 to 950 ⁇ m is particularly preferred.
  • Step a) of the process according to the invention is preferably 500 to 950 ⁇ m and more preferably 775 to 870 ⁇ m.
  • the total removal, d. H. the sum of the individual abrasions from both sides of the semiconductor wafer is preferably 7.5 to 120 ⁇ m and more preferably 15 to 90 ⁇ m.
  • the shape of the working gap formed between the working layers is determined during grinding and the shape of the working surface of at least one working disk mechanically or thermally changed depending on the measured geometry of the working gap so that the working gap has a predetermined shape.
  • the semiconductor wafers leave during the
  • Overflow is defined as the relative to the working wheels measured in the radial direction length to the one
  • Semiconductor disk at a certain time during grinding beyond the inner or outer edge of the working gap is also.
  • step (b) the semiconductor wafer is provided with a rounded edge.
  • the semiconductor wafer is fixed on a rotating table and delivered with its edge against the also rotating working surface of a machining tool.
  • the processing tools used can be used as slices
  • Material-removing grain can be firmly anchored in the working surfaces of the processing tools. Usually that shows
  • the mean grain size is preferably greater than or equal to 10 ⁇ m.
  • Semiconductor wafer to be provided with a rounded edges. Usually, however, after edge rounding, a certain minimum roughness remains on the edge surface.
  • step (a) of the method it is preferable to use two edge grinding steps
  • Step (c) grinding front and back of the
  • step c) of the process both sides of the
  • the grinding of front and back is preferably carried out sequentially.
  • Semiconductor wafer enters a working area of the grinding wheel, wherein the grinding wheel with a Feed rate is moved in the direction of the semiconductor wafer, whereby the grinding wheel and semiconductor wafer are delivered to each other while semiconductor wafer and
  • the grinding wheel and semiconductor wafer be delivered by a distance of 0.03-0.5 ⁇ m during one revolution of the semiconductor wafer. Very particularly preferred is the choice of a delivery during a revolution of
  • Wafer of 0.03-0.1 ⁇ m Preferably, a grinding wheel with a grain size greater than or equal to # 2000 is used, most preferably # 2000 - # 8000.
  • the grain size is usually indicated in # (mesh size) according to Japanese Industrial Standard JIS R 6001: 1998.
  • Finishing wheels have e.g. a grit of # 1000 up to # 4000, e.g. that of Disco Corporation commercially
  • # 1200 has an average particle size of 9.5 ⁇ m, # 5000 a mean particle size of 2.5 ⁇ m, and # 8000 a mean particle size of 1.2 ⁇ m.
  • the mean particle sizes during fine grinding are thus approximately greater than or equal to 1 ⁇ m and less than or equal to 10 ⁇ m.
  • Grinding wheels of a grain size of less than or equal to # 2000 are performed in order to achieve the highest possible removal rates and short process times (rough grinding) and the second, subsequent step with grinding wheels of a grain size greater than # 2000 and less than or equal to # 8000 takes place to be particularly smooth sanded wafers with a minimum damage of approx. 1 ⁇ m (fine sanding).
  • the rotational speed of the grinding wheel is preferably 1000-5000 min -1 .
  • the rotational speed of the semiconductor wafer is preferably 50-300 min -1 , very particularly preferably 200-300 min -1 .
  • the feed speed is preferably 10-20 ⁇ m / min.
  • step (d) at least one side of the semiconductor wafer is polished with a polishing cloth containing abrasives.
  • step (d) only the front side of the
  • step (d) only the back of the
  • step (d) both the front and rear sides of the semiconductor wafer are polished.
  • polishing step is preferably a
  • Polishing agent solution which is free of solids, placed between the side of the semiconductor wafer to be polished and the polishing cloth.
  • the polish solution is in the simplest case water, preferably deionized water (DIW) with the purity customary for use in the semiconductor industry.
  • DIW deionized water
  • the polish solution can also be compounds such as
  • the pH of the polishing agent solution is preferably in a range of 10 to 12 and the proportion of said compounds in the
  • Polishing agent solution is preferably 0.01 to 10 wt .-%, particularly preferably from 0.01 to 0.2 wt .-%.
  • the polish solution may also contain one or more further additives, for example surface-active additives such as wetting agents and surfactants, as protective colloids
  • a polishing cloth which contains an abrasive substance bound in the polishing cloth (FAP or FA cloth or FA pad).
  • Suitable abrasives include, for example, particles of oxides of the elements cerium, aluminum, silicon, zirconium and Particles of hard materials such as silicon carbide, boron nitride and diamond.
  • polishing dishes have a surface topography embossed by replicated microstructures.
  • posts are in the form of pillars having a cylindrical or polygonal cross-section, or in the shape of pyramids or truncated pyramids Further descriptions of such polishing cloths are included, for example, in WO 92/13680 A1 and US 2005/227590 A1.
  • the grain sizes of the FAP polishing cloths used are preferably greater than or equal to 0.1 p and less than or equal to 1.0 micron.
  • Particularly preferred is a particle size of 0.1-0.6 ⁇ m.
  • the FA-polishing is preferably carried out with ablations of greater than or equal to 1 micron per side, in this regard, the range of 1 - 3 microns is particularly preferred and quite
  • the discs processed by FA polishing are identical to The discs processed by FA polishing.
  • Step (e) - etching or cleaning the semiconductor wafer In step (e) of the method according to the invention, both sides of the semiconductor wafer are treated with a corrosive medium at a material removal of not more than 1 ⁇ m per side of the semiconductor wafer.
  • the minimum material removal per side of the semiconductor wafer is preferably 1 monolayer, i. about 0.1 nm.
  • Suitable acidic media are aqueous solutions of hydrofluoric acid, nitric acid or acetic acid.
  • the semiconductor wafer comprises a gaseous medium containing hydrogen fluoride and at least one surface of the semiconductor wafer
  • the gaseous medium thus contains hydrogen fluoride and
  • the oxidant must be able to remove the semiconductor material, e.g. Silicon, to oxidize. During the oxidation of a silicon surface arises
  • silica for example, a silica, preferably silica.
  • reaction products hexafluorosilicic acid (H 2 SiF 6 ), silicon tetrafluoride (SiF 4 ) and water are formed, which are removed by the flow of the gaseous medium.
  • the gaseous medium may additionally contain further constituents, for example inert carrier gases such as nitrogen or Argon, for influencing the flow conditions and removal rates.
  • At least one oxidizing agent selected from the group of nitrogen dioxide, ozone and chlorine is used.
  • Silicon surface to use and thus to prevent condensation of the liberated in the reaction water even at low flow rates and temperatures.
  • the constituents can be mixed in the desired ratio.
  • the ratio of hydrogen fluoride to oxidant is selected in the range 1: 1 to 4: 1.
  • the gaseous medium can be
  • Hydrogen fluoride of suitable concentration directs. This can, for example, in a so-called. Wash bottle or a
  • gaseous oxidant passes through the aqueous solution, it is enriched with water and hydrogen fluoride to form the required gaseous medium.
  • process parameters and constant ratio of hydrogen fluoride to oxidant show an increase in temperature and an increase in the concentrations of one
  • the etching in the gas phase serves to reduce the roughness of the semiconductor wafer, whereby the required polishing removal can be reduced, as well as for removing
  • the SSEC 3400 ML from Solid State Equipment Corp. is particularly suitable for a wafer with a diameter of 450 mm that is particularly preferred in the context of the method according to the invention. / USA, which is designed for substrates up to a size of 500mm x 500mm.
  • Step (g) polishing the edge of the wafer
  • step (g) polishing of the edge of the
  • edge polishing machines are suitable for carrying out step (g) of the method according to the invention. From US 5,989,105 such a device for edge polishing is known in which the polishing drum from a
  • Aluminum alloy is composed and with a polishing cloth
  • the semiconductor wafer is usually on a flat
  • Disk holder a so-called chuck, fixed.
  • the edge of the semiconductor wafer protrudes beyond the chuck so that it is freely accessible to the polishing drum.
  • the chuck In edge polishing, the chuck is rotated centrally with the semiconductor wafer held thereon.
  • one turn of the chuck takes 20-300, more preferably 50-150 seconds (orbital period).
  • a polishing drum coated with the polishing drum, which is preferably at a rotational speed of 300-1500 min "1 , more preferably 500-1000 min " 1 , centrically rotated, and the Chuck are delivered to each other, the polishing drum under a
  • Angle of attack is made obliquely against the semiconductor wafer and the semiconductor wafer is fixed on the chuck so that it protrudes slightly beyond this and is thus accessible to the polishing drum.
  • the angle of attack is preferably 30-50 °.
  • Polishing agent preferably with a polishing agent flow of 0.1-1 liter / min, more preferably 0.15-0.40 liters / min, pressed together, wherein the contact pressure can be adjusted by weights attached to rollers, and preferably 1-5 kg, particularly preferably 2-4 kg.
  • the edge polishing of the semiconductor wafer in the method according to the invention is preferably carried out by fixing the
  • the FAP cloth used is much harder and far less compressible than the standard polishing cloths and also offers the advantage of removal without alkaline-charged silica sol. B. only by using an alkaline solution - to produce what also Polierstoffverschleppung on the wafer front and thus the additional negative
  • a short soft polishing step with gently removing silica sol can follow on the same FAP polishing cloth, to realize a reduction of the edge roughness and -de Stammraten.
  • the two polishing steps can then be matched to each other, so that a targeted positive influence on the wafer edge geometry and surface without negative
  • the semiconductor wafer is preferably by means of a polishing drum, on the surface of a hard and less compressible polishing cloth is adhered, which includes firmly bonded abrasive, under feeding a
  • Glanzox 3900 is the product name for a polishing agent suspension offered as a concentrate by Fujimi Incorporated, Japan.
  • the base solution of this concentrate has a pH of 10.5 and contains about 9% by weight colloidal SiO 2 with a
  • Polishing agent carryover in the erosive step of the
  • Wafer surface can be avoided.
  • the polishing agent solution used in the edge polishing is in the simplest case water, preferably deionized water (DIW) with the usual purity for use in the semiconductor industry.
  • DIW deionized water
  • the polish solution can also be compounds such as
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • the pH of the polishing agent solution is preferably in a range of 10 to 12, and the proportion of said compounds in the polishing agent solution is preferably 0.01 to 10 wt%, particularly preferably 0.01 to 0.2 wt%.
  • the polish solution may also contain one or more further additives, for example surface-active additives such as wetting agents and surfactants, as protective colloids
  • the preferred second step of edge polishing uses a polishing agent containing abrasive.
  • the proportion of the abrasive in the polishing agent suspension is preferably 0.25 to 20 wt .-%, particularly preferably 0.25 to 1 wt .-%.
  • the size distribution of the abrasive particles is preferably monomodal.
  • the mean particle size is 5 to 300 nm, more preferably 5 to 50 nm.
  • the abrasive material consists of a substrate material
  • mechanically ablative material preferably one or more of the oxides of the elements aluminum, cerium or silicon.
  • a polishing agent suspension containing colloidally disperse silica is particularly preferred.
  • no additives such as sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), ammonium hydroxide (NH 4 OH), tetramethylammonium hydroxide (TMAH) added.
  • polishing agent suspension can contain one or more further additives, for example surface-active additives such as wetting agents and surfactants, acting as protective colloids
  • step (g) of the method according to the invention a polishing cloth is used which contains an abrasive substance bound in the polishing cloth (FAP cloth or FA pad).
  • Suitable abrasives include, for example, particles of oxides of the elements cerium, aluminum, silicon, zirconium and
  • Particles of hard materials such as silicon carbide, boron nitride and diamond.
  • polishing cloths have a surface topography embossed by replicated microstructures.
  • posts are in the form of pillars having a cylindrical or polygonal cross section, or the shape of pyramids or truncated pyramids. Further descriptions of such polishing cloths are contained, for example, in WO 92/13680 A1 and US 2005/227590 A1.
  • the mean particle size of the FAP polishing cloth is the mean particle size of the FAP polishing cloth.
  • polishing cloth having a multilayer structure, comprising a layer
  • abrasive a layer of rigid plastic and a resilient, non-woven layer, the layers being bonded together by means of pressure-sensitive adhesive layers.
  • the layer of rigid plastic preferably comprises polycarbonate.
  • the polishing cloth may contain an additional layer of polyurethane foam.
  • the compliant layer is preferably a non-woven layer.
  • the compliant layer preferably comprises polyester fibers.
  • polyester fibers impregnated with polyurethane impregnated with polyurethane
  • the resilient layer preferably corresponds to the bottom layer of the polishing cloth.
  • Foam layer for example made of polyurethane, which is attached by means of an adhesive layer on the flexible layer.
  • PU foam Above the PU foam is a layer of a harder, rigid material, preferably of a hard plastic, including itself
  • polycarbonate is suitable.
  • this stiff layer is the layer with the micro-replicas, ie the actual fixed abrasive layer.
  • the pliable situation can also be between the
  • PSA pressure-sensitive adhesive layers
  • the polishing cloth comprises a layer of micro-replicas, a compliant layer and a layer of a rigid plastic such as polycarbonate, wherein the
  • compliant layer may be either the middle or the bottom layer of the polishing cloth.
  • the grain sizes of the FAP polishing cloths used are the same.
  • step (f) polishing of a front side of the semiconductor wafer using a polishing cloth having firmly bonded abrasives and simultaneous polishing of one takes place
  • step (g) edge polishing is performed as before
  • step (h) polishing of the back side of the semiconductor wafer is carried out with a polishing cloth which includes firmly bonded abrasive and simultaneous polishing of the front side of the semiconductor wafer with a polishing cloth which does not contain firmly bonded abrasive, wherein an abrasive containing polishing agent between polishing cloth and front of
  • the invention provides a combined simultaneous double-side polishing process by simultaneously applying a FAP polish and a CMP polish
  • Steps (f) and (h) can be carried out on existing equipment for double side polishing of semiconductor wafers, e.g. on a commercial double-side polishing machine of the AC2000 type by Peter Wolters, Rendsburg (Germany).
  • This polishing machine is equipped with a pin toothing of the outer and inner ring for driving the carriers.
  • the system can be designed for one or more carriers. Because of the higher throughput, a system for a plurality of carriers is preferred, as described for example in DE-100 07 390 Al and in which the carriers move on a planetary orbit around the plant center. to
  • Plant include a lower and an upper polishing plate, which are horizontally freely rotatable and covered with polishing cloth. During polishing, the wafers are located in the recesses of the carriers and between the two
  • Polishing plates which rotate and apply a certain polishing pressure to them while a polishing agent is continuously supplied. It also the rotor discs in
  • Movement offset preferably about rotating pin rings, which engage in teeth on the circumference of the rotor discs.
  • a typical carrier disc has recesses for receiving three half-discs. At the circumference of the recesses are deposits that the break-sensitive edges of
  • the rotor disk body can be made of metal, ceramic, plastic, fiber-reinforced plastic or metal, for example
  • the recesses are preferably suitable for accommodating an odd number of semiconductor wafers with a diameter of .mu.m.sup.2 at least 200 mm, preferably 300 mm, very particularly preferably 450 mm and thicknesses of 500 to 1000 microns designed
  • Polishing cloth which contains no firmly bonded abrasive, includes Abrasive. It is about a
  • polishing agent suspension The size distribution of the abrasive particles is preferably monomodal.
  • the mean particle size is 5 to 300 nm, more preferably 5 to 50 nm.
  • the abrasive material consists of a substrate material
  • the proportion of the abrasive in the polishing agent suspension is preferably 0.25 to 20 wt .-%, particularly preferably 0.25 to 1 wt .-%.
  • colloidally disperse silica as polishing agent suspension.
  • aqueous polishing agents Levasil® 200 from Bayer AG and Glanzox 3900® from the company are used. Fujimi.
  • the polishing agent contains additives such as
  • Na 2 CO 3 sodium carbonate
  • K 2 CO 3 sodium hydroxide
  • KOH potassium hydroxide
  • NH 4 OH ammonium hydroxide
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • polishing agent suspension can contain one or more further additives, for example surface-active additives such as wetting agents and surfactants, acting as protective colloids
  • Stabilizers preservatives, biocides, alcohols and complexing agents.
  • a polishing cloth is also used which has a polishing cloth
  • Suitable abrasives include, for example, particles of oxides of the elements cerium, aluminum, silicon, zirconium and particles of hard materials such as silicon carbide, boron nitride and diamond.
  • Particularly suitable polishing cloths have a surface topography embossed by replicated microstructures.
  • posts are in the form of pillars having a cylindrical or polygonal cross-section, or the shape of pyramids or truncated pyramids.
  • polishing cloths are contained, for example, in WO 92/13680 A1 and US 2005/227590 A1.
  • a polishing cloth with cerium oxide abrasives firmly bonded therein such as e.g. in US 6602117 Bl.
  • the grain sizes of the FAP polishing cloths used are preferably greater than or equal to 0.1 ⁇ m and less than or equal to 1.0 ⁇ m.
  • Particularly preferred is a particle size of 0.1-0.6 ⁇ m.
  • a polishing plate is equipped with such a FAP cloth.
  • the second polishing plate is loaded with a conventional CMP polishing cloth.
  • the CMP polishing cloths used are:
  • Polishing cloths with a porous matrix Polishing cloths with a porous matrix.
  • the polishing cloth is made of a thermoplastic or thermosetting polymer.
  • the material is a variety of materials into consideration, for example, polyurethanes, polycarbonate, polyamide, polyacrylate, polyester, etc.
  • the polishing cloth includes solid, microporous polyurethane. The use of polishing cloths is also preferred
  • foamed sheets or felt or fiber substrates impregnated with polymers are foamed sheets or felt or fiber substrates impregnated with polymers.
  • the polishing cloths can be largely flat or perforated.
  • fillers may be incorporated into the polishing cloth.
  • polishing cloths are e.g. the SPM 3100 from Rodel Inc. or the DCP series cloths and the IC1000 TM, Polytex TM or SUBA TM cloths from Rohm & Hass.
  • polishing according to steps (f) and (h) of the process according to the invention can be carried out on a double-side polishing machine, as is the case, for example, with type AC 2000 from Peter Wolters / Rendsburg Technique obligatory one-sided
  • CMP Veiling Polishing
  • edge geometry edge roll-off elimination
  • simultaneous double side polishing with planetary kinematics and
  • Shaped cloth to achieve the necessary polishing removal to dispense with a silica sol-containing component and also allows targeted influence on the edge region of the
  • the simultaneous double-sided polish already integrates the CMP polish by using one of the
  • Polishing plate is equipped with a CMP polishing cloth on which the CMP step takes place.
  • the Doppel capacpolitur invention finds in two
  • step (g) Semiconductor wafer according to step (g) is edge polished.
  • a two-stage edge polishing is carried out, in which a first edge polish between the two partial steps of the double-sided polish (f) and (h) and the second
  • Double-side polishing that is, after step (h) is performed, which allows the edge polish finer tune by this division in two steps and thus to influence the edge geometry of the semiconductor wafer as little as possible.
  • Both steps of edge polishing preferably take place by means of polishing cloths with abrasives firmly bonded therein.
  • the second edge polishing is preferably carried out with the supply of an abrasive-containing polishing agent suspension, such as the optional soft polishing step described under (g).
  • the proportion of abrasives in the polishing agent suspension is preferably 0.25 to 20 wt .-%.
  • the abrasives in the polishing agent suspension are:
  • the polishing agent suspension is colloidally disperse silica.
  • the pH of the polishing agent suspension is 9 to 11.5.
  • the pH of the polishing agent suspension is adjusted by addition of additives selected from the group consisting of sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), ammonium hydroxide (NH 4 OH ), Tetramethylammonium hydroxide (TMAH) or any mixtures of these compounds.
  • additives selected from the group consisting of sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), ammonium hydroxide (NH 4 OH ), Tetramethylammonium hydroxide (TMAH) or any mixtures of these compounds.
  • additives selected from the group consisting of sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), ammonium hydroxide (NH 4 OH ), Tetramethylammonium hydroxide (TMAH) or any
  • the semiconductor wafer points to the flat surfaces of their
  • Back preferably has an average surface roughness R a in a wide range of 0.3 to 4.5 nm, based on spatial wavelengths of less than or equal to 250 microns.
  • FAP wipes are used with grain sizes of 0.5-1.0 microns. If low back roughness is desired, it is preferred to use FAP wipes with grain sizes of 0.1-0.25 ⁇ m.
  • the polishing agent solution in the first step of polishing the back of the silicon wafer of the method according to the invention is in the simplest case water, preferably deionized water (DIW) with that for use in the DIW.
  • DIW deionized water
  • the polish solution can also be compounds such as
  • TMAH Tetramethylammonium hydroxide
  • potassium carbonate is the polish of the back of the polish
  • Semiconductor wafer is a polishing agent containing abrasive used.
  • the abrasive material consists of a substrate material
  • mechanically ablative material preferably one or more of the oxides of the elements aluminum, cerium or silicon.
  • polishing agent suspension containing colloidally disperse silica.
  • Semiconductor wafer is also a polishing agent containing abrasives as used in the second step. Polishing pressure is reduced from 8-15 psi to 0.5-5 psi versus the first and second steps.
  • polishing machines e.g. the polishing machine "nHance 6EG” from Strasbaugh Inc.
  • the polishing machine from Strasbaugh Inc. has a polishing pad with a polishing cloth and a polishing head that processes a semiconductor wafer fully automatically.
  • the polishing head is gimballed and includes a fixed base plate coated with a backing ubend and a movable guide ring. Drilled holes in the base plate allow air cushions to be constructed in two concentric pressure zones, one inner and one outer, on which the The movable guide ring may be pressurized by means of a pneumatic bellows so as to bias and hold the polishing cloth in contact with the semiconductor wafer.

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend in der angegebenen Reihenfolge: (a) beidseitige Material abtragende Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe; (b) Verrunden der Kante der Halbleiterscheibe; (c) Schleifen von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe, wobei jeweils eine Seite der Halbleiterscheibe mittels eines Scheibenhalters festgehalten wird, während die andere Seite mit einem Schleifwerkzeug bearbeitet wird; (d) Politur wenigstens einer Seite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das fest gebundene Abrasive beinhaltet; (e) Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem ätzenden Medium bei einem Materialabtrag von nicht mehr als 1μm pro Seite der Halbleiterscheibe; (f) Polieren einer Vorderseite der Halbleiterscheibe unter Verwendung eines Poliertuchs mit fest gebundenen Abrasiven und gleichzeitige Politur einer Rückseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das keine Abrasive enthält, bei dem jedoch ein Abrasive enthaltendes Poliermittel zwischen Poliertuch und Rückseite der Halbleiterscheibe gebracht wird; (g) Politur der Kante der Halbleiterscheibe; (h) Polieren der Rückseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das fest gebundene Abrasive beinhaltet sowie gleichzeitige Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, welches keine fest gebundenen Abrasive enthält, wobei ein Abrasive enthaltendes Poliermittel zwischen Poliertuch und Vorderseite der Halbleiterscheibe gebracht wird.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe.
Gemäß dem Stand der Technik werden Halbleiterscheiben in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Prozessschritten
hergestellt, die sich allgemein in folgende Gruppen unterteilen lassen: a) Herstellung eines Einkristalls aus Halbleitermaterial
(Kristallziehen) ;
b) Trennen des Halbleiter-Einkristalls in einzelne Scheiben („Wafering", „Sägen");
c) mechanische Bearbeitung der Halbleiterscheiben;
d) chemische Bearbeitung der Halbleiterscheiben;
e) chemo-mechanische Bearbeitung der Halbleiterscheiben;
f) thermische Behandlung der Halbleiterscheiben und/oder epitaktische Beschichtung der Halbleiterscheiben.
Dazu kommt eine Vielzahl an Nebenschritten wie Reinigen, Messen und Verpacken. Die Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls erfolgt üblicherweise durch Ziehen eines Einkristalls aus einer Schmelze (CZ- bzw. „Czochralski"-Verfahren) oder durch Rekristallisation eines Stabes aus polykristallinem Halbleitermaterial (FZ- bzw. „floating zone"-Verfahren) .
Als Trennverfahren sind Drahtsägen („multi-wire slicing", MWS) sowie Innenlochsägen bekannt.
Beim Drahtsägen wird eine Vielzahl von Halbleiterscheiben in einem Arbeitsgang von einem Kristallstück abgetrennt. Die mechanische Bearbeitung dient der Entfernung von Sägewel- ligkeiten, dem Abtrag der durch die raueren Sägeprozesse kristallin geschädigten oder vom Sägedraht kontaminierten Oberflächenschichten und vor allem der globalen Einebnung der HaIb- leiterscheiben. Hier sind Oberflächen-Schleifen (einseitig, doppelseitig) und Läppen bekannt, sowie mechanische
Kantenbearbeitungsschritte.
Beim Einseitenschleifen wird die Halbleiterscheibe rückseitig auf einer Unterlage („chuck") gehalten und vorderseitig von einer TopfschleifScheibe unter Drehung von Unterlage und
Schleifscheibe und langsamer radialer Zustellung eingeebnet. Verfahren und Vorrichtungen zum Oberflächenschleifen einer Halbleiterscheibe sind beispielsweise aus der US-3,905,162 sowie der US-5,400,548 oder aus EP-0955126 bekannt. Dabei wird eine Halbleiterscheibe mit ihrer einen Oberfläche auf einem Scheibenhalter festgehalten, während ihre gegenüberliegende Oberfläche mit einer Schleifscheibe bearbeitet wird, indem Scheibenhalter und Schleifscheibe rotieren und gegeneinander gedrückt werden. Dabei wird die Halbleiterscheibe so auf dem Scheibenhalter befestigt, dass ihr Zentrum im Wesentlichen mit dem Rotationszentrum des Scheibenhalters übereinstimmt.
Außerdem wird die Schleifscheibe so positioniert, dass das Rotationszentrum der Halbleiterscheibe in einen Arbeitsbereich bzw. den durch Zähne gebildeten Randbereich der Schleifscheibe gelangt. Dadurch kann, die gesamte Oberfläche der
Halbleiterscheibe ohne jegliche Bewegung in der Schleifebene geschliffen werden. Beim simultanen Doppelseitenschleifen („double-disk grinding" , DDG) wird die Halbleiterscheibe frei schwimmend zwischen zwei, auf gegenüberliegenden kollinearen Spindeln montierten
Schleifscheiben gleichzeitig beidseitig bearbeitet und dabei weitgehend frei von Zwangskräften axial zwischen einem vorder- und rückseitig wirkenden Wasser- (hydrostatisches Prinzip) oder Luftkissen (aerostatisches Prinzip) geführt und radial lose von einem umgebenden dünnen Führungsring oder von einzelnen
radialen Speichen am Davonschwimmen gehindert.
Beim Läppen werden die Halbleiterscheiben unter Zuführung einer Abrasivstoffe enthaltenden Suspension (Slurry) zwischen einer oberen und einer unteren Arbeitsscheibe, die meist aus Stahl bestehen und üblicherweise mit Kanälen zur besseren Verteilung des Läppmittels versehen sind, unter einem bestimmten Druck bewegt, wodurch Halbleitermaterial entfernt wird.
DE 103 44 602 Al und DE 10 2006 032 455 Al offenbaren Verfahren zum simultanen gleichzeitigen Schleifen beider Seiten mehrerer Halbleiterscheiben mit einem Bewegungsablauf ähnlich dem des Läppens, jedoch dadurch gekennzeichnet, dass Schleifmittel verwendet wird, das fest in Arbeitsschichten („Folien",
„Tücher") eingebunden ist, die auf die Arbeitsscheiben
aufgebracht sind. Ein derartiges Verfahren wird als
„Feinschleifen mit Läppkinematik" oder „Planetary Päd Grinding" (PPG) bezeichnet.
Beim PPG verwendete Arbeitsschichten, die auf die beiden
Arbeitsscheiben geklebt werden, sind beispielsweise beschrieben in US 6,007,407 A und US 6,599,177 B2. Während der Bearbeitung sind die Halbleiterscheiben in dünne Führungskäfige, sog.
Läuferscheiben, eingelegt, die entsprechende Öffnungen zur
Aufnahme der Halbleiterscheiben aufweisen. Die LauferScheiben besitzen eine Außenverzahnung, die in eine Abwälzvorrichtung aus innerem und äußerem Zahnkranz eingreift und mittels dieser im, zwischen oberer und unterer Arbeitsscheibe gebildeten, Arbeitsspalt bewegt werden.
Die Kante der Halbleiterscheibe einschließlich gegebenenfalls vorhandener mechanischer Markierungen wie einer
Orientierungskerbe („notch") wird üblicherweise auch bearbeitet (Kantenverrunden, „edge-notch-grinding" ) . Hierzu werden
konventionelle Schleifschritte mit profilierten Schleifscheiben oder Bandschleifverfahren mit kontinuierlichem oder periodischem Werkzeugvorschub eingesetzt.
Diese Kantenverrundungsverfahren sind notwendig, da die Kante im unbearbeiteten Zustand besonders bruchempfindlich ist und die Halbleiterscheibe schon durch geringfügige Druck- und/oder Temperaturbelastungen im Kantenbereich beschädigt werden kann.
In einem späteren Bearbeitungsschritt wird die geschliffene und mit einem Ätzmedium behandelte Kante der Scheibe üblicherweise poliert. Dabei wird die Kante einer sich zentrisch drehenden Halbleiterscheibe mit einer bestimmten Kraft (Anpressdruck) gegen eine sich zentrisch drehende Poliertrommel gedrückt. Aus US 5,989,105 ist ein derartiges Verfahren zum Kantenpolieren bekannt, bei dem die Poliertrommel aus einer
Aluminium-Legierung besteht und mit einem Poliertuch
beaufschlagt ist. Die Halbleiterscheibe ist üblicherweise auf einem flachen Scheibenhalter, einem so genannten Chuck, fixiert. Die Kante der Halbleiterscheibe ragt über den Chuck hinaus, so dass sie für die Poliertrommel frei zugänglich ist.
Die Gruppe der chemischen Bearbeitungsschritte umfasst
üblicherweise nasschemische Reinigungs- und/oder Ätzschritte.
Die Gruppe der chemo-mechanischen Bearbeitungsschritte umfasst Polierschritte, mit denen durch teilweise chemische Reaktion und teilweise mechanischen Materialabtrag (Abrasion) die Oberfläche geglättet wird und Restschädigungen der Oberfläche entfernt werden. Während die einseitig arbeitenden Polierverfahren („single-side polishing") in der Regel zu schlechteren Planparallelitäten führen, gelingt es mit beidseitig angreifenden Polierverfahren („double-side polishing"), Halbleiterscheiben mit verbesserter Ebenheit herzustellen.
Nach den Schleif-, Reinigungs- und Ätzschritten erfolgt gemäß dem Stand der Technik eine Glättung der Oberfläche der
Halbleiterscheiben durch Abtragspolitur. Beim Einseitenpolieren („ single-side polishing", SSP) werden Halbleiterscheiben während der Bearbeitung rückseitig auf einer Trägerplatte mit Kitt, durch Vakuum oder mittels Adhäsion gehalten. Beim
Doppelseitenpolieren (DSP) werden Halbleiterscheiben lose in eine dünne Zahnscheibe eingelegt und vorder- und rückseitig simultan „frei schwimmend" zwischen einem oberen und einem unteren, mit einem Poliertuch belegten Polierteller poliert.
Des Weiteren werden die Vorderseiten der Halbleiterscheiben oftmals schleierfrei poliert, beispielsweise mit einem weichen Poliertuch unter Zuhilfenahme eines alkalischen Poliersols. In der Literatur wird dieser Schritt oft als CMP-Politur („chemo- mechanical polishing") bezeichnet. CMP-Verfahren sind
beispielsweise offenbart in US 2002-0077039 sowie in US 2008- 0305722.
Ebenfalls im Stand der Technik bekannt sind die sog. „Fixed Abrasive Polishing" (FAP) -Technologien, bei dem die
Siliciumscheibe auf einem Poliertuch poliert wird, das jedoch einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält („fixed- abrasive päd") . Ein Polierschritt, bei dem ein solches FAP- Poliertuch verwendet wird, wird nachfolgend kurz als FAP- Schritt bezeichnet. In der WO 99/55491 Al ist ein zweistufiges Polierverfahren beschrieben, mit einem ersten FAP-Polierschritt und einem nachfolgenden zweiten CMP-Polierschritt . Bei CMP enthält das Poliertuch keinen gebundenen Abrasivstoff. Abrasivstoff wird hier wie bei einem DSP-Schritt in Form einer Suspension zwischen die Siliciumscheibe und das Poliertuch gebracht. Ein solches zweistufiges Polierverfahren wird insbesondere dazu eingesetzt, Kratzer zu beseitigen, die der FAP-Schritt auf der polierten Oberfläche des Substrates hinterlassen hat. Die deutsche Patentanmeldung DE 102 007 035 266 Al beschreibt ein Verfahren zum Polieren eines Substrates aus Siliciummate- rial, umfassend zwei Polierschritte vom FAP-Typ, die sich dadurch unterscheiden, dass bei einem Polierschritt eine
Poliermittelsuspension, die ungebundenen Abrasivstoff als
Feststoff enthält, zwischen das Substrat und das Poliertuch gebracht wird, während beim zweiten Polierschritt an die Stelle der Poliermittelsuspension eine Poliermittellösung tritt, die frei von Feststoffen ist.
Oftmals werden Halbleiterscheiben mit einer epitaktischen
Schicht versehen, also mit einer monokristallin aufgewachsenen Schicht mit derselben Kristallorientierung, auf welcher später Halbleiter-Bauelemente aufgebracht werden. Derartige
epitaktisch beschichtete bzw. epitaxierte Halbleiterscheiben weisen gegenüber Halbleiterscheiben aus homogenem Material gewisse Vorteile auf, beispielsweise die Verhinderung einer
Ladungsumkehr in bipolaren CMOS-Schaltkreisen gefolgt vom Kurz- schluss des Bauelementes („Latch-up"-Problem) , niedrigere
Defektdichten (beispielsweise reduzierte Anzahl an COPs
(„crystal-originated particles") sowie die Abwesenheit eines nennenswerten Sauerstoffgehaltes, wodurch ein Kurzschlussrisiko durch Sauerstoffpräzipitäte in bauelementerelevanten Bereichen ausgeschlossen werden kann.
Entscheidend ist, wie die zuvor beschriebenen mechanischen und chemo-mechanisehen oder rein chemischen Verfahrensschritte in einer Prozesssequenz zur Herstellung einer Halbleiterscheibe angeordnet sind.
Es ist bekannt, dass die Polierschritte wie SSP, DSP und CMP, die Ätzbehandlungen sowie der Epitaxieschritt zu einer
Verschlechterung der Ebenheit der Halbleiterscheibe
insbesondere im Randbereich führen.
Daher wurden im Stand der Technik Anstrengungen unternommen, den Materialabtrag beim Polieren möglichst gering zu halten, um auch die Verschlechterung der Ebenheit auf ein Minimum zu begrenzen. In US 5942445 A wird vorgeschlagen, eine Halbleiterscheibe vom Kristall abzutrennen (Sägen) , die Kante der Halbleiterscheibe zu verrunden, anschließend einen Schleifschritt durchzuführen, der ein Doppelseitenschleifen und ein Einseitenschleifen von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe umfassen kann, die Halbleiterscheibe einem alkalischen Nassätzen zu unterziehen und schließlich die Halbleiterscheibe mittels DSP zu polieren. Das Doppelseitenschleifen kann auch durch einen Läppschritt ersetzt werden. Nach dem Nassätzen kann auch ein Plasmaätzen erfolgen. Schließlich können die Schleifschritte und dass
Nassätzen durch ein Plasmaätzen ersetzt werden.
Die durch dieses Verfahren erhältlichen mittels DSP polierten Halbleiterscheiben weisen aufgrund des Einsatzes nasschemischer Behandlungen sowie des Plasmaunterstützten chemischen Ätzens (PACE) eine unbefriedigende Geometrie im Randbereich auf. Damit sind bestenfalls Halbleiterscheiben mit akzeptablen
Ebenheitswerten verfügbar, wenn stets ein Randausschluss von wenigstens 2 mm zugrunde gelegt wird, vgl. ITRS „Roadmap" .
Insbesondere die Nanotopologie wird durch Ätzverfahren negativ beeinflusst. Um die Nanotopologie nach dem Ätzschritt zu verbessern, ist bei DSP ein erhöhter Materialabtrag nötig, der jedoch die Geometrie im Randbereich wiederum negativ
beeinflusst.
Um Halbleiterscheiben für zukünftige Technologiegenerationen bereitstellen zu können, die den hohen Anforderungen an den Kantenbereich der Halbleiterscheibe genügen, um also
beispielsweise auch den äußersten Randbereich der Scheibe den modernen lithographischen Methoden ( Immersionslithographie) zugänglich zu machen, sind andere Ansätze nötig.
Aus der beschriebenen Problematik ergab sich die
Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Prozesssequenz zur Herstellung von Halbleiterscheiben
insbesondere mit einem Durchmesser von 450mm bereitzustellen. Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend in der
angegebenen Reihenfolge :
(a) beidseitige Material abtragende Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe;
(b) Verrunden der Kante der Halbleiterscheibe;
(c) Schleifen von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe, wobei jeweils eine Seite der Halbleiterscheibe mittels eines Scheibenhalters festgehalten wird, während die andere Seite mit einem Schleifwerkzeug bearbeitet wird;
(d) Politur wenigstens einer Seite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das fest gebundene Abrasive beinhaltet;
(e) Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem ätzenden Medium bei einem Materialabtrag von nicht mehr als lμm pro Seite der Halbleiterscheibe;
(f) Polieren einer Vorderseite der Halbleiterscheibe unter Verwendung eines Poliertuchs mit fest gebundenen Abrasiven und gleichzeitige Politur einer Rückseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das keine Abrasive enthält, bei dem jedoch ein Abrasive enthaltendes Poliermittel zwischen Poliertuch und Rückseite der Halbleiterscheibe gebracht wird;
(g) Politur der Kante der Halbleiterscheibe;
(h) Polieren der Rückseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das fest gebundene Abrasive beinhaltet sowie gleichzeitige Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, welches keine fest gebundenen Abrasive enthält, wobei ein Abrasive enthaltendes Poliermittel zwischen Poliertuch und Vorderseite der Halbleiterscheibe gebracht wird. Zunächst wird eine Halbleiterscheibe von einem mittels CZ oder FZ gewachsenen Einkristall aus Halbleitermaterial abgetrennt. Das Abtrennen der Halbleiterscheibe erfolgt vorzugsweise mit einer Drahtsäge. Das Abtrennen der Halbleiterscheibe mittels Drahtsäge erfolgt wie z.B. aus US 4655191, EP 522 542 Al, DE 39 42 671 Al oder EP 433 956 Al bekannt.
Bei dem gewachsenen Einkristall aus Halbleitermaterial handelt es sich vorzugsweise um einen Einkristall aus Silicium. Bei der Halbleiterscheibe handelt es sich vorzugsweise um eine monokristalline Siliciumscheibe .
Im Folgenden werden die wesentlichen Schritte des
erfindungsgemäßen Verfahrens und deren bevorzugte Ausführungen im Detail erläutert.
Schritt (a) - Beidseitige Material abtragende Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe
In Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden beide Seiten der Halbleiterscheibe Material abtragend bearbeitet.
Dies kann mittels simultanen Doppelseitenschleifen (DDG) oder mittels PPG (Planetary Päd Grinding) erfolgen. Ein Läppschritt ist im erfindungsgemäßen Verfahren weniger bevorzugt.
DDG-Maschinen nach dem Stand der Technik, wie sie
beispielsweise in JP2000-280155A und JP2002-307303A beschrieben sind, weisen zwei einander gegenüber liegende Schleifräder auf, deren Rotationsachsen kollinear angeordnet sind. Während des SchleifVorgangs wird ein zwischen den Schleifrädern
positioniertes scheibenförmiges Werkstück auf beiden Seiten gleichzeitig durch die beiden um ihre Achse rotierenden
Schleifräder bearbeitet, während es durch eine ringförmige
Halte- und Rotationseinrichtung in seiner Position gehalten und gleichzeitig um die eigene Achse gedreht wird. Während des Schleifvorgangs werden die beiden Schleifräder in axialer
Richtung zugestellt, bis die gewünschte Enddicke des Werkstücks erreicht ist.
Die Halte- und Rotationseinrichtung kann beispielsweise
Reibräder umfassen, die am Rand des Werkstücks angreifen. Sie kann aber auch eine Einrichtung sein, die das Werkstück
ringförmig umgibt, und die in eine ggf. am Umfang des
Werkstücks vorhandene Rille, Nut oder Einkerbung (engl,
„notch") eingreift. Eine derartige Einrichtung wird
üblicherweise als „notch finger" bezeichnet. Um die gesamte Fläche des Werkstücks zu bearbeiten, wird das Werkstück relativ zu den Schleifrädern so geführt, dass die abrasiven
Schleifsegmente der Schleifräder eine Kreisbahn beschreiben, welche ständig über das Werkstückzentrum verläuft.
Das Werkstück ist dabei in der Regel nicht fest fixiert, sondern wird durch zwei zu beiden Seiten des Werkstücks
angebrachte Vorrichtungen zur hydrostatischen Lagerung,
„Hydropads" genannt, axial in Position gehalten. Derartige Vorrichtungen sind in JP2002-280155A beschrieben. Gemäß dem Stand der Technik werden die dem Werkstück zugewandten
Oberflächen der zwei Hydropads eben gestaltet und parallel zueinander ausgerichtet. Jedes Hydropad umfasst mehrere
hydrostatische Lager, zwischen denen Nuten zum Abführen des für die hydrostatische Lagerung eingesetzten Mediums (im Folgenden als „Hydrolagermedium" bezeichnet) sowie des Schleifkühlmittels angeordnet sind.
In die Hydropads sind jeweils ein oder mehrere Messsensoren integriert, welche während des SchleifVorgangs eine Messung des Abstands zwischen der Oberfläche der Hydropads und der
Werkstückoberfläche ermöglichen. Diese Abstandsmessung wird üblicherweise mit Hilfe von Staudruckdüsen als pneumatische Staudruckmessung durchgeführt. Die Staudruckdüsen sind als einfache Bohrungen in den Rändern der hydrostatischen Lager, die die Führungsflächen bilden, ausgeführt. Um den Abstand zwischen den Hydropads und dem Werkstück möglichst nahe am Ort der Schleifbearbeitung messen zu können, sind die
Staudruckdüsen in der Regel nahe an dem Rand der Hydropads angebracht, der den Schleifrädern benachbart ist.
Bei PPG handelt es sich um ein Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben, wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen
Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält.
Die Verwendung eines PPG-Verfahrens in Schritt (a) des
erfindungsgemäßen Verfahrens ist ganz besonders bevorzugt.
Vorzugsweise weist die durch PPG zu bearbeitende
Halbleiterscheibe bereits eine verrundete Kante auf, wird jedoch nach Durchführung des PPG-Schritts erneut einem solchen Kantenverrunden unterzogen. Es hat sich gezeigt, dass ein solcher zweigeteilter Kantenverrundungsschritt Vorteile bietet, zumal das PPG-Verfahren bei Halbleiterscheiben mit verrundeten Kanten offenbar zu Halbleiterscheiben mit besserer Geometrie und Nanotopographie führt .
Als in den Arbeitsschichten gebundenes Schleifmittel ist ein Hartstoff mit einer Mohs-Härte > 6 bevorzugt. Als SchleifStoffe kommen bevorzugt in Frage Diamant, Siliciumcarbid (SiC) ,
Cerdioxid (CeO2) , Korund (Aluminiumoxid, Al2O3) , Zirkondioxid (ZrO2) , Bornitrid (BN; kubisches Bornitrid, CBN) , ferner
Siliciumdioxid (SiO2) , Borcarbid (B1C) bis hin zu wesentlich weicheren Stoffen wie Bariumcarbonat (BaCO3) , Calciumcarbonat (CaCO3) oder Magnesiumcarbonat (MgCO3) . Besonders bevorzugt sind jedoch Diamant, Siliciumcarbid (SiC) und Aluminiumoxid (Al2O3; Korund) .
Die mittlere Korngröße des Schleifmittels sollte unter 9 um liegen. Die bevorzugte Größe der in den Arbeitsschichten gebundenen Schleifkörner beträgt im Fall von Diamant als
Schleifmittel im Mittel 0,1 bis 9 um und besonders bevorzugt 0,1 bis 6 μm. Die Diamanten sind bevorzugt einzeln oder als Konglomerate („Cluster") in der Bindungsmatrix der
Arbeitsschicht eingebunden. Im Fall einer Konglomeratbindung beziehen sich die als bevorzugt angegebenen Korndurchmesser auf die Primärteilchengröße der Cluster-Konstituenten.
Bevorzugt werden Arbeitsschichten mit keramischer Bindung eingesetzt, besonders bevorzugt ist eine Kunstharzbindung; im Fall von Arbeitsschichten mit Konglomeraten auch ein hybridgebundenes System (keramische Bindung innerhalb der
Konglomerate und Kunstharz-Bindung zwischen Konglomeraten und Arbeitsschicht-Matrix) .
Die Härte der Arbeitsschicht beträgt bevorzugt mindestens 80 Shore A. Besonders bevorzugt ist die Arbeitsschicht mehrlagig aufgebaut, wobei die Ober- und die Unterlage unterschiedliche Härten aufweisen, so dass Punktelastizität und langwellige Nachgiebigkeit der Arbeitsschicht unabhängig voneinander den Verfahrenserfordernissen angepasst werden können.
Vor der ersten Verwendung einer Arbeitsschicht werden die in der Arbeitsschicht eingebundenen SchleifStoffe vorzugsweise durch Abtragen der obersten Schicht freigelegt, um sie für den SchleifVorgang nutzbar zu machen. Diese Initialschärfung wird beispielsweise mit Hilfe von Schleifsteinen oder Messern durchgeführt, die vorzugsweise auf speziell modifizierten
Läuferscheiben montiert sind und mittels der Abwälzvorrichtung über die beiden Arbeitsscheiben geführt werden. Die
Initialschärfung wird im Englischen auch als „dressing"
bezeichnet .
Bevorzugt erfolgt das Schärfen („dressing") mit Schleifsteinen, die Schleifkorn enthalten, das eine ähnliche Korngröße aufweist wie das Schleifmittel in den Arbeitsschichten. Diese
„Schärfsteine" können beispielsweise ringförmig und in einen außenverzahnten Mitnehmerring eingefügt sein, so dass sie mittels der Abwälzvorrichtungen der Schleifmaschine auf
geeignete Weise zwischen der oberen und unteren Arbeitsschicht entlang geführt werden können. Bevorzugt überstreichen die Schärfsteine während des Abrichtens die gesamte Fläche der Arbeitsschichten und laufen besonders bevorzugt sogar
zeitweilig oder auch ständig etwas über deren Rand hinaus.
Bevorzugt ist das Schleifkörn so im Schärfstein gebunden, dass der Verschleiß der Schärfsteine noch einen wirtschaftlichen Schärfbetrieb erlaubt, sich aber während des Schärfprozesses stets mindestens eine Lage losen Schärfstein-Korns in der Arbeitszone zwischen Schärfstein- und Arbeitsschicht-Oberfläche befindet, so dass das Schärfen überwiegend durch freies
(ungebundenes) Korn erfolgt. Es hat sich nämlich gezeigt, dass der Schärfprozess eine gestörte oberflächennahe Schicht in der Arbeitsschicht erzeugt, deren Tiefe etwa die Ausdehnung des Schärfkorns hat. Ein
Schärfstein mit zu grobem Korn prägt daher der Arbeitsschicht eine Struktur auf, die vom Korn des Schärfsteins und nicht von den Eigenschaften der Arbeitsschicht gekennzeichnet ist. Dies ist unvorteilhaft für das gewünschte möglichst gleichförmige Selbstschärfen der Arbeitsschicht im nachfolgenden
Schleifbetrieb. Ein zu feiner Schärfstein liefert zu geringen Materialabtrag und führt zu einem unwirtschaftlichen
SchärfVorgang. Schließlich hat sich gezeigt, dass ein Schärfen überwiegend durch freies Schärfkorn infolge der Abwälzbewegung des Schärfkorns bei der Schärfbewegung weniger gerichtete
Kräfte auf die Arbeitsschicht ausübt als ein Schärfen mit überwiegend festem Schärfkörn und eine zwar rauere, aber besonders isotrope geschärfte Arbeitsschicht resultiert.
Bevorzugt wird zum Schärfen oder Abrichten der Arbeitsschicht ein Korn verwendet, das weicher ist als das in der
Arbeitsschicht verwendete Schleifkörn. Besonders bevorzugt ist das Schärfkörn aus Korund (Al2O3) .
Durch fortwährende Abnutzung der Arbeitsschicht stumpf
gewordene SchleifStoffreste werden vorzugsweise entfernt und ständig neue, schnittfreudige SchleifStoffe freigelegt. Dadurch ist ein Dauerbetrieb bis zur vollständigen Abnutzung der
Arbeitsschichten möglich. Diese Betriebsbedingung ohne
zwischenzeitlichen Nachschärf-Eingriff wird als
„selbstschärfendes Arbeiten" der Arbeitsschichten bezeichnet und ist besonders bevorzugt. Das Eingreifen der an der
Oberfläche der Arbeitsschichten exponierten Körner in die
Oberfläche der Halbleiterscheiben und der durch die
Relativbewegung von Arbeitschicht und Halbleiterscheiben erfolgende Materialabtrag wird technisch als „Vielkorn- Schleifen mit geometrisch unbestimmter Schneide" bezeichnet.
Weiterhin ist bevorzugt, dass der Materialabtrag durch
überwiegend flächigen Eingriff der Arbeitsschicht bewirkt wird. Unter „flächigem Eingriff" ist zu verstehen, dass der Teil der Fläche der Arbeitsschicht, der sich tatsächlich im Mittel während der Schleifbearbeitung im Kontakt mit der
Halbleiterscheibe befindet, deutlich größer ist als die
Kontaktfläche des Schleifbelags einer TopfschleifScheibe bei der Bearbeitung mittels eines konventionellen
Topfschleifscheiben-Schleifenprozesses, beispielsweise DDG oder SSG. Die Läuferscheiben sind vorzugsweise aus einem vollständig metallfreien Material, beispielsweise einem keramischen
Material, hergestellt. Es sind aber auch Läuferscheiben mit einem Kern aus beispielsweise Stahl oder Edelstahl, die mit einer nicht-metallischen Beschichtung überzogen sind,
bevorzugt. Eine solche Beschichtung besteht vorzugsweise aus thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffen, Keramik oder organisch-anorganischen Hybridpolymeren, Diamant
(„diamond-like carbon", DLC), ersatzweise aber auch aus einer Hartverchromung oder Nickel-Phosphor-Beschichtung.
Im Fall von Läuferscheiben aus Metall bzw. mit einem Metallkern sind die Wandungen der Aussparungen zur Aufnahme der
Halbleiterscheiben bevorzugt mit einem keramischen Material ausgekleidet. Dadurch besteht kein direkter Kontakt zwischen der Halbleiterscheibe und dem Metall der Läuferscheibe.
Bevorzugt sind die Aussparungen zur Aufnahme der
Halbleiterscheiben in den Läuferscheiben derart exzentrisch bezüglich des Zentrums der jeweiligen Läuferscheibe angebracht, dass der Mittelpunkt der Läuferscheibe außerhalb der Fläche der Halbleiterscheiben liegt. Eine Läuferscheibe hat bevorzugt drei bis acht Aussparungen für Halbleiterscheiben. Während eines SchleifVorgangs befinden sich vorzugsweise fünf bis neun
Läuferscheiben gleichzeitig in der Schleifmaschine.
Der Druck, mit dem die Arbeitsschichten während der Bearbeitung gegen die Halbleiterscheiben gepresst werden, und die
Bahngeschwindigkeit der Halbleiterscheiben über die
Arbeitsschichten werden während des Hauptlastschritts
vorzugsweise so gewählt, dass die Gesamtabtragsrate, d. h. die Summe der Abtragsraten auf beiden Seiten der Halbleiterscheiben 2 bis 60 um/min beträgt. Unter Hauptlastschritt ist die
Bearbeitungsphase zu verstehen, innerhalb derer der größte Anteil am Gesamtabtrag der gesamten Schleifbehandlung bewirkt wird, wobei als Bearbeitungsphase wiederum ein Zeitabschnitt zu verstehen ist, während dessen alle Verfahrensparameter konstant bleiben. In der Regel ist der Hauptlastschritt die
Bearbeitungsphase mit dem höchsten Druck oder der anteilig längsten Dauer oder beidem. Im Fall einer Arbeitsschicht mit Schleifkörnern aus Diamant mit einer mittleren Größe von 3 bis 15 μm ist eine Abtragsrate zwischen 2,5 und 25 μm/min besonders bevorzugt .
Für den Druck, den die Arbeitsscheiben während des
Hauptlastschritts auf die Halbleiterscheiben ausüben, ist ein Bereich von 0,007 bis 0,5 bar bevorzugt und ein Bereich von 0,012 bis 0,3 bar besonders bevorzugt. Für diese Angabe ist der Druck auf die Gesamtfläche der zur Bearbeitung in der
Vorrichtung befindlichen Halbleiterscheiben bezogen und nicht auf die effektive Kontaktfläche zwischen Arbeitsschicht und Halbleiterscheiben .
Weiterhin ist eine gegensinnige Drehung der Arbeitsscheiben in Bezug auf die mittlere Umlaufgeschwindigkeit der Läuferscheiben während des Hauptlastschritts der Bearbeitung bevorzugt.
Zusätzlich ist besonders bevorzugt, dass die Drücke, Drehzahlen und damit Bahngeschwindigkeiten für die verschiedenen
Bearbeitungsphasen unterschiedliche Werte annehmen. Schließlich ist auch besonders bevorzugt, dass in bestimmten Niederdruck- Bearbeitungsphasen („Ausfeuer"- oder „spark out"-Phasen) die Arbeitsscheiben gleichsinnig rotieren. Eine solche Ausfeuer- Phase ist insbesondere ganz am Ende der gesamten
Schleifbehandlung sinnvoll und daher bevorzugt. Vorzugsweise wird während der Bearbeitung die im zwischen den Arbeitsschichten gebildeten Arbeitsspalt herrschende Temperatur konstant gehalten. Zu diesem Zweck können die Läuferscheiben Öffnungen aufweisen, durch die Kühlschmiermittel zwischen unterer und oberer Arbeitsscheibe ausgetauscht werden kann, so dass obere und untere Arbeitsschichten stets gleiche Temperatur aufweisen. Dies wirkt einer unerwünschten Verformung des zwischen den Arbeitsschichten gebildeten Arbeitsspaltes durch Verformung der Arbeitsschichten bzw. Arbeitsscheiben infolge thermischer Ausdehnung unter Wechsellast entgegen. Außerdem wird die Kühlung der in den Arbeitsschichten eingebundenen
Abrasive verbessert und gleichförmiger, und dadurch verlängert sich deren wirksame Lebensdauer.
Das eingesetzte Kühlschmiermittel besteht bevorzugt aus einer wasser-basierten Mischung mit viskositätsmodifizierenden
Zusätzen, wie beispielsweise Glykole, kurz- oder längerkettige Polyethylenglykole, Alkohole, Sole oder Gele und ähnliche
Stoffe, die als Kühlmittel oder Schmiermittel bekannt sind. Ein besonders bevorzugtes Kühlschmiermittel ist aber auch reines Wasser ohne jeglichen Zusatz.
Die dem Arbeitsspalt über die Durchführung in der oberen
Arbeitsscheibe zugeführten Mengen an Kühlschmiermittel liegen bevorzugt im Bereich zwischen 0,2 und 50 l/min und besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 20 l/min.
Die bevorzugte Anfangsdicke vor der Bearbeitung mit Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt 500 bis 1000 um. Für Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm ist eine Anfangsdicke von 775 bis 950 μm besonders bevorzugt. Die Enddicke der Halbleiterscheiben nach Bearbeitung nach
Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt bevorzugt 500 bis 950 μm und besonders bevorzugt 775 bis 870 μm. Der Gesamtabtrag, d. h. die Summe der Einzelabträge von beiden Seiten der Halbleiterscheibe, beträgt bevorzugt 7,5 bis 120 um und besonders bevorzugt 15 bis 90 um.
Vorzugsweise wird die Form des zwischen den Arbeitsschichten gebildeten Arbeitsspalts während des Schleifens bestimmt und die Form der Arbeitsfläche mindestens einer Arbeitsscheibe mechanisch oder thermisch in Abhängigkeit von der gemessenen Geometrie des Arbeitsspalts so verändert, dass der Arbeitsspalt eine vorgegebene Form aufweist.
Vorzugsweise verlassen die Halbleiterscheiben während der
Bearbeitung zeitweilig mit einem Teil ihrer Fläche den von den Arbeitsschichten begrenzten Arbeitsspalt, wobei das Maximum des Überlaufs in radialer Richtung mehr als 0% und höchstens 20% des Durchmessers der Halbleiterscheibe beträgt, wobei der
Überlauf als die bezogen auf die Arbeitsscheiben in radialer Richtung gemessene Länge definiert ist, um die eine
Halbleiterscheibe zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Schleifens über den Innen- oder Außenrand des Arbeitsspalts hinaus steht.
Schritt (b) - Verrunden der Kante der Halbleiterscheibe:
In Schritt (b) wird die Halbleiterscheibe mit einer verrundeten Kante versehen.
Dazu wird die Halbleiterscheibe auf einem sich drehenden Tisch fixiert und mit ihrer Kante gegen die sich ebenfalls drehende Arbeitsfläche eines Bearbeitungswerkzeugs zugestellt. Die dabei eingesetzten Bearbeitungswerkzeuge können als Scheiben
ausgebildet sein, die an einer Spindel befestigt sind und Umfangsflächen aufweisen, die als Arbeitsflächen zur Bearbeitung der Kante der Halbleiterscheibe dienen. Das
Material abtragende Korn kann fest in die Arbeitsflächen der Bearbeitungswerkzeuge verankert sein. Meist weist das
verwendete Korn eine grobe Körnung auf. Die mittlere Korngröße ist dabei vorzugsweise größer oder gleich lOμm.
Diese Schleif-Bearbeitungswerkzeuge eignen sich, die
Halbleiterscheibe mit einer verrundeten Kanten zu versehen. Üblicherweise bleibt nach dem Kantenverrunden aber eine gewisse Mindestrauhigkeit auf der Kantenoberfläche.
In einem späteren Bearbeitungsschritt wird die geschliffene und mit einem Ätzmedium behandelte Kante der Scheibe daher in
Schritt (g) poliert.
Für den Fall, dass in Schritt (a) des Verfahrens PPG verwendet wird, ist es bevorzugt, zwei Kantenschleifschritte
durchzuführen, wobei das erste Kantenverrunden vor dem PPG- Schritt erfolgt.
Schritt (c) Schleifen von Vorder- und Rückseite der
Halbleiterscheibe In Schritt c) des Verfahrens werden beide Seiten der
Halbleiterscheibe geschliffen.
Das Schleifen von Vorder- und Rückseite erfolgt vorzugsweise sequentiell .
Dazu werden die auf einem Scheibenhalter gehaltene
Halbleiterscheibe und eine gegenüberliegende Schleifscheibe unabhängig voneinander gedreht, wobei die Schleifscheibe gegenüber der Halbleiterscheibe seitlich versetzt angeordnet und dabei so positioniert ist, dass eine axiale Mitte der
Halbleiterscheibe in einen Arbeitsbereich der Schleifscheibe gelangt, wobei die Schleifscheibe mit einer Vorschubgeschwindigkeit in Richtung des Halbleiterscheibe bewegt wird, wodurch Schleifscheibe und Halbleiterscheibe einander zugestellt werden, während Halbleiterscheibe und
Schleifscheibe um parallele Achsen rotieren, so dass eine
Oberfläche der Halbleiterscheibe geschliffen wird, wobei nach Erreichen eines bestimmten Materialabtrags die Schleifscheibe mit einer Rückführgeschwindigkeit zurück geführt wird.
Es ist bevorzugt, dass Schleifscheibe und Halbleiterscheibe während einer Umdrehung der Halbleiterscheibe um einen Weg von 0,03-0,5 μm zugestellt werden. Ganz besonders bevorzugt ist die Wahl einer Zustellung während einer Umdrehung der
Halbleiterscheibe von 0,03-0,1 μm. Vorzugsweise wird eine Schleifscheibe mit einer Korngröße von größer oder gleich #2000 verwendet, ganz besonders bevorzugt #2000 - #8000.
Die Korngröße wird üblicherweise in # (Siebgröße „mesh") gemäß Japanese Industrial Standard JIS R 6001:1998 angegeben.
Aus den mesh-Zahlen lässt sich eine mittlere Partikelgröße errechnen: Wenn Schleifscheiben mit feiner Körnung verwendet werden, wird oftmals auch von Feinschleifen gesprochen. Solche
Feinschleifscheiben weisen z.B. eine Körnung von #1000 bis zu #4000 auf, z.B. die von Disco Corporation kommerziell
erhältlichen.
Bei der Umrechnung in Partikelgrößen ergibt sich, dass
beispielsweise #1200 einer mittleren Partikelgröße von 9,5 μm, #5000 einer mittleren Partikelgröße von 2,5 um und #8000 einer mittleren Partikelgröße von 1,2 μm entsprechen. Die mittleren Partikelgrößen beim Feinschleifen betragen also etwa größer oder gleich 1 μm und kleiner oder gleich lOμm.
Besonders bevorzugt ist eine Sequenz zweier in Reihe
geschalteter Schleifschritte, wobei der erste Schritt mit
Schleifscheiben einer Körnung von kleiner oder gleich #2000 durchgeführt wird, um möglichst hohe Abtragsraten und kurze Prozesszeiten zu erzielen (Grobschleifen) und der zweite, nachfolgende Schritt mit Schleifscheiben einer Körnung von größer als #2000 und kleiner oder gleich #8000 erfolgt, um besonders glatt geschliffene Wafer mit minimalem Damage von ca. 1 um zu erzielen (Feinschleifen) .
Als Gesamtabtrag des FeinschleifSchrittes sind 25 um bevorzugt, bei einem symmetrischen Abtrag von etwa 12,5 μm pro Seite.
Die Drehzahl der Schleifscheibe beträgt vorzugsweise 1000-5000 min"1. Die Drehzahl der Halbleiterscheibe beträgt vorzugsweise 50-300 min"1, ganz besonders bevorzugt 200-300 min"1.
Die Vorschubgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise 10-20 um/min. Schritt (d) - FAP-Politur wenigstens einer Seite der
Halbleiterscheibe
In Schritt (d) wird wenigstens eine Seite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch enthaltend Abrasive poliert.
Vorzugsweise wird in Schritt (d) nur die Vorderseite der
Halbleiterscheibe poliert.
Vorzugsweise wird in Schritt (d) nur die Rückseite der
Halbleiterscheibe poliert. Vorzugsweise werden in Schritt (d) sowohl Vorder- als auch Rückseite der Halbleiterscheibe poliert.
Während des Polierschrittes wird vorzugsweise eine
Poliermittellösung, die frei von Feststoffen ist, zwischen die zu polierende Seite der Halbleiterscheibe und das Poliertuch gebracht .
Die Poliermittellösung ist im einfachsten Fall Wasser, vorzugs- weise deionisiertes Wasser (DIW) mit der für die Verwendung in der Halbleiterindustrie üblichen Reinheit.
Die Poliermittellösung kann aber auch Verbindungen wie
Natriumcarbonat (Na2CO3) , Kaliumcarbonat (K2CO3) , Natrium- hydroxid (NaOH) , Kaliumhydroxid (KOH) , Ammoniumhydroxid
(NH4OH) , Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mischungen davon enthalten. Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von Kaliumcarbonat. In diesem Fall liegt der pH-Wert der Poliermittellösung vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 12 und der Anteil der genannten Verbindungen in der
Poliermittellösung beträgt vorzugsweise 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 0,2 Gew.-%.
Die Poliermittellösung kann darüber hinaus einen oder mehrere weitere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide
wirkende Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide,
Alkohole und Komplexbildner. Es wird ein Poliertuch verwendet, das einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält (FAP- oder FA-Tuch bzw. FA- Pad) .
Geeignete Abrasivstoffe umfassen beispielsweise Partikel von Oxiden der Elemente Cer, Aluminium, Silicium, Zirkon sowie Partikel von Hartstoffen wie Siliciumcarbid, Bornitrid und Diamant .
Besonders geeignete Poliertϋcher weisen eine von replizierten Mikrostrukturen geprägte Oberflächentopografie auf. Diese
Mikrostrukturen („posts") haben beispielsweise die Form von Säulen mit einem zylindrischen oder mehreckigen Querschnitt oder die Form von Pyramiden oder Pyramidenstumpfen. Nähere Beschreibungen solcher Poliertücher sind beispielsweise in WO 92/13680 Al und US 2005/227590 Al enthalten.
Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Poliertuchs mit fest darin gebundenen Abrasiven aus Ceroxid, wie z.B. in US 6602117 Bl beschrieben.
Die Korngrößen der verwendeten FAP-Poliertücher (Größe der fest gebundenen Abrasive / Partikel) sind vorzugsweise größer oder gleich 0,1 p und kleiner oder gleich 1,0 um.
Besonders bevorzugt ist eine Partikelgröße von 0,1-0,6 um.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Partikelgröße von 0,1-0,25 um.
Für die FA-Politur wird vorzugsweise mit Abträgen von größer oder gleich 1 um pro Seite gearbeitet, wobei diesbezüglich der Bereich von 1 - 3 μm besonders bevorzugt wird und ganz
besonders bevorzugt in einem Bereich von 1,5 - 2 um gearbeitet wird.
Die mittels der FA-Politur bearbeiteten Scheiben sind
vorzugsweise zuvor mittels Schleifscheiben eine Körnung von #2000-#8000 beidseitig bearbeitet worden (Feinschleifen) .
Schritt (e) - Ätzen bzw. Reinigen der Halbleiterscheibe In Schritt (e) des erfindungsgemäSen Verfahrens erfolgt eine Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem ätzenden Medium bei einem Materialabtrag von nicht mehr als 1 μm pro Seite der Halbleiterscheibe.
Der minimale Materialabtrag pro Seite der Halbleiterscheibe beträgt vorzugsweise 1 Monolage, d.h. etwa 0,1 nm. Vorzugsweise erfolgt eine nasschemische Behandlung der
Halbleiterscheibe mit einem sauren Medium.
Als saure Medien eignen sich wässrige Lösungen von Flusssäure, Salpetersäure oder Essigsäure.
Ganz besonders bevorzugt ist es, die Halbleiterscheibe mit einem gasförmigen Medium, enthaltend Fluorwasserstoff und wenigstens ein die Oberfläche der Halbleiterscheibe
oxidierendes Oxidationsmittel, zu behandeln.
In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn das
gasförmige Medium die Oberflächen der Halbleiterscheibe mit einer Relativgeschwindigkeit im Bereich von 40 mm/s bis 300 m/s anströmt . Das gasförmige Medium enthält also Fluorwasserstoff und
wenigstens ein Oxidationsmittel. Das Oxidationsmittel muss in der Lage sein, das Halbleitermaterial, z.B. Silicium, zu oxidieren. Bei der Oxidation einer Siliciumoberflache entsteht
beispielsweise ein Siliciumoxid, bevorzugt Siliciumdioxid.
Dieses wiederum wird durch Fluorwasserstoff chemisch
angegriffen, wobei als Reaktionsprodukte Hexafluorokieselsäure (H2SiF6) , Siliciumtetrafluorid (SiF4) und Wasser entstehen, die durch den Strom des gasförmigen Mediums abgeführt werden. Das gasförmige Medium kann darüber hinaus weitere Bestandteile enthalten, beispielsweise inerte Trägergase wie Stickstoff oder Argon, zur Beeinflussung der Strömungsverhältnisse und Abtragsraten .
Bevorzugt wird wenigstens ein Oxidationsmittel eingesetzt, das aus der Gruppe Stickstoffdioxid, Ozon und Chlor ausgewählt ist. Bei der Verwendung von reinem Chlor ist die Zugabe von
Wasserdampf erforderlich, um die Siliciumoberfläche zu
oxidieren. Bei Verwendung einer Mischung aus Stickstoffdioxid und Chlor sowie Ozon und Chlor dient die Chlorzugäbe dazu, das in der Reaktion von Fluorwasserstoff mit Siliciumdioxid
freiwerdende Wasser zur weiteren Öxidation der
Siliciumoberflache zu verwenden, und damit eine Kondensation des in der Reaktion freiwerdenden Wassers auch bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten und Temperaturen zu verhindern.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Ozon wegen seines hohen Oxidationspotentials, der problemlosen Reaktionsprodukte und der einfachen Bereitstellung durch in der
Halbleiterindustrie weit verbreitete Ozongeneratoren. Zur Herstellung des gasförmigen Mediums können die Bestandteile im gewünschten Mengenverhältnis gemischt werden. Typischerweise wird das Verhältnis von Fluorwasserstoff zu Oxidationsmittel im Bereich 1:1 bis 4:1 gewählt. Das gasförmige Medium kann
entweder durch direkte Zuleitung der einzelnen Komponenten in die Prozesskammer oder einen davor geschalteten Mischer
zugeführt werden, oder indem man das gasförmige
Oxidationsmittel durch eine flüssige wässrige Lösung von
Fluorwasserstoff geeigneter Konzentration leitet. Dies kann beispielsweise in einer sog. Waschflasche oder einer
vergleichbaren Vorrichtung geschehen. Beim Durchtritt des gasförmigen Oxidationsmittels durch die wässrige Lösung wird es mit Wasser und Fluorwasserstoff angereichert, so dass das benötigte gasförmige Medium entsteht. Bei gleichen Verfahrensparametern und konstantem Verhältnis von Fluorwasserstoff zu Oxidationsmittel zeigen eine Erhöhung der Temperatur sowie eine Erhöhung der Konzentrationen eine
reaktionsbeschleunigende Wirkung . Das Ätzen in der Gasphase dient der Verringerung der Rauhigkeit der Halbleiterscheibe, wodurch der erforderliche Polierabtrag reduziert werden kann, außerdem zum Entfernen von
Verunreinigungen und Reduzierung von Oberflächenstörungen der Kristallstruktur .
Die beschriebenen Reinigungs- und Ätzverfahren erfolgen
vorzugsweise als Einzelscheibenbehandlung.
Speziell für eine im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders bevorzugte Halbleiterscheibe mit einem Durchmesser von 450mm eignet sich hierfür das SSEC 3400 ML der Solid State Equipment Corp. /USA, das für Substrate bis zu einer Größe von 500mm x 500mm ausgelegt ist.
Schritt (g) - Politur der Kante der Halbleiterscheibe
In Schritt (g) erfolgt eine Politur der Kante der
Halbleiterscheibe.
Zur Durchführung von Schritt (g) erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich handelsübliche Kantenpolierautomaten. Aus US 5,989,105 ist ein solche Vorrichtung zum Kantenpolieren bekannt, bei dem die Poliertrommel aus einer
Aluminium-Legierung besteht und mit einem Poliertuch
beaufschlagt ist. Die Halbleiterscheibe ist üblicherweise auf einem flachen
Scheibenhalter, einem so genannten Chuck, fixiert. Die Kante der Halbleiterscheibe ragt über den Chuck hinaus, so dass sie für die Poliertrommel frei zugänglich ist. Eine um einen bestimmten Winkel gegen den Chuck geneigte, zentrisch
rotierende und mit dem Poliertuch beaufschlagte Poliertrommel und der Chuck mit der Halbleiterscheibe werden einander
zugestellt und mit einem bestimmten Anpressdruck unter kontinuierlicher Zuführung des Poliermittels aneinander
gepresst .
Bei der Kantenpolitur wird der Chuck mit der darauf gehaltenen Halbleiterscheibe zentrisch rotiert.
Vorzugsweise dauert eine Umdrehung des Chuck 20-300, besonders bevorzugt 50-150 s (Umlaufzeit) . Eine mit dem Poliertuch belegte Poliertrommel, die vorzugsweise mit einer Drehzahl von 300-1500 min"1, besonders bevorzugt 500- 1000 min"1, zentrisch rotiert wird, und der Chuck werden einander zugestellt, wobei die Poliertrommel unter einem
Anstellwinkel gegen die Halbleiterscheibe schräg angestellt und die Halbleiterscheibe so auf dem Chuck fixiert ist, dass sie leicht über diesen hinaus ragt und so für die Poliertrommel zugänglich ist.
Der Anstellwinkel beträgt vorzugsweise 30-50°.
Halbleiterscheibe und Poliertrommel werden mit einem bestimmten Anpressdruck unter kontinuierlicher Zuführung eines
Poliermittels, vorzugsweise mit einem Poliermittelfluss von 0,1-1 Liter/min, besonders bevorzugt 0,15-0,40 Liter/min, aneinander gepresst, wobei der Anpressdruck durch an Rollen befestigte Gewichte eingestellt werden kann und vorzugsweise 1- 5 kg, besonders bevorzugt 2-4 kg, beträgt.
Vorzugsweise werden nach 2-20, besonders bevorzugt nach 2-8 Umdrehungen der Halbleiterscheibe bzw. des die
Halbleiterscheibe haltenden Chuck Poliertrommel und
Halbleiterscheibe voneinander entfernt.
Bei diesen üblichen Kantenpolierverfahren wird die lokale
Geometrie im Randbereich der Halbleiterscheibe meist negativ beeinflußt. Dies hängt damit zusammen, dass mit den hierbei verwendeten relativ "weichen Kantenpoliertüchern"
(üblicherweise werden relativ weiche und mit Kieselsol beaufschlagte Poliertücher verwendet) nicht nur die Kante selbst, sondern auch noch ein äußerer Teil auf Vorder- und/oder Rückseite der Halbleiterscheibe poliert wird, was durch ein "Eintauchen" der harten Kante in das mit Poliermittelsuspension beaufschlagte Poliertuch zu erklären ist. Dies führt dazu, dass eben nicht nur im Bereich der eigentlichen Kante abgetragen wird, sondern auch im angrenzenden Bereich auf Vorder- und/oder Rückseite. Daher erfolgt die Kantenpolitur der Halbleiterscheibe im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt durch Fixieren der
Halbleiterscheibe auf einem zentrisch rotierenden Chuck,
Zustellen des Halbleiterscheibe und einer gegen den Chuck geneigten, zentrisch rotierenden, mit einem Poliertuch
enthaltend fest gebundene Abrasive (FAP-Poliertuch)
beaufschlagten Poliertrommel und Aneinanderpressen von
Halbleiterscheibe und Poliertrommel unter kontinuierlicher Zuführung einer Poliermittellösung, die keine Feststoffe enthält.
Mittels dieser ist es möglich die Waferkante gezielt zu
beeinflussen, ohne den angrenzenden Bereich von Vorder- und/oder Rückseite der Halbleiterscheibe zu beeinträchtigen und somit zum Beispiel die gewünschten Geometrie- und
Oberflächeneigenschaften nur auf der Waferkante einzustellen.
Das verwendete FAP-Tuch ist wesentlich härter und weit weniger kompressibel als die standardmäßig verwendeten Poliertücher und bietet zudem den Vorteil den Abtrag ohne alkalisch aufgeladenes Kieselsol - z. B. nur durch Verwendung einer alkalischen Lösung - zu erzeugen, was zudem Poliermittelverschleppung auf die Wafervorderseite und damit die zusätzliche negative
Beeinflussung der Waferoberfläche - in Form von z. B. erhöhten Defektraten wie z. B. LLS (localised light scatterers) aufgrund von Anätzungen - vermeidet.
Daneben kann sich auf dem gleichen FAP-Poliertuch ein kurzer Soft-Polierschritt mit sanft abtragendem Kieselsol anschließen, um eine Reduzierung der Kantenrauheit und -defektraten zu realisieren.
Die beiden Polierschritte können dann aufeinander abgestimmt werden, so dass sich eine gezielte positive Beeinflussung der Waferkantengeometrie und -Oberfläche ohne negative
Beeinflussung der Waferpartialsites auf der Wafervorderseite und Waferrückseite vornehmen läßt. Grundsätzlich wird also die Halbleiterscheibe vorzugsweise mittels einer Poliertrommel, auf deren Oberfläche ein hartes und wenig kompressibles Poliertuch aufgeklebt ist, das fest gebundene Abrasive beinhaltet, unter Zuführung einer
alkalischen Lösung poliert.
Vorzugsweise erfolgt anschließend in einem zweiten Schritt auf dem gleichen Poliertuch ein Glättungsschritt unter Zufuhr eines Kieselsols, wie z. B. Glanzox 3900* mit etwa 1 Gew-% SiO2. *Glanzox 3900 ist der Produktname für eine Poliermittelsuspension, die von Fujimi Incorporated, Japan, als Konzentrat angeboten wird. Die Basislösung dieses Konzentrats hat einen pH von 10,5 und enthält ca. 9 Gew-% kolloidales SiO2 mit einer
mittleren Teilchengröße von 30 bis 40 nm.
Es hat sich gezeigt, dass durch eine solche Kantenpolitur mit einem FAP-Tuch die im Stand der Technik beobachtete
Verschlechterung der lokalen Geometrie im Randbereich der
Halbleiterscheibe gänzlich vermieden wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass
Poliermittelverschleppungen im abtragenden Schritt der
Kantenpolitur und somit das Auftreten von Oberflächendefekten aufgrund von unkontrollierten Anätzungen auf der
Waferoberfläche vermieden werden.
Die verwendete Poliermittellösung bei der Kantenpolitur ist im einfachsten Fall Wasser, vorzugsweise deionisiertes Wasser (DIW) mit der für die Verwendung in der Halbleiterindustrie üblichen Reinheit.
Die Poliermittellösung kann aber auch Verbindungen wie
Natriumcarbonat (Na2COs), Kaliumcarbonat (K2CO3 ), Natriumhydroxid (NaOH) , Kaliumhydroxid (KOH) , Ammoniumhydroxid
(NH4OH) , Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mischungen davon enthalten. Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von Kaliumcarbonat.
Der pH-Wert der Poliermittellösung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 12 und der Anteil der genannten Verbindungen in der Poliermittellösung beträgt vorzugsweise 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 0,2 Gew.-%.
Die Poliermittellösung kann darüber hinaus einen oder mehrere weitere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide
wirkende Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide,
Alkohole und Komplexbildner.
Beim bevorzugten zweiten Schritt der Kantenpolitur wird ein Poliermittel enthaltend Abrasive verwendet.
Der Anteil des Abrasivstoffes in der Poliermittelsuspension beträgt vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,25 bis 1 Gew.-%. Die Größenverteilung der Abrasivstoff-Teilchen ist vorzugsweise monomodal ausgeprägt .
Die mittlere Teilchengröße beträgt 5 bis 300 nm, besonders bevorzugt 5 bis 50 nm. Der Abrasivstoff besteht aus einem das Substratmaterial
mechanisch abtragendem Material, vorzugsweise aus einem oder mehreren der Oxide der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium. Besonders bevorzugt ist eine Poliermittelsuspension, die kolloid-disperse Kieselsäure enthält.
Im optionalen zweiten Schritt der Kantenpolitur werden im
Gegensatz zum ersten Schritt vorzugsweise keine Zusätze wie Natriumcarbonat (Na2CO3) , Kaliumcarbonat (K2CO3) , Natriumhydroxid (NaOH) , Kaliumhydroxid (KOH) , Ammoniumhydroxid (NH4OH) , Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) zugesetzt.
Die Poliermittelsuspension kann aber einen oder mehrere weitere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide wirkende
Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide, Alkohole und Komplexbildner. Vorzugsweise wird also in Schritt (g) des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Poliertuch verwendet, das einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält (FAP-Tuch bzw. FA-Pad) .
Geeignete Abrasivstoffe umfassen beispielsweise Partikel von Oxiden der Elemente Cer, Aluminium, Silicium, Zirkon sowie
Partikel von Hartstoffen wie Siliciumcarbid, Bornitrid und Diamant .
Besonders geeignete Poliertücher weisen eine von replizierten Mikrostrukturen geprägte Oberflächentopografie auf. Diese
Mikrostrukturen („posts") haben beispielsweise die Form von Säulen mit einem zylindrischen oder mehreckigen Querschnitt oder die Form von Pyramiden oder Pyramidenstümpfen. Nähere Beschreibungen solcher Poliertücher sind beispielsweise in WO 92/13680 Al und US 2005/227590 Al enthalten.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung von im Poliertuch gebundenen Ceroxid-Partikeln, vgl. auch US6602117B1.
Die mittlere Partikelgröße des FAP-Poliertuchs beträgt
vorzugsweise 0,1-1,0 um, besonders bevorzugt 0,1-0,25 μm. Besonders geeignet zur Durchführung des Verfahrens ist ein Poliertuch mit mehrlagigem Aufbau, umfassend eine Lage
enthaltend Abrasive, eine Lage aus einem steifen Kunststoff sowie eine nachgiebige, nicht-gewebte Lage, wobei die Lagen mittels druckempfindlicher Klebeschichten miteinander verbunden sind.
Die Lage aus einem steifen Kunststoff umfasst vorzugsweise Polycarbonat . Das Poliertuch kann eine zusätzliche Lage aus Polyurethan- Schaum enthalten.
Eine der Lagen des Poliertuchs ist dabei nachgiebig. Bei der nachgiebigen Lage handelt es sich vorzugsweise um eine nicht-gewebte Schicht.
Die nachgiebige Lage umfasst vorzugsweise Poylesterfasern.
Besonders geeignet ist eine Lage aus Polyesterfasern, die mit Polyurethan getränkt sind („non-woven") .
Durch die nachgiebige Lage kann sich die Tuchhöhe anpassen und stetigen Übergängen folgen. Die nachgiebige Lage entspricht vorzugsweise der untersten Lage des Poliertuchs. Darüber befindet sich vorzugsweise eine Schaumlage z.B. aus Polyurethan, die mittels einer Klebeschicht auf der nachgiebigen Lage befestigt wird. Über dem PU-Schaum befindet sich eine Lage aus einem härteren, steifen Material, vorzugsweise aus einem harten Kunststoff, wozu sich
beispielsweise Polycarbonat eignet. Über dieser steifen Lage befindet sich die Schicht mit den Mikroreplikaten, also die eigentliche Fixed Abrasive-Lage.
Die nachgiebige Lage kann sich aber auch zwischen der
Schaumschicht und der steifen Lage oder direkt unterhalb der Fixed-Abrasive-Lage befinden.
Die Befestigung der verschiedenen Lagen aneinander erfolgt vorzugsweise mittels druckempfindlicher Klebeschichten (PSA) .
Der Erfinder hat erkannt, dass ein Poliertuch ohne die im Stand der Technik von FAP-Poliertüchern stets vorhandene PU- Schaumschicht zu guten Ergebnissen führt. In diesem Fall umfasst das Poliertuch eine Schicht mit den Mikroreplikaten, eine nachgiebige Schicht und eine Lage aus einem steifen Kunststoff wie Polycarbonat, wobei die
nachgiebige Schicht entweder die mittlere oder die unterste Lage des Poliertuchs sein kann.
Die Korngrößen der verwendeten FAP-Poliertücher sind
vorzugsweise größer oder gleich 0 , lμm und kleiner oder gleich l,0μm, besonders bevorzugt 0,1-0,25 um. Schritte (£) und (h) - Beidseitige Politur mittels FAP und CMP
Weiterhin erfolgt in Schritt (f) ein Polieren einer Vorderseite der Halbleiterscheibe unter Verwendung eines Poliertuchs mit fest gebundenen Abrasiven und gleichzeitige Politur einer
Rückseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das keine Abrasive enthält, bei dem jedoch ein Abrasive enthaltendes Poliermittel zwischen Poliertuch und Rückseite der
Halbleiterscheibe gebracht wird. In Schritt (g) erfolgt eine Kantenpolitur wie zuvor
beschrieben.
Nachfolgend erfolgt in Schritt (h) ein Polieren der Rückseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das fest gebundene Abrasive beinhaltet sowie gleichzeitige Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, welches keine fest gebundenen Abrasive enthält, wobei ein Abrasive enthaltendes Poliermittel zwischen Poliertuch und Vorderseite der
Halbleiterscheibe gebracht wird.
Die Erfindung sieht also in den Schritten (f) und (h) einen kombinierten simultanen Doppelseitenpolierprozesses vor, indem simultan eine FAP-Politur und eine CMP-Politur eimal an
Vorderseite/Rückseite und anschließend an Rückseite/Vorderseite stattfinden. Auf den herkömmlichen DSP-Schritt und den
nachfolgenden separaten CMP-Schritt wird verzichtet.
Die Schritte (f) und )h) lassen sich auf bestehenden Anlagen zur Doppelseitenpolitur von Halbleiterscheiben durchführen, z.B. auf einer handelsüblichen Doppelseiten-Poliermaschine des Typs AC2000 von Fa. Peter Wolters, Rendsburg (Deutschland) .
Diese Poliermaschine ist ausgestattet mit einer Stiftverzahnung des äußeren und inneren Kranzes zum Antrieb der Läuferscheiben. Die Anlage kann für eine oder mehrere Läuferscheiben ausgelegt sein. Wegen des höheren Durchsatzes ist eine Anlage für mehrere Läuferscheiben bevorzugt, wie sie beispielsweise in der DE-100 07 390 Al beschrieben ist und bei der sich die Läuferscheiben auf einer Planetenbahn um das Anlagenzentrum bewegen. Zur
Anlage gehören ein unterer und ein oberer Polierteller, die horizontal frei drehbar und mit Poliertuch bedeckt sind. Während der Politur befinden sich die Halbleiterscheiben in den Aussparungen der Läuferscheiben und zwischen den beiden
Poliertellern, die sich drehen und einen bestimmten Polierdruck auf sie ausüben, während ein Poliermittel kontinuierlich zugeführt wird. Dabei werden auch die Läuferscheiben in
Bewegung versetzt, vorzugsweise über sich drehende Stiftkränze, die in Zähne am Umfang der Läuferscheiben eingreifen.
Eine typische Läuferscheibe umfasst Aussparungen zur Aufnahme von drei Halbeiterscheiben. Am Umfang der Aussparungen befinden sich Einlagen, die die bruchempfindlichen Kanten der
Halbleiterscheiben schützen sollen, insbesondere auch vor einer Freisetzung von Metallen vom Läuferscheibenkörper. Der Läuferscheibenkörper kann beispielsweise aus Metall, Keramik, Kunststoff, faserverstärktem Kunststoff oder aus Metall
bestehen, das mit Kunststoff oder mit einer diamantartigen Kohlenstoffschicht („diamond like carbon", DLC-Schicht) beschichtet ist. Bevorzugt sind jedoch Stähle, besonders bevorzugt rostfreier Chromstahl. Die Aussparungen sind vorzugsweise für die Aufnahme einer ungeraden Anzahl von Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von mindestens 200 mm, vorzugsweise 300 mm, ganz besonders bevorzugt 450mm und Dicken von 500 bis 1000 um ausgelegt. Das verwendete Poliermittel bei der Politur mit einem
Poliertuch, welches keine fest gebundenen Abrasive enthält, umfasst Abrasive. Es handelt sich um eine
Poliermittelsuspension . Die Größenverteilung der Abrasivstoff-Teilchen ist vorzugsweise monomodal ausgeprägt.
Die mittlere Teilchengröße beträgt 5 bis 300 nm, besonders bevorzugt 5 bis 50 nm. Der Abrasivstoff besteht aus einem das Substratmaterial
mechanisch abtragendem Material, vorzugsweise aus einem oder mehreren der Oxide der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium. Der Anteil des Abrasivstoffes in der Poliermittelsuspension beträgt vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,25 bis 1 Gew.-%.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung von kolloid-disperser Kieselsäure als Poliermittelsuspension.
Zum Einsatz kommen beispielsweise die wässrigen Poliermittel Levasil® 200 von der Fa. Bayer AG sowie Glanzox 3900® von der Fa . Fuj imi .
Vorzugsweise enthält das Poliermittel Zusätze wie
Natriumcarbonat (Na2CO3) , Kaliumcarbonat (K2CO3) , Natriumhydroxid (NaOH) , Kaliumhydroxid (KOH) , Ammoniumhydroxid (NH4OH) , Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) .
Die Poliermittelsuspension kann aber einen oder mehrere weitere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide wirkende
Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide, Alkohole und Komplexbildner.
Im erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Schritten (f) und (h) wird auch ein Poliertuch verwendet, das einen im Poliertuch
gebundenen Abrasivstoff enthält (FAP- oder FA-Tuch bzw. FA- Päd) .
Geeignete Abrasivstoffe umfassen beispielsweise Partikel von Oxiden der Elemente Cer, Aluminium, Silicium, Zirkon sowie Partikel von Hartstoffen wie Siliciumcarbid, Bornitrid und Dia- mant . Besonders geeignete Poliertücher weisen eine von replizierten Mikrostrukturen geprägte Oberflächentopografie auf. Diese
Mikrostrukturen („posts") haben beispielsweise die Form von Säulen mit einem zylindrischen oder mehreckigen Querschnitt oder die Form von Pyramiden oder Pyramidenstumpfen.
Nähere Beschreibungen solcher Poliertücher sind beispielsweise in WO 92/13680 Al und US 2005/227590 Al enthalten.
Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Poliertuchs mit fest darin gebundenen Abrasiven aus Ceroxid, wie z.B. in US 6602117 Bl beschrieben. Die Korngrößen der verwendeten FAP-Poliertücher (Größe der fest gebundenen Abrasive / Partikel) sind vorzugsweise größer oder gleich 0,1 um und kleiner oder gleich 1,0 um.
Besonders bevorzugt ist eine Partikelgröße von 0,1-0,6 um.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Partikelgröße von 0,1-0,25 um.
Ein Polierteller ist mit einem solchen FAP-Tuch ausgestattet.
Der zweite Polierteller ist mit einem herkömmlichen CMP- Poliertuch beaufschlagt.
Bei den verwendeten CMP-Poliertüchern handelt es sich um
Poliertücher mit einer porösen Matrix.
Vorzugsweise besteht das Poliertuch aus einem thermoplastischen oder hitzehärtbaren Polymer. Als Material kommt eine Vielzahl an Werkstoffen in Betracht, z.B. Polyurethane, Polycarbonat , Polyamid, Polyacrylat, Polyester usw. Vorzugsweise beinhaltet das Poliertuch festes, mikro-poröses Polyurethan. Bevorzugt ist auch die Verwendung von Poliertüchern aus
verschäumten Platten oder Filz- oder Fasersubstraten, die mit Polymeren imprägniert sind.
Beschichtete/Imprägnierte Poliertücher können auch so
ausgestaltet sein, dass es im Substrat eine andere
Porenverteilung und -großen aufweist als in der Beschichtung.
Die Poliertücher können weitgehend eben oder auch perforiert sein.
Um die Porosität des Poliertuchs zu steuern, können Füllstoffe in das Poliertuch eingebracht sein.
Kommerziell erhältliche Poliertücher sind z.B. das SPM 3100 von Rodel Inc. oder die Tücher der DCP-Serie sowie die Tücher der Marken IC1000™, Polytex™ oder SUBA™ von Rohm & Hass.
Wie zuvor erwähnt, kann bei Durchführung einer Politur gemäß den Schritten (f) unf (h) des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einer Doppelseitenpoliermaschine, wie es zum Beispiel bei dem Typ AC 2000 der Fa. Peter Wolters / Rendsburg der Fall ist, die im Stand der Technik obligatorische einseitige
Schleierfreipolitur (CMP) entfallen, da sowohl die die
Geometrie bestimmende als auch die die Oberflächenqualität bestimmende Politur komplett auf einem Maschinentyp
durchgeführt werden.
Im Stand der Technik wurden dagegen die Abtrags- und
Schleierfreipolitur (DSP und CMP) getrennt voneinander und auf unterschiedlichem Poliermaschinen durchgeführt. Mittels CMP wurde im Stand der Technik nur die Vorderseite der
Halbleiterscheibe poliert.
Zur Erzielung einer optimalen Wafergeometrie, hier vor allem der Randgeometrie (Edge Roll-off-Eliminierung) bietet eine simultane Doppelseitenpolitur mit Planetenkinematik und
kombiniertem Einsatz von Fixed Abrasive- und CMP-Poliertüchern Vorteile, da der Fixed Abrasive-Polierprozess es erlaubt, aufgrund des harten und optional mit einem Überlauf
gestaltbaren Tuches zur Erzielung des notwendigen Polierabtrags auf eine kieselsolhaltige Komponente zu verzichten und es zudem ermöglicht, gezielt Einfluß auf den Randbereich der
Halbleiterscheibe zu nehmen. Zusätzlich ist im Rahmen der simultanen beidseitigen Politur bereits die CMP-Politur integriert, indem einer der
Polierteller mit einem CMP-Poliertuch ausgestattet ist, auf dem der CMP-Schritt stattfindet. Die erfindungsgemäße Doppelseitenpolitur findet in zwei
Teilpolierschritten (f) und (h) statt, zwischen denen die
Halbleiterscheibe gemäß Schritt (g) kantenpoliert wird.
Vorzugsweise erfolgt dabei eine zweistufige Kantenpolitur, bei der eine erste Kantenpolitur zwischen den beiden Teilschritten der Doppelseitenpolitur (f) und (h) und die zweite
Kantenpolitur nach Beendigung der kompletten
Doppelseitenpolitur, also nach Schritt (h) durchgeführt wird, was es erlaubt die Kantenpolitur durch diese Aufteilung in zwei Schritte feiner abzustimmen und somit die Randgeometrie der Halbleiterscheibe möglichst wenig zu beeinflussen.
Vorzugsweise erfolgen beide Schritte der Kantenpolitur mittels Poliertüchern mit fest darin gebundenen Abrasiven. Vorzugsweise erfolgt die zweite Kantenpolitur unter Zuführung einer Abrasive enthaltenden Poliermittelsuspension, wie der unter (g) beschriebene optionale Softpolierschritt . Der Anteil der Abrasivstoffe in der Poliermittelsuspension beträgt dabei vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-%.
Die Abrasivstoffe in der Poliermittelsuspension werden
vorzugsweise ausgewählt aus einem oder mehreren der Gruppe bestehend aus Oxiden der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Poliermittelsuspension um kolloid-disperse Kieselsäure. Vorzugsweise beträgt der pH-Wert der Poliermittelsuspension 9 bis 11,5.
Vorzugsweise wird der ph-Wert der Poliermittelsuspension durch Zugabe von Zusätzen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Natriumcarbonat (Na2CO3), Kaliumcarbonat (K2CO3), Natriumhydroxid (NaOH) , Kaliumhydroxid (KOH) , Ammoniumhydroxid (NH4OH) , Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebigen Mischungen dieser Verbindungen, eingestellt. Um eine speziell gewünschte definierte Rückseitenrauhigkeit der polierten Waferrückseite zu erreichen kann es von Vorteil sein, zusätzliche einseitige FAP-Polituren der Rückseite vorzunehmen : Dies erfolgt vorzugsweise in drei Schritten jeweils unter
Verwendung eines Poliertuchs, das einen im Poliertuch
gebundenen Abrasivstoff enthält und das mit einem Polierdruck auf die Rückseite der Halbleiterscheibe gedrückt wird, wobei im ersten Schritt ein Poliermittel, welches frei von Feststoffen ist, im zweiten und dritten Schritt dagegen ein Poliermittel, das abrasive Stoffe enthält, zwischen Poliertuch und Rückseite der Halbleiterscheibe gebracht wird, wobei ein Polierdruck im ersten und zweiten Schritt von 8-15 psi im dritten Schritt auf 0,5-5 psi reduziert wird.
Die Halbleiterscheibe weist auf den ebenen Flächen ihrer
Rückseite vorzugsweise eine mittlere Oberflächenrauhigkeit Ra in einem breiten Bereich von 0,3 bis 4,5 nm auf, bezogen auf Ortswellenlängen von kleiner oder gleich 250 μm.
Zur Bestimmung der Oberflächenrauhigkeit eignet sich
beispielsweise ein Chapman Surface Profiler MP 2000 mit einem 250 um Filter (räumliche Wellenlängen größer 250 um = Waviness- Daten, vgl. Chapman Technical Note-TG-1, Rev-01-09).
Ist eine hohe Rückseitenrauhigkeit im o . g. Bereich gewünscht, werden bevorzugt FAP-Tücher mit Korngrößen von 0,5-1,0 μm verwendet . Ist eine niedrige Rückseitenrauhigkeit gewünscht, werden bevorzugt FAP-Tücher mit Korngrößen von 0,1-0,25 μm verwendet.
Die Poliermittellösung beim ersten Schritt der Politur der Rückseite der Siliciumscheibe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im einfachsten Fall Wasser, vorzugsweise deionisiertes Wasser (DIW) mit der für die Verwendung in der
Halbleiterindustrie üblichen Reinheit.
Die Poliermittellösung kann aber auch Verbindungen wie
Natriumcarbonat (Na2CO3) , Kaliumcarbonat (K2CO3) , Natriumhydroxid (NaOH) , Kaliumhydroxid (KOH) , Ammoniumhydroxid (NH4OH) ,
Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mischungen davon entha1ten . Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von Kaliumcarbonat. Beim zweiten Schritt der Politur der Rückseite der
Halbleiterscheibe wird ein Poliermittel enthaltend Abrasive verwendet . Der Abrasivstoff besteht aus einem das Substratmaterial
mechanisch abtragendem Material, vorzugsweise aus einem oder mehreren der Oxide der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium.
Besonders bevorzugt ist eine Poliermittelsuspension, die kolloid-disperse Kieselsäure enthält.
Beim dritten Schritt der Politur der Rückseite der
Halbleiterscheibe wird ebenfalls ein Poliermittel enthaltend Abrasive wie im zweiten Schritt verwendet. Der Polierdruck wird gegenüber dem ersten und zweiten Schritt von 8-15 psi auf 0,5-5 psi reduziert.
Zur Durchführung dieser Polituren eignen sich herkömmliche Poliermaschinen wir z.B. die Poliermaschine „nHance 6EG" der Strasbaugh Inc.
Die Poliermaschine von Strasbaugh Inc. besitzt einen Polierteller mit einem Poliertuch und einen Polierkopf, der eine Halbleiterscheibe vollautomatisch bearbeitet. Der Polierkopf ist kardanisch gelagert und umfasst eine feste Basisplatte, die mit einem „backing päd" beschichtet ist, und einen beweglichen Führungsring. Durch Bohrungen in der Basisplatte können in zwei konzentrischen Druckzonen, einer inneren und einer äußeren, Luftkissen aufgebaut werden, auf denen die Halbleiterscheibe während der Politur schwimmt. Der bewegliche Führungsring kann mittels eines Druckluftbalgs mit Druck beaufschlagt werden, um so das Poliertuch beim Kontakt mit der Halbleiterscheibe vorzuspannen und plan zu halten. Besonders bevorzugte Ausführungsformen Im Folgenden werden besonders bevorzugte Ausführungsformen A-F des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die verwendeten Abkürzungen PPG, DDG, FAP und CMP wurden zuvor erläutert. A
Abtrennen einer Scheibe vom Einkristall - Kantenverrunden - PPG
- Kantenverrunden - beidseitiges Feinschleifen > beidseitige FAP - Gasphasenätzen - FAP der Rückseite und gleichzeitig CMP der Rückseite > Kantenpolieren - FAP Rückseite und gleichzeitig CMP Vorderseite - Kantenpolieren
B
Abtrennen einer Scheibe vom Einkristall - Kantenverrunden - PPG
- Kantenverrunden - beidseitiges Feinschleifen > FAP der
Rückseite - Gasphasenätzen - FAP der Rückseite und gleichzeitig CMP der Rückseite > Kantenpolieren - FAP Rückseite und
gleichzeitig CMP Vorderseite - Kantenpolieren
Abtrennen einer Scheibe vom Einkristall - Kantenverrunden - PPG
- Kantenverrunden - beidseitiges Feinschleifen > FAP der
Vorderseite - Gasphasenätzen - FAP der Rückseite und
gleichzeitig CMP der Rückseite > Kantenpolieren - FAP Rückseite und gleichzeitig CMP Vorderseite - Kantenpolieren
D
Abtrennen einer Scheibe vom Einkristall - DDG - Kantenverrunden
- beidseitiges Feinschleifen > beidseitige FAP - Gasphasenätzen - FAP der Rückseite und gleichzeitig CMP der Rückseite >
Kantenpolieren - FAP Rückseite und gleichzeitig CMP Vorderseite
- Kantenpolieren
E
Abtrennen einer Scheibe vom Einkristall - DDG - Kantenverrunden
- beidseitiges Feinschleifen > FAP der Rückseite - Gasphasenätzen - FAP der Rückseite und gleichzeitig CMP der Rückseite > Kantenpolieren - FAP Rückseite und gleichzeitig CMP Vorderseite - Kantenpolieren
F
Abtrennen einer Scheibe vom Einkristall - DDG - Kantenverrunden - beidseitiges Feinschleifen > FAP der Vorderseite - Gasphasenätzen - FAP der Rückseite und gleichzeitig CMP der Rückseite > Kantenpolieren - FAP Rückseite und gleichzeitig CMP Vorderseite - Kantenpolieren
Nach dem abschließenden Schritt der Kantenpolitur schließt sich vorzugsweise eine Endreinigung an.
Außerdem kann die Halbleiterscheibe einer thermischen
Behandlung unterzogen oder mit einer epitaktischen Schicht versehen werden .

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe,
umfassend in der angegebenen Reihenfolge:
(a) beidseitige Material abtragende Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe;
(b) Verrunden der Kante der Halbleiterscheibe;
(c) Schleifen von Vorder- und Rückseite der
Halbleiterscheibe, wobei jeweils eine Seite der
Halbleiterscheibe mittels eines Scheibenhalters
festgehalten wird, während die andere Seite mit einem Schleifwerkzeug bearbeitet wird;
(d) Politur wenigstens einer Seite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das fest gebundene Abrasive
beinhaltet;
(e) Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem ätzenden Medium bei einem Materialabtrag von nicht mehr als lum pro Seite der Halbleiterscheibe;
(f) Polieren einer Vorderseite der Halbleiterscheibe unter Verwendung eines Poliertuchs mit fest gebundenen Abrasiven und gleichzeitige Politur einer Rückseite der
Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das keine Abrasive enthält, bei dem jedoch ein Abrasive enthaltendes
Poliermittel zwischen Poliertuch und Rückseite der
Halbleiterscheibe gebracht wird;
(g) Politur der Kante der Halbleiterscheibe;
(h) Polieren der Rückseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das fest gebundene Abrasive beinhaltet sowie gleichzeitige Politur der Vorderseite der
Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, welches keine fest gebundenen Abrasive enthält, wobei ein Abrasive
enthaltendes Poliermittel zwischen Poliertuch und
Vorderseite der Halbleiterscheibe gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich in Schritt (a) um ein simultanes Doppelseitenschleifen (DDG) handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) mittels PPG erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Halbleiterscheibe bereits vor Durchführung des PPG-Schritts gemäß Schritt (a) mit einer verrundeten Kante versehen wird und die Kante der Halbleiterscheibe nach Durchführung des PPG- Schritts erneut gemäß Schritt (b) verrundet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das
Schleifen von Vorder- und Rückseite gemäß Schritt (c) sequentiell erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das
Schleifen von Vorder- und Rückseite gemäß Schritt (c) mit einem Schleifwerkzeug erfolgt, das eine Korngröße von #2000 - #8000 aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in
Schritt (d) die Vorderseite der Halbleiterscheibe poliert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in
Schritt (d) die Rückseite der Halbleiterscheibe poliert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in
Schritt (d) Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe poliert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei in Schritt (d) eine Poliermittellösung, die frei von
Feststoffen ist, zwischen die zu polierende Seite der Halbleiterscheibe und das Poliertuch gebracht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das in Schritt (d) verwendete Poliertuch Abrasivpartikel , ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliciumcarbid, Bornitrid, Diamant und Oxiden der Elemente Cer, Aluminium, Silicium, Zirkon, umfasst .
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Korngrößen der Abrasivpartikel größer oder gleich 0,1 μm und kleiner oder gleich 1,0 um betragen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei in Schritt (f) der Materialabtrag pro Seite der
Halbleiterscheibe wenigstens 0,1 nm und höchstens 1 μm beträgt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei in Schritt (f) die Halbleiterscheibe mit einem gasförmigen Medium, enthaltend Fluorwasserstoff und wenigstens ein die Oberfläche der
Halbleiterscheibe oxidierendes Oxidationsmittel, behandelt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei in Schritt (g) die Kante einer sich zentrisch drehenden
Halbleiterscheibe mit einer bestimmten Kraft gegen eine sich zentrisch drehende Poliertrommel gedrückt wird, wobei die Poliertrommel mit einem Poliertuch, enthaltend fest gebundene Abrasive, beaufschlagt ist und kontinuierlich eine Poliermittellösung, die keine Feststoffe enthält, zugeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das in Schritt (g) verwendete Poliertuch enthaltend Abrasive einem Poliertuch gemäß Ansprüchen 11 oder 12 entspricht.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das eine in Schritt (f) und (h) verwendete Poliertuch enthaltend Abrasive einem Poliertuch gemäß Ansprüchen 11 oder 12 entspricht.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das andere
Poliertuch jeweils keine Abrasive beinhaltet und eine poröse Matrix aufweist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das in Schritt (f) und (h) verwendete Abrasive enthaltende Poliermittel Partikel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem oder mehreren der Oxide der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium umfasst.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei es sich beim Poliermittel um kolloid-disperse Kieselsäure handelt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei eine zweistufige Kantenpolitur erfolgt, wobei eine erste Kantenpolitur in Schritt (g) und die zweite Kantenpolitur nach Schritt (h) erfolgt.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die zweite
Kantenpolitur unter Zuführung einer Abrasive enthaltenden Poliermittelsuspension erfolgt, die dem Poliermittel der Ansprüche 19 oder 20 entspricht.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei eine zusätzliche Politur der Rückseite nach Schritt (h) erfolgt, wobei die Rückseite in drei Schritten jeweils unter Verwendung eines Poliertuchs, das einen im
Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält und das mit einem Polierdruck auf die Rückseite der Halbleiterscheibe gedrückt wird, poliert wird, wobei im ersten Schritt ein Poliermittel, welches frei von Feststoffen ist, im zweiten und dritten Schritt dagegen ein Poliermittel, das abrasive Stoffe enthält, zwischen Poliertuch und Rückseite der Halbleiterscheibe gebracht wird, wobei ein Polierdruck im ersten und zweiten Schritt von 8-15 psi im dritten Schritt auf 0,5-5 psi reduziert wird.
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