WO2019175207A1 - Verfahren zur herstellung von halbleiterscheiben - Google Patents

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WO2019175207A1
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disc
temperature gradient
wafer
semiconductor material
radial
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PCT/EP2019/056220
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Christina KRÜGLER
Michael Boy
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Siltronic Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing semiconductor wafers.
  • Monocrystalline silicon are the basis of modern electronics. In the
  • the invention relates to a method for the production of semiconductor wafers, wherein a single-crystal rod is pulled from semiconductor material and at least one disc is separated from the rod of semiconductor material, wherein the disc is subjected to a thermal treatment comprising a
  • Heat treatment step in which a radial temperature gradient from inside to outside or from outside to inside acts on the semiconductor wafer, wherein an examination of the wafer of semiconductor material with respect to the formation of defects in the crystal lattice, so-called stress fields occurs.
  • the radial temperature gradient acts on all areas of the disk, with an edge area of the disk being recessed at a distance of less than or equal to 20 mm from the disk edge thereof.
  • the edge region is defined by a distance of less than or equal to 10 mm from the disk edge.
  • the determination of the possible stress fields takes place in an inner region of the disk, defined by a base area of the disk minus one
  • the generation of a radial temperature gradient can be effected by means of a plurality of radially arranged heat sources, which are separately controllable in their radiation intensity.
  • the temperature gradient applied to the disk may extend over n radial contiguous zones, where n is integer and greater than one.
  • the temperature gradient between two adjoining zones can be 1 to 50 Kelvin.
  • the thermal treatment according to another embodiment comprises a warm-up phase, a hold phase and a cool-down phase, wherein the hold phase corresponds to the heat treatment step for generating the radial temperature gradient acting on the disk.
  • the heat treatment step for generating a radial temperature gradient is preferably carried out in a gas atmosphere comprising one or more gases selected from the group consisting of O 2, H 2, NH 3, He and Ar.
  • a thermal treatment is performed prior to the heat treatment step wherein a radial temperature gradient acts on the wafer the disc, where the disc is subjected to a typical thermal budget occurring in the customer process.
  • the invention is based on a drawn from the prior art single crystal (rod, ingot) of semiconductor material, are separated from the individual slices, for example by means of a wire saw.
  • the slices of semiconductor material separated by a single crystal are preferably a monocrystalline silicon wafer with a diameter of 150 mm, 200 mm or 300 mm.
  • a semiconductor wafer comprises a front side and a rear side, as well as a circumferential edge, which together form the surface of this disk.
  • the edge consists of two surfaces flattened by preceding grinding and etching processes, the so-called facets, and a circumferential surface, which is perpendicular to the front or rear side of the disk, the so-called apex or blunt.
  • the front side of the slice of semiconductor material is the side on which the desired microstructures are applied in subsequent customer processes.
  • Semiconductor wafers may have various defects in the crystal lattice, depending on the pulling process, such as the BMDs (bulk micro defects) or dislocation loops caused by oxygen precipitation
  • the size of the crystal defects and their distribution in a semiconductor wafer are i.a. determined by the speed of pulling the single crystal out of the melt.
  • the crystal defects can lead to stress-induced fields, in short, stress fields, as a result of the customer's thermal treatment.
  • SIRD Sccanning Infrared Depolarization
  • the stress fields present in the crystal lattice can be so strongly pronounced by the input of thermal energy that, after the thermal treatment, they are above the detection limit of the measuring method and thus become detectable or even quantifiable with respect to the wafer surface.
  • disk center hereinafter referred to as “inner area”, preferably comprises the entire area of the front side or rear side, generally referred to as side, of a semiconductor wafer (wafer) with the exception of one defined
  • Edge exclusion is preferably at least 10 mm and at most 20 mm, measured from the circumferential edge of the semiconductor wafer.
  • the inventive method for the examination of semiconductor wafers is preferably suitable for each rod diameter and preferably comprises the following steps in the order given: 1) pulling a monocrystalline rod of semiconductor material from a melt and optional cylindrical grinding of the rod to obtain the desired
  • stress optimum and “stress optimized” refer to the quantitatively evaluable expression of stress fields in a defined radial region on the surface of the slice of semiconductor material. Both terms also include the stress field-free state, i. that after carrying out the
  • Detection limit of the applied measuring method can be detected on the surface of the wafer
  • the at least one disc separated from a rod in step 2) is the disc to be examined for possible stress fields in the inner region
  • this disc represents further discs, from the respective rod or the respective rod piece, from the later
  • Semiconductor wafers are to be cut for further processing.
  • the at least one disc to be examined represents
  • Semiconductor material is a rod piece of a length of preferably at least 20 cm, more preferably of at least 40 cm, wherein all product slices separated from this rod piece have the same crystal structure as the at least one slice of semiconductor material to be examined.
  • the number and / or position of the test discs separated from a rod relative to the longitudinal axis of the rod preferably depends on the length and the expected uniformity of the crystal defects along the
  • the rod may or may not be rounded prior to separation of the at least one wafer of semiconductor material to be tested, i. be ground to the target diameter.
  • this slice has the desired target diameter of 300 mm after edge rounding and thus has the same diameter as the later product slices, ie the wafers for The customers.
  • the inventor has recognized that for the semiconductor wafers separated from a monocrystalline rod by at least one disc, which is the following
  • step 3 A representative statement regarding the stress fields for the subsequently separated from this rod or rod piece semiconductor wafers can be obtained. As a result, it is possible to determine quickly and without high costs whether the semiconductor wafers obtained from the rod and treated in the thermal treatment step 3) fulfill the respective required specification with regard to stress-free conditions, in particular in the inner region of the semiconductor wafer.
  • the heat treatment taking place in step 3) of the process according to the invention is preferably carried out in two steps 3A and 3B.
  • RTP Rapid Thermal Processing
  • Stress fields for example, SIRD (Scanning InfraRed Depolarization) or XRT (X-ray Topography) combined. Stress fields are local or global
  • SIRD scanning Infrared Depolarization
  • polarized light is polarized as it passes through an area under mechanical stress.
  • Other likewise suitable methods for the detection of stress fields are i.a. Micro Raman, photoluminescence, the visual inspection of the disk surface after a
  • the thermal customer process simulation in step 3A comprises or preferably corresponds to the thermal budget to which the wafer is subjected when creating the semiconductor structures at the customer.
  • the at least one disc to be examined made of semiconductor material in a suitable
  • Heat treatment furnace for example, a vertical furnace from ASM
  • the heat treatment furnace must enable the temperature profiles necessary for the customer process and the adjustment of the respective gas atmosphere.
  • a customer process can be, for example, the so-called Toshiba test (3 h at 780 ° C., then 16 h at 1000 ° C.).
  • the second heat treatment or high-temperature processing of the wafer takes place in step 3B in a process chamber, the necessary heat being dissipated by preferably radially arranged heat sources, e.g. Halogen lamps, is generated.
  • a preferably high heat source e.g. Halogen lamps
  • RTP rapid thermal processing
  • RTA Rapid Thermal Annealing
  • the RTP comprises three stages, a ramp-up phase in which the
  • Semiconductor wafer is heated to the target temperature within a defined time, the holding phase (Soak-Step), in which the target temperature is kept constant for a defined time, and a cooling phase (ramp-down), in which the semiconductor wafer is cooled within a defined time ,
  • the RTP leads to stress or stress within the crystal structure of the wafer, so that within the crystal structure new stress fields can arise or already existing stress fields can be more pronounced
  • step 3B the targeted radial heat treatment preferably takes place in the inner region of the at least one side of the disc to be examined
  • Radial heat treatment means one preferably
  • point-shaped heat source preferably along a line which preferably describes the diameter or preferably the radius of the disc or the radial heat treatment is circular along a line which preferably describes the diameter or the radius of the disc, wherein the circular
  • Heat treatment is carried out by means of a circularly arranged heat source or the disc is rotated circularly under a point-shaped heat source or the heat source is rotated in a circle, wherein the circle preferably extends along the diameter or radius of the semiconductor wafer from inside to outside or is reduced from outside to inside.
  • a suitable heat treatment furnace for example, the AMAT Vantage Radiance + by Applied Materials, Santa Clara, California, USA, based on the
  • the edge of the disc is given a different heat input than in the middle of the disc.
  • Heat treatment of the inner region of the disk of semiconductor material to be examined preferably has radially arranged heat sources
  • heat lamps on, which can be controlled separately. If this device has, for example, four separately controllable radially arranged heat sources, the at least one side of the pane to be examined can be made
  • Semiconductor material between the center of the disc and the edge region of the disc are irradiated with different intensity, so that between the center and the edge of the disc, a temperature gradient can be accomplished, which consists of four zones.
  • step 3B the preferably radial thermal radiation preferably takes place during a three-stage RTP on at least one side of the disk
  • the preferably radial Heat radiation can also preferably take place on both sides in step 3B, ie preferably radially arranged separately controllable heat sources irradiate both the front side and the back side of the disk of semiconductor material with a preferably from inside to outside temperature gradient.
  • Zone 1 becomes the innermost radial zone with heat sources
  • n is the number of individually controllable, radially arranged heat sources, with zone n the outermost, the edge of the pane radiating radially
  • zone 4 thus designates the external arrangement of separately controllable heat sources, which irradiates the edge of the wafer of semiconductor material to be examined.
  • Semiconductor material that is, the center of the disk, is separated from that of the innermost, preferably radially arranged and preferably separately controllable
  • Zone 2 closest to zone 1 is on at least one side of the disk of semiconductor material
  • the radial area whose area corresponds to the area irradiated by the radially arranged and separately controllable heat sources of the zone 2.
  • the inner boundary of zone 2 corresponds to the outer boundary of zone 1.
  • the radial area of zone n on the at least one side of the slice of semiconductor material is the radial area at the wafer edge, which are irradiated by the outer heat sources separately controllable.
  • the outer boundary of the radial zone n is preferably determined by the defined edge exclusion.
  • the zones preferably have the same radial distance from one another, so that in the case of a disc with a diameter of 300 mm the radius is 150 mm and in 5 zones the radius of each of the five zones is 30 mm in each case.
  • the preferably separately controllable heat difference between two preferably radially arranged adjacent heat sources so for example between the radial zone 1 and adjacent to the zone 1 radial zone 2, in the range of preferably 1 to 50 Kelvin (K).
  • the separately controllable heat difference lies between two radially arranged adjacent ones
  • Heat sources in the range of preferably 3 to 30 Kelvin, and more preferably in the range of 5 to 15 Kelvin.
  • this slice is preferably placed in the first thermal treatment of the at least one slice of semiconductor material to be examined.
  • Heat treatment furnace hereinafter referred to as RTP device laid.
  • the gas atmosphere preferably present in the RTP device during the thermal processing may e.g. from one of the gases oxygen (O2), nitrogen (N2), hydrogen (H2), ammonia (NH3), helium (He) or argon (Ar) or a chemically or process technically suitable mixture of these gases and thus oxidizing or reducing act or be inert.
  • the ramp-up step in step 3B already takes place with the radial temperature gradient
  • the hold phase which comprises a defined period of time, for example three minutes, the heat input to the wafer of semiconductor material with a radial Termperaturgradienten along the zones 1 to n, where n is greater than 1 and integer.
  • n is greater than 1 and integer.
  • the disk located in the RTP device is preferably cooled in a controlled manner over a defined period of time (ramping). Down).
  • the period of the cooling phase may be shorter, the same or longer than the period of the heating phase.
  • the duration of the cooling phase may be, for example, 18 seconds.
  • the ramp-down step preferably takes place in step 3B with the radial temperature gradient from the holding step. Also preferably, the ramp-down step takes place in step 3B without a temperature gradient.
  • a preferably radial temperature gradient in one of the three stages or phases on the at least one side of the disc of semiconductor material Preferably acts on the at least one side of the RTP during the RTP
  • Semiconductor wafer a preferably radial temperature gradient in all three stages (heating phase, holding phase and cooling phase), preferably only in the first two stages, preferably only in the holding phase or preferably in the holding and the cooling phase.
  • the temperature difference between the innermost zone 1 and the next adjacent radially arranged zone 2 is preferably in the range of 3K to 30K, so that the corresponding heat sources thermally irradiate the zones 1 and 2 with a corresponding temperature difference.
  • the temperature difference between the individual zones 1 and n is the same. Also preferably, the temperature difference between the zones 1 and n increases linearly or exponentially, wherein the temperature in the zone 1 is higher than in the zone n or wherein the temperature in the zone 1 is lower than in the zone n and n is an integer Number is greater than 1.
  • Fig. 1 illustrates the five steps of a suitable method of selection
  • FIG. 2 shows by way of example a radial oxide thickness profile on the surface of a disk of semiconductor material having a diameter of 300 mm after the second thermal treatment with a radial temperature gradient of 10 K between the edge of the disk and the center of the disk.
  • the radial position of the disk made of semiconductor material is given in mm on the x-axis, and the relative oxide layer thickness profile in angstroms is plotted on the y-axis.
  • FIG. 3 shows the result of two SIRD measurements after carrying out the method according to the invention.
  • the horizontal dark areas on the right and on the left are slip lines which occur due to the support of the semiconductor wafer on a carrier during the execution of the first thermal treatment step according to the customer specification.
  • FIG. 3 a shows a stress-optimized slice of semiconductor material that does not have stress fields in the region of
  • disk 3b has a disk of semiconductor material with stress fields in the region of the center of the disk, that is to say within the area bounded by the edge exclusion.
  • the temperature gradient acting on the inner region of the disk by the preferably radial temperature profile can be determined by a radial
  • Oxiddickenprofil ie the thickness of the gas atmosphere
  • an oxide layer forming nitrogen-oxygen mixture can be controlled or imaged on the surface of the wafer of semiconductor material to be examined (FIG. 2).
  • 2 shows, by way of example, a radial oxide thickness profile, measured with an ellipsometer, of a slice of semiconductor material having a diameter of 300 mm after the second heat treatment step 3B.
  • the thickness of the oxide layer formed depends on the amount of heat radiated.
  • a temperature change of one Kelvin corresponds to a change in the thickness of the oxide layer of approximately 1.5 Angstroms. Accordingly, the disk center was irradiated with a temperature higher by 6 Kelvin than the nearest adjacent radial area. The higher caused by these in the form of a temperature gradient
  • Temperature influence in the inner region of the disc to be examined allows the formation and thus the detection of stress fields in this area, so that occurring stress fields can be detected by means of suitable measuring methods in step 4) of the method according to the invention.
  • the radial temperature profile is selected in step 3B such that the temperature gradient directed towards the inner region, ie towards the center of the wafer, has an edge exclusion of preferably at least 10 mm, preferably 20 mm , measured from the edge of the window, acts.
  • step 4) of the method the examination of the at least one disc takes place with regard to the formation of stress fields or the presence
  • step 5 of the method the selection of the slices takes place by differentiation into stress-optimized slices and slices unsuitable for the customer. If the at least one slice of semiconductor material which also represents a corresponding rod piece has no or only a few stress fields in the inner region after the double thermal treatment in step 3), then it is a stress-optimized slice corresponding to the customer's requirements.
  • a slice of semiconductor material has few in the sense of this invention
  • the remaining slices from the rod represented by these at least one slice of semiconductor material to be examined likewise correspond to this specification, and are therefore also stress-optimized in the slice center.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben, wobei ein einkristalliner Stab aus Halbleitermaterial gezogen und mindestens eine Scheibe vom Stab aus Halbleitermaterial abgetrennt wird, wobei die Scheibe einer thermischen Behandlung unterworfen wird, umfassend einen Wärmebehandlungsschritt, bei dem ein radialer Temperaturgradient auf die Scheibe einwirkt, wobei eine Untersuchung der Scheibe aus Halbleitermaterial hinsichtlich der Ausbildung von Fehlern im Kristallgitter, sogenannten Stressfeldern, erfolgt.

Description

Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben.
Halbleiterscheiben (auch Wafer genannt), insbesondere Scheiben aus
monokristallinem Silicium sind die Grundlage der modernen Elektronik. In den
Kundenprozessen werden die Halbleiterscheiben thermischen Prozessen
unterzogen. Dies kann zu thermischen Spannungen (nachfolgend Stress genannt) im Kristallgitter führen. Stress-induzierte Felder bzw. Stressfelder können zu defekten Leiterstrukturen führen und den Wafer damit für den Kunden unbrauchbar machen.
Wird erst bei der thermischen Behandlung der Scheibe durch den Kunden erkannt, dass die Scheibe den Kundenprozess störende Stressfelder aufweist und damit nicht der jeweiligen geforderten Spezifikation entspricht, ist der durch die bereits erfolgten Bearbeitungsschritte entstandene wirtschaftliche Schaden groß. Stressfelder können sich störend auf den Kundenprozess auswirken, wenn das Verhältnis von Waferfläche und der gesamten Größe aller Stressfelder einen für den Kundenprozess kritischen Wert überschreitet.
Aus diesem Grund besteht ein Bedürfnis, nur Halbleiterscheiben an die Kunden auszuliefern, die in den thermischen Kundenprozessen nicht zur Ausbildung von solchen Stressfeldern neigen. Dazu eignet sich prinzipiell eine Simulationswärmebehandlung, wie sie beispielsweise die Druckschrift DE 691 25 498 T2 lehrt. Dazu werden die während der Herstellung elektronischer Bauelemente stattfindenden thermischen Prozessschritte in einem Ofen simuliert. Die Halbleiterscheibe wird für einen definierten Zeitraum in einer definierten Geschwindigkeit auf eine definierte Temperatur erhitzt, anschließend wieder in einer definierten Zeit auf eine definierte Temperatur abgekühlt. Dieser Zyklus des Erwärmens und Abkühlens kann mehrfach wiederholt werden. US 2016/0032491 A1 offenbart eine computerbasierte Simulation, um die BMD-Dichte und die Größe der BMDs in einer Stickstoff-dotierten CZ-Siliciumeinkristallscheibe nach Wärmebehandlungsschritten Voraussagen zu können. Diese computerbasierte Simulation verwendet Algorithmen, die u.a. die Ziehgeschwindigkeit, die
Dotierstoffkonzentration und den Temperaturgradienten der der Kristalloberfläche berücksichtigen.
Die bereits bekannten Verfahren ermöglichen allerdings nur die Ausbildung von Stressfeldern am Scheibenrand.
Es wäre wünschenswert, mögliche Stressfelder in allen Bereichen der
Halbleiterscheibe gezielt frühzeitig erkennen zu können.
Aus dieser Problematik ergab sich die Aufgabenstellung der Erfindung.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der nachfolgenden Beschreibung detailliert beschrieben. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben, wobei ein einkristalliner Stab aus Halbleitermaterial gezogen und mindestens eine Scheibe vom Stab aus Halbleitermaterial abgetrennt wird, wobei die Scheibe einer thermischen Behandlung unterworfen wird, umfassend einen
Wärmebehandlungsschritt, bei dem ein radialer Temperaturgradient von innen nach außen oder von außen nach innen auf die Halbleiterscheibe einwirkt, wobei eine Untersuchung der Scheibe aus Halbleitermaterial hinsichtlich der Ausbildung von Fehlern im Kristallgitter, sogenannten Stressfeldern, erfolgt. Gemäß einer Ausführungsform wirkt der radiale Temperaturgradient auf alle Bereiche der Scheibe, wobei ein Randbereich der Scheibe in einem Abstand von kleiner oder gleich 20 mm von der Scheibenkante davon ausgenommen ist. In einer anderen Ausführungsform ist der Randbereich durch einen Abstand von kleiner oder gleich 10 mm von der Scheibenkante definiert.
Die Ermittlung der möglichen Stressfelder erfolgt in einem inneren Bereich der Scheibe, definiert durch eine Grundfläche der Scheibe abzüglich eines
Randausschlusses von 10-20 mm. Dazu wird der innere Bereich der Scheibe dem radialen Temperaturgradienten ausgesetzt.
Die Erzeugung eines radialen Temperaturgradienten kann mittels mehrerer radial angeordneter Wärmequellen erfolgen, die in ihrer Strahlungsintensität separat regelbar sind.
Der auf die Scheibe einwirkende Temperaturgradient kann sich über n radiale aneinandergrenzende Zonen erstrecken, wobei n ganzzahlig und größer als 1 ist.
Dabei kann der Temperaturgradient zwischen zwei aneinandergrenzenden Zonen 1 bis 50 Kelvin betragen.
Die thermische Behandlung umfasst nach einer weiteren Ausführungsform eine Aufwärmphase, eine Haltephase und eine Abkühlphase, wobei die Haltephase dem Wärmebehandlungsschritt zur Erzeugung des auf die Scheibe einwirkenden radialen Temperaturgradienten entspricht.
Der Wärmebehandlungsschritt zur Erzeugung eines radialen Temperaturgradienten erfolgt vorzugweise in einer Gasatmosphäre umfassend ein oder mehrere Gase ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 02, H2, NH3, He und Ar.
In einer Ausführungsform erfolgt vor dem Wärmebehandlungsschritt, bei dem ein radialer Temperaturgradient auf die Scheibe einwirkt, eine thermische Behandlung der Scheibe, bei dem die Scheibe einem typischen im Kundenprozessen auftretenden thermischen Budget ausgesetzt wird.
Die Erfindung geht von einem nach dem Stand der Technik gezogenen Einkristall (Stab, Ingot) aus Halbleitermaterial aus, von dem einzelne Scheiben beispielsweise mittels einer Drahtsäge abgetrennt werden.
Bei den von einem Einkristall abgetrennten Scheiben aus Halbleitermaterial handelt es sich vorzugweise um eine monokristalline Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 150 mm, 200 mm oder 300 mm. Eine Halbleiterscheibe umfasst eine Vorderseite und eine Rückseite sowie eine umlaufende Kante, die zusammen die Oberfläche dieser Scheibe bilden. Die Kante besteht in der Regel aus zwei durch vorangegangene Schleif- und Ätzprozesse abgeflachte Flächen, den sog. Facetten, und einer umlaufenden, senkrecht zu der Vorder- bzw. Rückseite der Scheibe stehenden Fläche, den sog. Apex oder Blunt. Die Vorderseite der Scheibe aus Halbleitermaterial ist definitionsgemäß diejenige Seite, auf der in nachfolgenden Kundenprozessen die gewünschten Mikrostrukturen aufgebracht werden.
Halbleiterscheiben können in Abhängigkeit vom Ziehprozess verschiedene Fehler im Kristallgitter aufweisen, beispielsweise die durch Sauerstoff-Präzipitation verursachten BMDs (Bulk Micro Defects, Mikro-Defekte) oder Versetzungsschleifen
(Versetzungscluster, Zwischengitteragglomerate von Siliciumatomen, Large Pits).
Die Größe der Kristalldefekte und deren Verteilung in einer Halbleiterscheibe werden u.a. durch die Geschwindigkeit beim Ziehen des Einkristalls aus der Schmelze bestimmt, Die Kristalldefekte können durch die thermische Behandlung beim Kunden zu Stress induzierten Feldern, kurz als Stressfelder bezeichnet, führen.
Stressfelder sind lokale oder auch globale Verspannungen im Kristallgitter, die durch geeignete Verfahren, wie z.B. SIRD (Scanning Infrared Depolarisation) nachgewiesen werden können. SIRD nutzt das physikalische Prinzip, dass polarisiertes Licht in der Polarisation verändert wird, wenn es durch einen Bereich fällt, der unter mechanischem Stress steht.
Im Kristallgitter vorhandene Stressfelder können durch den Eintrag thermischer Energie derart stark ausgeprägt werden, dass sie nach der thermischen Behandlung oberhalb der Nachweisgrenze des Messverfahrens liegen und damit nachweisbar bzw. auch quantifizierbar in Bezug auf die Waferfläche werden.
Mit dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren kann bereits vor der
Durchführung einer thermischen Behandlung der Scheibe im Kundenprozess erkannt werden, ob die Halbleiterscheiben der jeweiligen geforderten Spezifikation bzgl. dem Stressoptimum, insbesondere in der Scheibenmitte, also der innerhalb durch den Randausschluss begrenzten Fläche, entspricht. Der Begriff“Scheibenmitte”, nachfolgend als“innerer Bereich” bezeichnet, umfasst vorzugsweise die gesamte Fläche der Vorderseite oder Rückseite, allgemein als Seite bezeichnet, einer Halbleiterscheibe (Wafer) mit Ausnahme eines definierten
Randausschlusses. Der Randausschluss beträgt vorzugsweise wenigstens 10 mm und höchstens 20 mm, gemessen von der umlaufenden Kante der Halbleiterscheibe.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Untersuchung von Halbleiterscheiben eignet sich vorzugsweise für jeden Stabdurchmesser und umfasst vorzugsweise die folgenden Schritte in der angegebenen Reihenfolge: 1 ) Ziehen eines einkristallinen Stabes aus Halbleitermaterial aus einer Schmelze und optionales Rundschleifen des Stabes zur Erzielung des gewünschten
Durchmessers.
2) Abtrennen von mindestens einer zu untersuchenden Scheibe vom
einkristallinen Stab aus Halbleitermaterial mittels beispielsweise einer Drahtsäge an mindestens einer repräsentativen Stelle des Stabes und eine die Oberfläche dieser Scheibe vorbereitende Arbeitsschritte. 3) Durchführung eines ersten thermischen Behandlungsschrittes entsprechend der Kundenspezifikation und Durchführung eines zweiten thermischen
Behandlungsschrittes mit der mindestens einen Scheibe aus Halbleitermaterial, wobei im zweiten thermischen Behandlungsschritt ein radialer Temperaturgradient von innen nach außen oder von außen nach innen auf mindestens eine Seite der
Halbleiterscheibe einwirkt.
4) Untersuchung der im Schritt 3) behandelten Scheibe aus Halbleitermaterial hinsichtlich der möglichen Ausbildung bzw. Ausprägung von Stressfeldern,
insbesondere im inneren Bereich der Scheibe, mittels geeigneter Messverfahren.
5) Unterscheidung dieser Scheibe und der aus dem von dieser Scheibe
repräsentierten Stabstück vereinzelten Scheiben in Stress-optimierte, der
Kundenspezifikation entsprechende Scheiben und auszusortierende Scheiben, die nicht der Kundenspezifikation entsprechen.
Die Begriffe“Stressoptimum” bzw.“Stress-optimiert” beziehen sich auf die quantitativ auswertbare Ausprägung von Stressfeldern in einem definierten radialen Bereich auf der Oberfläche der Scheibe aus Halbleitermaterial. Dabei umfassen beide Begriffe auch den Stressfeld-freien Zustand, d.h. dass nach Durchführung des den
thermischen Stress auslösenden Schrittes 3) des erfindungsgemäßen Verfahrens im nachfolgenden Schritt 4) keine Stressfelder, mit Bezug auf die jeweilige
Nachweisgrenze der angewendeten Messmethode, auf der Oberfläche des Wafers nachgewiesen werden können
Die im Schritt 2) von einem Stab abgetrennte mindestens eine Scheibe, ist die bzgl. möglicher Stressfelder im inneren Bereich zu untersuchende Scheibe aus
Halbleitermaterial. Bevorzugt repräsentiert diese Scheibe weitere Scheiben, die aus dem jeweiligen Stab bzw. dem jeweiligen Stabstück, aus dem später die
Halbleiterscheiben für die weitere Prozessierung geschnitten werden sollen.
Bevorzugt repräsentiert die mindestens eine zu untersuchende Scheibe aus
Halbleitermaterial ein Stabstück von einer Länge von vorzugsweise mindestens 20 cm, besonders bevorzugt von mindestens 40 cm, wobei alle von diesem Stabstück abgetrennten Produktscheiben die gleiche Kristallstruktur aufweisen wie die mindestens eine zu untersuchende Scheibe aus Halbleitermaterial. Die Anzahl und oder die auf die Längsachse des Stabes bezogene Position der von einem Stab abgetrennten Testscheiben hängt bevorzugt von der Länge und der erwarteten bzw. bekannten Gleichmäßigkeit der Kristalldefekte entlang der
Längsachse des Stabes bzw. des Stabstückes ab. Der Stab bzw. das Stabstück kann, muss aber nicht, vor dem Abtrennen der mindestens einen zu untersuchenden Scheibe aus Halbleitermaterial verrundet, d.h. auf den Zieldurchmesser geschliffen worden sein.
Bevorzugt wird nach dem Abtrennen mindestens der einen zu untersuchenden Scheibe aus Halbleitermaterial vom Stab bzw. Stabstück deren Kante verrundet und auf den gewünschten Zieldurchmesser geschliffen.
Wird beispielsweise aus einem einkristallinem Stabstück mit einem Durchmesser von 312 mm mindestens eine zu untersuchende Scheibe aus Halbleitermaterial abgetrennt, so hat diese Scheibe nach dem Kantenverrunden den gewünschten Zieldurchmesser von 300 mm und hat damit den gleichen Durchmesser wie die späteren die Produktscheiben, also die Wafer für den Kunden.
Der Erfinder hat erkannt, dass für die von einem einkristallinen Stab abgetrennten Halbleiterscheiben durch wenigstens eine Scheibe, die dem nachfolgend
beschriebenen Verfahren unterzogen wird, eine repräsentative Aussage bzgl. der Stressfelder für die aus diesem Stab bzw. Stabstück nachfolgend abgetrennten Halbleiterscheiben erhalten werden kann. Dadurch ist es möglich, schnell und ohne hohen Kostenaufwand zu ermitteln, ob die aus dem Stab erhaltenen und im thermischen Behandlungsschritt 3) behandelten Halbleiterscheiben die jeweilige geforderte Spezifikation bzgl. der Stressfreiheit insbesondere im inneren Bereich der Halbleiterscheibe erfüllen. Die im Schritt 3) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgende Wärmebehandlung erfolgt vorzugweise in zwei Schritten 3A und 3B.
Im ersten Schritt 3A werden die später beim Kunden im Rahmen der
Bauelementeherstellung durchgeführten Wärmebehandlungen bei der mindestens einen zu untersuchenden Scheibe aus Halbleitermaterial entsprechend der
Kundenspezifikation angewendet bzw. simuliert.
Im zweiten Schritt 3B erfolgt ein weiterer thermischer Behandlungsschritt
vorzugsweise in Form eines dreistufigen Rapid Thermal Processing (RTP), der gezielt auf radiale Bereiche in Richtung Scheibenzentrum gerichtet ist.
Mögliche, durch die beiden thermischen Behandlungsschritte hervorgerufene
Stressfelder werden durch eine entsprechende Messung ermittelt. Geeignete
Messverfahren für die Detektierung und quantitative Auswertung der Fläche von
Stressfeldern sind beispielsweise SIRD (Scanning InfraRed Depolarization) bzw. XRT (X-ray Topography) kombiniert. Stressfelder sind lokale oder auch globale
Verspannungen im Kristallgitter, die durch geeignete Verfahren, wie z.B. SIRD
(Scanning Infrared Depolarisation) nachgewiesen werden können. SIRD nutzt das physikalische Prinzip, dass polarisiertes Licht in der Polarisation verändert wird, wenn es durch einen Bereich fällt, der unter mechanischem Stress steht. Weitere ebenfalls geeignete Verfahren zur Detektierung von Stressfeldern sind u.a. Micro Raman, Photolumineszenz, die visuelle Inspektion der Scheibenoberfläche nach einer
Defektätze oder Metallandekoration.
Die thermische Kundenprozess-Simulation im Schritt 3A umfasst das bzw. entspricht vorzugsweise dem thermische Budget, welchem der Wafer bei der Erstellung der Halbleiterstrukturen beim Kunden unterworfen wird. Hierzu wird die mindestens eine zu untersuchende Scheibe aus Halbleitermaterial in einem geeigneten
Wärmebehandlungsofen, beispielsweise einem Vertikalofen der Firma ASM
International NV, Almere, Niederlande, den thermischen Bedingungen des
Kundenprozesses ausgesetzt. Der Wärmebehandlungsofen muss dementsprechend die für den Kundenprozess notwendige Temperaturverläufe und die Einstellung der jeweiligen Gasatmosphäre ermöglichen. Ein solcher Kundenprozess kann beispielsweise der sog. Toshiba-Test (3 h bei 780°C, anschließend 16 h bei 1000°C) sein.
Die zweite Wärmebehandlung bzw. die Hochtemperaturprozessierung des Wafers erfolgt im Schritt 3B in einer Prozesskammer, wobei die notwendige Wärme durch vorzugsweise radial angeordnete Wärmequellen, z.B. Halogenlampen, erzeugt wird. Dabei wird innerhalb einer vorzugsweise kurzen Zeit eine vorzugsweise hohe
Wärmemenge auf wenigstens eine Seite der Halbleiterscheibe übertragen. Dieses sog. Rapid Thermal Processing (RTP) ist beispielsweise in US 2005/0191044 A1 allgemein beschrieben. Eine entsprechende Vorrichtung ist beispielsweise aus US 2011/0206358 A1 bekannt.
Ein Beispiel für ein RTP ist das Rapid Thermal Annealing (RTA). RTA-Prozesse sind beispielsweise in EP 2 421 029 A1 und in DE 11 2016 000 465 T5 offenbart. Hierbei wird der Wafer innerhalb von wenigen Sekunden auf Temperaturen von 1000°C und höher erwärmt.
Das RTP umfasst drei Stufen, eine Aufheizphase (Ramp-up), in der die
Halbleiterscheibe innerhalb einer definierten Zeit auf die Zieltemperatur erwärmt wird, der Haltephase (Soak-Step), in der die Zieltemperatur für eine definierte Zeit konstant gehalten wird, und einer Abkühlphase (Ramp-down), in der die Halbleiterscheibe innerhalb einer definierten Zeit abgekühlt wird.
Das RTP führt zu einer Spannungsbelastung bzw. Stress innerhalb der Kristallstruktur des Wafers, so dass innerhalb der Kristallstruktur neue Stressfelder entstehen können oder bereits vorhandene Stressfelder stärker ausgeprägt werden können
(Verstimmung des Kristallgitters, Spannungsbelastung). Diese Spannungsbelastung tritt konstruktionsbedingt gemäß dem Stand der Technik primär im Randbereich des Wafers auf. Durch das RTP kann aber auch Stress im Zentrum der Scheibe auftreten und dort zu Stressfeldern führen. Im Schritt 3Berfolgt die gezielte radiale Wärmebehandlung vorzugsweise im inneren Bereich der mindestens einen Seite der zu untersuchenden Scheibe aus
Halbleitermaterial. Radiale Wärmebehandlung bedeutet eine vorzugsweise
punktförmige Wärmequelle vorzugsweise entlang einer Linie, die vorzugsweise den Durchmesser oder vorzugsweise den Radius der Scheibe beschreibt oder die radiale Wärmebehandlung erfolgt kreisförmig entlang einer Linie, die vorzugsweise den Durchmesser oder den Radius der Scheibe beschreibt, wobei die kreisförmige
Wärmebehandlung mittels einer kreisförmig angeordneten Wärmequelle erfolgt oder die Scheibe wird unter einer punktförmigen Wärmequelle kreisförmig gedreht oder die Wärmequelle wird kreisförmig gedreht, wobei der Kreis vorzugsweise entlang des Durchmessers oder Radius der Halbleiterscheibe sich von innen nach außen erweitert oder von außen nach innen verkleinert wird. Hierzu wird vorzugsweise mindestens eine Seite dieser Scheibe in einem drei-stufigen RTP-Schritt in einem geeigneten Wärmebehandlungsofen, beispielsweise der AMAT Vantage Radiance+ der Firma Applied Materials, Santa Clara, Kalifornien, USA, einem bezogen auf den
Scheibendurchmesser definierten Wärmegradienten ausgesetzt, d.h. am
Scheibenrand erfolgt ein anderer Wärmeeintrag als in der Scheibenmitte. Die für den Schritt 3B verwendete Vorrichtung zur gezielten radialen
Wärmebehandlung des inneren Bereiches der zu untersuchenden Scheibe aus Halbleitermaterial weist vorzugsweise radial angeordnete Wärmequellen,
beispielsweise Heizlampen, auf, die separat geregelt werden können. Weist diese Vorrichtung beispielsweise vier separat regelbare radial angeordnete Wärmequellen auf, kann die mindestens eine Seite der zu untersuchenden Scheibe aus
Halbleitermaterial zwischen dem Zentrum der Scheibe und dem Randbereich der Scheibe mit unterschiedlicher Intensität bestrahlt werden, so dass zwischen dem Zentrum und dem Rand der Scheibe ein Temperaturgradient bewerkstelligt werden kann, der aus vier Zonen besteht.
Im Schritt 3B erfolgt die vorzugsweise radiale Wärmebestrahlung vorzugsweise während eines drei-stufigen RTP mindestens auf einer Seite der Scheibe aus
Halbleitermaterial, bevorzugt auf der Vorderseite. Die vorzugsweise radiale Wärmebestrahlung kann im Schritt 3B auch vorzugsweise beidseitig erfolgen, d.h. vorzugsweise radial angeordneten separat regelbaren Wärmequellen bestrahlen sowohl die Vorderseite als auch die Rückseite der Scheibe aus Halbleitermaterial mit einem vorzugsweise von innen nach außen verlaufenden Temperaturgradienten.
Im Folgenden wird mit Zone 1 die innerste radiale Zone mit Wärmequellen
bezeichnet, also diejenige Zone, die die Mitte der zu untersuchenden Scheibe bestrahlt. Ist n die Anzahl der einzeln regelbaren, radial angeordneten Wärmequellen, werden mit Zone n die äußersten, den Scheibenrand bestrahlenden radial
angeordneten Wärmequellen bezeichnet, wobei n ganzzahlig und größer 1 ist. Im obigen Beispiel bezeichnet Zone 4 also die äußere Anordnung an separat regelbaren Wärmequellen, der den Rand der zu untersuchenden Scheibe aus Halbleitermaterial bestrahlt. Die Fläche der Zone 1 auf der mindestens einen Seite der Scheibe aus
Halbleitermaterial, also die Scheibenmitte, wird von der durch die von den innersten vorzugsweise radial angeordneten und vorzugsweise separat regelbaren
Wärmequellen bestrahlte Fläche definiert. Die zur Zone 1 nächstbenachbarte Zone 2 auf der mindestens einen Seite der Scheibe aus Halbleitermaterial ist
dementsprechend der radiale Bereich, dessen Fläche durch die von den radial angeordneten und separat regelbaren Wärmequellen der Zone 2 bestrahlten Flächen entspricht. Dabei entspricht die innere Grenze der Zone 2 der äußeren Grenze der Zone 1. Die radiale Fläche der Zone n auf der mindestens einen Seite der Scheibe aus Halbleitermaterial ist die radiale Fläche am Scheibenrand, die durch die äußeren separat regelbaren Wärmequellen bestrahlt werden. Die äußere Grenze der radialen Zone n wird vorzugsweise durch den definierten Randausschluss bestimmt. Die Zonen weisen voneinander vorzugsweise den gleichen radialen Abstand auf, so dass bei einer Scheibe mit 300 mm Durchmesser der Radius 150 mm beträgt und bei 5 Zonen der Radius jeder der 5 Zonen jeweils 30 mm beträgt.
Bevorzugt liegt die vorzugsweise separat regelbare Wärmedifferenz zwischen zwei vorzugsweise radial angeordneten benachbarten Wärmequellen, also beispielsweise zwischen der radialen Zone 1 und der an die Zone 1 angrenzenden radialen Zone 2, im Bereich von vorzugsweise 1 bis 50 Kelvin (K). Ebenfalls bevorzugt liegt die separat regelbare Wärmedifferenz zwischen zwei radial angeordneten benachbarten
Wärmequellen im Bereich von vorzugsweise 3 bis 30 Kelvin und besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 15 Kelvin.
Für die zweite thermische Behandlung der mindestens einen zu untersuchenden Scheibe aus Halbleitermaterial wird diese Scheibe vorzugsweise in den
Wärmebehandlungsofen, nachfolgend als RTP-Vorrichtung bezeichnet, gelegt. Die während der thermischen Prozessierung vorzugsweise vorhandene Gasatmosphäre in der RTP-Vorrichtung kann z.B. aus einem der Gase Sauerstoff (O2), Stickstoff (N2), Wasserstoff (H2), Ammoniak (NH3), Helium (He) oder Argon (Ar) oder einer chemisch bzw. prozesstechnisch geeigneten Mischung aus diesen Gasen bestehen und somit oxidierend oder reduzierend wirken oder inert sein. In der RTP-Vorrichtung wird die mindestens eine zu untersuchende Scheibe aus Halbleitermaterial in der ersten Stufe innerhalb einer definierten Zeit, beispielsweise 20 Sekunden, zunächst auf eine Temperatur von vorzugsweise 600°C bis 1350°C in einer Gasatmosphäre erwärmt (Aufheizphase, Ramp-up). Bevorzugt erfolgt der Ramp-up-Schritt im Schritt 3B bereits mit dem radialen Temperaturgradienten
(Verstimmung), der auch im Halteschritt (sog. Soak-Step) verwendet wird. Ebenfalls bevorzugt wirkt in dieser ersten Stufe des RTP-Prozesses kein radialer
Temperaturgradient auf die mindestens eine Seite der Scheibe aus Halbleitermaterial.
In der Haltephase, die eine definierte Zeitdauer, beispielsweise drei Minuten, umfasst, erfolgt der Wärmeeintrag auf die Scheibe aus Halbleitermaterial mit einem radialen Termperaturgradienten entlang der Zonen 1 bis n, wobei n größer 1 und ganzzahlig ist. Umfasst die RTP-Vorrichtung beispielsweise vier Zonen, so wird das
Scheibenzentrum mit einer um z.B. 40 Kelvin höheren Temperatur bestrahlt als der im Strahlungsbereich der Zone 4 liegende Randbereich der Scheibe aus
Halbleitermaterial.
Nach Beendigung der Haltephase wird die sich in der RTP-Vorrichtung befindliche Scheibe über einen definierten Zeitraum vorzugsweise kontrolliert abgekühlt (Ramp- Down). Der Zeitraum der Abkühlphase kann kürzer, gleich oder länger sein wie der Zeitraum der Aufheizphase. Die Zeitdauer für die Abkühlphase kann beispielsweise 18 Sekunden betragen. Bevorzugt erfolgt der Ramp-Down-Schritt im Schritt 3B mit dem radialen Temperaturgradienten aus dem Halteschritt. Ebenfalls bevorzugt erfolgt der Ramp-Down-Schritt im Schritt 3B ohne einen Temperaturgradienten.
Während des RTP wirkt vorzugsweise auf die mindestens eine Seite der
Halbleiterscheibe ein vorzugsweise radialer Temperaturgradient in einer der drei Stufen bzw. Phasen auf die mindestens eine Seite der Scheibe aus Halbleitermaterial ein. Bevorzugt wirkt während des RTP auf die mindestens eine Seite der
Halbleiterscheibe ein vorzugsweise radialer Temperaturgradient in allen drei Stufen (Aufheizphase, Haltephase und Abkühlphase), vorzugsweise nur in den ersten beiden Stufen, vorzugsweise nur in der Haltephase oder vorzugsweise in der Halte- und der Abkühlphase ein.
Entscheidend in diesem Schritt 3B des Verfahrens ist die Einstellung eines
vorzugsweise radialen Temperaturgradienten in Richtung Scheibenmitte. Hierbei liegt die Temperaturdifferenz zwischen der innersten Zone 1 und der nächstbenachbarten radial angeordneten Zone 2 bevorzugt im Bereich von 3K bis 30K, so dass die korrespondierenden Wärmequellen die Zonen 1 und 2 mit einem entsprechenden Temperaturunterschied thermisch bestrahlen.
Bevorzugt ist die Temperaturdifferenz zwischen den einzelnen Zonen 1 und n gleich. Ebenfalls bevorzugt erhöht sich die Temperaturdifferenz zwischen den Zonen 1 und n linear oder exponentiell, wobei die Temperatur in der Zone 1 höher ist als in der Zone n bzw. wobei die Temperatur in der Zone 1 niedriger ist als in der Zone n und n eine ganzzahlige Zahl größer 1 ist.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Merkmale werden in der
Figurenbeschreibung und in den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können vorteilhafte Ausführungen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind. Kurzbeschreibung der Figuren
Fig. 1 stellt die fünf Schritte eines geeigneten Verfahrens zur Auswahl
Stressoptimierter bzw. Stress-freier Scheiben aus Halbleitermaterial
zusammenfassend dar.
Fig. 2 zeigt beispielhaft ein radiales Oxiddickenprofil auf der Oberfläche einer Scheibe aus Halbleitermaterial mit einem Durchmesser von 300 mm nach der zweiten thermischen Behandlung mit einem radialen Temperarturgradienten von 10 K zwischen Scheibenrand und Scheibenmitte. Die höhere Temperatur in der
Scheibenmitte hat zu einer dickeren Oxidschicht im Vergleich zum Scheibenrand geführt. Auf der x-Achse ist die radiale Position der Scheibe aus Halbleitermaterial in mm angegeben, auf der y-Achse ist das relative Oxid-Schichtdickenprofil in Angström aufgetragen.
Fig. 3 zeigt das Ergebnis von zwei SIRD-Messungen nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die horizontalen dunklen Flächen rechts und links sind Gleitungen (Sliplinien), die durch die Auflage der Halbleiterscheibe auf einem Träger während der Durchführung des ersten thermischen Behandlungsschrittes entsprechend der Kundenspezifikation auftreten. Fig. 3a zeigt eine stress-optimierte Scheibe aus Halbleitermaterial, die keine Stressfelder im Bereich des
Scheibenzentrums aufweist, wohingegen Fig. 3b eine nicht spezifikationsgerechte Scheibe aus Halbleitermaterial mit Stressfeldern im Bereich der Scheibenmitte, also innerhalb der durch den Randausschluss begrenzten Fläche, zeigt.
Der durch das vorzugsweise radiale Temperaturprofil auf den inneren Bereich der Scheibe einwirkenden Temperaturgradienten kann durch ein radiales
Oxiddickenprofil, also der Dicke der sich bei geeigneter Gasatmosphäre,
beispielsweise einer Stickstoff-Sauerstoff-Mischung ausbildenden Oxidschicht auf der Oberfläche der zu untersuchenden Scheibe aus Halbleitermaterial, kontrolliert bzw. abgebildet werden (Fig. 2). Fig. 2 zeigt beispielhaft ein mit einem Ellipsometer gemessenes radiales Oxiddickenprofil einer Scheibe aus Halbleitermaterial mit einem Durchmesser von 300 mm nach dem zweiten Wärmebehandlungsschritt 3B. Die Dicke der ausgebildeten Oxidschicht ist von der eingestrahlten Wärmemenge abhängig. In diesem Beispiel entspricht einer Temperaturänderung von einem Kelvin einer Änderung der Dicke der Oxidschicht von ca. 1 ,5 Angström. Dementsprechend wurde die Scheibenmitte mit einer um 6 Kelvin höheren Temperatur bestrahlt als der nächste benachbarte radiale Bereich. Die durch diese in Form eines Temperaturgradienten bewirkte höhere
Temperatureinwirkung im inneren Bereich der zu untersuchenden Scheibe ermöglicht die Ausbildung und damit die Erkennung von Stressfeldern in diesem Bereich, so dass auftretende Stressfelder mit Hilfe geeigneter Messverfahren im Schritt 4) des erfindungsgemäßen Verfahrens detektiert werden können.
Um Auflage-bedingte Stressfelder im Randbereich des Wafers ausschließen zu können, wird das radiale Temperaturprofil im Schritt 3B so gewählt, dass der zum inneren Bereich, also zur Scheibenmitte hin gerichtete Temperaturgradient auf die Scheibenoberfläche mit einem Randausschluss von vorzugsweise wenigstens 10 mm, bevorzugt 20 mm, gemessen von der Scheibenkante, einwirkt.
Im Schritt 4) des Verfahrens erfolgt die Untersuchung der mindestens einen Scheibe hinsichtlich der Ausbildung von Stressfeldern bzw. dem Vorhandensein
nachweisbarer Stressfelder insbesondere im inneren Bereich der Scheibe (Fig. 3) gemäß dem Stand der Technik, beispielsweise durch SIRD oder XRT.
Im Schritt 5) des Verfahrens erfolgt die Auswahl der Scheiben durch Unterscheidung in Stress-optimierte Scheiben und für den Kunden ungeeignete Scheiben. Weist die mindestens eine zu untersuchende Scheibe aus Halbleitermaterial, die auch ein entsprechendes Stabstück repräsentiert, im inneren Bereich nach der zweifachen thermischen Behandlung im Schritt 3) keine oder nur wenige Stressfelder auf, handelt es sich um eine den Kundenansprüchen entsprechende Stress-optimierte Scheibe. Eine Scheibe aus Halbleitermaterial weist im Sinne dieser Erfindung wenige
Stressfelder auf, wenn die Fläche bzw. Anzahl dieser Stressfelder im Verhältnis zur Gesamtfläche der Vorderseite des Wafers nach dem Schritt 3) einen für den jeweiligen Kundenprozess unkritischen Wert hat, d.h. die Scheiben entsprechen der jeweiligen Kundenspezifikation.
Die restlichen Scheiben aus dem durch diese mindestens eine zu untersuchende Scheibe aus Halbleitermaterial repräsentierten Stab entsprechen ebenfalls dieser Spezifikation, sind also auch im Scheibenzentrum Stress-optimiert.
Weist die mindestens eine zu untersuchende Scheibe aus Halbleitermaterial in Bezug auf die Kundenanforderung zu viele Stressfelder im inneren Bereich der Scheibe auf (Fig. 3), entsprechen diese und die aus dem entsprechenden Stabstück
vereinzelbaren Scheiben nicht der Kundenspezifikation und der entsprechende Stab wird für diese Kundenanforderung verworfen. Dadurch wird eine zeit- und
kostenintensive Vereinzelung und anschließende Prozessierung von nicht der Kundenspezifikation entsprechenden Halbleiterscheiben vermieden.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche
Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen sowie Äquivalente durch den Schutzbereich der Ansprüche abgedeckt sein,

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben, wobei ein einkristalliner Stab aus Halbleitermaterial gezogen und mindestens eine Scheibe vom Stab aus Halbleitermaterial abgetrennt wird, wobei die Scheibe einer thermischen
Behandlung unterworfen wird, umfassend einen Wärmebehandlungsschritt, bei dem ein radialer Temperaturgradient auf die Scheibe einwirkt, wobei eine
Untersuchung der Scheibe aus Halbleitermaterial hinsichtlich der Ausbildung von Fehlern im Kristallgitter, sogenannten Stressfeldern, erfolgt.
2. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben nach Anspruch 1 , wobei der radiale Temperaturgradient auf alle Bereiche der Scheibe einwirkt, ausgenommen einen Randbereich der Scheibe in einem Abstand von kleiner oder gleich 20 mm von der Scheibenkante.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der radiale Temperaturgradient auf alle
Bereiche der Scheibe einwirkt, ausgenommen einen Randbereich der Scheibe in einem Abstand von kleiner oder gleich 10 mm von der Scheibenkante.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wärmebehandlungsschritt zur Erzeugung eines radialen Temperaturgradienten mittels mehrerer radial angeordneter Wärmequellen erfolgt, die in ihrer Strahlungsintensität separat regelbar sind.
5. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich der auf die Scheibe einwirkende Temperaturgradient über n radiale aneinandergrenzende Zonen erstreckt, wobei n ganzzahlig und größer als 1 ist.
6. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben nach Anspruch 5, wobei der Temperaturgradient zwischen zwei aneinandergrenzenden Zonen 1 bis 50 Kelvin beträgt.
7. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung eine Aufwärmphase, eine Haltephase und eine Abkühlphase umfasst, wobei die Haltephase dem Wärmebehandlungsschritt zur Erzeugung des auf die Scheibe einwirkenden radialen Temperaturgradienten entspricht.
8. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Wärmebehandlungsschritt zur Erzeugung eines radialen
Temperaturgradienten in einer Gasatmosphäre umfassend eines oder mehrere Gase ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 02, H2, NH3, He und Ar erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei vor dem
Wärmebehandlungsschritt, bei dem ein radialer Temperaturgradient auf die Scheibe einwirkt, eine thermische Behandlung der Scheibe erfolgt, bei dem die Scheibe einem typischen im Kundenprozessen auftretenden thermischen Budget ausgesetzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei anhand der Bestimmung der Stressfelder in der wenigstens einen Scheibe der einkristalline Stab, von dem diese wenigstens eine Scheibe abgetrennt wurde, einer bestimmten Spezifikation in Bezug auf Stressfelder zugeordnet wird.
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