DE19833257C1 - Semiconductor wafer production process especially to produce a silicon wafer for fabricating sub-micron line width electronic devices - Google Patents
Semiconductor wafer production process especially to produce a silicon wafer for fabricating sub-micron line width electronic devicesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe mit hinsichtlich Geometriedaten, Anzahl der Lichtstreuzentren auf der Scheibenvorderseite und Metallkonta mination im Kristallgitter verbesserten Eigenschaften.The invention relates to a method for producing a Semiconductor wafer with regard to geometry data, number of Light scattering centers on the front of the pane and metal contacts mination in the crystal lattice improved properties.
Eine Halbleiterscheibe für die Verwendung in der Halbleiter industrie, insbesondere zur Fabrikation von elektronischen Bauelementen mit Linienbreiten gleich oder kleiner 0,18 µm, muß eine Vielzahl besonderer Eigenschaften aufweisen. Ein wichtiger Parameter ist die lokale Ebenheit SFQR (site front-surface referenced least squares/range = Bereich der positiven und negativen Abweichung von einer über Fehlerquadratminimierung definierten Vorderseite für eine Bauelementefläche definierter Dimension); die Größe SFQRmax gibt den höchsten SFQR-Wert für alle Bauelementeflächen auf einer bestimmten Scheibe an. Eine allgemein anerkannte Faustregel besagt, daß der SFQRmax-Wert einer Scheibe gleich oder kleiner der auf dieser Scheibe mög lichen Linienbreite von darauf herzustellbaren Halbleiterbau elementen sein muß. Eine Überschreitung dieses Wertes führt zu Fokussierungsproblemen des Steppers und damit zum Verlust des betreffenden Bauelementes. Eine weitere Größe von hoher Bedeu tung ist die Anzahl von Lichtstreuzentren (LLS, localized light scatterers) auf der Scheibenseite, in der Regel der Scheiben vorderseite, auf der die Halbleiter-Bauelemente erstellt werden sollen. Hierbei kann zwischen kristallinhärenten Defekten, deren Anzahl im wesentlichen durch den Kristallisationsprozeß und die Formgebungsschritte bestimmt wird, und Partikeln unter schieden werden, welche in den Prozeßschritten Endreinigung und Trocknung nicht von der Scheibenoberfläche entfernt oder gar auf diese aufgebracht werden. In einer gewissen Anzahl und Größe können LLS zum elektrischen Kurzschluß von Schaltkreisen und damit zum Verlust von Bauelementen führen. Ebenfalls essentiell ist die Begrenzung von Metallkontamination auf der Scheibenoberfläche und im Kristallgitter. Metallkontamination wirkt sich vor allem über die Störung der physikalischen und elektrischen Eigenschaften der Scheibe negativ auf den Bauele mente-Produktionsprozeß aus und kann ebenfalls zum Totalausfall von Schaltkreisen führen.A semiconductor wafer for use in the semiconductor industry, in particular for the manufacture of electronic components with line widths equal to or less than 0.18 μm, must have a large number of special properties. An important parameter is the local flatness SFQR (site front-surface referenced least squares / range = area of positive and negative deviation from a front side defined by minimizing least squares for a component area of defined dimensions); the size SFQR max indicates the highest SFQR value for all component surfaces on a specific pane. A generally accepted rule of thumb states that the SFQR max value of a wafer must be equal to or smaller than the line width of semiconductor components that can be produced on this wafer. Exceeding this value leads to focusing problems of the stepper and thus to the loss of the relevant component. Another parameter of great importance is the number of light scattering centers (LLS, localized light scatterers) on the pane side, usually the front side of the pane, on which the semiconductor components are to be created. A distinction can be made between crystalline-inherent defects, the number of which is essentially determined by the crystallization process and the shaping steps, and particles which are not removed from the pane surface or even applied to it in the final cleaning and drying process steps. In a certain number and size LLS can lead to an electrical short circuit of circuits and thus to the loss of components. Limiting metal contamination on the pane surface and in the crystal lattice is also essential. Metal contamination has a negative effect on the compo elements production process, especially by disrupting the physical and electrical properties of the disc, and can also lead to total failure of circuits.
Bekannt für diesen Zweck sind alkalische (EP 798 405 A2) und saure (EP 628 992 A2) Ätzverfahren.Alkaline (EP 798 405 A2) and acidic are known for this purpose (EP 628 992 A2) etching process.
Eine konventionelle Prozeßsequenz zur Herstellung einer Halb leiterscheibe lautet: Kantenverrunden, Läppen, Ätzen, Polieren und Reinigen der von einem Kristall gesägten Halbleiterscheibe. Nach dem Kantenverrunden und Läppen folgt ein naßchemischer Ätzschritt zur weitgehenden Entfernung der oberflächennahen gestörten Kristallschichten (Damage) auf Fläche und Kante. Bekannt für diesen Zweck sind alkalische (EP 798 405 A2) und saure (EP 628 992 A2) Ätzverfahren. Das Polieren wird in der Regel als zwei- oder dreistufiger Einsei tenprozeß ausgeführt, wobei der jeweils letzte Schritt die end gültige schleierfreie Oberfläche erzeugt. Es schließt sich eine Reinigung an, die im allgemeinen als Badreinigung nach dem sogenannten RCA-Verfahren unter Verwendung einer Sequenz von alkalischen, sauren und Reinstwasserbädern ausgeführt wird.A conventional process sequence for making a half conductor disk reads: edge rounding, lapping, etching, polishing and cleaning the semiconductor wafer sawn from a crystal. After edge rounding and lapping, a wet chemical process follows Etching step for extensive removal of the near-surface disturbed crystal layers (damage) on the surface and edge. Alkaline (EP 798 405 A2) and acidic are known for this purpose (EP 628 992 A2) etching process. That Polishing is usually done as a two- or three-step monopoly process, the last step being the end valid haze-free surface is generated. One closes Cleaning, which is generally called bathroom cleaning after so-called RCA method using a sequence of alkaline, acidic and ultrapure water baths.
Weiterentwickelte Endreinigungsverfahren setzen aufgrund der hohen Oxidationskraft von Ozon Kombinationen aus wäßriger Fluß säurelösung (HF) und Ozon ein, wodurch die Scheibenoberfläche insbesondere von Kupfer und von organischen Verunreinigungen befreit wird, siehe beispielsweise EP 701 275 A2; eine Tensidzugabe zur Flußsäure bewirkt eine Partikelreduktion. Das direkte Einblasen von Ozon in wäßrige HF-Lösung ist beispiels weise in der US 5,567,244 beschrieben. Letztendlich kann die HF/Ozon-Technologie gemäß der DE 195 31 031 A1 auch zur Trock nung gereinigter Siliciumscheiben eingesetzt werden, indem diese trocken und hydrophob aus der Flußsäurelösung entnommen und anschließend in einem Ozon-haltigen Gasraum hydrophiliert werden.Further developed final cleaning processes are based on the high oxidizing power of ozone combinations from aqueous flow acid solution (HF) and ozone, reducing the surface of the disc especially of copper and organic impurities is exempted, see for example EP 701 275 A2; Adding a surfactant to the hydrofluoric acid causes a Particle reduction. That direct injection of ozone into aqueous HF solution is an example wise described in US 5,567,244. Ultimately, the HF / ozone technology according to DE 195 31 031 A1 also for the dry tion of cleaned silicon wafers can be used by this is taken dry and hydrophobic from the hydrofluoric acid solution and then hydrophilized in an ozone-containing gas space will.
Naßchemisches Ätzen einer Halbleiterscheibe, meist ausgeführt als Batchverfahren unter gleichzeitiger Behandlung einer Viel zahl von Scheiben, stellt ein kostengünstiges Verfahren zur Entfernung des in den mechanischen Bearbeitungsschritten er zeugten Damage dar.Wet chemical etching of a semiconductor wafer, mostly carried out as a batch process with simultaneous treatment of a lot number of slices, provides an inexpensive method to Removal of the in the mechanical processing steps he witnessed damage.
Obwohl die Sauerätzverfahren weiterentwickelt wurden, bleiben auf der Oberfläche von geläppten oder geschliffenen Scheiben noch Partikel, die beispielsweise aus Abrieb und Läpp- oder Schleifkörnern bestehen. Diese Partikel, die durch den isotro pen Angriff einer sauren Ätzlösung nicht unmittelbar abgelöst werden, führen zu einer Maskierung der Scheibenoberfläche und damit zum Auftreten von Erhebungen und nicht abgeätztem Rest damage, was beim Polieren zu Geometriefehlern, Fortpflanzung des Restdamages, Kratzer- und LLS-Bildung sowie Rauhigkeits unterschieden mit den Folgeerscheinungen Gleitungen, Versetzun gen, Verlust von Halbleiterbauelementen und im schlimmsten Fall Scheibenbruch bei thermischen Prozessen führen kann.Although the acid etching process has been further developed, it remains on the surface of lapped or ground discs nor particles, for example from abrasion and lapping or Consist of abrasive grains. These particles caused by the isotropic pen attack of an acidic etching solution not immediately detached lead to a masking of the pane surface and thus to the appearance of bumps and not etched off remainder damage, which when polishing leads to geometry errors, propagation the residual damage, scratch and LLS formation as well as roughness differentiated with the consequences of slippage, displacement gen, loss of semiconductor components and in the worst case scenario Disc breakage during thermal processes.
Bekannte Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe können die Anforderungen, die für die Weiterverarbeitung zu Halbleiterbauelementen mit Linienbreiten gleich oder kleiner 0,18 µm eingefordert werden (Geometriedaten, Anzahl der Licht streuzentren (LLS) auf der Scheibenvorderseite und Metallkon tamination im Kristallgitter) in ihrer Gesamtheit derzeit nicht erfüllen. Die vorliegende Erfindung schafft hier Abhilfe.Known methods of manufacturing a semiconductor wafer can meet the requirements for further processing too Semiconductor components with line widths equal to or smaller 0.18 µm are required (geometry data, number of lights scattering centers (LLS) on the front of the pane and metal con contamination in the crystal lattice) in its entirety currently not fulfill. The present invention provides a remedy here.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
einer Halbleiterscheibe mit einer Rückseite und einer schleier
frei polierten Vorderseite, umfassend Schleifen der Halbleiter
scheibe, naßchemisches Behandeln der Halbleiterscheibe zur
Entfernung geschädigter Kristallbereiche, Abtragspolieren der
Halbleiterscheibe zur Minimierung von beim naßchemischen
Behandeln erzeugter Oberflächenrauhigkeit und Schleierfreipo
lieren der Halbleiterscheibe, wobei das Verfahren dadurch
gekennzeichnet ist, daß das naßchemische Behandeln der Halb
leiterscheibe folgende Teilschritte umfaßt:
The invention relates to a method for producing a semiconductor wafer with a rear side and a veil-free polished front side, comprising grinding the semiconductor wafer, wet chemical treatment of the semiconductor wafer to remove damaged crystal areas, abrasive polishing of the semiconductor wafer to minimize surface roughness generated during wet chemical treatment and the Schleierfreipo Semiconductor wafer, the method being characterized in that the wet chemical treatment of the semiconductor wafer comprises the following sub-steps:
- a) Eintauchen der Halbleiterscheibe in eine wäßrige Flußsäure lösung und Herausbringen der Halbleiterscheibe aus der Flußsäu relösung in einen Ozon enthaltenden Gasraum;a) Immersing the semiconductor wafer in an aqueous hydrofluoric acid solution and removal of the semiconductor wafer from the Flußsäu relolution in a gas space containing ozone;
- b) Ätzen der Halbleiterscheibe in einer sauren Ätzlösung;b) etching the semiconductor wafer in an acidic etching solution;
- c) Spülen der Halbleiterscheibe in Reinstwasser; undc) rinsing the semiconductor wafer in ultrapure water; and
- d) Eintauchen der Halbleiterscheibe in eine wäßrige Flußsäure lösung und Herausbringen der Halbleiterscheibe aus der Flußsäu relösung in einen Ozon enthaltenden Gasraum.d) immersing the semiconductor wafer in an aqueous hydrofluoric acid solution and removal of the semiconductor wafer from the Flußsäu relolution in a gas space containing ozone.
Ausgangsprodukt des Verfahrens ist eine Halbleiterscheibe, die auf bekannte Weise von einem Kristall abgetrennt wurde, bei spielsweise von einem abgelängten und rundgeschliffenen Einkri stall aus Silicium, und deren Kante verrundet wurde. Falls dies gewünscht wird, kann der Kristall mit einem oder mehreren Orientierungsmerkmalen zur Identifizierung der Kristallachsen versehen werden, beispielweise einem Notch und/oder einem Flat. Die Kante der Halbleiterscheibe wird mittels einer geeig net profilierten Schleifscheibe verrundet. Metallfreie Kunst harz-gebundene Kantenverrundungsscheiben, insbesondere solche mit eingebetteten Diamanten, sind besonders bevorzugt. Die Scheibenkanten weisen je nach Ausführungsform des Schleif schrittes ein Damage von 3 bis 20 µm auf.The starting product of the process is a semiconductor wafer, which has been separated from a crystal in a known manner for example, from a cut to length and round-ground Einkri stall made of silicon, and the edge of which has been rounded. If so if desired, the crystal can be one or more Orientation features to identify the crystal axes be provided, for example a notch and / or a Flat. The edge of the semiconductor wafer is geeig by means of a rounded net profiled grinding wheel. Metal-free art Resin-bonded edge rounding disks, especially those with embedded diamonds, are particularly preferred. the Disc edges have depending on the embodiment of the grinding a damage of 3 to 20 µm occurred.
Endprodukt des Verfahrens ist eine Halbleiterscheibe mit hin sichtlich Geometriedaten, Anzahl der Lichtstreuzentren (LLS) auf der Scheibenvorderseite und Metallkontamination im Kri stallgitter verbesserten Eigenschaften.The end product of the process is a semiconductor wafer Visible geometry data, number of light scattering centers (LLS) on the front of the pane and metal contamination in the Kri Stable fences improved properties.
Das Verfahren kann prinzipiell zur Herstellung eines scheiben förmigen Körpers eingesetzt werden, der aus einem Material besteht, welches mit den eingesetzten mechanischen und chemi schen Methoden bearbeitet werden kann. Derartige Materialien, deren Weiterverarbeitung vorwiegend in der Halbleiterindustrie stattfindet, jedoch nicht auf diese beschränkt ist, sind zum Beispiel Silicium, Silicium/Germanium, Siliciumdioxid, Silici umnitrid, Galliumarsenid und weitere sogenannte III-V-Halblei ter. Silicium in einkristalliner Form, beispielsweise kristal lisiert durch einen Czochralski- oder einen Zonenziehprozeß, ist bevorzugt. Silicium mit einer Kristallorientierung (100), (110) oder (111) ist besonders bevorzugt.The process can in principle be used to manufacture a washer shaped body are used, which is made of a material consists, which with the mechanical and chemi different methods can be edited. Such materials, their further processing mainly in the semiconductor industry takes place, but is not limited to, are for Example silicon, silicon / germanium, silicon dioxide, silicon umnitrid, gallium arsenide and other so-called III-V semiconductors ter. Silicon in monocrystalline form, for example crystalline lized by a Czochralski or a zone drawing process, is preferred. Silicon with a crystal orientation (100), (110) or (111) is particularly preferred.
Das Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von Silici umscheiben mit Durchmessern von insbesondere 200 mm, 300 mm, 400 mm, 450 mm und 675 mm und Dicken von wenigen 100 µm bis einigen cm, bevorzugt von 500 µm bis 1200 µm. Die Halbleiter scheiben können entweder direkt als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Halbleiterbauelementen eingesetzt werden oder nach Aufbringen von Schichten wie Rückseitenversiegelungen oder einer epitaktischen Beschichtung der Scheibenvorderseite mit Silicium oder geeigneten weiteren Halbleitermaterialien oder aber nach Konditionierung durch eine Wärmebehandlung beispiels weise unter Wasserstoff- oder Argonatmosphäre ihrem Bestim mungszweck zugeführt werden. Neben der Herstellung von Scheiben aus einem homogenen Material kann die Erfindung natürlich auch zur Herstellung von mehrschichtig aufgebauten Halbleitersub straten wie SOI-Scheiben (silicon-on-insulator) und sogenannten bonded wafers eingesetzt werden.The process is particularly suitable for the production of silicon surrounding disks with diameters of in particular 200 mm, 300 mm, 400 mm, 450 mm and 675 mm and thicknesses from a few 100 µm to a few cm, preferably from 500 μm to 1200 μm. The semiconductors slices can either be used directly as the starting material for the Manufacture of semiconductor components are used or after applying layers such as back seals or an epitaxial coating of the front side of the disk Silicon or suitable further semiconductor materials or but after conditioning by heat treatment for example wisely under a hydrogen or argon atmosphere intended purpose. In addition to the manufacture of discs The invention can of course also be made from a homogeneous material for the production of multilayer semiconductor sub straten such as SOI disks (silicon-on-insulator) and so-called bonded wafers can be used.
Im folgenden wird die Erfindung am Beispiel der Herstellung einer Halbleiterscheibe aus Silicium näher erläutert.The invention is illustrated below using the example of production a semiconductor wafer made of silicon explained in more detail.
Eine gesägte und kantenverrundete Halbleiterscheibe, die je nach Durchmesser und Art des Sägeprozesses ein Damage bis in eine Tiefe im Bereich von 10 bis 40 µm aufweist, wird zur Ver besserung der Geometrie und teilweisem Abtrag der zerstörten Kristallschichten einem Schleifschritt unterzogen. Eine bevor zugte Ausführungsform für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Methode des Rotationsschleifens, wie sie beispielsweise in der EP 272 531 A1 beschrieben ist. Hierbei wird sinnvollerweise zunächst eine Seite der Scheibe geschliffen, die Scheibe gewen det und anschließend die andere Seite geschliffen. Bevorzugt zur Anwendung kommen dabei Diamant-haltige Schleifscheiben, besonders bevorzugt Kunstharz-gebundene Schleifscheiben mit Diamanten. Die eingebetteten Diamantsplitter besitzen eine Körnung von bevorzugt 400 bis 3000 Mesh, besonders bevorzugt 600 bis 2000 Mesh.A sawn and rounded semiconductor wafer that ever Depending on the diameter and type of sawing process, damage up to in has a depth in the range of 10 to 40 µm, Ver improvement of the geometry and partial removal of the destroyed ones Crystal layers subjected to a grinding step. One before Preferred embodiment for the method according to the invention is the method of rotary grinding, as it is for example in EP 272 531 A1 is described. This makes sense First one side of the disc is ground, then the disc is milled det and then sanded the other side. Preferred Diamond-containing grinding wheels are used, particularly preferably synthetic resin-bonded grinding wheels with Diamonds. The embedded diamond chips have a Grain size of preferably 400 to 3000 mesh, particularly preferred 600 to 2000 mesh.
Es ist jedoch auch möglich, nur eine Scheibenseite zu schlei fen.However, it is also possible to grind only one side of the pane fen.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform werden beide Scheibenseiten nacheinander zunächst mit einer Schleifscheibe der Körnung 400 bis 1000 Mesh und anschließend beide Scheiben seiten nacheinander mit einer Schleifscheibe der Körnung 1500 bis 2500 Mesh geschliffen. According to a further preferred embodiment, both Disc sides one after the other first with a grinding disc with a grain size of 400 to 1000 mesh and then both discs sides one after the other with a 1500 grit grinding wheel sanded up to 2500 mesh.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Schleifschrittes ist das Doppelseitenschleifen, wie es beispielsweise in der EP 755 751 A1 beschrieben ist. Anstelle des sequentiellen Schlei fens der beiden Scheibenseiten werden in diesem Falle beide Scheibenseiten gleichzeitig geschliffen. Statt der Schleif scheiben können hierbei auch Schleifkörper, sogenannte Pellets, mit gleicher Zusammensetzung eingesetzt werden. Der Silicium abtrag pro Scheibenseite beträgt beim Schleifschritt bevorzugt 10 bis 100 µm, besonders bevorzugt 20 bis 60 µm. Die geschlif fenen Scheiben weisen je nach Ausführungsform des Schleif schrittes ein Damage von 1 bis 10 µm auf.Another preferred embodiment of the grinding step is the double-sided grinding, as it is for example in the EP 755 751 A1. Instead of the sequential loop fens of the two sides of the pane are both in this case Disc sides ground at the same time. Instead of grinding grinding wheels, so-called pellets, can be used with the same composition. The silicon removal per disc side is preferred in the grinding step 10 to 100 µm, particularly preferably 20 to 60 µm. The ground fenen disks have depending on the embodiment of the grinding a damage of 1 to 10 µm occurred.
Zur Entfernung des in den mechanischen Vorprozessen zwangs
läufig erzeugten Damage von Scheibenobenfläche und -kante ein
schließlich der gegebenenfalls vorhandenen Verunreinigungen,
beispielsweise in diesen gestörten Gitterbereichen gebundene
(gegetterte) Metallverunreinigungen, folgt eine naßchemische
Behandlung der Halbleiterscheibe mit einem Ätzschritt nach dem
Sauerätzprinzip, die in vier Teilschritten ausgeführt wird,
wobei keine weitere Vorbehandlung der kantenverrundeten,
geschliffenen Scheiben notwendig ist:
In order to remove the damage to the upper surface and edge of the wafer, which is inevitably generated in the mechanical pre-processes, including any impurities that may be present, for example metal impurities bound (gettered) in these disturbed lattice areas, the semiconductor wafer is treated with a wet chemical process with an etching step based on the acid etching principle, which is divided into four Sub-steps are carried out, whereby no further pretreatment of the rounded, ground discs is necessary:
- a) Eintauchen der Halbleiterscheibe in eine wäßrige Flußsäure lösung und Herausbringen der Halbleiterscheibe aus der Flußsäu relösung in einen Ozon enthaltenden Gasraum;a) Immersing the semiconductor wafer in an aqueous hydrofluoric acid solution and removal of the semiconductor wafer from the Flußsäu relolution in a gas space containing ozone;
- b) Ätzen der Halbleiterscheibe in einer sauren Ätzlösung;b) etching the semiconductor wafer in an acidic etching solution;
- c) Spülen der Halbleiterscheibe in Reinstwasser; undc) rinsing the semiconductor wafer in ultrapure water; and
- d) Eintauchen der Halbleiterscheibe in eine wäßrige Flußsäure lösung und Herausbringen der Halbleiterscheibe aus der Flußsäu relösung in einen Ozon enthaltenden Gasraum.d) immersing the semiconductor wafer in an aqueous hydrofluoric acid solution and removal of the semiconductor wafer from the Flußsäu relolution in a gas space containing ozone.
Die vier Teilschritte können in separaten Anlagen ausgeführt werden. Ebenfalls möglich ist, sie in ein und demselben Pro zeßbecken auszuführen. Bevorzugt ist, die vier Teilschritte unmittelbar nacheinander in vier Prozeßkammern einer modular aufgebauten Ätzanlage auszuführen. Dies ist zum einen kosten günstig durch die Möglichkeit des Einsatzes einer kompakt aufgebauten Anlage von Vorteil, die in einer besonders bevor zugten Ausführungsform des Prozesses automatisiert betrieben wird und dadurch bei relativ niedrigem Bedienpersonalaufwand einen hohen Durchsatz ermöglicht. Zum anderen wird die Halb leiterscheibe unmittelbar nach dem Reinigungs- und Hydrophi lierungsschritt (a) in die Ätzlösung überführt, was einen homogenen Ätzabtrag im Schritt (b) ermöglicht, unmittelbar nach dem eigentlichen Ätzprozeß in Schritt (c) mit Reinstwasser gespült, was ein lokales unkontrolliertes Nachätzen verhindert, und unmittelbar nach dem Spülen im Schritt (d) getrocknet, was eine Rekontamination beispielsweise durch Fleckenbildung ver hindert.The four sub-steps can be carried out in separate systems will. It is also possible to use them in one and the same Pro to carry out cesspools. The four sub-steps are preferred one after the other in four process chambers, one modular executed etching system. For one, this is cost favorable due to the possibility of using a compact built-up system advantageous in a particularly before The preferred embodiment of the process is operated in an automated manner and thus with relatively low operating personnel costs enables high throughput. On the other hand, the half is conductor washer immediately after cleaning and hydrophi tion step (a) transferred into the etching solution, what a homogeneous etch removal in step (b) allows, immediately after the actual etching process in step (c) with ultrapure water rinsed, which prevents local uncontrolled re-etching, and dried immediately after rinsing in step (d) what a recontamination, for example by staining ver hinders.
Die Halbleiterscheibe wird bevorzugt im Paket mit anderen Halb leiterscheiben durch die Schritte (a) bis (d) geführt, wobei zur Handhabung der Halbleiterscheiben vorzugsweise Scheibenma gazine eingesetzt werden, die aus gegenüber den eingesetzten Chemikalien inerten Kunststoffen gefertigt sind, beispielsweise aus fluorierten Kohlenwasserstoffen, insbesondere PVDF (Polyvi nyldifluorid). Bäder, Rohrleitungen, Pumpen etc. sind sinnvol lerweise ebenfalls aus gegenüber den eingesetzten Chemikalien inerten Kunststoffen gefertigt.The semiconductor wafer is preferred in a package with other halves Conductor disks through steps (a) to (d), wherein for handling the semiconductor wafers, preferably disk dimensions magazines are used that are made from opposite to those used Chemicals inert plastics are made, for example made of fluorinated hydrocarbons, especially PVDF (Polyvi nyl difluoride). Baths, pipes, pumps etc. are useful Usually also from the chemicals used inert plastics.
Die Stationen, in denen die Teilschritte (a) und (d) durchge führt werden, sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens im wesentlichen baugleich ausgeführt. Es besteht die Möglichkeit, ein Ozon-haltiges Gas in den Gasraum über der Flußsäure zu leiten. Das Ozon haltige Gas kann jedoch auch in die Flußsäure, entweder im Prozeßbecken oder in einem Vorlage tank, aus welchem die Ozon haltige Flußsäure in das Prozeß becken gepumpt wird, eingeblasen werden, wobei sich der Gasraum über der Flußsäure im Prozeßbecken durch Ausdiffusion teilweise mit Ozon füllt.The stations in which the substeps (a) and (d) go through leads are, according to a preferred embodiment of the Procedure carried out essentially identically. There is the Possibility of an ozone-containing gas in the gas space above the To conduct hydrofluoric acid. However, the ozone-containing gas can also be used in the hydrofluoric acid, either in the process tank or in a receiver tank from which the ozone-containing hydrofluoric acid enters the process Basin is pumped, blown in, whereby the gas space partially above the hydrofluoric acid in the process basin due to outdiffusion fills with ozone.
Die in den Teilschritten (a) und (d) zum Einsatz kommende wäß rige Flußsäurelösung enthält bevorzugt 0,001 bis 50 Gew.-% HF, besonders bevorzugt 0,05 bis 2 Gew.-% HF und weist bevorzugt eine Temperatur von 20 bis 80°C auf, wobei eine Temperatur von 40 bis 60°C besonders bevorzugt ist. Zur Erhöhung der Parti kelreinigungswirkung kann die Flußsäurelösung in beiden oder in einem der beiden Bäder, in denen die Prozeßschritte (a) und (d) ausgeführt werden, ein Tensid oder ein Tensidgemisch in einer Konzentration von 0,0001 bis 1 Gew.-% enthalten, wobei das Tensid aus der Gruppe der Verbindungen nicht-ionische, kationi sche oder anionische Tenside stammen kann. Die Zugabe weiterer Zusatzstoffe ist möglich. Das eingeblasene Ozon haltige Gasge misch enthält bevorzugt Ozon in einer Konzentration von 1 mg/m3 bis 1 g/m3 und wird bei Verwendung eines üblicherweise 100 bis 1000 l Flußsäure fassenden Bades mit einer Geschwindigkeit von bevorzugt 1 l/min bis 100 l/min eingeblasen. Das Ozon haltige Gasgemisch kann neben Ozon ein anderes Gas oder mehrere andere Gase enthalten, die entweder inert, wie Stickstoff, Argon oder Kohlendioxid, oder reaktiv sind, wie Sauerstoff, Fluorwasser stoff oder Chlorwasserstoff.The aqueous hydrofluoric acid solution used in sub-steps (a) and (d) preferably contains 0.001 to 50% by weight of HF, particularly preferably 0.05 to 2% by weight of HF, and preferably has a temperature of 20 to 80 ° C, a temperature of 40 to 60 ° C being particularly preferred. To increase the particle cleaning effect, the hydrofluoric acid solution can contain a surfactant or a surfactant mixture in a concentration of 0.0001 to 1% by weight in both or in one of the two baths in which process steps (a) and (d) are carried out , wherein the surfactant can be derived from the group of compounds non-ionic, cationic or anionic surfactants. The addition of further additives is possible. The blown in ozone-containing gas mixture preferably contains ozone in a concentration of 1 mg / m 3 to 1 g / m 3 and, when using a bath usually containing 100 to 1000 l of hydrofluoric acid, is preferably used at a rate of 1 l / min to 100 l / min blown. The ozone-containing gas mixture can contain, in addition to ozone, another gas or several other gases that are either inert, such as nitrogen, argon or carbon dioxide, or reactive, such as oxygen, hydrogen fluoride or hydrogen chloride.
Das verwendete Ozon kann beispielsweise mit Hilfe eines Ozonge nerators gemäß der DE 197 52 769 A1 bereitgestellt werden. Es hat sich als sinnvoll erwiesen, die Halbleiterscheiben bei den Teilschritten (a) und (d) sowohl in der Flußsäurelösung als auch in der Ozonhaltigen Gasatmosphäre für einen Zeitraum von jeweils 0,1 bis 5 min zu belassen, wobei eine Verweilzeit von jeweils 0,5 bis 2 min besonders bevorzugt ist. Bei Ausführung des Trocknungsschrittes (d) ist es sinnvoll, aber nicht not wendig, die Scheibenpakete durch eine geeignete Vorrichtung, beispielsweise eine Hebevorrichtung mit einer kammartigen Scheibenhalterung, vom Ätzmagazin zu trennen und letzteres zur Aufnahme des nächsten zu ätzenden Scheibenpaketes zu Schritt (a) zurückzuführen.The ozone used can, for example, with the help of an ozone nerators are provided according to DE 197 52 769 A1. It has proved to be useful, the semiconductor wafers in the Sub-steps (a) and (d) both in the hydrofluoric acid solution as also in the ozone-containing gas atmosphere for a period of to leave 0.1 to 5 min in each case, with a residence time of in each case 0.5 to 2 minutes is particularly preferred. When executing of the drying step (d) it is useful, but not necessary manoeuvrable, the disk packs by a suitable device, for example a lifting device with a comb-like Disc holder, to be separated from the etching magazine and the latter to Picking up of the next package of wafers to be etched at step (a) attributed.
Der saure Ätzschritt (b) wird bevorzugt wie in DE 43 16 096 C1 und US 5,340,437 beschrieben nach dem Strömungsätzprinzip unter Rotation der Scheiben während des Ätzvorganges und Einperlung eines inerten oder reaktiven Gases ausgeführt; die Einperlung eines Gases wie Stickstoff oder Kohlendioxid ist dabei beson ders bevorzugt. Besonders bevorzugt ist ebenfalls die Verwen dung eines bei einer Temperatur von 15 bis 40°C betriebenen Gemisches aus Salpetersäure und Flußsäure in Konzentrationen und einem Konzentrationsverhältnis, die eine mittlere Ätzge schwindigkeit von 3 bis 30 µm/min unter bestmöglichem Erhalt der Scheibengeometrie erlauben, beispielsweise 60 bis 95 Gew.-% konzentrierter Salpetersäure (70 Gew.-%ig in wäßriger Lösung) und 5 bis 30 Gew.-% konzentrierte Flußsäure (50 Gew.-%ig in wäßriger Lösung). Zur Stabilisierung der Gasblasen ist die Zugabe eines gegenüber der Ätzmischung stabilen Tensids in geringen Konzentrationen, die im einzelnen von der Natur des zugesetzten Tensides abhängen, von Vorteil. Beispiele für ge eignete Tenside sind Phosphorsäure, Ammoniumlaurylsulfat und fluorierte oberflächenaktive Stoffe wie Perfluoralkylsulfonate. Die Zugabe geringer Anteile an weiteren Stoffen aus den Verbin dungsklassen organische Säure und Salze, beispielsweise Essig säure, Oxalsäure und Zitronensäure, anorganische Säuren, Salze und Oxide, beispielsweise Salzsäure, Kaliumdichromat, Kalium permanganat und Chrom-VI-oxid, sowie elementare Halogene, bei spielsweise Brom und Iod, ist möglich.The acidic etching step (b) is preferred as in DE 43 16 096 C1 and US 5,340,437 described according to the flow etching principle under Rotation of the disks during the etching process and bubbling an inert or reactive gas running; the bubbling a gas such as nitrogen or carbon dioxide is special which is preferred. Use is also particularly preferred one operated at a temperature of 15 to 40 ° C Mixture of nitric acid and hydrofluoric acid in concentrations and a concentration ratio that is an average etch amount speed of 3 to 30 µm / min with the best possible preservation allow the disk geometry, for example 60 to 95 wt .-% concentrated nitric acid (70% by weight in aqueous solution) and 5 to 30% by weight of concentrated hydrofluoric acid (50% by weight in aqueous solution). To stabilize the gas bubbles Addition of a surfactant that is stable to the etching mixture in low concentrations, which in each case depend on the nature of the depend on added surfactants, advantageous. Examples of ge suitable surfactants are phosphoric acid, ammonium lauryl sulfate and fluorinated surfactants such as perfluoroalkyl sulfonates. The addition of small proportions of other substances from the conn classes of organic acids and salts, such as vinegar acid, oxalic acid and citric acid, inorganic acids, salts and oxides such as hydrochloric acid, potassium dichromate, potassium permanganate and chromium VI oxide, as well as elemental halogens for example bromine and iodine, is possible.
Nach Beendigung des Ätzvorganges werden die Scheiben zur Ver meidung einer lokal uneinheitlichen Nachätzung möglichst rasch, das heißt innerhalb von 1 bis 3 s, in ein mit Reinstwasser gefülltes Bad, bevorzugt eine Quickdump-Spüle, umgesetzt und intensiv mit Reinstwasser gespült und dadurch von anhaftenden Bestandteilen der Ätzmischung befreit. Wird dieser Schritt in der bevorzugten Quickdump-Spüle ausgeführt, wird der Badinhalt in einer besonders bevorzugten Arbeitsweise insgesamt zweimal schlagartig abgelassen und das Bad unter gleichzeitigem Be sprühen der Scheiben mit Wasser und Einblasen von Stickstoffgas innerhalb von 20 bis 60 s wieder mit Reinstwasser aufgefüllt. Abschließend werden die Scheiben in den HF/Ozon-Trockner (d) überführt und entsprechend den Ausführungen weiter oben prozes siert. Es liegen trockene, hydrophile Siliciumscheiben unter Erhalt der im Schleifprozeß erzeugten guten Geometriewerte mit defektarmen Oberflächen, einheitlicher Rauhigkeit und sehr niedrigen Metallkontaminationen auf der Oberfläche und im Kri stallgitter vor. After the end of the etching process, the discs are used for ver avoidance of locally inconsistent re-estimation as quickly as possible, that means within 1 to 3 s, in one with ultrapure water filled bathroom, preferably a quickdump sink, implemented and Rinsed intensively with ultrapure water to remove adhering Components of the etching mixture freed. Will this step in the preferred Quickdump sink, the bathroom contents in a particularly preferred mode of operation a total of twice abruptly drained and the bath under simultaneous Be spraying the discs with water and blowing in nitrogen gas refilled with ultrapure water within 20 to 60 s. Finally, the panes are placed in the HF / ozone dryer (d) transferred and according to the explanations above prozes sated. There are dry, hydrophilic silicon wafers underneath Preservation of the good geometry values generated in the grinding process low-defect surfaces, uniform roughness and very low metal contamination on the surface and in the Kri stall fence in front.
Beim Sauerätzschritt einschließlich der erfindungsgemäßen Vor- und Nachbehandlung ist zwecks Vermeidung von Partikel- und Metallkontamination die Verwendung hochreiner Chemikalien, die beispielsweise für die Verwendung in der Gigabit-Halbleiter technologie qualifiziert sind, bevorzugt. Ebenfalls bevorzugt ist die Verwendung von Reinstwasser, das mit Wasseraufberei tungsanlagen nach dem Stand der Technik unter Verwendung von Mischbett-Ionenaustauschern, Umkehrosmose, Elektrodeionisation und 0,02-µm-Ultrafiltration hergestellt wurde.In the acid etching step including the inventive and post-treatment is for the purpose of avoiding particulate and Metal contamination the use of high purity chemicals that for example for use in gigabit semiconductors technology qualified are preferred. Also preferred is the use of ultrapure water with water treatment state-of-the-art systems using Mixed bed ion exchangers, reverse osmosis, electrodeionization and 0.02 µm ultrafiltration.
Nach der naßchemischen Behandlung wird die Halbleiterscheibe einem Abtragspolierschritt unterzogen, bei welchem mindestens die Vorderseite unter Abtrag von bevorzugt 5 bis 50 µm Silicium poliert wird. Falls gewünscht wird, daß die Scheiben eine polierte Rückseite besitzen sollen, wie dies zwecks Vermeidung von Querkontamination mit an der Rückseite anhaftenden Partikel bei modernen Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelemen ten vielfach der Fall ist, kann prinzipiell auf zwei verschie dene Vorgehenswiesen zurückgegriffen werden. Zum einen kann ein Rückseitenpolierschritt analog dem weiter unten beschriebenen Endpolierschritt (dem Schleierfreipolieren) durchgeführt wer den. Dieser Rückseitenpolierschritt wird sinnvollerweise vor dem Endpolierschritt der Scheibenvorderseite durchgeführt. Es kann jedoch auch ein Doppelseitenpolierschritt durchgeführt werden, in welchem bevorzugt 5 bis 50 µm Material pro Scheiben seite, besonders bevorzugt 10 bis 20 µm Material abgetragen wird. Ein geeignetes Verfahren zur Doppelseitenpolitur ist beispielsweise in der EP 776 030 A2 veröffentlicht. Im Rahmen der Erfindung ist die Anwendung eines Doppelseitenpolierschrit tes gegenüber einem Einseiten-Abtragspolierschritt der Schei benvorderseite oder einer sequentiellen Politur von Scheiben vorder- und Scheibenrückseite bevorzugt. Besonders bevorzugt ist ein Doppelseitenpolierschritt unter Verwendung eines Poliertuches auf Polyurethanbasis mit eingearbeiteten Polyethy lenfasern mit einer bevorzugten Härte von 40 bis 120 (Shore A) und einer besonders bevorzugten Härte von 60 bis 90 (Shore A) in Gegenwart eines Poliersols mit einem pH-Wert von bevorzugt 9 bis 12, besonders bevorzugt 10 bis 11, aus bevorzugt 1 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 5 Gew.-% SiO2 in Wasser, wobei der Polierdruck bevorzugt 0,1 bis 0,5 bar, besonders bevorzugt 0,15 bis 0,3 bar beträgt.After the wet chemical treatment, the semiconductor wafer is subjected to an abrasion polishing step, in which at least the front side is polished, preferably removing from 5 to 50 μm silicon. If it is desired that the disks should have a polished back, as is often the case in modern processes for the production of semiconductor components, in order to avoid cross-contamination with particles adhering to the back, two different approaches can be used in principle. On the one hand, a rear-side polishing step can be carried out analogously to the final polishing step described below (veil-free polishing). This rear side polishing step is expediently carried out before the final polishing step of the front side of the disk. However, a double-side polishing step can also be carried out, in which preferably 5 to 50 μm material is removed per pane side, particularly preferably 10 to 20 μm material. A suitable method for double-sided polishing is published, for example, in EP 776 030 A2. In the context of the invention, the use of a double-sided polishing step is preferred over a single-sided abrasive polishing step on the front side of the pane or a sequential polishing of the front and rear of the panes. Particularly preferred is a double-sided polishing step using a polishing cloth based on polyurethane with incorporated polyethylene fibers with a preferred hardness of 40 to 120 (Shore A) and a particularly preferred hardness of 60 to 90 (Shore A) in the presence of a polishing sol with a pH of preferably 9 to 12, particularly preferably 10 to 11, preferably 1 to 10% by weight, particularly preferably 1 to 5% by weight SiO 2 in water, the polishing pressure preferably 0.1 to 0.5 bar, particularly preferred Is 0.15 to 0.3 bar.
Anschließend wird die Scheibenvorderseite schleierfrei poliert, beispielsweise mit einem weichen Poliertuch unter Zuhilfenahme eines alkalischen Poliersols; zum Erhalt der bis zu diesem Schritt erzeugten guten Scheibengeometrie liegt der Silicium abtrag von der Scheibe dabei relativ niedrig, bevorzugt 0,05 bis 1,5 µm, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,7 µm. In der Litera tur wird dieser Schritt oft als CMP-Politur (chemo-mechanical polishing) bezeichnet. Eine bevorzugte Ausführungsform des Schleierfreipolierschrittes ist die Verwendung eines Polier tuches auf Polyurethanbasis mit einem Poliersol mit einem pH- Wert von 9 bis 10 aus 1 bis 5 Gew.-% SiO2 in Wasser, wobei der Polierdruck 0,1 bis 0,3 bar ist. Dem erfindungsgemäßen Ver fahren folgt in der Regel eine Reinigung nach dem Stand der Technik, die entweder als Batchprozeß unter gleichzeitiger Reinigung einer Vielzahl von Scheiben in Bädern oder mit einem Sprühverfahren oder als Einzelscheibenprozeß ausgeführt werden kann. Im Rahmen der Erfindung bevorzugt ist eine Badreinigung von Scheibenpaketen nach dem sogenannten RCA-Verfahren unter Verwendung einer Sequenz von alkalischen, sauren und Reinst wasserbädern, gefolgt von einer Scheibentrocknung mit einem handelsüblichen Batchtrocknungssystem, beispielsweise einem Schleudertrockner, Heißwassertrockner, Isopropanoltrockner oder Marangonitrockner. Besonders bevorzugt ist eine RCA-Reinigung mit der Badfolge wäßrige Flußsäure, Reinstwasser, Tetramethyl ammoniumhydroxid/Wasserstoffperoxid/Reinstwasser, Reinstwasser, Salzsäure, Reinstwasser, wobei die in den Reinigungsbädern vorhandenen Chemikalien in geringer Konzentration vorliegen, beispielsweise unterhalb jeweils 5 Gew.-%, gefolgt von einer Isopropanoltrocknung.The front side of the pane is then polished free of streaks, for example with a soft polishing cloth with the aid of an alkaline polishing sol; To maintain the good wafer geometry produced up to this step, the silicon removal from the wafer is relatively low, preferably 0.05 to 1.5 μm, particularly preferably 0.1 to 0.7 μm. In the literature, this step is often referred to as CMP polishing (chemo-mechanical polishing). A preferred embodiment of the fog-free polishing step is the use of a polishing cloth based on polyurethane with a polishing sol with a pH of 9 to 10 made from 1 to 5% by weight SiO 2 in water, the polishing pressure being 0.1 to 0.3 bar . The process according to the invention is usually followed by cleaning according to the prior art, which can be carried out either as a batch process with simultaneous cleaning of a large number of panes in baths or with a spray process or as a single-disk process. In the context of the invention, a bath cleaning of disk packages according to the so-called RCA method using a sequence of alkaline, acidic and ultra-pure water baths, followed by window drying with a commercially available batch drying system, for example a centrifugal dryer, hot water dryer, isopropanol dryer or marangoni dryer, is preferred. RCA cleaning with the bath sequence aqueous hydrofluoric acid, ultrapure water, tetramethyl ammonium hydroxide / hydrogen peroxide / ultrapure water, ultrapure water, hydrochloric acid, ultrapure water, followed by the chemicals present in the cleaning baths in low concentrations, for example below 5% by weight, is particularly preferred from an isopropanol drying.
Auch bei einer derartigen Endreinigung ist die Verwendung hoch reiner Chemikalien und von Reinstwasser bevorzugt. Die naßche mische Behandlung gemäß der Erfindung wie auch die Endreinigung und die Trocknung der Halbleiterscheibe werden vorzugsweise in einem Reinraum durchgeführt, bevorzugt in einem Reinraum der Klasse 100 und besser, besonders bevorzugt in einem Reinraum der Klasse 10 und besser.Even with such a final cleaning, the use is high of pure chemicals and of ultrapure water preferred. The wet one mixed treatment according to the invention as well as the final cleaning and the drying of the semiconductor wafer are preferably carried out in carried out in a clean room, preferably in a clean room of the Class 100 and better, especially preferred in a clean room class 10 and better.
Zur weiteren Verbesserung der Scheibengeometrie, beispielsweise für den Fall, daß auf der Halbleiterscheibe Halbleiterbauele mente mit Linienbreiten kleiner oder gleich 0,13 µm hergestellt werden sollen, kann sinnvollerweise zwischen dem Abtragspolie ren und dem Schleierfreipolieren ein Geometrie-Korrekturschritt durch lokalen Siliciumabtrag mit Unterstützung eines Plasmas ausgeführt werden. Dazu wird die Halbleiterscheibe nach Durch lauf der Bearbeitungsschritte bis einschließlich Abtrags polieren hinsichtlich ihrer Geometrie charakterisiert, was beispielsweise mit einem nach einem optischen oder kapazitiven Meßprinzip arbeitenden Meßinstrument geschehen kann. Die Ver wendung eines optischen Meßinstrumentes beispielsweise nach dem Prinzip der Lasertriangulation sowie der Durchlicht-, Schräg licht- oder Differentialinterferometrie ist bevorzugt, da in diesem Fall exaktere Meßergebnisse und damit eine effektivere Geometriekorrektur zu erwarten sind. Aufgrund der Meßdatenbasis wird die von einem bestimmten Flächeninkrement der Halbleiter scheibe abzutragende Siliciummenge errechnet. Bei diesem Lokal ätzverfahren werden in einem Plasma, welches eine Temperatur von 5.000 bis 10.000°C besitzt, reaktive Teilchen, beispiels weise Radikale oder Ionen, erzeugt, die mit der Oberfläche des zu ätzenden Substrates reagieren und diese abtragen. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei welchem der Ätzabtrag durch im Plasma erzeugte Neutralteilchen, beispielsweise Halogenradikale wie Fluor*, Chlor* oder Brom*, erfolgt. Besonders bevorzugt ist dabei ein Verfahren, bei welchem der Ätzabtrag durch im Plasma erzeugte Fluorradikale erfolgt, was zu sehr geringer Oberflä chenschädigung und zu sehr gutem Geometrieerhalt der Halblei terscheibe führt. Fluorradikale werden dabei aus fluorhaltigen Verbindungen wie beispielsweise CF4, NF3 oder SF6 erzeugt; auch Gemische aus verschiedenen fluorhaltigen Verbindungen können problemlos eingesetzt werden. Die Verwendung von SF6 ist be sonders bevorzugt. Zur Erzielung einer exakten lokalen Geome triekorrektur wird unter Aufwendung von relativ geringeren Energiemengen gearbeitet wird, die zu Abtragsraten bevorzugt von 0,1 bis 1,0 mm3/s, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,6 mm3/s führen. Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante des Plasma-Lokalätzens ist das sogenannte PACE-Verfahren (plasma assisted chemical etching), wie es beispielsweise in den Paten ten US 4,668,366, US 5,254,830, US 5,290,382 und US 5,336,355 beschrieben ist. Der PACE-Prozeß kann natürlich prinzipiell auf beide Scheibenseiten angewendet werden, wobei dies gegenüber der einseitigen Anwendung keine weiteren Vorteile hinsichtlich der Geometrie bringt. Eine einseitige Anwendung entweder auf der Scheibenvorder- oder der Scheibenrückseite ist daher bevor zugt. Der Materialabtrag liegt dabei bevorzugt bei 0,5 bis 5 µm, besonders bevorzugt 0,5 bis 3 µm. Da die Silicium-Ätzrate beim PACE-Prozeß deutlich höher als die SiO2-Ätzrate ist, kann es zur Erhöhung des Durchsatzes und zur Verringerung von Pro zeßvariationen sinnvoll sein, die einzuebnenden Scheiben vor dem PACE-Prozeß zum Beispiel durch Eintauchen in eine verdünnte wäßrige Flußsäurelösung von einer eventuell vorhandenen Ober flächenoxidschicht zu befreien. Die Scheiben können jedoch auch vor dem Plasma-Lokalätzschritt gezielt hydrophiliert werden, was in gewissen Fällen ebenfalls von Vorteil sein kann. Der PACE-Prozeß hinterläßt nahezu keine Störung der äußeren Kri stallschichten, und es werden GBIR-Werte (globale Ebenheit; früher als TTV bezeichnet) gleich oder kleiner 0,3 µm und SFQRmax-Werte gleich oder kleiner 0,13 µm gemessen.To further improve the wafer geometry, for example in the event that semiconductor components with line widths less than or equal to 0.13 microns are to be produced on the semiconductor wafer, a geometry correction step by local silicon removal with the support of a plasma can sensibly between the Abtragspolie Ren and the veil free polishing are executed. For this purpose, the semiconductor wafer is characterized in terms of its geometry after the processing steps up to and including removal polishing, which can be done, for example, with a measuring instrument operating according to an optical or capacitive measuring principle. The use of an optical measuring instrument, for example based on the principle of laser triangulation and transmitted light, oblique light or differential interferometry, is preferred, since in this case more precise measurement results and thus more effective geometry correction can be expected. On the basis of the measurement database, the amount of silicon to be removed from a certain area increment of the semiconductor wafer is calculated. In this local etching process, reactive particles, such as radicals or ions, are generated in a plasma, which has a temperature of 5,000 to 10,000 ° C., which react with the surface of the substrate to be etched and remove it. A method is preferred in which the etching is carried out by means of neutral particles generated in the plasma, for example halogen radicals such as fluorine *, chlorine * or bromine *. A method in which the etching is removed by fluorine radicals generated in the plasma is particularly preferred, which leads to very little surface damage and very good geometry retention of the semiconductor wafer. Fluorine radicals are generated from fluorine-containing compounds such as CF 4 , NF 3 or SF 6; Mixtures of different fluorine-containing compounds can also be used without any problems. The use of SF 6 is particularly preferred. To achieve an exact local geometry correction, relatively lower amounts of energy are used, which lead to removal rates of preferably 0.1 to 1.0 mm 3 / s, particularly preferably 0.2 to 0.6 mm 3 / s. A particularly preferred variant of plasma local etching is the so-called PACE method (plasma assisted chemical etching), as described, for example, in US Pat. No. 4,668,366, US Pat. No. 5,254,830, US Pat. No. 5,290,382 and US Pat. No. 5,336,355. The PACE process can of course in principle be used on both sides of the pane, although this does not bring any further advantages in terms of geometry compared to the one-sided application. A one-sided application either on the front or the rear of the disc is therefore given before. The material removal is preferably 0.5 to 5 μm, particularly preferably 0.5 to 3 μm. Since the silicon etching rate in the PACE process is significantly higher than the SiO 2 etching rate, it can be useful to increase the throughput and to reduce process variations, the wafers to be leveled before the PACE process, for example by immersion in a dilute aqueous To free hydrofluoric acid solution from any surface oxide layer that may be present. However, the wafers can also be specifically hydrophilized before the local plasma etching step, which can also be advantageous in certain cases. The PACE process leaves almost no disturbance of the outer crystal layers, and GBIR values (global flatness; formerly referred to as TTV) equal to or less than 0.3 μm and SFQR max values equal to or less than 0.13 μm are measured.
Falls notwendig, kann an einer beliebigen Stelle des erfin dungsgemäßen Verfahrens ein Wärmebehandlungsschritt der Halb leiterscheibe eingeführt werden, beispielsweise um thermische Donatoren zu vernichten oder um eine Störung von oberflächen nahen Kristallschichten auszuheilen. Dabei kann es bei spielsweise zur Vermeidung einer Gitterkontamination durch Metallatome sinnvoll sein, die Halbleiterscheibe vor dem Wärmebehandlungsschritt einer naßchemischen Reinigung nach dem Stand der Technik zu unterziehen. Bevorzugt wird die Wärmebe handlung nach Teilschritt (d) der naßchemischen Behandlung oder nach dem Plasma-Lokalätzschritt in einem Temperaturbereich von 400°C bis 800°C durchgeführt. Ebenfalls gewünscht sein könn ten eine Laserbeschriftung zur Scheibenidentifizierung oder ein Kantenpolierschritt, die sich an geeigneter Stelle, zum Bei spiel vor oder nach dem Schleifen im Falle der Lasermarkierung sowie vor oder nach dem Abtragspoliturschritt im Falle des Kan tenpolierens einfügen lassen. Eine Reihe weiterer, für bestimm te Produkte erforderliche Prozeßschritte wie beispielsweise die Aufbringung von Rückseitenbeschichtungen aus Polysilicium, Siliciumoxid oder Siliciumnitrid oder die Aufbringung einer Epitaxieschicht aus Silicium oder weiteren halbleitenden Mate rialien auf die Vorderseite der Siliciumscheibe läßt sich eben falls nach dem Fachmann bekannten Verfahren an den geeigneten Stellen in den Prozeßfluß einbauen. Es kann darüber hinaus auch zweckmäßig sein, die Halbleiterscheibe vor oder nach einzelnen Prozeßschritten einer weiteren Batch- oder Einzelscheibenreini gung nach dem Stand der Technik zu unterziehen.If necessary, at any point in the inven according to the method, a heat treatment step of the half conductor washer are introduced, for example to thermal Destroy donors or disrupt surfaces nearby crystal layers to heal. It can with for example to avoid grid contamination by Metal atoms make sense to the semiconductor wafer in front of the Heat treatment step of wet chemical cleaning after Subject to state of the art. Warmth is preferred action after sub-step (d) of the wet chemical treatment or after the plasma local etching step in a temperature range of 400 ° C to 800 ° C. Can also be desired a laser marking for disc identification or a Edge polishing step, which is located in a suitable place, for play before or after grinding in the case of laser marking as well as before or after the abrasive polishing step in the case of the Kan insert polishing. A number of others, for certain te products required process steps such as the Application of backside coatings made of polysilicon, Silicon oxide or silicon nitride or the deposition of a Epitaxial layer made of silicon or other semiconducting materials rials on the front of the silicon wafer can be flat if according to methods known to the person skilled in the art, to the appropriate ones Incorporate locations into the process flow. It can also be expedient, the semiconductor wafer before or after each Process steps of a further batch or single pane cleaning state of the art.
Eine erfindungsgemäß hergestellte Halbleiterscheibe aus Silici um erfüllt die Anforderungen für die Herstellung von Halblei terbauelementen mit Linienbreiten von 0,18 µm. Bei Anwendung eines Plasmaätzschrittes zur lokalen Geometriekorrektur, bei spielsweise nach dem PACE-Verfahren, zwischen der Abtragspo litur und der Schleierfreipolitur können sogar die strengen Anforderungen erfüllt werden, die an Siliciumscheiben als Ausgangsmaterial für die 0,13 µm-Halbleitertechnologie gestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich als optimale Lösung zur Herstellung von Siliciumscheiben mit den geschil derten Merkmalen erwiesen.A silicon semiconductor wafer produced according to the invention um meets the requirements for the production of semi-conductor components with line widths of 0.18 µm. When applied a plasma etching step for local geometry correction for example according to the PACE method, between the ablation po liture and veil-free polishing can even be the strictest Requirements are met that of silicon wafers as Base material for the 0.13 µm semiconductor technology provided will. The method according to the invention has proven to be optimal Solution for the production of silicon wafers with the geschil proven characteristics.
Hinsichtlich der weiteren üblicherweise zur Scheibencharakte risierung herangezogenen, dem Fachmann wohlbekannten Parameter wie Rauhigkeit, Haze, Partikel- und Metallkontaminationen der Scheibenoberfläche, Magic-Mirror-Defekte usw., die weniger von der gesamten Prozeßkette als vielmehr von der Ausführung der Polier- und Reinigungsschritte bestimmt werden, weisen erfin dungsgemäß hergestellte Halbleiterscheiben keine Nachteile ge genüber den nach dem Stand der Technik hergestellten Scheiben auf. Das vorgeschlagene Verfahren ist auch wirtschaftlich kon kurrenzfähig. With regard to the other usually related to disc characters ization used parameters well known to the person skilled in the art such as roughness, haze, particle and metal contamination of the Disk surface, magic mirror defects, etc. that are less of the entire process chain rather than the execution of the Polishing and cleaning steps are determined, have inven semiconductor wafers produced according to the invention have no disadvantages compared to the disks produced according to the prior art on. The proposed method is also economical competitive.
Alle im folgenden aufgeführten Vergleichsbeispiele und Beispie le betreffen die Herstellung von Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von (300 ± 0,2) mm, einer Dicke von (775 ± 25) µm, einer schleierfrei polierten Vorderseite und einer polierten Rückseite, einem Sauerstoffgehalt von (6 ± 1) . 1017 Atomen/cm3 und einer Bor-Dotierung, die zu einem Widerstand im Bereich von 10 bis 20 Ω.cm führt. Die dazu benötigten Kristalle werden nach dem Stand der Technik gezogen, abgelängt, rundgeschliffen, auf einer handelsüblichen Drahtsäge in Scheiben zersägt und kanten verrundet. Die Beispiele sind exemplarisch für die Erfindung, schränken deren Umfang jedoch in keiner Weise ein.All of the comparative examples and examples listed below relate to the production of silicon wafers with a diameter of (300 ± 0.2) mm, a thickness of (775 ± 25) µm, a veil-free polished front and a polished rear, an oxygen content of (6 ± 1). 10 17 atoms / cm 3 and a boron doping, which leads to a resistance in the range of 10 to 20 Ω.cm. The crystals required for this are drawn according to the state of the art, cut to length, ground round, sawn into disks on a commercially available wire saw and the edges rounded. The examples are exemplary of the invention, but do not limit its scope in any way.
Es wird wie in einer gemäß EP 798 405 A2 bevorzugten Ausfüh rungsform vorgegangen: Die kantenverrundeten Scheiben werden auf einer Rotationsschleifmaschine mit einer Kunstharz-gebunde nen Schleifscheibe mit Diamanten der Körnung 600 Mesh geschlif fen, wobei nacheinander von der Scheibenvorder- und -rückseite je 30 µm Silicium abgetragen werden. Die Scheiben werden noch in der Schleifmaschine durch Absprühen mit Reinstwasser von groben Verunreinigungen befreit und mittels Einzelscheiben schleudern getrocknet. Es folgt ohne weitere Vorbehandlung ein alkalischer Ätzschritt von aus je 13 Scheiben bestehenden Scheibenpaketen bei (120 ± 3)°C in einer 50 Gew.-%igen wäßrigen Kaliumhydroxidlösung unter Abtrag von je 10 µm Silicium pro Scheibenseite, wobei der Scheibenabstand (Zentrumsebene) je weils 10 mm beträgt, gefolgt von einer zweimaligen Reinstwas serbehandlung in einer Quickdump-Spüle. Nach Trocknung in einem handelsüblicher Heißwassertrockner werden die Scheiben zwecks Zerstörung der thermischen Sauerstoffdonatoren einzeln einer Wärmebehandlung nach dem RTA-Verfahren (rapid themal annealing) in einer am Markt erhältlichen Heizkammer unterzogen, wobei sich an einen schnellen Aufheizschritt (100°C/s) ein Temper schritt mit einer Dauer von 20 s bei 750°C anschließt. Ein Doppelseitenpolierschritt wird mit einem Polyurethan-Poliertuch der Härte 70 (Shore A) unter Verwendung eines Poliersols mit einem SiO2-Feststoffgehalt von 4 Gew.-% und einem pH-Wert von 11 unter einem Anpreßdruck von 0,3 bar durchgeführt, wobei gleichzeitig je 20 µm Silicium pro Scheibenseite abgetragen werden. Abschließend wird eine Endpolitur der Scheibenvorder seite zur Gewährleistung einer schleierfreien Oberfläche mit einem weichen Polyurethan-Poliertuch und einem Poliersol mit einem SiO2-Feststoffgehalt von 2 Gew.-% und einem pH-Wert von 10 mit einem Anpreßdruck von 0,2 bar unter Abtrag von 0,5 µm Silicium sowie eine Endreinigung nach dem RCA-Verfahren, ge folgt von einer Trocknung unter Zuhilfenahme von Isopropanol, durchgeführt.The procedure is as in an embodiment preferred according to EP 798 405 A2: The rounded-edge disks are ground on a rotary grinding machine with a synthetic resin-bonded grinding wheel with 600 mesh diamonds, with each 30 microns from the front and back of the disk in succession Silicon are removed. The disks are freed of coarse impurities by spraying them with ultrapure water while they are still in the grinding machine and spin-dried using individual disks. This is followed, without further pretreatment, by an alkaline etching step of wafers consisting of 13 wafers each at (120 ± 3) ° C. in a 50% strength by weight aqueous potassium hydroxide solution with removal of 10 μm silicon per wafer side, the wafer spacing (center plane) depending Because it is 10 mm, followed by two high-purity water treatments in a Quickdump sink. After drying in a commercially available hot water dryer, the panes are individually subjected to a heat treatment according to the RTA process (rapid thermal annealing) in a commercially available heating chamber in order to destroy the thermal oxygen donors step with a duration of 20 s at 750 ° C. A double-sided polishing step is carried out with a polyurethane polishing cloth of hardness 70 (Shore A) using a polishing sol with an SiO 2 solids content of 4% by weight and a pH value of 11 under a contact pressure of 0.3 bar, with simultaneous 20 µm silicon can be removed from each side of the wafer. Finally, a final polish of the front side of the disc to ensure a veil-free surface with a soft polyurethane polishing cloth and a polishing sol with an SiO 2 solid content of 2 wt .-% and a pH of 10 with a pressure of 0.2 bar with removal of 0.5 µm silicon as well as final cleaning according to the RCA method, followed by drying with the aid of isopropanol.
Es wird vorgegangen wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben mit der Ausnahme, daß sauer anstatt alkalisch geätzt wird: Der Sau erätzschritt erfolgt gemäß der in DE 43 16 096 sowie US 5,340, 437 beschriebenen Vorgehensweise nach dem Strömungsätzverfahren in einer Mischung aus 90 Gew.-% konzentrierter Salpetersäure (70 Gew.-% in wäßriger Lösung), 10 Gew.-% konzentrierter Fluß säure (50 Gew.-% in wäßriger Lösung) und 0,1 Gew.-% Ammonium laurylsulfat, wobei die Ätzmischung auf (20 ± 1)°C temperiert und mit Stickstoffgas durchströmt wird und unter Rotieren der Scheiben pro Scheibenseite erneut gleichzeitig je 10 µm Sili cium abgetragen werden und die Scheiben anschließend gemäß Vergleichsbeispiel 1 mit Reinstwasser behandelt und getrocknet werden. Es werden jeweils 26 Scheiben unter Zuhilfenahme eines Magazins aus PVDF geätzt, wobei der Scheibenabstand (Zentrums ebene) jeweils 10 mm beträgt. Dem Ätzschritt ist wiederum kei nerlei Vorbehandlung vorgeschaltet.The procedure is as described in Comparative Example 1 with the exception that the etching is acidic instead of alkaline: the sow The etching step is carried out in accordance with DE 43 16 096 and US 5,340, 437 described procedure according to the flow etching process in a mixture of 90% by weight concentrated nitric acid (70% by weight in aqueous solution), 10% by weight concentrated flow acid (50 wt .-% in aqueous solution) and 0.1 wt .-% ammonium lauryl sulfate, with the etching mixture tempered to (20 ± 1) ° C and is flowed through with nitrogen gas and rotating the Panes per pane side again at the same time, each 10 µm Sili cium are removed and the disks then according to Comparative example 1 treated with ultrapure water and dried will. There are 26 discs with the help of one The magazine is etched from PVDF, the distance between the discs (center level) is 10 mm each. Again, there is no etching step any kind of pre-treatment upstream.
Es wird vorgegangen wie in Vergleichsbeispiel 2 beschrieben mit
der Ausnahme, daß das Sauerätzen in folgenden vier Schritten
ausgeführt wird, die von den Scheibenpaketen nacheinander in
einer kompakt gebauten vierstufiger Ätzanlage durchlaufen wer
den:
The procedure is as described in Comparative Example 2, with the exception that the acid etching is carried out in the following four steps, which the wafer packs pass through one after the other in a compactly built four-stage etching system:
- 1. Das Scheibenpaket wird in eine wäßrige Ozon haltige Fluß säurelösung, hergestellt durch kontinuierliches Einblasen von 12 l/h eines 100 mg/m3 Ozon enthaltenden Ozon/Luft-Gemisches in 220 l einer 0,5 Gew.-%igen Flußsäurelösung, bei einer Tempera tur von (50 ± 1)°C eingetaucht, dort für 1 min belassen, an schließend mit einer Geschwindigkeit von 1 cm/s trocken und hydrophob aus der Lösung entnommen und durch 1-minütige Kontak tierung mit dem im Gasraum über der Flußsäurelösung befindli chen, aus der Lösung ausgetretenen Ozon hydrophiliert.1. The disk pack is in an aqueous ozone-containing hydrofluoric acid solution, prepared by continuously blowing 12 l / h of an ozone / air mixture containing 100 mg / m 3 of ozone into 220 l of a 0.5% by weight hydrofluoric acid solution immersed in a temperature of (50 ± 1) ° C, left there for 1 min, then removed dry and hydrophobic from the solution at a speed of 1 cm / s and contacted for 1 minute with the one in the gas space above the hydrofluoric acid solution located, ozone that has leaked out of the solution is rendered hydrophilic.
- 2. Der Sauerätzschritt wird wie in Vergleichsbeispiel 2 be schrieben ausgeführt.2. The acid etching step is as in Comparative Example 2 be wrote executed.
- 3. Das Scheibenpaket wird mit einer Umsetzzeitt < 2 s in eine mit Reinstwasser gefüllte Quickdump-Spüle überführt, die an schließend je zweimal innerhalb von 6 s entleert und innerhalb von 35 s mit Reinstwasser aufgefüllt wird.3. The disk package is converted into a Quickdump sink filled with ultrapure water transferred to the then emptied twice within 6 s and within is topped up with ultrapure water within 35 s.
- 4. Schritt (1) wird in einem separaten Prozeßmodul zur Trock nung der Scheiben wiederholt.4. Step (1) is in a separate process module for the dry the disks repeatedly.
Es wird einschließlich der oben beschriebenen Ätzabfolge Fluß säure/Ozon-Behandlung, Sauerätzen, Quickdump-Spülen, Flußsäure/ Ozon-Behandlung vorgegangen wie in Beispiel 1 beschrieben mit der Ausnahme, daß zwischen dem Doppelseitenpolierschritt und dem Endpolierschritt ein Plasma-Ätzschritt mit lokaler Geome triekorrektur nach dem PACE-Verfahren unter Vakuum mit SF6 als Reaktionsgas und Elektronenanregung durchgeführt wird, wobei im Mittel 2 µm Silicium abgetragen werden.It is including the above-described etching sequence hydrofluoric acid / ozone treatment, acid etching, Quickdump rinsing, hydrofluoric acid / ozone treatment as described in Example 1, with the exception that a plasma etching step with local geometry correction between the double-side polishing step and the final polishing step is carried out according to the PACE process under vacuum with SF 6 as the reaction gas and electron excitation, with an average of 2 μm silicon being removed.
Je 15 nach den oben aufgeführten Vergleichsbeispielen und Bei
spielen hergestellte 300-mm-Siliciumscheiben werden mit einem
handelsüblichen nach dem kapazitiven Prinzip arbeitenden Meß
instrument hinsichtlich ihrer Geometrie charakterisiert, wobei
3 mm Randausschluß und eine Halbleiterbauelementgröße von 25 mm
× 25 mm zugrunde gelegt werden. Die nachfolgende Tabelle gibt
den arithmetischen Durchschnitt und die Standardabweichung
Sigma für den globalen Ebenheitswert GBIR (früher als TTV be
zeichnet) und den lokalen Ebenheitswert SFQRmax an:
15 each of the above comparative examples and examples produced 300 mm silicon wafers are characterized with a commercially available measuring instrument operating on the capacitive principle with regard to their geometry, 3 mm edge exclusion and a semiconductor component size of 25 mm × 25 mm being used. The following table shows the arithmetic mean and the standard deviation sigma for the global flatness value GBIR (formerly known as TTV) and the local flatness value SFQR max :
Die Vorderseiten der nach den oben aufgeführten Vergleichsbei spielen und Beispielen hergestellten 300-mm-Siliciumscheiben werden mit einem Laserausgestatteten handelsüblichen Meßgerät hinsichtlich Lichtstreuzentren (LLS, localized light scatter ers) charakterisiert. Es werden im Dunkelfeldmodus/Nahwinkel detektionskanal (DFN, dark field narrow) folgende Werte für die Anzahl der Streulichtzentren < 0,12 µm LSE pro Scheibe gemes sen:The front sides of the comparisons listed above play and examples produced 300 mm silicon wafers are equipped with a laser-equipped commercially available measuring device with regard to light scattering centers (LLS, localized light scatter ers). It will be in dark field mode / near angle detection channel (DFN, dark field narrow) the following values for the Number of scattered light centers <0.12 µm LSE per pane measured sen:
Zur Bestimmung des Nickelgehaltes im Kristallgitter der oben
aufgeführten 300-mm-Siliciumscheiben wird folgendes Verfahren
durchgeführt: Zunächst werden die Scheiben, wie beispielsweise
beschrieben auf Seite 150 der Monographie von K. Graff, "Metal
Impurities in Silicon-Device Fabrication", Springer-Verlag,
Berlin/Heidelberg/New York 1995, ISBN 3-540-58317-3, der für
einen Hazetest geeigneten thermischen Behandlung unterzogen,
die zu einer Präzipitation der Nickelverunreinigung auf der
Scheibenoberfläche führt (10minütiges Erhitzen bei 1050°C ge
folgt von schnellem Abkühlen durch Ausfahren der Scheiben aus
dem Temperofen). Mittels Röntgenfluoreszenzmessung unter Total
reflexionsbedingungen (TXRF, total X-ray reflection fluores
cence analysis) werden die nachfolgend ausgelisteten Nickel-
Oberflächenwerte gemessen, die sich in erster Näherung durch
Division durch die halbe Scheibendicke (Präzipitation auf
Vorder- und Rückseite) in die ursprünglich vorhandene Nickel
konzentration im Kristallgitter unter Annahme vollständiger
Präzipitation im der TXRF-Messung zugänglichen Oberflächen
bereich umrechnen lassen:
To determine the nickel content in the crystal lattice of the above-mentioned 300 mm silicon wafers, the following procedure is carried out: First, the wafers are, for example, as described on page 150 of the monograph by K. Graff, "Metal Impurities in Silicon-Device Fabrication", Springer-Verlag , Berlin / Heidelberg / New York 1995, ISBN 3-540-58317-3, subjected to the thermal treatment suitable for a Hazet test, which leads to the precipitation of the nickel contamination on the pane surface (10-minute heating at 1050 ° C followed by rapid cooling Moving the panes out of the tempering furnace). By means of X-ray fluorescence measurement under total reflection conditions (TXRF, total X-ray reflection fluorescence analysis), the nickel surface values listed below are measured, which are in a first approximation by dividing by half the thickness of the pane (precipitation on the front and back) into the originally present nickel Conversion of the concentration in the crystal lattice assuming complete precipitation in the surface area accessible to the TXRF measurement:
Claims (16)
- a) Eintauchen der Halbleiterscheibe in eine wäßrige Flußsäure lösung und Herausbringen der Halbleiterscheibe aus der Flußsäu relösung in einen Ozon enthaltenden Gasraum;
- b) Ätzen der Halbleiterscheibe in einer sauren Ätzlösung;
- c) Spülen der Halbleiterscheibe in Reinstwasser; und
- d) Eintauchen der Halbleiterscheibe in eine wäßrige Flußsäure lösung und Herausbringen der Halbleiterscheibe aus der Flußsäu relösung in einen Ozon enthaltenden Gasraum.
- a) immersing the semiconductor wafer in an aqueous hydrofluoric acid solution and removing the semiconductor wafer from the hydrofluoric acid solution into an ozone-containing gas space;
- b) etching the semiconductor wafer in an acidic etching solution;
- c) rinsing the semiconductor wafer in ultrapure water; and
- d) Immersing the semiconductor wafer in an aqueous hydrofluoric acid solution and removing the semiconductor wafer from the hydrofluoric acid solution into an ozone-containing gas space.
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