DE102009051009A1 - Method for polishing semiconductor wafer made of mono-crystalline silicon, involves polishing front and rear sides of semiconductor wafer after removing deposited polycrystalline silicon layer from front and rear sides of wafer - Google Patents
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Abstract
Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium, umfassend das wiederholte Polieren der Vorderseite oder der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheibe.The invention relates to a method for polishing a semiconductor wafer of monocrystalline silicon, comprising the repeated polishing of the front side or the front side and the back side of the semiconductor wafer.
Halbleiterscheiben aus einkristallinem Silizium bilden das Grundmaterial für die Herstellung von elektronischen Bauelementen, insbesondere von Prozessoren und Speicherelementen. Die Herstellung von Halbleiterscheiben aus einkristallinem Silizium umfasst eine mehr oder weniger komplexe Folge von Schritten, zu denen regelmäßig auch mindestens eine chemisch-mechanische Politur gehört. Am Anfang der Folge stehen Halbleiterscheiben, die aus einem Einkristall geschnitten wurden. Die dann folgende Bearbeitung dieser Halbleiterscheiben hat das vorrangige Ziel, beschädigte Bereiche im Kristallgitter zu entfernen und den bearbeiteten Halbleiterscheiben eine Form zu geben, die durch ebene und parallel zueinander liegende Vorderseiten und Rückseiten gekennzeichnet ist. Als Vorderseite gilt üblicherweise diejenige Seite, auf der später die elektronischen Bauelemente aufgebaut werden.Monocrystalline silicon wafers form the basic material for the production of electronic components, in particular of processors and memory elements. The production of semiconductor wafers from monocrystalline silicon comprises a more or less complex sequence of steps, which regularly includes at least one chemical mechanical polishing. At the beginning of the series are semiconductor wafers, which were cut from a single crystal. The subsequent processing of these semiconductor wafers has the primary aim of removing damaged areas in the crystal lattice and giving the processed semiconductor wafers a shape which is characterized by flat and mutually parallel front sides and back sides. The front is usually the side on which the electronic components are built later.
Ein bedeutender Schritt während der Formgebung ist die chemisch-mechanische Politur der Halbleiterscheibe, die Abtragspolitur genannt wird und während der von der Vorderseite oder von der Vorderseite und von der Rückseite der Halbleiterscheibe jeweils mindestens 10 μm pro Seite an Material abgetragen wird. Die Halbleiterscheibe wird in Gegenwart eines Poliermittels („polishing slurry”) mit einem Poliertuch poliert, bis der angestrebte Materialabtrag erreicht ist. Die Politur wird als Einseitenpolitur („single side polishing”) oder als Doppelseitenpolitur („double side polishing”, DSP) ausgeführt. Bei der DSP werden die Vorderseite und die Rückseite der Halbleiterscheibe gleichzeitig poliert. Die Halbleiterscheibe liegt dabei zwischen zwei mit Poliertuch versehenen Poliertellern und wird von einer Läuferscheibe („carrier”) geführt und in Bewegung gehalten. Bei der Einseitenpolitur wird die Halbleiterscheibe mit einer Seite auf einem Träger gehalten und die zu polierende Seite über einen mit Poliertuch versehenen Polierteller bewegt.A significant step in the molding process is the chemical-mechanical polishing of the wafer, referred to as removal polishing, and while removing material from the front or front and back of the wafer, at least 10 microns per side. The wafer is polished in the presence of a polishing slurry ("polishing slurry") with a polishing cloth until the desired material removal is achieved. The polish is carried out as a single-side polishing or as a double-side polishing (DSP). The DSP polishes the front and back of the wafer simultaneously. The wafer lies between two polishing pads provided with polishing cloth and is guided by a carrier ("carrier") and kept in motion. In one-side polishing, the semiconductor wafer is held on one side with a support and the side to be polished is moved over a polishing pad provided with polishing cloth.
Halbleiterscheiben aus einkristallinem Silizium, die als Grundmaterial für die Herstellung von elektronischen Bauelementen eingesetzt werden, dürfen nur geringe Mengen an metallischen Verunreinigungen enthalten, weil Metalle die Funktion der Bauelemente erheblich beeinträchtigen. Es wird daher versucht, mit Hilfe sogenannter Getter Verunreinigungen wie Kupfer oder Nickel insbesondere von der Vorderseite der Halbleiterscheibe fernzuhalten. Sauerstoff enthaltende Präzipitate im Inneren („bulk”) der Halbleiterscheibe bilden interne Getter, an die sich metallische Verunreinigungen aus energetischen Gründen bevorzugt anlagern. Externe Getter funktionieren nach dem gleichen Prinzip, wirken jedoch von der Rückseite der Halbleiterscheibe aus. Ein bekannter externer Getter besteht aus einer polykristallinen Schicht aus Silizium, die auf der Rückseite der Halbleiterscheibe abgeschieden ist und eine energetische Senke für metallische Verunreinigungen wie Kupfer oder Nickel bildet.Monocrystalline silicon wafers, which are used as a base material for the production of electronic components, may only contain small amounts of metallic impurities because metals significantly impair the function of the components. It is therefore attempted with the help of so-called getters impurities such as copper or nickel in particular to keep away from the front of the semiconductor wafer. Oxygen-containing precipitates in the interior ("bulk") of the semiconductor wafer form internal getters, to which metallic impurities preferably accumulate for energetic reasons. External getters work on the same principle, but act from the back of the wafer. A known external getter consists of a polycrystalline silicon layer deposited on the back side of the wafer, forming an energetic sink for metallic contaminants such as copper or nickel.
In der
Wenn das Poliermittel metallische Verunreinigungen enthält, werden Halbleiterscheiben, die chemisch-mechanisch poliert werden, durch das Poliermittel verunreinigt. Diese nachteilige Wirkung des Poliermittels lässt sich kaum verhindern, da bereits Spuren von Verunreinigungen ausreichen, um die Halbleiterscheibe spürbar zu kontaminieren, und Rest-Verunreinigungen mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand vom Poliermittel nicht ferngehalten werden können.When the polishing agent contains metallic impurities, semiconductor wafers which are chemically-mechanically polished are contaminated by the polishing agent. This adverse effect of the polishing agent can hardly be prevented, since traces of impurities are already sufficient to noticeably contaminate the semiconductor wafer, and residual impurities can not be kept away from the polishing agent with economically justifiable expense.
In der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium aufzuzeigen, durch das die polierte Halbleiterscheibe in einem geringeren Ausmaß als bisher mit Kupfer oder Nickel verunreinigt wird.The object of the present invention is to provide a process for polishing a semiconductor wafer of monocrystalline silicon, by which the polished semiconductor wafer is contaminated to a lesser extent than heretofore with copper or nickel.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium, umfassend
- a) das Polieren der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheibe;
- b) das Abscheiden einer polykristallinen Schicht aus Silizium auf der Vorder- und der Rückseite der Halbleiterscheibe;
- c) das Entfernen der polykristallinen Schicht aus Silizium von der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheibe;
- d) das Polieren der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheibe, wobei
- a) polishing the front and the back of the semiconductor wafer;
- b) depositing a polycrystalline silicon layer on the front and back sides of the semiconductor wafer;
- c) removing the polycrystalline silicon layer from the front and back sides of the semiconductor wafer;
- d) polishing the front side and the rear side of the semiconductor wafer, wherein
Bei Anwendung des Verfahrens ist die polierte, eine Vorderseite und eine Rückseite aus einkristallinem Silizium aufweisende Halbleiterscheibe geringer mit Kupfer oder Nickel verunreinigt, als wenn die Halbleiterscheibe in üblicher Weise poliert worden wäre.Using the method, the polished semiconductor wafer having a front side and a back side of monocrystalline silicon is less contaminated with copper or nickel than if the semiconductor wafer had been conventionally polished.
Die Erfindung baut auf der Erkenntnis auf, dass die Verunreinigung mit Kupfer umso stärker ausfällt, je mehr Material beim Polieren von der Halbleiterscheibe abgetragen wird, also je länger die Halbleiterscheibe während der Abtragspolitur mit dem Poliermittel in Kontakt steht. Ungeachtet dessen muss eine Abtragspolitur der Halbleiterscheibe mittels chemisch-mechanischem Polierens vorgenommen werden, um beschädigte Bereiche des Kristallgitters zu entfernen und um der Halbleiterscheibe die gewünschte Form zu geben. Erfindungsgemäß wird die Abtragspolitur unterbrochen, indem ein externer Getter aus polykristallinem Silizium auf der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheibe abgeschieden und wieder entfernt wird. Auf diese Weise wird der Halbleiterscheibe insbesondere Kupfer entzogen, so dass die Halbleiterscheibe nach der vollständig durchgeführten Abtragspolitur eine geringere Konzentration an Kupfer aufweist, als wenn die Halbleiterscheibe in üblicher Weise poliert worden wäre.The invention is based on the knowledge that the more copper is removed from the semiconductor wafer during polishing, the longer the semiconductor wafer is in contact with the polishing agent during the polishing removal. Regardless, a polishing of the semiconductor wafer must be carried out by means of chemical mechanical polishing in order to remove damaged regions of the crystal lattice and to give the desired shape to the semiconductor wafer. According to the invention, the Abtragspolitur is interrupted by an external getter of polycrystalline silicon deposited on the front and the back of the semiconductor wafer and removed again. In this way, the semiconductor wafer in particular copper is removed, so that the semiconductor wafer after the complete removal polishing has a lower concentration of copper than if the semiconductor wafer would have been polished in the usual way.
Das Polieren der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheibe gemäß Schritt a) wird als Einseitenpolitur durchgeführt. Alternativ kann die Politur gemäß Schritt a) auch als Doppelseitenpolitur durchgeführt werden, wobei in diesem Fall die Vorderseite und die Rückseite der Halbleiterscheibe gleichzeitig poliert werden.The polishing of the front side and the back side of the semiconductor wafer according to step a) is carried out as a single-side polishing. Alternatively, the polishing in step a) can also be carried out as a double-side polishing, in which case the front side and the back side of the semiconductor wafer are polished at the same time.
Beim Polieren gemäß Schritt a) werden vorzugsweise nicht weniger als 5 μm pro Seite und nicht mehr als 30 μm pro Seite an Material von der Halbleiterscheibe abgetragen. Das Polieren gemäß Schritt a) kann in zwei oder mehrere, aufeinander folgende Teilschritte untergliedert sein.When polishing in accordance with step a), preferably not less than 5 μm per side and not more than 30 μm per side of material are removed from the semiconductor wafer. The polishing according to step a) can be subdivided into two or more successive partial steps.
Das Polieren der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheibe gemäß Schritt d) wird als Einseitenpolitur durchgeführt. Alternativ kann die Politur gemäß Schritt d) auch als Doppelseitenpolitur durchgeführt werden, wobei in diesem Fall die Vorderseite und die Rückseite der Halbleiterscheibe gleichzeitig poliert werden.The polishing of the front side and the back side of the semiconductor wafer according to step d) is carried out as a single-side polishing. Alternatively, according to step d), the polish may also be carried out as double-side polishing, in which case the front side and the back side of the semiconductor wafer are polished at the same time.
Beim Polieren gemäß Schritt d) wird nicht weniger als 0,1 μm pro Seite und nicht mehr als 3 μm pro Seite an Material von der Halbleiterscheibe abgetragen. Das Polieren gemäß Schritt d) kann in zwei oder mehrere, aufeinander folgende Teilschritte untergliedert sein.When polishing in accordance with step d), not less than 0.1 μm per side and not more than 3 μm per side of material is removed from the semiconductor wafer. The polishing according to step d) can be subdivided into two or more successive partial steps.
Das Abscheiden einer polykristallinen Schicht aus Silizium auf der Vorder- und der Rückseite der Halbleiterscheibe gemäß Schritt b) erfolgt vorzugsweise im LPCVD-Verfahren („Low Pressure Chemical Vapor Deposition”). Dabei werden mehrere Halbleiterscheiben, die in einem Boot aus Quarz gestapelt sind, in einem evakuierten und erhitzen Quarzrohr gleichzeitig beschichtet. Durch das Quarzrohr wird ein Prozessgas, das eine Silizium-Verbindung wie beispielsweise Silan enthält, geleitet. Die Silizium-Verbindung zersetzt sich an den heißen Halbleiterscheiben unter Ausbildung der polykristallinen Schicht aus Silizium. Die Schicht hat eine Dicke von typischerweise 50 bis 100 nm. Die Abscheidetemperatur liegt bei Verwendung von Silan vorzugsweise im Bereich von 650°C.The deposition of a polycrystalline layer of silicon on the front and the back of the semiconductor wafer according to step b) is preferably carried out in the LPCVD method ("Low Pressure Chemical Vapor Deposition"). Several semiconductor wafers stacked in a quartz boat are simultaneously coated in an evacuated and heated quartz tube. Through the quartz tube, a process gas containing a silicon compound such as silane, passed. The silicon compound decomposes on the hot semiconductor wafers to form the polycrystalline silicon layer. The layer has a thickness of typically 50 to 100 nm. The deposition temperature is preferably in the range of 650 ° C when using silane.
Das Entfernen der polykristallinen Schicht aus Silizium von der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheibe gemäß Schritt c) erfolgt vorzugsweise, indem die polykristalline Schicht durch Ätzen abgetragen wird oder durch Polieren in Gegenwart einer Flüssigkeit mit einem Poliertuch, das einen an das Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält. Diese Art des Polierens wird auch FAP oder „fixed abrasive polishing” genannt. Um sicherzustellen, dass die zusätzliche Verunreinigung der Halbleiterscheibe durch FAP gering bleibt, ist es von Vorteil, wenn nur die polykristalline Schicht und nicht mehr als 0,1 bis 0,4 μm an darunter liegendem Material je Seite der Halbleiterscheibe durch FAP entfernt werden.The removal of the polycrystalline silicon layer from the front side and the back side of the semiconductor wafer according to step c) is preferably carried out by etching away the polycrystalline layer or by polishing in the presence of a liquid with a polishing cloth containing an abrasive bound to the polishing cloth. This type of polishing is also called FAP or "fixed abrasive polishing". In order to ensure that the additional contamination of the semiconductor wafer by FAP remains low, it is advantageous if only the polycrystalline layer and not more than 0.1 to 0.4 μm of underlying material per side of the semiconductor wafer are removed by FAP.
Eine Säure, die HF und HNO3 enthält, eignet sich besonders gut als Ätzmittel zum Entfernen der polykristallinen Schicht aus Silizium durch Ätzen. An acid containing HF and HNO 3 is particularly suitable as an etchant for removing the polycrystalline silicon layer by etching.
Ein Poliertuch, das CeO2 als gebundenen Abrasivstoff enthält und in Gegenwart einer Flüssigkeit mit alkalischem pH eingesetzt wird, eignet sich besonders gut zum Entfernen der polykristallinen Schicht aus Silizium durch Polieren mittels FAP.A polishing cloth containing CeO 2 as a bonded abrasive and used in the presence of an alkaline pH liquid is particularly well suited for removing the polycrystalline silicon layer by polishing by FAP.
Die Erfindung wird nachfolgend an praktischen Beispielen demonstriert. Der quantitative Nachweis der Verunreinigung der getesteten Halbleiterscheiben durch Kupfer und Nickel erfolgte mittels Poly-UTP („Ultra Trace Profiling”). Bei dieser Methode werden die Verunreinigungen in einer als externer Getter wirkenden polykristallinen Schicht aus Silizium konzentriert und die Schicht mittels einer Säure aufgelöst, die Lösung eingedampft und der Rückstand wieder gelöst und analysiert. In den Beispielen wurde zur Analyse die „inductively coupled plasma spectroscopy”, kurz ICP-MS, verwendet.The invention is demonstrated below by practical examples. Quantitative detection of the contamination of the tested wafers by copper and nickel was carried out by means of poly-UTP (Ultra Trace Profiling). In this method, the impurities are concentrated in a polycrystalline silicon film acting as an external getter and the layer is dissolved by means of an acid, the solution is evaporated and the residue is redissolved and analyzed. In the examples, the inductively coupled plasma spectroscopy (ICP-MS) was used for the analysis.
Zunächst wurde eine Vielzahl von Halbleiterscheiben aus Silizium mit einem Durchmesser von 300 mm und mit (100)-Orientierung der Seiten aus einem Einkristall geschnitten. Der spezifische elektrische Widerstand war auf 5 bis 10 mOhmcm eingestellt. Diese Halbleiterscheiben wurden beidseitig grob geschliffen, geätzt und auf der Vorderseite mit feinem Schleifkorn erneut geschliffen.First, a plurality of silicon wafers having a diameter of 300 mm and having (100) orientation of the sides were cut out of a single crystal. The electrical resistivity was set to 5 to 10 mOhmcm. These wafers were roughly ground on both sides, etched and ground again with fine abrasive grain on the front side.
Ein Teil der Halbleiterscheiben (Referenz) wurde mittels Poly-UTP in Verbindung mit ICP-MS auf Verunreinigung durch Kupfer und Nickel hin untersucht. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1:
Ein anderer Teil der Halbleiterscheiben wurde beidseitig auf einer Maschine vom Typ AC 2000 P2 des Herstellers Wolters poliert. Als Poliermittel wurde ein Poliersol mit pH 11 verwendet, das 3 Gew.-% SiO2 und eine Metallkomplexe bildende Komponente enthielt. Der bei der Doppelseitenpolitur erzielte Materialabtrag betrug in Summe für die Vorder- und Rückseite 22 bis 26 μm. Einige der Halbleiterscheiben (Vergleich) wurden nach der Politur gereinigt, getrocknet und ebenfalls mittels Poly-UTP in Verbindung mit ICP-MS auf Verunreinigung durch Kupfer und Nickel hin untersucht. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 zusammengefasst. Tabelle 2:
Ein weiterer Teil der Halbleiterscheiben wurde zunächst beidseitig auf einer Maschine vom Typ AC 2000 P2 des Herstellers Wolters poliert. Als Poliermittel wurde ein Poliersol mit pH 11 verwendet, das 3 Gew.-% SiO2 und eine Metallkomplexe bildende Komponente enthielt. Der bei der Doppelseitenpolitur erzielte Materialabtrag betrug in Summe für die Vorder- und Rückseite 22 bis 26 μm.Another part of the semiconductor wafers was first polished on both sides on an AC 2000 P2 machine manufactured by Wolters. As the polishing agent, a Poliersol pH 11 was used, which contained 3 wt .-% SiO 2 and a metal complexing component. The achieved in the double-side polishing material removal was in total for the front and back 22 to 26 microns.
Einige der Halbleiterscheiben (Beispiel 1) wurden nach der Politur gereinigt, getrocknet und beidseitig mittels LPCVD mit einer 50 nm dicken Schicht aus polykristallinem Silizium beschichtet. Die Temperatur betrug während des Abscheidens der Schicht 650°C. Im Prozessgas war Silan enthalten.Some of the semiconductor wafers (Example 1) were cleaned after the polishing, dried and coated on both sides by means of LPCVD with a 50 nm thick layer of polycrystalline silicon. The temperature during the deposition of the layer was 650 ° C. The process gas contained silane.
Anschließend wurde die polykristalline Schicht aus Silizium mittels Ätzen wieder entfernt. Das Ätzmittel enthielt HF und HNO3. Beim Ätzen wurden von der Vorderseite und von der Rückseite der Halbleiterscheiben jeweils 0,5 μm an Material abgetragen. Schließlich wurden die Halbleiterscheiben erneut beidseitig chemisch-mechanisch poliert. Der Materialabtrag der Politur betrug durchschnittlich nur noch 3 μm je Seite. Zum Schluss wurden die gereinigten und getrockneten Halbleiterscheiben ebenfalls mittels Poly-UTP in Verbindung mit ICP-MS auf Verunreinigung durch Kupfer und Nickel hin untersucht. Das Ergebnis ist in Tabelle 3 zusammengefasst. Tabelle 3:
Ein weiterer Teil der Halbleiterscheiben wurde zunächst beidseitig auf einer Maschine vom Typ AC 2000 P2 des Herstellers Wolters poliert. Als Poliermittel wurde ein Poliersol mit pH 11 verwendet, das 3 Gew.-% SiO2 und eine Metallkomplexe bildende Komponente enthielt. Der bei der Doppelseitenpolitur erzielte Materialabtrag betrug in Summe für die Vorder- und Rückseite 22 bis 26 μm.Another part of the semiconductor wafers was first polished on both sides on an AC 2000 P2 machine manufactured by Wolters. As the polishing agent, a Poliersol pH 11 was used, which contained 3 wt .-% SiO 2 and a metal complexing component. The achieved in the double-side polishing material removal was in total for the front and back 22 to 26 microns.
Einige der Halbleiterscheiben (Beispiel 2) wurden nach der Politur gereinigt, getrocknet und beidseitig mittels LPCVD mit einer 50 nm dicken Schicht aus polykristallinem Silizium beschichtet. Die Temperatur betrug während des Abscheidens der Schicht 650°C. Im Prozessgas war Silan enthalten.Some of the semiconductor wafers (Example 2) were cleaned after polishing, dried and coated on both sides by means of LPCVD with a 50 nm thick layer of polycrystalline silicon. The temperature during the deposition of the layer was 650 ° C. The process gas contained silane.
Anschließend wurde die polykristalline Schicht aus Silizium mittels FAP wieder entfernt. Es wurde ein Poliertuch verwendet, das ans Poliertuch gebundene Partikel aus CeO2 enthielt. Die FAP wurde in Gegenwart einer Flüssigkeit mit alkalischem pH durchgeführt, und es wurde gleichzeitig von der Vorderseite und von der Rückseite der Halbleiterscheiben jeweils durchschnittlich 0,15 μm an Material abgetragen.Subsequently, the polycrystalline silicon layer was removed again by means of FAP. A polishing cloth containing particles of CeO 2 bound to the polishing cloth was used. The FAP was carried out in the presence of an alkaline pH liquid and at the same time an average of 0.15 μm of material was removed from both the front and the back of the semiconductor wafers.
Schließlich wurden die Halbleiterscheiben erneut beidseitig chemisch-mechanisch poliert. Der Materialabtrag der Politur betrug durchschnittlich nur noch 3 μm je Seite. Zum Schluss wurden die gereinigten und getrockneten Halbleiterscheiben ebenfalls mittels Poly-UTP in Verbindung mit ICP-MS auf Verunreinigung durch Kupfer und Nickel hin untersucht. Das Ergebnis ist in Tabelle 4 zusammengefasst. Tabelle 4:
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- EP 0604234 A2 [0005] EP 0604234 A2 [0005]
- US 2007/0207616 A1 [0007] US 2007/0207616 A1 [0007]
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| DE200910051009 DE102009051009A1 (en) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Method for polishing semiconductor wafer made of mono-crystalline silicon, involves polishing front and rear sides of semiconductor wafer after removing deposited polycrystalline silicon layer from front and rear sides of wafer |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE200910051009 DE102009051009A1 (en) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Method for polishing semiconductor wafer made of mono-crystalline silicon, involves polishing front and rear sides of semiconductor wafer after removing deposited polycrystalline silicon layer from front and rear sides of wafer |
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Family Applications (1)
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| DE200910051009 Withdrawn DE102009051009A1 (en) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Method for polishing semiconductor wafer made of mono-crystalline silicon, involves polishing front and rear sides of semiconductor wafer after removing deposited polycrystalline silicon layer from front and rear sides of wafer |
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Citations (5)
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-
2009
- 2009-10-28 DE DE200910051009 patent/DE102009051009A1/en not_active Withdrawn
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