DE19928949A1

DE19928949A1 - Production of a semiconductor wafer used as the base material for a semiconductor component comprises removing the semiconductor from a single crystal, processing by ductile chip removal, and polishing and cleaning the surface

Info

Publication number: DE19928949A1
Application number: DE1999128949
Authority: DE
Inventors: Anton Huber
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2001-01-04
Also published as: JP2001035823A

Abstract

Production of a semiconductor wafer comprises removing the semiconductor from a single crystal, processing the semiconductor wafer surface by ductile chip removal, and polishing and cleaning the surface. Preferred Features: The processing of the semiconductor wafer surface is carried out by ductile chip removal as well as on the front and rear sides.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer als Basismaterial für Halbleiterbauelemente geeigneten Halbleiterscheibe.The invention relates to a method of manufacture one suitable as a base material for semiconductor components Semiconductor wafer.

Die Herstellung einer als Basismaterial für Halbleiterbauele mente geeigneten Halbleiterscheibe umfaßt gemäß dem Stand der Technik eine Vielzahl von Fertigungsschritten. Zunächst wird eine Scheibe von typisch 0,1 bis 1 mm Dicke von zumeist einkri stallinen Stäben oder Blöcken des Halbleitermaterials abge trennt. Im allgemeinen ist das Halbleitermaterial ein Element halbleiter, wie Silicium oder Germanium oder ein Verbindungs halbleiter, wie Galliumarsenid oder Indiumphosphit. Das Trenn verfahren erfolgt entweder in batch-Verfahren mittels Draht- oder Bandsägen oder in Einzeltrenn-Verfahren, beispielsweise mittels Innenlochsägen. Gegebenenfalls werden anschließend die Kanten der Scheibe mittels einer Kantenverrundungsvorrichtung verrundet, insbesondere um ein Abplatzen des sprödharten Mate rials zu verhindern.The production of a base material for semiconductor devices Suitable semiconductor wafer comprises according to the prior art Technology a variety of manufacturing steps. First of all a disk typically 0.1 to 1 mm thick, mostly single-crystal stalline rods or blocks of the semiconductor material separates. In general, the semiconductor material is an element semiconductors such as silicon or germanium or a compound semiconductors, such as gallium arsenide or indium phosphite. The parting process is carried out either in batch processes using wire or band saws or in single cutting processes, for example by means of hole saws. If necessary, the Edge of the pane using an edge rounding device rounded off, especially to a flaking of the brittle hard mate to prevent rials.

Die Trennverfahren mittels o. g. Sägen liefern sägerauhe Schei benoberflächen mit Riefen und Kratzern. Zudem werden Gitterstö rungen induziert, die weit in das Innere der Scheibe hineinrei chen. Durch Abtragen der äußeren Schicht mittels Abtragsverfah ren, wie beispielsweise Läpp- und/oder Schleifverfahren, die einseitig, beidseitig oder beidseitig simultan durchgeführt werden, werden glatte und kristallographisch nahezu fehlerfreie Oberflächen erzielt. Dieses mechanische Planarisieren der Kri stallflächen hinterläßt Spuren in angrenzenden Kristallschich ten. Die verbleibende Oberflächenschädigung wird anschließend mit chemischen Verfahren abgetragen, die sich aber nachteilig auf die Scheibengeometrie auswirken. Die Endgeometrie der Halb leiterscheibe wird durch eine Abtragspolitur mit Materialabträ gen von typisch bis zu 30 µm hergestellt. In der Regel kommen dabei chemo-mechanische Polierverfahren zum Einsatz, die ein seitig, beidseitig oder simultan beidseitig durchgeführt wer den.The separation process by means of the above. Saws deliver sawn rough shit ben surface with scratches and scratches. In addition, grid noise induced induces that penetrate far into the interior of the disc chen. By removing the outer layer using the removal method ren, such as lapping and / or grinding processes, the carried out simultaneously on one side, on both sides or on both sides become smooth and crystallographically almost error-free Surfaces achieved. This mechanical planarization of the kri stable areas leaves traces in the adjacent crystal layer The remaining surface damage is then removed with chemical processes, which are disadvantageous affect the disc geometry. The final geometry of the half conductor disc is removed by a polishing with material conditions of typically up to 30 µm. Usually come chemo-mechanical polishing processes are used, the one side, bilateral or simultaneous bilateral the.

Verbleibende Mikrorauhigkeiten auf der Vorderseite der Halblei terscheibe werden schließlich durch eine Endpolitur mit Mate rialabträgen unter 1 µm beseitigt. Bevorzugt wird dabei die Scheibe in einem Template, beispielsweise mittels Vakuum gehal ten, während die Vorderseite poliert wird. Vorzugsweise handelt es sich bei der Endpolitur um eine chemo-mechanische Politur, die sich von der Abtragspolitur durch ein deutlich weicheres Poliertuch und einen reduzierten Polierdruck unterscheidet. Die Endpolitur wird sowohl als Einzelscheibenverfahren als auch als Batchverfahren durchgeführt.Remaining micro roughness on the front of the half lead Finally, the final glazing is finished with a final polish with Mate Removal of material less than 1 µm eliminated. The is preferred Disc in a template, for example by means of a vacuum while the front is being polished. Preferably acts the final polish is a chemo-mechanical polish, which differs from the removal polish by a significantly softer Polishing cloth and a reduced polishing pressure differs. The Final polish is used both as a single disc process and as Batch process carried out.

Nach einer abschließenden Reinigung, beispielsweise einer Naß reinigung zur Entfernung von Poliermittelresten erhält man eine als Basismaterial für Halbleiterbauelemente geeignete Halblei terscheibe.After a final cleaning, for example wet you get a cleaning to remove polish residues semi-conductor suitable as base material for semiconductor components disc.

Dieses konventionelle Verfahren zur Herstellung einer als Ba sismaterial für Halbleiterbauelemente geeigneten Halbleiter scheibe ist teuer und erfordert, insbesondere durch die Viel zahl der Verfahrensschritte einen hohen technischen und appara tiven Aufwand. Zudem birgt jeder Verfahrensschritt Schwierig keiten und Nachteile in sich. Die jeweiligen Nachteile der o. g. Verfahrensschritte sind beispielsweise in der US 5,827,779 of fenbart.This conventional process for producing a Ba Sismaterial suitable for semiconductor devices washer is expensive and requires, especially because of the many number of process steps a high technical and appara tive effort. In addition, each process step is difficult and disadvantages in itself. The respective disadvantages of the above. Process steps are described, for example, in US Pat. No. 5,827,779 fenbart.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung einer als Basismaterial für Halbleiterbau elemente geeigneten Halbleiterscheibe vereinfacht, insbesondere durch eine Reduzierung der Verfahrensschritte. The object of the invention is to provide a method which is the manufacture of a base material for semiconductor construction elements suitable semiconductor wafer simplified, in particular by reducing the number of process steps.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung ei ner als Basismaterial für Halbleiterbauelemente geeigneten Halbleiterscheibe, umfassend die Verfahrensschritte:
The object is achieved by a method for producing a semiconductor wafer suitable as a base material for semiconductor components, comprising the method steps:

a) separating a semiconductor wafer from a single crystal,
b) Processing of the semiconductor wafer surface by ductile Chip removal,
c) final polishing of the pane surface,
d) cleaning the semiconductor wafer.

Als besonders vorteilhaft an der duktilen Zerspanung von Halb leiterscheibenoberflächen erweist sich der große Materialab trag, der in einem Verfahrensschritt erzielt wird. Überraschen derweise wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, ausgehend von einer sägerauhen Halbleiterscheibe eine Oberfläche von so hoher Qualität erzeugt, daß mechanische Planarisierungsschritte wie Läpp- und/oder Schleifschritte sowie der Ätzschritt ent fallen können. Vorzugsweise wird die Bearbeitung durch duktilen Spanabtrag sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite der Halbleiterscheibe durchgeführt. Bevorzugt wird nur die Vor derseite der Halbleiterscheibe, auf der die Bauelemente posi tioniert werden, einer Endpolitur unterworfen. Nach der Endpo litur wird die Halbleiterscheibe einer Reinigung, beispielswei se einer Naßreinigung unterworfen.Particularly advantageous for ductile machining of half The large material turns out on the conductor disc surfaces trag, which is achieved in one process step. Surprise accordingly, starting with the method according to the invention from a rough sawn semiconductor wafer a surface of such high quality that produces mechanical planarization steps such as lapping and / or grinding steps and the etching step can fall. The processing is preferably ductile Chip removal on both the front and the back performed the semiconductor wafer. Only the front is preferred the side of the semiconductor wafer on which the components posi be subjected to a final polish. After the endpo litur is the semiconductor wafer cleaning, for example subjected to wet cleaning.

Vorzugsweise werden die Kanten der Halbleiterscheibe vor der Bearbeitung der Halbleiterscheibenoberfläche durch duktilen Spanabtrag verrundet, um das Eindringen des Fräswerkzeugs in die Halbleiterscheibe zu erleichtern. Bevorzugt werden die Kan ten der Halbleiterscheibe nach dem duktilen Spanabtrag oder nach dem Verrunden poliert.The edges of the semiconductor wafer are preferably in front of the Processing of the semiconductor wafer surface by ductile Chip removal is rounded to prevent the milling tool from penetrating to facilitate the semiconductor wafer. The channels are preferred th of the semiconductor wafer after the ductile chip removal or polished after rounding.

Gegebenenfalls wird nach der Bearbeitung der Halbleiterschei benoberfläche durch duktilen Spanabtrag die Oberfläche einer Abtragspolitur unterworfen. Aufgrund der nahezu schädigungs freien Oberfläche mit einer geringen Amorphisierungstiefe ist der Materialabtrag der Abtragspolitur auf bevorzugt < 10 µm und besonders bevorzugt auf < 5 µm reduziert. Vorzugsweise wird die Abtragspolitur sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rücksei te der Halbleiterscheibe durchgeführt.If necessary, after processing the semiconductor wafer surface by ductile chip removal Removal polish subjected. Due to the almost damage free surface with a small depth of amorphization the material removal of the removal polish to preferably <10 µm and particularly preferably reduced to <5 µm. Preferably the Removal polish both on the front and on the back te performed the semiconductor wafer.

Das erfindungsgemäße Verfahren, umfassend die Bearbeitung der Halbleiterscheibenoberfläche durch duktilen Spanabtrag kann auch nur die Abtragspolitur ersetzen oder die Abtragspolitur durch einen reduzierten Materialabtrag vereinfachen. Zweckmäßig ist dies, wenn konventionelle Planarisierungsschritte sowie der Ätzschritt beibehalten werden sollen. Ein derartiges Verfahren ist bevorzugt, wenn eine gemäß dem Stand der Technik geläppte und geätzte Scheibenrückseite angestrebt wird, oder über einen Grind-Slice grind (vgl. DE 37 37 540 C1) sehr niedrige Warpwerte erreicht werden sollen.The inventive method, comprising the processing of Semiconductor wafer surface due to ductile chip removal just replace the abrasive polish or the abrasive polish simplified by reducing material removal. Appropriately this is when conventional planarization steps as well as the Etching step should be maintained. Such a process is preferred if a lapped according to the prior art and the etched disc back is aimed at, or via one Grind-Slice grind (cf. DE 37 37 540 C1) very low warp values should be achieved.

Das Verfahren zur Herstellung einer als Basismaterial für Halb leiterbauelemente, geeigneten Halbleiterscheibe umfaßt dann nach dem Abtrennen einer Halbleiterscheibe von einem Einkristall das Läppen und/oder Schleifen der Vorder- und der Rückseite nach einander oder simultan und anschließend das Ätzen der Halblei terscheibe in einem Ätzgemisch. Nach dem Ätzen folgt die Bear beitung der Vorderseite der Halbleiterscheibe durch duktilen Spanabtrag. Anschließend wird die Vorderseite einer Endpolitur unterworfen.The process for making a base material for half conductor components, suitable semiconductor wafer then includes the separation of a semiconductor wafer from a single crystal Lapping and / or grinding the front and back each other or simultaneously and then etching the half lead disc in an etching mixture. The bear follows after the etching processing of the front side of the semiconductor wafer by ductile Chip removal. Then the front of a final polish subject.

Gelöst wird demnach die Aufgabe der Erfindung auch durch ein Verfahren zur Herstellung einer als Basismaterial für Halblei terbauelemente geeigneten Halbleiterscheibe, umfassend die Ver fahrensschritte:
Accordingly, the object of the invention is also achieved by a method for producing a semiconductor wafer suitable as a base material for semiconductor components, comprising the method steps:

a) separating a semiconductor wafer from a single crystal,
b) lapping or grinding or both the front and the back side of the semiconductor wafer one after the other or simultaneously,
c) etching the semiconductor wafer in an etching mixture,
d) processing of the front side of the semiconductor wafer by duk tile chip removal,
e) final polishing of the front side of the semiconductor wafer,
f) cleaning the semiconductor wafer.

Vorzugsweise werden die Kanten der Halbleiterscheibe vor der Bearbeitung der Halbleiterscheibenoberfläche durch duktilen Spanabtrag, verrundet und vorzugsweise nach dem duktilen Spanabtrag poliert. Nach der Endpolitur werden Poliermittelre ste durch eine abschließende Reinigung, beispielsweise eine Naßreinigung entfernt.The edges of the semiconductor wafer are preferably in front of the Processing of the semiconductor wafer surface by ductile Chip removal, rounded and preferably after the ductile Chip removal polished. After the final polishing, polishing agents are by a final cleaning, for example a Wet cleaning removed.

Das duktile Fräsen der Oberflächen der Halbleiterscheiben wird bevorzugt mit Einkorn-Diamanten durchgeführt. Dieses Abtrags verfahren nutzt die Plastifizierung des sprödharten Halbleiter materials durch die Einwirkung der lokal sehr hohen Druckkräfte unter der Schneide, bevorzugt unter einer Diamantschneide und ermöglicht dadurch eine duktile Zerspanung. Da die bearbeitete Fläche nur mit Diamant und einem metallfreien Kühl- und/oder Schmiermittel in Berührung kommt, werden Kontamination, insbe sondere metallischer Art nicht beobachtet.The ductile milling of the surfaces of the semiconductor wafers preferably performed with single-grain diamonds. This removal process uses the plasticization of the brittle hard semiconductor materials due to the action of locally very high pressure forces under the cutting edge, preferably under a diamond cutting edge and enables ductile machining. Since the edited Surface only with diamond and a metal-free cooling and / or Lubricants come into contact with contamination, esp special metallic type not observed.

Bei der Bearbeitung sprödharter Werkstoffe durch duktilen Spanabtrag wird eine Schneide, bevorzugt eine Diamantschneide mit bevorzugt negativen Spanwinkel über die zu bearbeitende Fläche bewegt. Es wurde gefunden, daß insbesondere bei der Be arbeitung von Halbleiterscheiben, in der Schneidzone unter der Schneide quasistatische Druckverhältnisse herrschen müssen, so daß eine für einen duktilen Spanabtrag notwendige Phasentrans formation erfolgen kann. Beispielsweise erfolgt die Phasen transformation von Silicium mit Diamantstruktur in die metalli sche β-Zinnstruktur bei Drücken von < 10 Gpa. When processing brittle hard materials through ductile Cutting is a cutting edge, preferably a diamond cutting edge with preferably negative rake angle over the one to be machined Surface moves. It was found that in particular in the case of Be processing of semiconductor wafers, in the cutting zone under the Cutting edge quasi-static pressure conditions must prevail, so that a phase transfer necessary for ductile chip removal formation can take place. For example, the phases take place transformation of silicon with diamond structure into the metalli β-tin structure at pressures of <10 Gpa.

Um einen gleichmäßigen duktilen Spanabtrag zu erzielen, müssen die Schneidkräfte ohne lokale Verformung der Halbleiterscheibe in die Scheibenoberfläche eingebracht werden. Vorzugsweise wird hierzu die Halbleiterscheibe auf einen geeigneten Träger mon tiert. Bei der Montage wird zwischen einer Seite der Halblei terscheibe und dem Träger eine form- und kraftschlüssige Ver bindung, beispielsweise durch Adhäsion, Kleben, Kitten oder Va kuumanwendungen, hergestellt. Der Träger hat beim Fräsen der Vorderseite der Halbleiterscheibe bevorzugt eine wellenreduzie rende Wirkung, beispielsweise durch eine weiche Auflage. Wird gegebenenfalls auch die Rückseite der Halbleiterscheibe gefräst hat der Träger bevorzugt eine harte Auflage. Die auf dem Träger montierte Halbleiterscheibe führt während des Fräsens eine Vor schub- bzw. Zustellbewegung aus; die Schneide läuft um. Der Vorschub- bzw. Zustellwert liegt bevorzugt zwischen 50 und 300 mm/min; die Drehzahl der Frässpindel liegt bevorzugt zwischen 1500 und 10 000 l/min. Die Schneidengeometrie (Spanwinkel) liegt bevorzugt zwischen -60 und 0°. Die Schneidtiefe liegt bevor zugt zwischen 1,5 und 150 µm, besonders bevorzugt zwischen 50 und 100 µm und insbesondere zwischen 20 und 40 µm. Die Schneidtiefe wird bevorzugt so gewählt, daß die durch den vor hergehenden Prozeßschritt geschädigten Kristallbereiche voll ständig abgetragen werden.In order to achieve a uniform ductile chip removal, the cutting forces without local deformation of the semiconductor wafer be introduced into the surface of the pane. Preferably For this purpose, the semiconductor wafer on a suitable carrier mon animals. During assembly, the half lead is between one side disc and the carrier a positive and non-positive Ver binding, for example by adhesion, gluing, kitten or Va ku applications. The carrier has the Front of the semiconductor wafer preferably has a wave reduction effect, for example through a soft pad. Becomes if necessary, also milled the back of the semiconductor wafer the wearer preferably has a hard edition. The one on the carrier mounted semiconductor wafer leads a pre during milling push or infeed movement; the cutting edge runs around. The Feed or infeed value is preferably between 50 and 300 mm / min; the speed of the milling spindle is preferably between 1500 and 10,000 l / min. The cutting edge geometry (rake angle) lies preferably between -60 and 0 °. The cutting depth is there moves between 1.5 and 150 µm, particularly preferably between 50 and 100 µm and in particular between 20 and 40 µm. The Cutting depth is preferably chosen so that the through the resulting process step fully damaged crystal areas be constantly removed.

Während der duktilen Bearbeitung muß die Prozeßzone im Schneid bereich mit ausreichenden Mengen an Kühl- und Schmiermittel versorgt werden. Das Kühl- und Schmiermittel wird bevorzugt aus einer Gruppe von Kühl- und Schmiermittel ausgewählt, die Was ser, wässerige und nicht-wässerige Öle, Gele, Fette und Wachse sowie beliebige Mischungen dieser Kühl- und Schmiermittel um faßt.The process zone must be in the cutting during ductile machining area with sufficient amounts of coolant and lubricant be supplied. The coolant and lubricant is preferred from selected a group of coolants and lubricants, the What water, aqueous and non-aqueous oils, gels, fats and waxes as well as any mixtures of these coolants and lubricants sums up.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer als Basis material für Halbleiterbauelemente geeigneten Halbleiterscheibe wird im folgenden anhand einer Versuchsbeschreibung erläutert. The method according to the invention for producing a base material suitable for semiconductor components semiconductor wafer is explained below using a test description.

Eine sägerauhe Halbleiterscheibe wurde zunächst mit der Rück seite auf einen geeigneten Träger montiert. Anschließend wurde der Träger in einen luftgelagerten Werkstückschlitten einer Planfräse mit Doppelkalottenspindel eingesetzt. Dann erfolgte die duktile Bearbeitung der Vorderseite der Halbleiterscheibe. Anschließend wurde die duktile Bearbeitung für die Rückseite der Halbleiterscheibe wiederholt.A rough sawn semiconductor wafer was initially with the back side mounted on a suitable support. Then was the carrier into an air-bearing workpiece slide Face milling machine with double spherical spindle used. Then it happened the ductile machining of the front of the semiconductor wafer. Then the ductile machining for the back the semiconductor wafer is repeated.

Die durch duktilen Spanabtrag bearbeiteten Oberflächen der Halbleiterscheibe wurden untersucht. Überraschenderweise wurden gefunden, daß außer den Frässtrukturen mit einer Tiefe von ca. 50 nm keine nachweisbaren Kristallschäden vorhanden sind. Die auf diese Weise hergestellte Halbleiterscheibe wurde anschlie ßend an der Kante poliert.The surfaces of the Semiconductor wafers were examined. Surprisingly found that in addition to the milling structures with a depth of approx. 50 nm there is no detectable crystal damage. The semiconductor wafer produced in this way was then polished on the edge.

Eine abschließende Endpolitur der Oberfläche wurde auf einer Poliermaschine gemäß dem Stand der Technik durchgeführt, wobei zunächst die Rückseite und anschließend die Vorderseite bear beitet wurden. Der Abtrag im Polierschritt der Oberfläche be trug hierbei jeweils ca. 1 µm. Die Herstellungssequenz wurde mit einer Naßreinigung abgeschlossen.A final polishing of the surface was carried out on a Polishing machine carried out according to the prior art, wherein first bear the back and then the front were processed. The removal in the polishing step of the surface each carried about 1 µm. The manufacturing sequence was completed with a wet cleaning.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt die Herstellung ei ner als Basismaterial für Halbleiterbauelemente geeigneten Halbleiterscheibe.With the method according to the invention, egg production is successful suitable as a base material for semiconductor components Semiconductor wafer.

Claims

1. A method for producing a semiconductor wafer suitable as a base material for semiconductor components, comprising the method steps:

a) separating a semiconductor wafer from a single crystal,
b) machining of the semiconductor wafer surface by ductile chip removal,
c) final polishing of the surface of the pane,
d) cleaning the semiconductor wafer.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Processing of the semiconductor wafer surface by ductile Chip removal on both the front and the back he follows.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that after machining the wafer surface by ductile chip removal under the surface of a removal polish will throw.

4. A method for producing a semiconductor wafer suitable as a base material for semiconductor components, comprising the method steps:

a) separating a semiconductor wafer from a single crystal,
b) lapping or grinding or both of the front and the back of the semiconductor wafer in succession or simultaneously,
c) etching the semiconductor wafer in an etching mixture,
d) machining the front side of the semiconductor wafer by ductile chip removal,
e) final polishing of the front side of the semiconductor wafer,
f) cleaning the semiconductor wafer.

5. The method according to claim 4, characterized in that the Edges of the semiconductor wafer before processing the half lead who is rounded by ductile chip removal and polished after ductile chip removal.