DE10009656B4 - Method for producing a semiconductor wafer - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, bei dem die Halbleiterscheibe auf einer als geeignet beurteilten Trägervorrichtung fixiert und eine Seite der Halbleiterscheibe einer mechanischen Bearbeitung unterzogen wird, wobei die Trägervorrichtung eine starre Trägerplatte (3) und einen mit der Trägerplatte fest verbundenen elastischen Film (1) umfasst und über eine Möglichkeit zum Ansaugen der Halbleiterscheibe mit Vakuum an den elastischen Film (1) verfügt, und der elastische Film auf Ebenheit untersucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Testscheibe T mit bekannter Topologie mit einer Rückseite gegen den Film (1) der Trägervorrichtung gesaugt und eine Vorderseite der Testscheibe topologisch vermessen wird, und das Ergebnis der Messung als Kriterium zur Beurteilung der Eignung der Trägervorrichtung herangezogen wird.method for producing a semiconductor wafer, wherein the semiconductor wafer Fixed on a judged as suitable support device and one side of the semiconductor wafer of a mechanical processing is subjected, wherein the carrier device a rigid carrier plate (3) and one with the carrier plate includes firmly bonded elastic film (1) and over a Possibility to Sucking the semiconductor wafer with vacuum on the elastic film (1) has, and the elastic film is examined for flatness, characterized that a test disk T with known topology with a back against the film (1) of the carrier device sucked and topologically measured a front of the test disk is, and the result of the measurement as a criterion for assessment the suitability of the carrier device is used.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, bei dem die Halbleiterscheibe auf einer als geeignet beurteilten Trägervorrichtung fixiert und eine Seite der Halbleiterscheibe einer mechanischen Bearbeitung, insbesondere durch Polieren oder Schleifen einer Seite der Halbleiterscheibe, unterzogen wird. Die Trägervorrichtung umfasst eine starre Trägerplatte und einen mit der Trägerplatte fest verbundenen elastischen Film und Mittel zum Ansaugen der Halbleiterscheibe mit Vakuum an den elastischen Film. Vor der Bearbeitung der Halbleiterscheibe wird die Ebenheit des elastischen Films untersucht. An Hand des Ergebnisses der Untersuchung wird entschieden, ob die Trägervorrichtung geeignet ist.The Invention relates to a method for producing a semiconductor wafer, in which the semiconductor wafer is judged to be suitable support device fixed and one side of the semiconductor wafer of a mechanical Machining, in particular by polishing or grinding a page the semiconductor wafer is subjected. The carrier device comprises a rigid support plate and one with the carrier plate firmly bonded elastic film and means for sucking the semiconductor wafer with vacuum on the elastic film. Before processing the semiconductor wafer the evenness of the elastic film is examined. On the hand of Result of the investigation is decided whether the carrier device suitable is.
Die Planarisierung einer Halbleiterscheibe als Ausgangsmaterial für die Herstellung von integrierten Halbleiter-Bauelementen mittels eines chemomechanischen Polierverfahrens (CMP) stellt einen wichtigen Bearbeitungsschritt im Prozessablauf zur Herstellung einer ebenen, defektfreien und glatten Oberfläche dar. Der Fachmann unterscheidet dabei zwischen Abtragspolierverfahren und Oberflächen- beziehungsweise Schleierfrei-Polierverfahren. Das Ziel der Abtragspolitur, die je nach Anforderungen an die Halbleiterscheibe als Einseiten- oder Doppelseitenpolitur ausgeführt werden kann, ist die Bereitstellung einer hohen Ebenheit und Planparallelität der beiden Scheibenseiten unter Abtrag von Oberflächenschichten mit durch die Vorprozesse gestörtem Kristallgefüge. Hierbei sind Materialabträge zwischen 5 μm und 50 μm pro Scheibenseite üblich. Ziel der Oberflächenpolitur, die meist als Einseitenpolitur nur auf der Vorderseite der Halbleiterscheibe ausgeführt wird und mit Materialabträgen zwischen 0,1 μm und 5 μm verbunden ist, ist die Reduktion der Anzahl von Lichtstreuzentren und die Reduktion der Oberflächenrauigkeit unter Erhalt der in den Vorprozessen eingestellten, für die erfolgreiche Anwendung beispielsweise lithographischer Verfahren in der Halbleiter-Bauelementeherstellung zwingend erforderlichen hohen Ebenheitswerte.The Planarization of a semiconductor wafer as a starting material for the production of integrated semiconductor devices by means of a chemomechanical Polishing process (CMP) represents an important processing step in the process of producing a level, defect-free and smooth surface The expert distinguishes between Abtragspolierverfahren and surface or fog-free polishing method. The goal of the removal polish, depending on the requirements of the semiconductor wafer as a one-side or double-sided polishing is to provide a high level of planarity and planarity of the two Disk sides under removal of surface layers with through Pre-processes of disturbed crystal structure. in this connection are material removals between 5 μm and 50 μm per disc side usual. Goal of the surface polish, usually as a single-side polishing only on the front of the semiconductor wafer is performed and with material removal between 0.1 μm and 5 μm is the reduction of the number of light scattering centers and the reduction of the surface roughness receiving the ones set in the pre-litigation, for the successful Application of, for example, lithographic processes in semiconductor device fabrication mandatory high flatness values.
CMP-Polierverfahren
kommen neben ihrer Bedeutung für
die Herstellung des Ausgangsmaterials Halbleiterscheibe auch für die Herstellung
von Halbleiter-Bauelementen eine hohe Bedeutung zu. Bei Fabrikationsprozessen
für integrierte
Schaltungen werden in Wechselwirkung mit verschiedenen Maskierungs-
und Ätztechniken
Schichten von beispielsweise leitenden und dielektrischen Materialien auf
der Halbleiterscheibe aufgebaut, auf welchen dann weitere derartige
Schichten aufgebracht werden. Zum teilweisen Abtrag dieser Schichten
und zur Wiedereinebnung der jetzt strukturierten Halbleiterscheiben
ist es an mehreren Stellen in der Bauelementefertigung erforderlich,
CMP-Polierverfahren anzuwenden. Während man bei der Fertigung
der Ausgangsscheiben in der Regel von chemomechanischem Polieren
spricht, kennt der Fachmann die CMP-Politur von Bauelemente-beaufschlagten
Halbleiterscheiben auch unter dem Begriff chemomechanische Planarisierung.
Die
In
der
Die
Zum
Halten der Halbleiterscheiben während der
CMP-Politur sind Prozesse unter Einsatz eines Wachses bekannt, mit
dem eine oder mehrere Halbleiterscheiben zur Politur auf eine Trägerplatte
geklebt werden, und wachsfreie Prozesse, bei denen meist eine einzelne
Halbleiterscheibe durch Anlegen von Vakuum oder durch Wasserunterstützte Adhäsion von
einer in der Regel mit einem elastischen, porösen Film bedeckten Trägerplatte
gehalten wird. Auf Grund deutlicher Vorteile etwa im Hinblick auf
die notwendige hohe Ebenheit der Halbleiterscheiben beziehungsweise
die hohe Gleichförmigkeit
des Materialabtrages bei der Politur von Halbleiterscheiben mit Bauelementestrukturen
kommt für
die Fertigung von Halbleiter-Bauelementen beispielsweise der Technologiegenerationen
0,18 μm
oder 0,13 μm
nur noch die wachsfreie Scheibenhalterung in Betracht. Derartig aufgebaute
Trägersysteme
für die
CMP-Politur von Halbleiterscheiben auf der Basis ei ner harten Trägerplatte
sind beispielsweise in den Anmeldungen
Ein Nachteil der Trägersysteme auf der Basis einer starren, mit einem elastischen Film beklebten Trägerplatte ist die schwankende Qualität der Klebung zwischen Film und Trägerplatte, die von einer Fülle von Einflussfaktoren wie Homogenität der Druckaufbringung, Abwesenheit von mechanischen Defekten und Verunreinigungen, Temperatur, Qualität, Dicke und Homogenität des Klebefilms und vielem mehr abhängt. Unter Topologie soll an dieser Stelle und im Folgenden die Oberflächenform eines flachen geometrischen Gebildes, sozusagen ihr Relief, verstanden werden. Die Topologie der Vorderseite einer Scheibe beispielsweise ist das Relief dieser Vorderseite der liegenden Scheibe, ohne dass die ursprüngliche Form der Scheibe etwa durch rückseitiges Anlegen von Vakuum oder das Aufbringen sonstiger Kräfte mit Ausnahme von Gravitationskräften verändert wurde. Jede topologische Abweichung der Oberfläche des elastischen Films zur Scheibenaufnahme von der idealen ebenen Oberfläche kann zur Erhöhung (an der Stelle von Erhebungen) oder Erniedrigung des Polierabtrags (am Ort von Dellen) auf diesen Bereichen der Halbleiterscheibe führen, die zum Verlust einzelner Halbleiterscheiben beziehungsweise Bauelemente oder im schlimmsten Fall zum Verlust eines ganzen Auftrages von Halbleiterscheiben oder einer oder mehrerer ganzer mit Bauelementen strukturierter Halbleiterscheiben führen.One Disadvantage of the carrier systems based on a rigid, with an elastic film pasted support plate is the fluctuating quality the bond between film and carrier plate, that of a wealth influencing factors such as homogeneity of pressure application, absence of mechanical defects and impurities, temperature, quality, thickness and homogeneity of the adhesive film and much more. Under topology is supposed to this point and below the surface shape of a flat geometric That is, their relief, to be understood. The topology the front of a disc, for example, is the relief of this front the lying disc, without changing the original shape of the disc about through back Applying vacuum or applying other forces with Exception of gravitational forces was changed. Any topological deviation of the surface of the elastic film to Slice pickup from the ideal flat surface may increase to (on the location of surveys) or reduction of polishing erosion (am Place of dents) on these areas of the semiconductor wafer lead to the Loss of individual semiconductor wafers or components or in the worst case to the loss of a whole order of Semiconductor wafers or one or more whole with components lead structured wafers.
Es
ist bekannt, die Oberfläche
von elastischen Filmen, beispielsweise von auf starren Poliertellern
aufgeklebten Poliertüchern,
durch lineare Messungen ("linear
scans") der Höhen schwankungen
zu charakterisieren. In der
In
der
Das
Verfahren des Oberflächenschleifens von
Halbleiterscheiben nach dem Rotationsprinzip ist bekannt und beispielsweise
in der
Es war daher die Aufgabe gestellt, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben.It was therefore the task of an improved method of the beginning specify the type mentioned.
Gegenstand der Erfindung ist Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, bei dem die Halbleiterscheibe auf einer als geeignet beurteilten Trägervorrichtung fixiert und eine Seite der Halbleiterscheibe einer mechanischen Bearbeitung unterzogen wird, wobei die Trägervorrichtung eine starre Trägerplatte und einen mit der Trägerplatte fest verbundenen elastischen Film umfasst und über eine Möglichkeit zum Ansaugen der Halbleiterscheibe mit Vakuum an den elastischen Film verfügt, und der elastische Film auf Ebenheit untersucht wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Testscheibe mit bekannter Topologie mit einer Rückseite gegen den Film der Trägervorrichtung gesaugt und eine Vorderseite der Testscheibe topologisch vermessen wird, und das Ergebnis der Messung als Kriterium zur Beurteilung der Eignung der Trägervorrichtung herangezogen wird.object The invention relates to a method for producing a semiconductor wafer, in which the semiconductor wafer is mounted on a carrier device judged to be suitable fixed and one side of the semiconductor wafer of a mechanical Processing is performed, wherein the support device is a rigid support plate and one with the carrier plate includes firmly bonded elastic film and has a possibility of sucking the Semiconductor disk with vacuum on the elastic film features, and the elastic film is examined for flatness, characterized is that a test disk of known topology with a back against the film of the carrier device sucked and topologically measured a front of the test disk is, and the result of the measurement as a criterion for assessment the suitability of the carrier device is used.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, dass die topologische Oberfläche eines mit einer starren Trägerplatte fest verbundenen elastischen Films flächendeckend charakterisiert wird, indem eine Testscheibe mit bekannter Topologie durch Anlegen von Vakuum an eine aus im Wesentlichen aus Trägerplatte und elastischem Film bestehende Trägervorrichtung für Halbleiterscheiben angesaugt wird, die über Mittel verfügt, die das Ansaugen von Scheiben mittels Vakuum ermöglicht, und die Oberfläche der Testscheibe mittels eines topologischen, beispielsweise nach dem Magic-Mirror-Verfahren oder dem Interferometerverfahren arbeitenden Messverfahren vermessen wird.One An essential feature of the invention is that the topological surface one with a rigid support plate firmly bonded elastic film nationwide characterized by applying a test disc of known topology from vacuum to one of essentially carrier plate and elastic film existing carrier device for semiconductor wafers is sucked over Means, which allows the suction of disks by means of vacuum, and the surface of the Test disc by means of a topological, for example after the Magic mirror method or the interferometer method working measuring method is measured.
An Hand des Ergebnisses dieser Charakterisierung kann aus einer Vielzahl derartig aufgebauter, möglicherweise geeigneter Trägervorrichtungen zur mechanischen Bearbeitung von Halbleiterscheiben eine solche Trägervorrichtung ausgewählt werden, die tatsächlich geeignet ist, weil sich nur damit beispielsweise ein Polierergebnis oder ein Schleifergebnis von vorher festgelegter Qualität erzielen lässt.On the basis of the result of this characterization can be built from a variety of such, possibly suitable carrier devices for the mechanical processing of semiconductor wafers are selected such a carrier device, which is actually suitable, because only with it, for example, a polishing result or a grinding result of predetermined quality can be achieved.
Die Tatsache, dass eine derartige flächendeckende indirekte Charakterisierung der topologischen Oberfläche des elastischen Films einer solchen Trägervorrichtung für Halbleiterscheiben unter Zuhilfenahme einer Testscheibe bekannter Topologie auf einfache Weise unter Anwendung eines an sich bekannten topologischen Messverfahrens möglich ist und dass die Auswahl einer Trägervorrichtung aus einer Vielzahl von Trägervorrichtungen aufgrund der topologischen Charakterisierung verbesserte CMP-Polier- und Schleifverfahren zulässt, war überraschend und nicht vorhersehbar.The Fact that such a nationwide indirect characterization of the topological surface of the elastic film of such wafer carrier device using a test disk of known topology to simple Way using a known topological measurement method possible and that the selection of a carrier device from a variety of carrier devices improved CMP polishing and grinding processes due to topological characterization allows, was surprising and unpredictable.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Durchführung der Erfindung eine Halbleiterscheibe verwendet, die auf bekannte Weise von einem Kristall abgetrennt wurde, beispielsweise von einem abgelängten und rundgeschliffenen Einkristall aus Silicium, und die kantenverrundet wurde und deren Vorder- und/oder Rückseite gegebenenfalls mittels Schleif-, Läpp- und/oder Ätzverfahren sowie Einseiten- oder Doppelseiten-Polierverfahren planarisiert wurde.According to one preferred embodiment to carry out the invention uses a semiconductor wafer, the known Was separated from a crystal, for example from a cut to length and round-cut single crystal of silicon, and the edges rounded was and whose front and / or back if necessary by means of grinding, lapping and / or etching processes as well as single-sided or double-side polishing method was planarized.
Produkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorzugsweise eine Halbleiterscheibe mit schleierfrei oberflächenpolierter Vorderseite, die den Anforderungen als Ausgangsmaterial für Halbleiterbauelemente-Prozesse mit Linienbreiten gleich oder kleiner 0,13 μm genügt und die aufgrund einer hohen Ausbeute im CMP-Schritt bezüglich ihrer Herstellkosten solchen Halbleiterscheiben überlegen ist, die nach dem Stand der Technik hergestellt werden und eine schleierfrei polierte Vorderseite aufweisen.product the method of the invention preferably a semiconductor wafer with surface polished surface fog-free Front that meets the requirements as a raw material for semiconductor devices processes with line widths equal to or less than 0.13 microns and sufficient due to a high Yield in CMP step with respect their manufacturing costs is superior to those semiconductor wafers, which after the State of the art are manufactured and a non-smudged polished Have front.
Produkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorzugsweise auch eine Halbleiterscheibe, die auf der Vorderseite abtragspoliert ist und die den Anforderungen als Ausgangsmaterial für Halbleiterbauelemente-Prozesse mit Linienbreiten gleich oder kleiner 0,13 μm genügt oder die den Anforderungen als Zwischenprodukt für die Weiterverarbeitung zu einem derartigen Ausgangsmaterial für Halbleiterbauelemente-Prozesse genügt und die aufgrund einer hohen Ausbeute im Abtragspolierschritt bezüglich ihrer Herstellkosten solchen Halbleiterscheiben überlegen ist, die nach dem Stand der Technik hergestellt werden und eine abtragspolierte Vorderseite aufweisen.product the method of the invention preferably also a semiconductor wafer on the front side is abraded and meets the requirements as a source material for semiconductor device processes with line widths equal to or less than 0.13 microns or meets the requirements as an intermediate for the further processing to such a starting material for semiconductor device processes enough and because of a high yield in the abrasion polishing step in terms of their manufacturing cost superior to such semiconductor wafers, which are manufactured according to the state of the art and a Abrasion-Polished Have front.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zur Durchführung der Erfindung eine Halbleiterscheibe verwendet, die auf bekannte Weise von einem Kristall abgetrennt und gegebenenfalls kantenverrundet wurde.According to one another preferred embodiment will be carried out the invention uses a semiconductor wafer, the known Way separated from a crystal and optionally edge rounded has been.
Produkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher vorzugsweise auch eine Halbleiterscheibe mit einer gegebenenfalls verrundeten Kante und mit geschliffener Vorderseite und gesägter oder geschliffener Rückseite.product the method of the invention therefore preferably also a semiconductor wafer with an optionally rounded edge and with ground front and sawn or ground back.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zur Durchführung der Erfindung eine Halbleiterscheibe verwendet, die auf der Vorderseite mit aufgebrachten Bauelementestrukturen oder Teilstrukturen versehen ist.According to one another preferred embodiment will be carried out the invention uses a semiconductor wafer, which on the front with applied component structures or substructures provided is.
Produkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher vorzugsweise auch eine Halbleiterscheibe mit auf der Vorderseite aufgebrachten Bauelementestrukturen oder -Teilstrukturen, wobei einzelne Schichten oder Teile einzelner Schichten in hohen Ausbeuten durch CMP-Politur entfernt wurden, oder eine Halbleiterscheibe mit auf der Vorderseite aufgebrachten Bauelementestrukturen, die zur Erreichung der für die integrierten Bauelemente vorgegebenen Zieldicke auf der Rückseite geschliffen wurde.product the method of the invention therefore preferably also a semiconductor wafer with on the front applied component structures or substructures, wherein individual layers or parts of individual layers in high yields removed by CMP polishing, or a semiconductor wafer with on the front applied component structures, the Achievement of for the integrated components predetermined target thickness on the back was ground.
Zur Beschreibung der Erfindung und den anschließend aufgeführten Beispielen und dem Vergleichsbeispiel gehören Figuren, welche die Erfindung verdeutlichen, jedoch keinesfalls eingrenzenden Charakter besitzen. Gleichwirkende Merkmale tragen gleiche Bezugszahlen.to Description of the invention and the examples listed below and the comparative example belong Figures which illustrate the invention, but by no means own limiting character. Wear the same effect same reference numbers.
Im Folgenden wird eine bevorzugten Ausführungsvariante der topologischen Charakterisierung des elastischen Films einer Trägervorrichtung für Halbleiterscheiben und je eine bevorzugte Ausführungsvariante der Verwendung derartig charakterisierter Trägervorrichtungen für die CMP-Politur einer Vorderseite und das Oberflächenschleifen einer Vorderseite oder einer Rückseite einer Halbleiterscheibe unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben.in the Below is a preferred embodiment of the topological Characterization of the elastic film of a semiconductor wafer carrier and each a preferred embodiment the use of such characterized carrier devices for CMP polishing a front side and the surface grinding a front or a back a semiconductor wafer with reference to the figures described in more detail.
Die
in
Mit
der Trägerplatte
Die
in
Auf
diese im Wesentlichen aus 1, 2 und 3 bestehende Trägervorrichtung
wird eine Testscheibe T aufgebracht und durch Anlegen von Vakuum
fixiert. Diese Testscheibe T besitzt vorteilhafter Weise dieselben
Abmessungen wie die zu polierende oder zu schleifende Halbleiterscheibe,
insbesondere zwecks vollflächiger
topologischer Charakterisierung der Oberfläche des elastischen Films
Um
die Möglichkeit
des Anlegens von Vakuum an die aus
Die
Topologie der Vorderseite der Testscheibe T kann nun durch verschiedene,
dem Fachmann geläufige
Verfahren charakterisiert werden, die auf der Reflexion eines parallelen
Lichtbündels
durch eine glatte Oberfläche
basieren und allesamt bevorzugt sind. So kann die Topologie der
Vorderseite der Testscheibe T mittels Laserstrahlen, beispielsweise nach
dem Interferometerverfahren im Reflexionsmodus, charakterisiert
werden. Es kann jedoch auch das in
Als
Ergebnis dieses Charakterisierungsverfahrens wird eine topologische
Abbildung der Oberfläche
der Testscheibe T entweder in elektronischer oder in gedruckter
Form erhalten, wobei Abweichungen von der idealen, störungsfreien
Oberfläche
in der Regel durch Grauschattierungen gekennzeichnet sind. Dieses
Abbild lässt
Rückschlüsse auf
die topologische Qualität
des elastischen Films
Der
mit dem Poliertuch
Bei der CMP-Politur einer Vorderseite einer Halbleiterscheibe zur Bereitstellung einer schleierfreien Vorderseite wird vorzugsweise mit einem weichen Poliertuch unter Zuhilfenahme eines alkalischen Poliermittels auf SiO2-Basis mit einem Feststoffgehalt von 0,1 bis 5 Gew.-% und einem pH-Wert von 9 bis 12 poliert. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, nacheinander zwei verschiedene Poliermittel zuzuführen, wobei das erste Poliermittel in einer Konzentration zwischen bevorzugt 1 und 5 Gew.-% SiO2 eingesetzt wird und vorwiegend einen Abtrag an Halbleitermaterial erzeugt und das zweite Poliermittel in einer Konzentration zwischen bevorzugt 0,1 und 2 Gew.-% SiO2 eingesetzt wird und vorwiegend eine Glättung der Oberfläche bewirkt. Zum Erhalt der in den vorangegangenen Prozessschritten, beispielsweise einer Doppelseitenpolitur, erzielten sehr niedrigen lokalen Geometriewerte sollte der Materialabtrag von jeder Scheibe dabei relativ niedrig sein und insgesamt beispielsweise zwischen 0,1 und 1 μm liegen. Hierdurch wird gewährleistet, dass Halbleiterscheiben, die vor der Durchführung einer derartigen Oberflächenpolitur den Anforderungen an Halbleiterscheiben für Bauelemente beispielsweise der 0,13-μm-Technologiegeneration (lokales Ebenheitsmaß SFQRmax gleich oder kleiner 0,13 μm) genügen, diese Anforderung auch nach der Oberflächenpolitur noch erfüllen. In bestimmten Fällen kann bei Durchführung der Oberflächenpolitur jedoch ein Materialabtrag von bis zu 5 μm gewünscht sein.In CMP polishing of a front side of a semiconductor wafer to provide a fog-free front surface, it is preferable to use a soft polishing cloth with the aid of an SiO 2 -based alkaline polishing agent having a solid content of 0.1 to 5% by weight and a pH of 9 polished to 12 However, it is also possible to supply one after the other two different polishing agents, wherein the first polishing agent is used in a concentration between preferably 1 and 5 wt .-% SiO 2 and predominantly produces a removal of semiconductor material and the second polishing agent in a concentration between preferably 0 , 1 and 2 wt .-% SiO 2 is used and mainly causes a smoothing of the surface. In order to obtain the very low local geometry values achieved in the preceding process steps, for example a double-side polishing, the removal of material from each disk should be relatively low and, for example, should be between 0.1 and 1 μm in total. This ensures that semiconductor wafers, which satisfy the requirements for semiconductor wafers for components, for example, the 0.13-micron technology generation (local flatness SFQR max equal to or less than 0.13 microns) before performing such a surface polish, this requirement even after the surface polish still fulfill. In certain cases, however, a material removal of up to 5 μm may be desired when carrying out the surface polishing.
Zur Durchführung der CMP-Politur als einseitige Abtragspolitur beispielsweise von Halbleiterscheiben mit geätzter Oberfläche kommt bei ansonsten gleicher Vorgehensweise wie bei der Oberflächenpolitur ein härteres Poliertuch zum Einsatz, wobei in Analogie mit dem Stand der Technik Materialabträge zwischen 5 μm und 50 μm üblich sind. In der Regel schließt sich ein Oberflächen-Polierschritt gemäß der oben beschriebenen Vorgehensweise an. Nach allen Polierschritten werden die Halbleiterscheiben nach dem Stand der Technik gereinigt und getrocknet. Die Reinigung kann entweder als Batchverfahren unter gleichzeitiger Reinigung einer Vielzahl von Scheiben in Bädern oder mit Sprühverfahren oder auch als Einzelscheibenprozess ausgeführt werden. Zur fleckenfreien Trocknung sind am Markt Geräte erhältlich, die beispielsweise nach dem Schleudertrocknungs-, Heißwasser-, Marangoni- oder HF/Ozon-Prinzip arbeiten und alle gleichermaßen bevorzugt sind.to execution the CMP polishing as a one-sided removal polish, for example from Semiconductor wafers with etched surface comes with otherwise the same procedure as with the surface polish a harder one Polishing cloth for use, being in analogy with the prior art material removals between 5 μm and 50 microns are common. Usually closes a surface polishing step according to the above described procedure. After all polishing steps will be the semiconductor wafers cleaned and dried according to the prior art. The purification can be carried out either as a batch process under simultaneous Cleaning a large number of slices in baths or by spraying or be executed as a single-disc process. To the spotless Drying are on the market devices available, For example, after the spin drying, hot water, Marangoni or HF / ozone principle work and all equally preferred are.
Für den Schleifprozess
werden in einer bevorzugten Ausführungsform
Schleifscheiben eingesetzt, die aus Metall- oder Kunstharz-gebundenen Diamanten
der Körnung
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von scheibenförmigen Körpern, die aus einem Material wie zum Beispiel Isolatormaterial wie Quarzglas, oder einem halbleitenden Material wie Silicium, Silicium/Germanium oder Galliumarsenid bestehen. Für eine Weiterverwendung derartiger Scheiben zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen oder bei einer Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren im Rahmen der Bauelementefertigung ist es sinnvoll, als Scheibenmaterial ein halbleitendes Material zu wählen. Silicium ist als halbleitendes Material besonders bevorzugt. Das Verfahren eignet sich insbesondere als Teilschritt zur Herstellung einkristalliner Siliciumscheiben mit Durchmessern von insbesondere 200 mm, 300 mm, 400 mm und 450 mm und Dicken von bevorzugt von 400 μm bis 1200 μm sowie als Teilschritt zur Herstellung von integrierten Bauelementen auf solchen Siliciumscheiben.The inventive method is particularly suitable for the production of disc-shaped bodies, the from a material such as insulator material such as quartz glass, or a semiconducting material such as silicon, silicon / germanium or gallium arsenide. For a further use of such discs for the production of semiconductor devices or in an application of the method according to the invention in the context of component manufacturing it makes sense, as a disc material a semiconducting material to choose. Silicon is particularly preferred as the semiconductive material. The Method is particularly suitable as a sub-step for the production single crystal silicon wafers with diameters of particular 200 mm, 300 mm, 400 mm and 450 mm and thicknesses of preferably from 400 .mu.m to 1200 .mu.m and as Sub-step for the production of integrated components on such Silicon wafers.
Die Prozessausbeuten liegen bei der Durchführung des erfindungsgemäßen CMP-Polierverfahrens und des erfindungsgemäßen Oberflächen-Schleifverfahrens deutlich höher als vergleichbare Ausbeuten bei der Durchführung entsprechender Prozesse nach dem Stand der Technik. Der Grund liegt darin, dass durch die erfindungsgemäße Charakterisierung der Topologie des elastischen Films der eingesetzten Trägervorrichtung für Halbleiterscheiben eine Vorauswahl an für die Prozesse geeigneten Trägervorrichtungen getroffen werden kann, die zu einem spezifikationsgerechten Polier- oder Schleifergebnis führt. Alle übrigen Trägervorrichtungen werden verworfen oder überarbeitet und erneut erfindungsgemäß charakterisiert. Ausfälle einer Vielzahl von Halbleiterscheiben oder mehrerer strukturierter Halbleiterscheiben von teilweise an dieser Stelle der Prozesskette be reits sehr hohem Wert durch ungleichmäßigen Polier- oder Schleifabtrag können durch die Erfindung weitgehend vermieden werden. Die Erfindung hat sich als optimaler Beitrag zur Senkung der Herstellkosten von integrierten Halbleiter-Bauelementen erwiesen.The Process yields lie in carrying out the CMP polishing process according to the invention and the surface grinding method of the invention significantly higher as comparable yields in the implementation of appropriate processes According to the state of the art. The reason is that through the Inventive characterization the topology of the elastic film of the carrier device used for semiconductor wafers a preselection to for the processes suitable carrier devices can be made to a specification-compliant polishing or Results in grinding results. The rest carrier devices are discarded or revised and again characterized according to the invention. losses a variety of semiconductor wafers or more structured Semiconductors of partially at this point of the process chain Be very high value due to uneven polishing or Schleifabtrag can by the invention can be largely avoided. The invention has become as an optimal contribution to reducing the manufacturing costs of integrated semiconductor devices proved.
Nachfolgende Beispiele verdeutlichen neben einem Vergleichsbeispiel bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, ohne jedoch eine Einschränkung zu beinhalten.subsequent Examples illustrate preferred in addition to a comparative example embodiments of the invention without, however, including a limitation.
Beispiel 1example 1
Für dieses Beispiel standen mehrere Trägervorrichtungen zur chemomechanischen Oberflächenpolitur von 300-mm-Scheiben, passend zu einer Polieranlage zur Verfügung. Jede der Trägervorrichtungen war identisch aufgebaut aus einer mit einem elastischen Film zu beklebenden Trägerplatte aus Aluminium und einer Basisplatte aus Sinterkeramik, die vor dem Poliervorgang mit der Trägerplatte fest verschraubt wird, wobei eine dünne Zwischenschicht aus PTFE für die notwendige Dichtigkeit sorgt. Die Trägerplatten aus Aluminium verfügten über jeweils 13 unregelmäßig angeordnete Bohrungen. Außerdem standen Filme des Durchmessers 340 mm aus elastischem, porösem Polyurethan und einer auf der Rückseite aufgebrachten druckadhäsiven Klebeschicht (PSA-Kleber) zur Verfügung, die ein eingestanztes Lochmuster deckungsgleich zu dem der Trägerplatte aufwiesen und über einen 19,5 mm breiten, aufgeklebten seitlichen Halterungsring aus glasfaserverstärktem Duroplast mit einer Dicke von 550 μm verfügten. Derartig vorgefertigte Filme werden vom Hersteller angeboten. In einer Pressvorrichtung wurden mehrere der elastischen Filme nach Entfernen der Schutzfolie für die Klebeschicht auf jeweils eine Trägerplatte, die von der Basisplatte zuvor getrennt worden war, durch Anwendung einer gleichmäßig verteilten Kraft von 5900 N bei Raumtemperatur aufgepresst.For this example, several support devices were available for chemomechanical surface polishing of 300 mm wafers to match a polishing system. Each of the support devices was constructed identically from an aluminum support plate to be bonded with an elastic film and a sintered ceramic base plate which is firmly screwed to the support plate prior to the polishing process, with a thin intermediate layer of PTFE providing the necessary tightness. The aluminum support plates each had 13 irregularly arranged holes. In addition, 340 mm diameter films of resilient, porous polyurethane and a pressure-adhesive adhesive layer (PSA adhesive) applied on the back had a stamped hole pattern congruent to that of the backing plate and a 19.5 mm wide glued-on lateral retaining ring made of fiberglass-reinforced duroplast with a thickness of 550 microns. Such prefabricated films are offered by the manufacturer. In a pressing device, after removing the protective film for the adhesive layer, a plurality of the elastic films were respectively set on a support plate previously set from the base plate was pressed by applying a uniformly distributed force of 5900 N at room temperature.
Jede der Trägerplatten mit aufgeklebtem elastischem Film und seitlichem Rückhaltering wurde wie folgt charakterisiert: Zunächst wurde eine Testscheibe mit hoher Planparallelität und einer hohen topologischen Ebenheit ausgewählt. Diese Testscheibe war eine doppelseitenpolierte Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Dicke von 775 μm und wies keine in Magic-Mirror-Untersuchungen sichtbaren Abweichungen von der idealen Oberflächentopologie auf. Außerdem wurde eine Aufnahmevorrichtung für die nicht mit dem elastischen Film beklebte Rückseite der Trägerplatte konstruiert, die aus PVC bestand, über Bohrungen sowie einen Anschluss an eine Vakuumeinrichtung besaß und mit der Trägerplatte über einen Dichtungsring luftdicht zu verbinden war. Es lag ein Aggregat mit (von oben nach unten) folgenden Schichten vor: Testscheibe – elastischer Film mit seitlichem Rückhaltering – Trägerplatte – Dichtungsring – PVC-Platte mit Vakuumanschluss. Durch Anlegen eines Vakuums von 0,8 bar (Absolutdruck: 0,2 bar) wurde die Testscheibe auf dem elastischen Film fixiert und spiegelte gleichzeitig durch Verformung die topologische Oberfläche des Films wieder. Das beschriebene Aggregat wurde auf einem handelsüblichen Magic-Mirror-Messplatz befestigt und derart charakterisiert, dass die Vorderseite der Testscheibe mit parallel kollimiertem weißem Licht beleuchtet wurde; wobei eine entsprechend positionierte Kameraoptik die reflektierte Strahlung registrierte. Auf diese Weise wurden topologische Abweichungen von der idealen Vorderseite der Testscheibe auf einem Ausdruck abgebildet. Bei derartiger Charakterisierung mehrerer Trägervorrichtungen wurde gefunden, dass einige der elastischen Filme frei von topologischen Abweichungen von der idealen Oberfläche waren und ein Charkterisierungsergebnis vom Typ A lieferten, während andere eine halbmondförmige Delle im Zentrum oder topologische Abweichungen in Gestalt von Dellen oder Erhebungen im Bereich der Fläche oder im Bereich des Randes aufwiesen (Typ B-Ergebnis).each the carrier plates with glued elastic film and side retaining ring was characterized as follows: First, a test disk with high plane parallelism and a high topological flatness. This test disk was a double-sided polished silicon wafer with a diameter of 300 mm and a thickness of 775 microns and did not exhibit in Magic Mirror studies visible deviations from the ideal surface topology. It was also a receiving device for the not back with the elastic film glued back of the support plate constructed of PVC, via holes and a connection possessed a vacuum device and with the carrier plate over a Seal was airtight to connect. There was an aggregate with (of top down) the following layers: test disc - elastic Film with side retaining ring - backing plate - sealing ring - PVC plate with vacuum connection. By applying a vacuum of 0.8 bar (absolute pressure: 0.2 bar), the test disk was fixed on the elastic film and simultaneously mirrored by deformation the topological surface of the Movies again. The aggregate described was on a commercial Magic Mirror measuring station attached and characterized in such a way that the front of the test disk with parallel collimated white light was lit; with a correspondingly positioned camera optics the reflected radiation registered. In this way were topological Deviations from the ideal front of the test disc on one Expression shown. With such characterization of multiple carrier devices It was found that some of the elastic films are free of topological Deviations from the ideal surface were and a result of the characterization type A, while others a crescent-shaped Dent in the center or topological deviations in the form of dents or Elevations in the area of the area or near the edge (Type B result).
Beispiel 2Example 2
Für die Durchführung des chemomechanischen Oberflächen-Polierschrittes auf einer Polieranlage standen 300-mm-Siliciumscheiben mit doppelseitenpolierter Oberfläche und einer Dicke von 775 μm zur Verfügung. Es wurde eine gemäß Beispiel 1 vorbereitete und durch ein Typ A-Ergebnis charakterisierte Trägervorrichtung ausgewählt, die keine topologischen Abweichungen von der idealen Oberfläche aufwies. Die Trägervorrichtung wurde nach Anschrauben der Basisplatte an der Polierspindel der Anlage befestigt. Es wurde ein Zweistufen-Polierprozess auf zwei Poliertellern gefahren, wobei im ersten, abtragenden Polierschritt auf einem Polytex-Poliertuch unter Zugabe eines Poliermittels (3 Gew.-% SiO2 in Reinstwasser; pH-Wert durch K2CO3-Zugabe auf 10,5 eingestellt) für eine Zeitdauer von 3 min und im zweiten, glättenden Polierschritt auf einem Poliertuch unter Zugabe eines Poliermittels (1 Gew.-% SiO2 in Reinstwasser; pH-Wert 10,0) für eine Zeitdauer von 2 min poliert wurde. Der Gesamt-Siliciumabtrag von der Vorderseite der Halbleiterscheibe betrug 0,5 μm. Anschließend wurde die Drehung von Polierteller und Spindel für weitere 30 sec unter Zugabe von Reinstwasser aufrechterhalten. Die Scheiben wurden nach dem Stand der Technik gereinigt und getrocknet und auf einem Oberflächen-Laserinspektionsgerät auf der polierten Vorderseite hinsichtlich ihrer Oberflächenrauigkeit (Haze) vermessen. Im DNN-Kanal ("dark field narrow") ergab sich ein sehr homogenes Hazebild bei einem mittleren Hazewert von 0,035 ppm und einem Maximalwert von 0,051 ppm. Die Scheiben waren damit für eine Weiterverarbeitung in der Halbleiter-Bauelementeherstellung geeignet.To perform the chemomechanical surface polishing step on a polishing machine, 300 mm silicon wafers with a double-side polished surface and a thickness of 775 μm were available. A support device prepared according to Example 1 and characterized by a type A result was selected, which had no topological deviations from the ideal surface. The carrier device was attached to the polishing spindle of the system after screwing the base plate. A two-stage polishing process was run on two polishing plates, the first polishing step being carried out on a polytex polishing cloth with addition of a polishing agent (3% by weight SiO 2 in ultrapure water, pH adjusted to 10.5 by addition of K 2 CO 3). for a period of 3 minutes and in the second smoothing polishing step was polished on a polishing cloth with the addition of a polishing agent (1 wt .-% SiO 2 in ultrapure water, pH 10.0) for a period of 2 min. The total silicon removal from the front side of the semiconductor wafer was 0.5 μm. Subsequently, the rotation of polishing plate and spindle was maintained for a further 30 sec with the addition of ultrapure water. The wafers were cleaned and dried according to the prior art and measured for their surface roughness (Haze) on a surface laser inspection device on the polished front side. The DNN channel ("dark field narrow") gave a very homogeneous Haze image with a mean Haze value of 0.035 ppm and a maximum value of 0.051 ppm. The disks were thus suitable for further processing in semiconductor component manufacturing.
Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1
Es wurde vorgegangen wie in Beispiel 2 beschrieben mit dem Unterschied, dass eine Trägervorrichtung zum Einsatz kam, deren topologische Untersuchung ein Typ B-Ergebnis in Form einer halbmondförmigen Delle im Zentrum nachgewiesen hat. Die Laser-Rauigkeitsmessung mit dem SP1-Gerät ergab im DNN-Kanal für die schleierfrei polierte Vorderseite der Siliciumscheiben ein inhomogenes Hazebild, wobei an der Stelle der festgestellten Delle im elastischen Film hohe Hazewerte auftraten, die auf eine nicht ausreichenden Polierabtrag schließen lassen.It The procedure was as described in Example 2 with the difference that that a carrier device was used, whose topological examination a type B result in the form of a crescent-shaped Delle in the center has demonstrated. The laser roughness measurement with the SP1 device resulted in the DNN channel for the non-haze-polished front of the silicon wafers is inhomogeneous Hazebild, whereby at the place of the noted dent in the elastic Film high Hazewerte occurred that on an insufficient Close polishing removal to let.
Es wurde ein mittlerer Hazewert von 0,046 ppm bei einem Maximalwert von 1,678 ppm festgestellt. Die Scheiben waren damit für eine Weiterverarbeitung in der Halbleiter-Bauelementeherstellung nicht geeignet.It became a mean Haze value of 0.046 ppm at a maximum value of 1.678 ppm. The discs were thus for further processing not suitable in semiconductor device manufacturing.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OAV | Publication of unexamined application with consent of applicant | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: WACKER SILTRONIC AG, 84489 BURGHAUSEN, DE |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SILTRONIC AG, 81737 MUENCHEN, DE |
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140902 |