DE102010014874A1

DE102010014874A1 - Method for producing a semiconductor wafer

Info

Publication number: DE102010014874A1
Application number: DE102010014874A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schwandner
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2011-10-20
Also published as: WO2011128217A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend in der angegebenen Reihenfolge: (a) gleichzeitig beidseitige Material abtragende Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe; (b) Verrunden der Kante der Halbleiterscheibe mittels einer Profilschleifscheibe; (c) Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem alkalischen Medium; (d) Politur beider Seiten der Halbleiterscheibe mittels Poliertüchern, die fest gebundene Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 0,1 μm bis 1,0 μm beinhalten; (e) Politur der Kante der Halbleiterscheibe mittels eines Poliertuchs, das fest gebundene Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 0,1 μm bis 1,0 μm beinhaltet; (f) beidseitige Politur der Halbleiterscheibe mit einem auf einem oberen Polierteller befindlichen oberen Poliertuch und einem auf einem unteren Polierteller befindlichen unteren Poliertuch, die keine fest gebundene Abrasive beinhalten, wobei die Vorderseite der Halbleiterscheibe mit dem oberen Poliertuch poliert wird, während eine Poliermittelsuspension enthaltend Abrasive zugeführt wird; (g) Politur der Kante der Halbleiterscheibe mittels eines Poliertuchs, das keine Abrasive beinhaltet und unter Zufuhr einer Poliermittelsuspension, die Abrasive umfasst; (h) chemisch-mechanische Politur (CMP) wenigstens der Vorderseite.A method for producing a semiconductor wafer, comprising in the order given: (a) simultaneously machining both sides of the material of the semiconductor wafer separated from a single crystal; (b) rounding the edge of the semiconductor wafer by means of a profile grinding wheel; (c) treating both sides of the semiconductor wafer with an alkaline medium; (d) polishing both sides of the semiconductor wafer using polishing cloths which contain firmly bonded abrasives with an average grain size of 0.1 μm to 1.0 μm; (e) polishing the edge of the semiconductor wafer using a polishing cloth which contains firmly bonded abrasives with an average grain size of 0.1 μm to 1.0 μm; (f) polishing the semiconductor wafer on both sides with an upper polishing cloth located on an upper polishing plate and a lower polishing cloth located on a lower polishing plate, which do not contain firmly bound abrasives, the front side of the semiconductor wafer being polished with the upper polishing cloth, while a polishing agent suspension containing abrasives is fed; (g) polishing the edge of the semiconductor wafer by means of a polishing cloth which contains no abrasives and with the supply of a polishing agent suspension which comprises abrasives; (h) chemical mechanical polish (CMP) at least the front.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe.The invention relates to a method for producing a semiconductor wafer.

Gemäß dem Stand der Technik werden Halbleiterscheiben (Wafer) in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Prozessschritten hergestellt, die sich allgemein in folgende Gruppen unterteilen lassen:

a) Herstellung eines Einkristalls aus Halbleitermaterial (Kristallziehen);
b) Trennen des Halbleiter-Einkristalls in einzelne Scheiben („Wafering”, „Sägen”);
c) mechanische Bearbeitung der Halbleiterscheiben;
d) chemische Bearbeitung der Halbleiterscheiben;
e) chemo-mechanische Bearbeitung der Halbleiterscheiben;
f) thermische Behandlung der Halbleiterscheiben und/oder epitaktische Beschichtung der Halbleiterscheiben.

According to the prior art, semiconductor wafers (wafers) are produced in a multiplicity of successive process steps, which can generally be subdivided into the following groups:

a) production of a single crystal of semiconductor material (crystal pulling);
b) separating the semiconductor single crystal into individual wafers ("wafering", "sawing");
c) mechanical processing of the semiconductor wafers;
d) chemical processing of the semiconductor wafers;
e) chemo-mechanical processing of the semiconductor wafers;
f) thermal treatment of the semiconductor wafers and / or epitaxial coating of the semiconductor wafers.

Dazu kommt eine Vielzahl an Nebenschritten wie Reinigen, Messen und Verpacken.In addition, there are a variety of secondary steps such as cleaning, measuring and packaging.

Die Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls erfolgt üblicherweise durch Ziehen eines Einkristalls aus einer Schmelze (CZ- bzw. „Czochralski”-Verfahren) oder durch Rekristallisation eines Stabes aus polykristallinem Halbleitermaterial (FZ- bzw. „floating zone”-Verfahren).The production of a semiconductor single crystal is usually carried out by pulling a single crystal from a melt (CZ or "Czochralski" method) or by recrystallization of a rod made of polycrystalline semiconductor material (FZ or "floating zone" method).

Als Trennverfahren sind Drahtsägen („multi-wire slicing”, MWS) sowie Innenlochsägen bekannt.As a separation process, wire saws ("multi-wire slicing", MWS) and inner hole saws are known.

Beim Drahtsägen wird eine Vielzahl von Halbleiterscheiben in einem Arbeitsgang von einem Kristallstück abgetrennt.When wire sawing a plurality of semiconductor wafers is separated in one operation of a piece of crystal.

Die mechanische Bearbeitung dient der Entfernung von Sägewelligkeiten, dem Abtrag der durch die raueren Sägeprozesse kristallin geschädigten oder vom Sägedraht kontaminierten Oberflächenschichten und vor allem der globalen Einebnung der Halbleiterscheiben. Hier sind Oberflächen-Schleifen (einseitig, doppelseitig) und Läppen bekannt, sowie mechanische Kantenbearbeitungsschritte.The mechanical processing is used to remove Sägewelligkeiten, the removal of the crystal by the rougher sawing processes or damaged by the saw wire surface layers and above all the global leveling of the semiconductor wafers. Here, surface grinding (single-sided, double-sided) and lapping are known, as well as mechanical edge processing steps.

Beim Einseitenschleifen wird die Halbleiterscheibe rückseitig auf einer Unterlage („chuck”) gehalten und vorderseitig von einer Topfschleifscheibe unter Drehung von Unterlage und Schleifscheibe und langsamer radialer Zustellung eingeebnet. Verfahren und Vorrichtungen zum Oberflächenschleifen einer Halbleiterscheibe sind beispielsweise aus der US-3,905,162 sowie der US-5,400,548 oder aus EP-0955126 bekannt. Dabei wird eine Halbleiterscheibe mit ihrer einen Oberfläche auf einem Scheibenhalter festgehalten, während ihre gegenüberliegende Oberfläche mit einer Schleifscheibe bearbeitet wird, indem Scheibenhalter und Schleifscheibe rotieren und gegeneinander gedrückt werden. Dabei wird die Halbleiterscheibe so auf dem Scheibenhalter befestigt, dass ihr Zentrum im Wesentlichen mit dem Rotationszentrum des Scheibenhalters übereinstimmt. Außerdem wird die Schleifscheibe so positioniert, dass das Rotationszentrum der Halbleiterscheibe in einen Arbeitsbereich bzw. den durch Zähne gebildeten Randbereich der Schleifscheibe gelangt. Dadurch kann die gesamte Oberfläche der Halbleiterscheibe ohne jegliche Bewegung in der Schleifebene geschliffen werden.In one-side grinding, the semiconductor wafer is held on the back on a backing ("chuck") and the front side of a cup grinding wheel with rotation of base and grinding wheel and slow radial delivery leveled. Methods and devices for surface grinding a semiconductor wafer are known for example from US 3,905,162 as well as the US 5,400,548 or off EP-0955126 known. In this case, a semiconductor wafer is held with its one surface on a disk holder, while its opposite surface is processed with a grinding wheel by rotating disk holder and grinding wheel and pressed against each other. In this case, the semiconductor wafer is mounted on the disc holder so that its center substantially coincides with the center of rotation of the disc holder. In addition, the grinding wheel is positioned so that the center of rotation of the semiconductor wafer passes into a working region or the edge region of the grinding wheel formed by teeth. This allows the entire surface of the wafer to be ground without any movement in the loop plane.

Beim simultanen Doppelseitenschleifen („double-disk grinding”, DDG) wird die Halbleiterscheibe frei schwimmend zwischen zwei, auf gegenüberliegenden kollinearen Spindeln montierten Schleifscheiben gleichzeitig beidseitig bearbeitet und dabei weitgehend frei von Zwangskräften axial zwischen einem vorder- und rückseitig wirkenden Wasser-(hydrostatisches Prinzip) oder Luftkissen (aerostatisches Prinzip) geführt und radial lose von einem umgebenden dünnen Führungsring oder von einzelnen radialen Speichen am Davonschwimmen gehindert.In the case of simultaneous double-side grinding ("double-disk grinding", DDG), the semiconductor wafer is simultaneously free-floating between two grinding wheels mounted on opposite collinear spindles and largely free of constraining forces axially between a front- and back-acting water (hydrostatic principle). or air cushion (aerostatic principle) and radially loosely prevented from floating around by a surrounding thin guide ring or by individual radial spokes.

Beim Läppen werden die Halbleiterscheiben unter Zuführung einer Abrasivstoffe enthaltenden Suspension (Slurry) zwischen einer oberen und einer unteren Arbeitsscheibe, die meist aus Stahl bestehen und üblicherweise mit Kanälen zur besseren Verteilung des Läppmittels versehen sind, unter einem bestimmten Druck bewegt, wodurch Halbleitermaterial entfernt wird.During lapping, the semiconductor wafers are moved under a certain pressure while supplying a slurry containing abrasive materials between an upper and a lower working disk, which are usually made of steel and are usually provided with channels for better distribution of the lapping agent, whereby semiconductor material is removed.

DE 103 44 602 A1 und DE 10 2006 032 455 A1 offenbaren Verfahren zum simultanen gleichzeitigen Schleifen beider Seiten mehrerer Halbleiterscheiben mit einem Bewegungsablauf ähnlich dem des Läppens, jedoch dadurch gekennzeichnet, dass Schleifmittel verwendet wird, das fest in Arbeitsschichten („Folien”, „Tücher”) eingebunden ist, die auf die Arbeitsscheiben aufgebracht sind. Ein derartiges Verfahren wird als „Feinschleifen mit Läpp- oder Plantenkinematik” oder „Planetary Pad Grinding” (PPG) bezeichnet. DE 103 44 602 A1 and DE 10 2006 032 455 A1 disclose methods for simultaneous simultaneous grinding of both sides of a plurality of wafers with a motion similar to that of lapping, but characterized by the use of abrasive that is firmly bound in working layers ("foils", "wipes") applied to the working wheels. Such a process is referred to as "lapping or planetary kinematics" or "Planetary Pad Grinding" (PPG).

Beim PPG verwendete Arbeitsschichten, die auf die beiden Arbeitsscheiben geklebt werden, sind beispielsweise beschrieben in US 6,007,407 A und US 6,599,177 B2 . Während der Bearbeitung sind die Halbleiterscheiben in dünne Führungskäfige, sog. Läuferscheiben, eingelegt, die entsprechende Öffnungen zur Aufnahme der Halbleiterscheiben aufweisen. Die Läuferscheiben besitzen eine Außenverzahnung, die in eine Abwälzvorrichtung aus innerem und äußerem Zahnkranz eingreift und mittels dieser im, zwischen oberer und unterer Arbeitsscheibe gebildeten, Arbeitsspalt auf einer Planetenbahn bewegt werden.Working layers used in the PPG which are glued to the two working disks are described, for example, in US Pat US 6,007,407 A and US 6,599,177 B2 , During processing, the semiconductor wafers are inserted into thin guide cages, so-called carrier disks, which have corresponding openings for receiving the semiconductor wafers. The carriers have an outer toothing, which engages in a rolling device of inner and outer ring gear and are moved by means of this, formed in the upper and lower working disk, working gap on a planetary orbit.

Die Kante der Halbleiterscheibe einschließlich gegebenenfalls vorhandener mechanischer Markierungen wie einer Orientierungskerbe („notch”) wird üblicherweise auch bearbeitet (Kantenverrunden, „edge-notch-grinding”). Hierzu werden konventionelle Schleifschritte mit profilierten Schleifscheiben oder Bandschleifverfahren („Tape Polishing”) mit kontinuierlichem oder periodischem Werkzeugvorschub eingesetzt. The edge of the semiconductor wafer including any mechanical markings such as a notch is usually also processed (edge-notch-grinding). For this purpose, conventional grinding steps with profiled grinding wheels or belt grinding processes ("tape polishing") with continuous or periodic tool feed are used.

Diese Kantenverrundungsverfahren sind notwendig, da die Kante im unbearbeiteten Zustand besonders bruchempfindlich ist und die Halbleiterscheibe schon durch geringfügige Druck- und/oder Temperaturbelastungen im Kantenbereich beschädigt werden kann.These edge rounding methods are necessary because the edge is particularly susceptible to breakage in the unprocessed state and the semiconductor wafer can already be damaged by slight pressure and / or temperature stresses in the edge region.

In einem späteren Bearbeitungsschritt wird die geschliffene und mit einem Ätzmedium behandelte Kante der Scheibe üblicherweise poliert. Dabei wird die Kante einer sich zentrisch drehenden Halbleiterscheibe mit einer bestimmten Kraft (Anpressdruck) gegen eine sich zentrisch drehende Poliertrommel gedrückt. Aus US 5,989,105 ist ein derartiges Verfahren zum Kantenpolieren bekannt, bei dem die Poliertrommel aus einer Aluminium-Legierung besteht und mit einem Poliertuch beaufschlagt ist. Die Halbleiterscheibe ist üblicherweise auf einem flachen Scheibenhalter, einem so genannten Chuck, fixiert. Die Kante der Halbleiterscheibe ragt über den Chuck hinaus, so dass sie für die Poliertrommel frei zugänglich ist.In a later processing step, the ground and treated with an etching medium edge of the disc is usually polished. In this case, the edge of a centrally rotating semiconductor wafer is pressed with a certain force (contact pressure) against a centrally rotating polishing drum. Out US 5,989,105 Such a method of edge polishing is known in which the polishing drum is made of an aluminum alloy and is applied with a polishing cloth. The semiconductor wafer is usually fixed on a flat disk holder, a so-called chuck. The edge of the semiconductor wafer protrudes beyond the chuck so that it is freely accessible to the polishing drum.

Die Gruppe der chemischen Bearbeitungsschritte umfasst üblicherweise nasschemische Reinigungs- und/oder Ätzschritte.The group of chemical processing steps usually comprises wet-chemical cleaning and / or etching steps.

Die Gruppe der chemo-mechanischen Bearbeitungsschritte umfasst Polierschritte, mit denen durch teilweise chemische Reaktion und teilweise mechanischen Materialabtrag (Abrasion) die Oberfläche geglättet wird und Restschädigungen der Oberfläche entfernt werden.The group of chemo-mechanical processing steps includes polishing steps with which the surface is smoothed by partial chemical reaction and partial mechanical removal of material (abrasion) and residual damage to the surface is removed.

Während die einseitig arbeitenden Polierverfahren („single-side polishing”) in der Regel zu schlechteren Planparallelitäten führen, gelingt es mit beidseitig angreifenden Polierverfahren („double-side polishing”), Halbleiterscheiben mit verbesserter Ebenheit herzustellen.While the single-sided polishing processes generally lead to poorer plane parallelism, double-sided polishing processes produce semiconductor wafers with improved flatness.

Nach den Schleif-, Reinigungs- und Ätzschritten erfolgt gemäß dem Stand der Technik eine Glättung der Oberfläche der Halbleiterscheiben durch Abtragspolitur. Beim Einseitenpolieren („single-side polishing”, SSP) werden Halbleiterscheiben während der Bearbeitung rückseitig auf einer Trägerplatte mit Kitt, durch Vakuum oder mittels Adhäsion gehalten. Beim Doppelseitenpolieren (DSP) werden Halbleiterscheiben lose in eine dünne Zahnscheibe eingelegt und vorder- und rückseitig simultan „frei schwimmend” zwischen einem oberen und einem unteren, mit einem Poliertuch belegten Polierteller poliert.After the grinding, cleaning and etching steps, according to the prior art, the surface of the semiconductor wafers is smoothed by removal polishing. During single-side polishing (SSP), semiconductor wafers are held back on a carrier plate with cement, by vacuum or by adhesion during processing. In double-side polishing (DSP), semiconductor wafers are loosely inserted into a thin toothed disk and polished simultaneously "free-floating" between an upper and a lower polishing pad coated with a polishing cloth on the front and back sides.

Des Weiteren werden die Vorderseiten der Halbleiterscheiben oftmals schleierfrei poliert, beispielsweise mit einem weichen Poliertuch unter Zuhilfenahme eines alkalischen Poliersols. In der Literatur wird dieser Schritt oft als CMP-Politur („chemo-mechanical polishing”) bezeichnet. CMP-Verfahren sind beispielsweise offenbart in US 2002-0077039 sowie in US 2008-0305722 .Furthermore, the front sides of the semiconductor wafers are often polished without haze, for example with a soft polishing cloth with the aid of an alkaline polishing sol. In the literature, this step is often referred to as CMP polishing ("chemo-mechanical polishing"). CMP methods are disclosed in, for example US 2002-0077039 as in US 2008-0305722 ,

Ebenfalls im Stand der Technik bekannt sind die sog. „Fixed Abrasive Polishing” (FAP)-Technologien, bei dem die Siliciumscheibe auf einem Poliertuch poliert wird, das jedoch einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält („fixed”-abrasive pad”). Ein Polierschritt, bei dem ein solches FAP-Poliertuch verwendet wird, wird nachfolgend kurz als FAP-Schritt bezeichnet.Also known in the art are the so-called "Fixed Abrasive Polishing" (FAP) technologies, in which the silicon wafer is polished on a polishing cloth, but which contains an abrasive material bound in the polishing cloth ("fixed" abrasive pad). A polishing step using such a FAP polishing cloth is hereinafter referred to as a FAP step.

Die deutsche Patentanmeldung DE 102 007 035 266 A1 beschreibt ein Verfahren zum Polieren eines Substrates aus Siliciummaterial, umfassend zwei Polierschritte vom FAP-Typ, die sich dadurch unterscheiden, dass bei einem Polierschritt eine Poliermittelsuspension, die ungebundenen Abrasivstoff als Feststoff enthält, zwischen das Substrat und das Poliertuch gebracht wird, während beim zweiten Polierschritt an die Stelle der Poliermittelsuspension eine Poliermittellösung tritt, die frei von Feststoffen ist.The German patent application DE 102 007 035 266 A1 describes a method for polishing a substrate of silicon material comprising two polishing steps of the FAP type which differ in that in a polishing step a polishing agent suspension containing unbound abrasive as a solid is placed between the substrate and the polishing cloth while in the second polishing step instead of the polishing agent suspension, a polishing agent solution which is free of solids occurs.

Oftmals werden Halbleiterscheiben mit einer epitaktischen Schicht versehen, also mit einer monokristallin aufgewachsenen Schicht mit derselben Kristallorientierung, auf welcher später Halbleiter-Bauelemente aufgebracht werden. Derartige epitaktisch beschichtete bzw. epitaxierte Halbleiterscheiben weisen gegenüber Halbleiterscheiben aus homogenem Material gewisse Vorteile auf, beispielsweise die Verhinderung einer Ladungsumkehr in bipolaren CMOS-Schaltkreisen gefolgt vom Kurzschluss des Bauelementes („Latch-up”-Problem), niedrigere Defektdichten (beispielsweise reduzierte Anzahl an COPs („crystal-originated particles”) sowie die Abwesenheit eines nennenswerten Sauerstoffgehaltes, wodurch ein Kurzschlussrisiko durch Sauerstoffpräzipitate in bauelementerelevanten Bereichen ausgeschlossen werden kann.Semiconductor wafers are often provided with an epitaxial layer, that is, with a monocrystalline grown layer having the same crystal orientation, on which later semiconductor devices are applied. Such epitaxially coated wafers have certain advantages over semiconductor wafers, such as preventing charge reversal in bipolar CMOS circuits followed by device short-circuit ("latch-up" problem), lower defect densities (eg, reduced COPs) ("Crystal-originated particles") and the absence of a significant oxygen content, whereby a short circuit risk can be excluded by oxygen precipitates in device-relevant areas.

Entscheidend ist, wie die zuvor beschriebenen mechanischen und chemo-mechanischen oder rein chemischen Verfahrensschritte in einer Prozesssequenz zur Herstellung einer Halbleiterscheibe angeordnet sind.It is crucial how the mechanical and chemo-mechanical or purely chemical process steps described above are arranged in a process sequence for producing a semiconductor wafer.

Es ist bekannt, dass die Polierschritte wie SSP, DSP und CMP, die Ätzbehandlungen sowie der Epitaxieschritt zu einer Verschlechterung der Ebenheit der Halbleiterscheibe insbesondere im Randbereich führen.It is known that the polishing steps such as SSP, DSP and CMP, the etching treatments and the Epitaxieschritt lead to a deterioration of the flatness of the semiconductor wafer, especially in the edge region.

Daher wurden im Stand der Technik Anstrengungen unternommen, den Materialabtrag beim Polieren möglichst gering zu halten, um auch die Verschlechterung der Ebenheit auf ein Minimum zu begrenzen.Therefore, efforts have been made in the prior art to minimize material removal during polishing, in order to minimize the deterioration of the flatness to a minimum.

In US 5942445 A wird vorgeschlagen, eine Halbleiterscheibe vom Kristall abzutrennen (Sägen), die Kante der Halbleiterscheibe zu verrunden, anschließend einen Schleifschritt durchzuführen, der ein Doppelseitenschleifen und ein Einseitenschleifen von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe umfassen kann, die Halbleiterscheibe einem alkalischen Nassätzen zu unterziehen und schließlich die Halbleiterscheibe mittels DSP zu polieren. Das Doppelseitenschleifen kann auch durch einen Läppschritt ersetzt werden. Nach dem Nassätzen kann auch ein Plasmaätzen erfolgen. Schließlich können die Schleifschritte und dass Nassätzen durch ein Plasmaätzen ersetzt werden.In US 5942445 A It is proposed to separate a semiconductor wafer from the crystal (sawing), to round the edge of the semiconductor wafer, then to carry out a grinding step, which may include double-side grinding and single-side grinding of the front and back side of the semiconductor wafer, subjecting the semiconductor wafer to alkaline wet etching, and finally Semiconductor wafer to be polished by DSP. The double side grinding can also be replaced by a lapping step. After wet etching, plasma etching can also be performed. Finally, the grinding steps and wet etching can be replaced by plasma etching.

Die durch dieses Verfahren erhältlichen mittels DSP polierten Halbleiterscheiben weisen aufgrund des Einsatzes nasschemischer Behandlungen sowie des Plasmaunterstützten chemischen Ätzens (PACE) eine unbefriedigende Geometrie im Randbereich auf. Damit sind bestenfalls Halbleiterscheiben mit akzeptablen Ebenheitswerten verfügbar, wenn stets ein Randausschluss von wenigstens 2 mm zugrunde gelegt wird, vgl. ITRS „Roadmap”. Insbesondere die Nanotopologie wird durch Ätzverfahren negativ beeinflusst. Um die Nanotopologie nach dem Ätzschritt zu verbessern, ist bei DSP ein erhöhter Materialabtrag nötig, der jedoch die Geometrie im Randbereich wiederum negativ beeinflusst.The DSP polished semiconductor wafers obtainable by this process have unsatisfactory edge geometry due to the use of wet chemical treatments as well as plasma assisted chemical etching (PACE). Thus, at best semiconductor wafers with acceptable flatness values are available, if always an edge exclusion of at least 2 mm is used, cf. ITRS Roadmap. In particular, the nanotopology is adversely affected by etching. In order to improve the nanotopology after the etching step, an increased material removal is necessary with DSP, which in turn negatively influences the geometry in the edge area.

Um Halbleiterscheiben für zukünftige Technologiegenerationen bereitstellen zu können, die den hohen Anforderungen an den Kantenbereich der Halbleiterscheibe genügen, um also beispielsweise auch den äußersten Randbereich der Scheibe den modernen lithographischen Methoden (Immersionslithographie) zugänglich zu machen, sind andere Ansätze nötig.In order to provide semiconductor wafers for future generations of technology, which meet the high demands on the edge region of the semiconductor wafer, so as to make, for example, the outermost edge region of the disc to modern lithographic methods (immersion lithography) accessible, other approaches are needed.

Aus der beschriebenen Problematik ergab sich die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Prozesssequenz zur Herstellung von Halbleiterscheiben insbesondere mit einem Durchmesser von 450 mm bereitzustellen.From the described problem, the object of the present invention was to provide a novel process sequence for the production of semiconductor wafers, in particular with a diameter of 450 mm.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend in der angegebenen Reihenfolge:

(a) gleichzeitig beidseitige Material abtragende Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe;
(b) Verrunden der Kante der Halbleiterscheibe mittels einer Profilschleifscheibe;
(c) Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem alkalischen Medium;
(d) Politur beider Seiten der Halbleiterscheibe mittels Poliertüchern, die fest gebundene Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 0,1 μm bis 1,0 μm beinhalten;
(e) Politur der Kante der Halbleiterscheibe mittels eines Poliertuchs, das fest gebundene Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 0,1 μm bis 1,0 μm beinhaltet;
(f) beidseitige Politur der Halbleiterscheibe mit einem auf einem oberen Polierteller befindlichen oberen Poliertuch und einem auf einem unteren Polierteller befindlichen unteren Poliertuch, die keine fest gebundene Abrasive beinhalten, wobei die Vorderseite der Halbleiterscheibe mit dem oberen Poliertuch poliert wird, während eine Poliermittelsuspension enthaltend Abrasive zugeführt wird;
(g) Politur der Kante der Halbleiterscheibe mittels eines Poliertuchs, das keine Abrasive beinhaltet und unter Zufuhr einer Poliermittelsuspension, die Abrasive umfasst;
(h) chemisch-mechanische Politur (CMP) wenigstens der Vorderseite.

The object of the invention is achieved by a method for producing a semiconductor wafer, comprising in the order given:

(A) simultaneously two-sided material removing machining of the separated from a single crystal semiconductor wafer;
(b) rounding the edge of the semiconductor wafer by means of a profile grinding wheel;
(c) treating both sides of the semiconductor wafer with an alkaline medium;
(d) polishing both sides of the wafer by means of polishing cloths containing firmly bonded abrasives having an average particle size of 0.1 μm to 1.0 μm;
(e) polishing the edge of the wafer by means of a polishing cloth containing firmly bonded abrasive having a mean grain size of 0.1 μm to 1.0 μm;
(f) double-side polishing of the wafer with an upper polishing pad on an upper polishing pad and a lower polishing pad on a lower polishing pad that does not include a firmly bonded abrasive, with the front of the wafer being polished with the upper polishing pad while a polishing agent suspension containing abrasive is supplied;
(g) polishing the edge of the wafer by means of a polishing cloth that does not contain abrasives and supplying a polishing agent suspension comprising abrasives;
(h) chemical-mechanical polishing (CMP) of at least the front side.

Zunächst wird eine Halbleiterscheibe von einem mittels CZ oder FZ gewachsenen Einkristall aus Halbleitermaterial abgetrennt. Das Abtrennen der Halbleiterscheibe erfolgt vorzugsweise mit einer Drahtsäge. Das Abtrennen der Halbleiterscheibe mittels Drahtsäge erfolgt wie z. B. aus US 4655191 , EP 522 542 A1 , DE 39 42 671 A1 oder EP 433 956 A1 bekannt.First, a semiconductor wafer is separated from a single crystal of semiconductor material grown by means of CZ or FZ. The separation of the semiconductor wafer is preferably carried out with a wire saw. The separation of the semiconductor wafer by means of wire saw is such. B. off US 4655191 . EP 522 542 A1 . DE 39 42 671 A1 or EP 433 956 A1 known.

Bei dem gewachsenen Einkristall aus Halbleitermaterial handelt es sich vorzugsweise um einen Einkristall aus Silicium. Bei der Halbleiterscheibe handelt es sich vorzugsweise um eine monokristalline Siliciumscheibe.The grown single crystal of semiconductor material is preferably a single crystal of silicon. The semiconductor wafer is preferably a monocrystalline silicon wafer.

In Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden beide Seiten der Halbleiterscheibe gleichzeitig Material abtragend bearbeitet.In step (a) of the method according to the invention, both sides of the semiconductor wafer are processed simultaneously removing material.

Dazu eignen sich Läppverfahren und Schleifverfahren wie DDG oder PPG.Suitable lapping methods and grinding methods such as DDG or PPG.

Besonders bevorzugt ist PPG.Particularly preferred is PPG.

Bei PPG handelt es sich um ein Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben, wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält.PPG is a method for simultaneously grinding two or more semiconductor wafers simultaneously, each wafer being freely movable in a recess of one of several by means of a rolling device in rotation offset rotor discs is thereby moved on a cycloidal trajectory, wherein the semiconductor wafers are machined material between two rotating working discs, each working disc comprises a working layer containing bonded abrasive.

Als in den Arbeitsschichten gebundenes Schleifmittel ist ein Hartstoff mit einer Mohs-Härte ≥ 6 bevorzugt. Als Schleifstoffe kommen bevorzugt in Frage Diamant, Siliciumcarbid (SiC), Cerdioxid (CeO₂), Korund (Aluminiumoxid, Al₂O₃), Zirkondioxid (ZrO₂), Bornitrid (BN; kubisches Bornitrid, CBN), ferner Siliciumdioxid (SiO₂), Borcarbid (B₄C) bis hin zu wesentlich weicheren Stoffen wie Bariumcarbonat (BaCO₃), Calciumcarbonat (CaCO₃) oder Magnesiumcarbonat (MgCO₃). Besonders bevorzugt sind jedoch Diamant, Siliciumcarbid (SiC) und Aluminiumoxid (Al₂O₃; Korund).As the abrasive bonded in the working layers, a hard material having a Mohs hardness ≥ 6 is preferable. Suitable abrasives are preferably diamond, silicon carbide (SiC), cerium dioxide (CeO ₂ ), corundum (aluminum oxide, Al ₂ O ₃ ), zirconium dioxide (ZrO ₂ ), boron nitride (BN; cubic boron nitride, CBN), furthermore silicon dioxide (SiO ₂ ), Boron carbide (B ₄ C) to much softer substances such as barium carbonate (BaCO ₃ ), calcium carbonate (CaCO ₃ ) or magnesium carbonate (MgCO ₃ ). However, particularly preferred are diamond, silicon carbide (SiC) and alumina (Al ₂ O ₃ , corundum).

Die mittlere Korngröße des Schleifmittels liegt bei 5–20 μm, vorzugsweise 5–15 μm und ganz besonders bevorzugt bei 5–10 μm.The mean grain size of the abrasive is 5-20 microns, preferably 5-15 microns and most preferably 5-10 microns.

Die Schleifpartikel sind bevorzugt einzeln oder als Konglomerate („cluster”) in der Bindungsmatrix der Arbeitsschicht eingebunden. Im Fall einer Konglomeratbindung beziehen sich die als bevorzugt angegebenen Korndurchmesser auf die Primärteilchengröße der Cluster-Konstituenten.The abrasive particles are preferably incorporated individually or as conglomerates ("cluster") in the binding matrix of the working layer. In the case of a conglomerate bond, the preferred grain diameters are the primary particle size of the cluster constituents.

Bevorzugt werden Arbeitsschichten mit keramischer Bindung eingesetzt, besonders bevorzugt ist eine Kunstharzbindung; im Fall von Arbeitsschichten mit Konglomeraten auch ein hybridgebundenes System (keramische Bindung innerhalb der Konglomerate und Kunstharz-Bindung zwischen Konglomeraten und Arbeitsschicht-Matrix).Working layers with a ceramic bond are preferably used; a synthetic resin bond is particularly preferred; in the case of working layers with conglomerates, also a hybrid bonded system (ceramic bond within the conglomerates and resin bond between conglomerates and working layer matrix).

Vorzugsweise wird während der Bearbeitung die im zwischen den Arbeitsschichten gebildeten Arbeitsspalt herrschende Temperatur konstant gehalten. Zu diesem Zweck können die Läuferscheiben Öffnungen aufweisen, durch die Kühlschmiermittel zwischen unterer und oberer Arbeitsscheibe ausgetauscht werden kann, so dass obere und untere Arbeitsschichten stets gleiche Temperatur aufweisen. Dies wirkt einer unerwünschten Verformung des zwischen den Arbeitsschichten gebildeten Arbeitsspaltes durch Verformung der Arbeitsschichten bzw. Arbeitsscheiben infolge thermischer Ausdehnung unter Wechsellast entgegen. Außerdem wird die Kühlung der in den Arbeitsschichten eingebundenen Abrasive verbessert und gleichförmiger, und dadurch verlängert sich deren wirksame Lebensdauer.Preferably, during the processing, the temperature prevailing in the working gap formed between the working layers is kept constant. For this purpose, the carrier discs may have openings through which cooling lubricant can be exchanged between lower and upper working disk, so that upper and lower working layers always have the same temperature. This counteracts an undesired deformation of the working gap formed between the working layers by deformation of the working layers or working disks due to thermal expansion under alternating load. In addition, the cooling of the abrasive incorporated in the working layers is improved and more uniform, thereby increasing their effective life.

Vorzugsweise wird die Form des zwischen den Arbeitsschichten gebildeten Arbeitsspalts während des Schleifens bestimmt und die Form der Arbeitsfläche mindestens einer Arbeitsscheibe mechanisch oder thermisch in Abhängigkeit von der gemessenen Geometrie des Arbeitsspalts so verändert, dass der Arbeitsspalt eine vorgegebene Form aufweist.Preferably, the shape of the working gap formed between the working layers is determined during grinding and the shape of the working surface of at least one working disk mechanically or thermally changed depending on the measured geometry of the working gap so that the working gap has a predetermined shape.

Vorzugsweise verlassen die Halbleiterscheiben während der Bearbeitung zeitweilig mit einem Teil ihrer Fläche den von den Arbeitsschichten begrenzten Arbeitsspalt, wobei das Maximum des Überlaufs in radialer Richtung mehr als 0% und höchstens 20% des Durchmessers der Halbleiterscheibe beträgt, wobei der Überlauf als die bezogen auf die Arbeitsscheiben in radialer Richtung gemessene Länge definiert ist, um die eine Halbleiterscheibe zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Schleifens über den Innen- oder Außenrand des Arbeitsspalts hinaus steht.Preferably, the semiconductor wafers during processing leave temporarily with a part of their area the working gap bounded by the working layers, wherein the maximum of the overflow in the radial direction is more than 0% and at most 20% of the diameter of the semiconductor wafer, wherein the overflow than that of the Working wheels is defined in the radial direction measured length by which a semiconductor wafer stands at a certain time during grinding beyond the inner or outer edge of the working gap.

Vorzugweise wird gegen Ende der Bearbeitung ein flüssiges Medium mit einer Viskosität von mindestens 3·10^–3N/m²·s und höchstens 100·10^–3N/m²·s über Öffnungen der Läuferscheiben zwischen Arbeitsscheiben und Halbleiterscheiben gebracht.Preferably, towards the end of the working, a liquid medium having a viscosity of at least 3 × 10 ^-3 N / m ² · s and at most 100 × 10 ^-3 N / m ² · s is brought via openings of the rotor disks between working disks and semiconductor wafers.

Zumindest während die Arbeitsscheiben von der Halbleiterscheibe entfernt werden, sollte dieses Medium vorzugsweise vorhanden sein, wodurch der mechanische Abtrag durch die Arbeitsschichten gedämpft wird. Dadurch lassen sich sonst im Stand der Technik beobachtete Schleifdefekte wie Riefen, Kratzer oder Abhebemarken vermeiden. Dies ist beschrieben in der nicht vorveröffentlichten deutschen Anmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2009 048 436.1 , auf die hier in vollem Umfang Bezug genommen wird.At least while the working disks are being removed from the semiconductor wafer, this medium should preferably be present whereby the mechanical abrasion by the working layers is damped. As a result, otherwise observed in the prior art grinding defects such as grooves, scratches or markers can be avoided. This is described in the non-prepublished German application with the file number 10 2009 048 436.1 , which is hereby incorporated by reference.

Als Medium kommen vorzugsweise in Betracht:

• wässrige Mischung enthaltend mehrwertige Alkohole (Glycerin, monomere Glykole, oligomere Glykole, Polyglykole und Polyalkohole)
• wässrige Mischung aus Glycerin, Butanol und einem Tensid
• Suspensionen, wobei die benötigte Viskosität des Mediums durch den Feststoffanteil gewährleistet wird (kolloide Dispersionen aus Siliciumdioxid oder Ceroxid-Partikeln), vorzugsweise je nach Feststoffanteil mit zusätzlichen viskositätserhöhenden Medien (z. B. Alkohole)

As a medium are preferably considered:

Aqueous mixture containing polyhydric alcohols (glycerol, monomeric glycols, oligomeric glycols, polyglycols and polyalcohols)
• aqueous mixture of glycerine, butanol and a surfactant
Suspensions, the required viscosity of the medium being ensured by the solids content (colloidal dispersions of silicon dioxide or cerium oxide particles), preferably, depending on the solids content, with additional viscosity-increasing media (eg alcohols)

In Schritt (b) wird die Halbleiterscheibe mit einer verrundeten Kante versehen.In step (b), the semiconductor wafer is provided with a rounded edge.

Dazu wird die Halbleiterscheibe auf einem sich drehenden Tisch fixiert und mit ihrer Kante gegen die sich ebenfalls drehende Arbeitsfläche eines Bearbeitungswerkzeugs zugestellt. Die dabei eingesetzten Bearbeitungswerkzeuge können als Scheiben ausgebildet sein, die an einer Spindel befestigt sind und Umfangsflächen aufweisen, die als Arbeitsflächen zur Bearbeitung der Kante der Halbleiterscheibe dienen.For this purpose, the semiconductor wafer is fixed on a rotating table and delivered with its edge against the also rotating working surface of a machining tool. The machining tools used in this case may be formed as disks which are fastened to a spindle and have circumferential surfaces which serve as Work surfaces for processing the edge of the semiconductor wafer serve.

Eine dafür geeignete Vorrichtung ist beispielsweise in DE 195 35 616 A1 offenbart.A suitable device is for example in DE 195 35 616 A1 disclosed.

Vorzugsweise werden die Halbleiterscheiben mit einem zur Mittelebene der Scheibe symmetrischen Profil mit gleichartigen Facetten an der Scheibenvorderseite und der Scheibenrückseite oder aber mit einem asymmetrischen Kantenprofil mit unterschiedlichen Facettenweiten auf Vorder- und Rückseite versehen. Dabei erhält die Kante der Halbleiterscheibe ein Profil, das geometrisch ähnlich zu einem Zielprofil ist.Preferably, the semiconductor wafers are provided with a symmetrical to the median plane of the disc profile with similar facets on the disc front side and the disc rear side or with an asymmetric edge profile with different facet widths on front and back. In this case, the edge of the semiconductor wafer receives a profile which is geometrically similar to a target profile.

Vorzugsweise weist die verwendete Schleifscheibe ein Rillenprofil auf. Eine bevorzugte Schleifscheibe ist offenbart in DE 102 006 048 218 A1 .Preferably, the grinding wheel used has a groove profile. A preferred grinding wheel is disclosed in DE 102 006 048 218 A1 ,

Die Arbeitsflächen können auch in Form eines Schleiftuchs oder als Schleifband ausgebildet sein.The work surfaces can also be designed in the form of a sanding cloth or abrasive belt.

Das Material abtragende Korn, vorzugsweise Diamant, kann fest in die Arbeitsflächen der Bearbeitungswerkzeuge verankert sein.The material-removing grain, preferably diamond, can be firmly anchored in the working surfaces of the processing tools.

Falls in Schritt (a) die beidseitige Bearbeitung der Halbleiterscheibe mittels PPG erfolgt, ist es bevorzugt, vor Durchführen des PPG-Schritts eine Verrundung der Kante der Halbleiterscheibe mittels eines Schleifwerkzeugs mit grober Körnung vorzunehmen. Nach JIS R 6001:1998 beträgt die Körnung (in Siebgrößen) #240–#800.If in step (a) the two-sided processing of the semiconductor wafer takes place by means of PPG, it is preferred to make a rounding of the edge of the semiconductor wafer by means of a grinding tool with coarse grain before performing the PPG step. To JIS R 6001: 1998 the grain size (in screen sizes) is # 240- # 800.

Die mittlere Korngröße beträgt 20–60 μm, vorzugsweise 25–40 μm, ganz besonders bevorzugt 25–30 μm oder 30–40 μm.The average particle size is 20-60 μm, preferably 25-40 μm, very particularly preferably 25-30 μm or 30-40 μm.

Falls in Schritt (a) die beidseitige Bearbeitung der Halbleiterscheibe mittels PPG erfolgt, ist es bevorzugt, nach Durchführen des PPG-Schritts, also in Schritt (b) des Verfahrens, eine Verrundung der Kante der Halbleiterscheibe mittels eines Schleifwerkzeugs mit feiner Körnung vorzunehmen. Nach JIS R 6001:1998 sollte die Körnung feiner als #800 sein, vorzugsweise #800–#8000.If the wafer is processed on both sides by means of PPG in step (a), it is preferable, after performing the PPG step, ie in step (b) of the method, to round off the edge of the semiconductor wafer by means of a fine grain grinding tool. To JIS R 6001: 1998 the grit should be finer than # 800, preferably # 800- # 8000.

Die mittlere Korngröße beträgt 0,5–20 μm, vorzugsweise 0,5–15 μm, besonders bevorzugt 0,5–10 μm und ganz besonders bevorzugt 0,5–5 μm.The average particle size is 0.5-20 μm, preferably 0.5-15 μm, more preferably 0.5-10 μm and most preferably 0.5-5 μm.

In Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem alkalischen Medium.In step (c) of the method according to the invention, a treatment of both sides of the semiconductor wafer with an alkaline medium.

Der Materialabtrag beträgt vorzugsweise – aber nicht zwingend – nicht mehr als 1 μm pro Seite der Halbleiterscheibe.The material removal is preferably - but not mandatory - not more than 1 micron per side of the semiconductor wafer.

Der minimale Materialabtrag pro Seite der Halbleiterscheibe beträgt vorzugsweise 1 Monolage, d. h. etwa 0,1 nm.The minimum material removal per side of the semiconductor wafer is preferably 1 monolayer, ie. H. about 0.1 nm.

Als alkalische Medien kommen bevorzugt wässrige Lösungen von NaOH oder KOH zum Einsatz.The alkaline media used are preferably aqueous solutions of NaOH or KOH.

Die Konzentration von NaOH bzw. KOH in der alkalischen Lösung beträgt vorzugsweise 40% bis 60%.The concentration of NaOH or KOH in the alkaline solution is preferably 40% to 60%.

Die Behandlungstemperatur beträgt vorzugsweise etwa 50°C bis etwa 90°C, ganz besonders bevorzugt 80°C bis 90°C.The treatment temperature is preferably about 50 ° C to about 90 ° C, most preferably 80 ° C to 90 ° C.

Es hat sich gezeigt, dass das alkalische Ätzen die gute Geometrie und die gute längerwellige Nanotopologie nach den Schleifschritten, insbesondere nach PPG, nicht negativ beeinflusst. Saures Ätzen ist diesbezüglich nachteilig und zu vermeiden.It has been found that alkaline etching does not adversely affect the good geometry and good longer wavelength nanotopology after the grinding steps, especially after PPG. Acid etching is disadvantageous in this regard and should be avoided.

Die beschriebenen Reinigungs- und Ätzverfahren erfolgen vorzugsweise als Einzelscheibenbehandlung.The cleaning and etching processes described are preferably carried out as a single-wafer treatment.

Speziell für eine im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders bevorzugte Halbleiterscheibe mit einem Durchmesser von 450 mm eignet sich hierfür das SSEC 3400 ML der Solid State Equipment Corp./USA, das für Substrate bis zu einer Größe von 500 mm × 500 mm ausgelegt ist The SSEC 3400 ML from Solid State Equipment Corp./USA, which is designed for substrates up to a size of 500 mm × 500 mm, is particularly suitable for a semiconductor wafer with a diameter of 450 mm which is particularly preferred in the context of the method according to the invention

In Schritt (d) des Verfahrens werden beide Seiten der Halbleiterscheibe simultan gleichzeitig mit einem Poliertuch enthaltend Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 0,1–1,0 μm poliert.In step (d) of the process, both sides of the wafer are simultaneously polished simultaneously with a polishing cloth containing abrasives having a mean grain size of 0.1-1.0 μm.

Die Bearbeitung erfolgt vorzugsweise mit Planetenkinematik.The processing is preferably done with planetary kinematics.

Zur Durchführung von Schritt (d) eignet sich beispielsweise die Poliermaschine AC2000 von Fa. Peter Wolters, Rendsburg (Deutschland).To carry out step (d), for example, the polishing machine AC2000 from Fa. Peter Wolters, Rendsburg (Germany) is suitable.

Diese Poliermaschine ist ausgestattet mit einer Stiftverzahnung des äußeren und inneren Kranzes zum Antrieb der Läuferscheiben. Die Anlage kann für eine oder mehrere Läuferscheiben ausgelegt sein. Wegen des höheren Durchsatzes ist eine Anlage für mehrere Läuferscheiben bevorzugt, wie sie beispielsweise in der DE-100 07 390 A1 beschrieben ist und bei der sich die Läuferscheiben auf einer Planetenbahn um das Anlagenzentrum bewegen. Zur Anlage gehören ein unterer und ein oberer Polierteller, die horizontal frei drehbar und mit Poliertuch bedeckt sind. Während der Politur befinden sich die Halbleiterscheiben in den Aussparungen der Läuferscheiben und zwischen den beiden Poliertellern, die sich drehen und einen bestimmten Polierdruck auf sie ausüben, während ein Poliermittel kontinuierlich zugeführt wird. Dabei werden auch die Läuferscheiben in Bewegung versetzt, vorzugsweise über sich drehende Stiftkränze, die in Zähne am Umfang der Läuferscheiben eingreifen.This polishing machine is equipped with a pin toothing of the outer and inner ring for driving the carriers. The system can be designed for one or more carriers. Because of the higher throughput, a system for several carriers is preferred, as for example in the DE-100 07 390 A1 is described and in which the carriers move on a planetary orbit around the plant center. The system includes a lower and an upper polishing plate, which are horizontally freely rotatable and covered with polishing cloth. During polishing, the wafers are in the recesses of the carrier discs and between the two polishing plates, which rotate and a certain polishing pressure on them while a polishing agent is continuously supplied. In this case, the rotor discs are set in motion, preferably about rotating pin rings, which engage in teeth on the circumference of the rotor discs.

Eine typische Läuferscheibe umfasst Aussparungen zur Aufnahme von drei Halbeiterscheiben. Am Umfang der Aussparungen befinden sich Einlagen, die die bruchempfindlichen Kanten der Halbleiterscheiben schützen sollen, insbesondere auch vor einer Freisetzung von Metallen vom Läuferscheibenkörper. Der Läuferscheibenkörper kann beispielsweise aus Metall, Keramik, Kunststoff, faserverstärktem Kunststoff oder aus Metall bestehen, das mit Kunststoff oder mit einer diamantartigen Kohlenstoffschicht („diamond like carbon”, DLC-Schicht) beschichtet ist. Bevorzugt sind jedoch Stähle, besonders bevorzugt rostfreier Chromstahl. Die Aussparungen sind vorzugsweise für die Aufnahme einer ungeraden Anzahl von Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von mindestens 200 mm, vorzugsweise 300 mm, ganz besonders bevorzugt 450 mm und Dicken von 600 bis 1400 μm ausgelegt.A typical carrier disc has recesses for receiving three half-discs. At the periphery of the recesses are deposits, which are intended to protect the fracture-sensitive edges of the semiconductor wafers, in particular against release of metals from the carrier body. The carrier body may consist, for example, of metal, ceramic, plastic, fiber-reinforced plastic or of metal coated with plastic or with a diamond-like carbon layer (DLC layer). However, preference is given to steels, particularly preferably stainless chromium steel. The recesses are preferably designed to accommodate an odd number of semiconductor wafers having a diameter of at least 200 mm, preferably 300 mm, most preferably 450 mm and thicknesses of 600 to 1400 μm.

Während des Polierschrittes wird vorzugsweise eine Poliermittellösung, die frei von Feststoffen ist, zwischen die zu polierende Seite der Halbleiterscheibe und das Poliertuch gebracht.During the polishing step, a polishing agent solution that is free of solids is preferably placed between the side of the semiconductor wafer to be polished and the polishing cloth.

Die Poliermittellösung ist im einfachsten Fall Wasser, vorzugsweise deionisiertes Wasser (DIW) mit der für die Verwendung in der Halbleiterindustrie üblichen Reinheit.The polishing agent solution is in the simplest case water, preferably deionized water (DIW) with the usual purity for use in the semiconductor industry.

Die Poliermittellösung kann aber auch Verbindungen wie Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mischungen davon enthalten. Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von Kaliumcarbonat. In diesem Fall liegt der pH-Wert der Poliermittellösung vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 13,5 und der Anteil der genannten Verbindungen in der Poliermittellösung beträgt vorzugsweise 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 0,2 Gew.-%.However, the polish solution may also contain compounds such as sodium carbonate (Na ₂ CO ₃ ), potassium carbonate (K ₂ CO ₃ ), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), ammonium hydroxide (NH ₄ OH), tetramethylammonium hydroxide (TMAH) or any mixtures thereof. Very particularly preferred is the use of potassium carbonate. In this case, the pH of the polishing agent solution is preferably in a range of 10 to 13.5, and the proportion of said compounds in the polishing agent solution is preferably 0.01 to 10 wt%, particularly preferably 0.01 to 0, 2% by weight.

Die Poliermittellösung kann darüber hinaus einen oder mehrere weitere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide wirkende Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide, Alkohole und Komplexbildner.The polish solution may also contain one or more further additives, for example surface-active additives such as wetting agents and surfactants, stabilizers acting as protective colloids, preservatives, biocides, alcohols and complexing agents.

Es wird ein Poliertuch verwendet, das einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält (FAP- oder FA-Tuch bzw. FA-Pad).A polishing cloth is used which contains an abrasive substance bound in the polishing cloth (FAP or FA cloth or FA pad).

Geeignete Abrasivstoffe umfassen beispielsweise Partikel von Oxiden der Elemente Cer, Aluminium, Silicium, Zirkon sowie Partikel von Hartstoffen wie Siliciumcarbid, Bornitrid und Diamant.Suitable abrasives include, for example, particles of oxides of the elements cerium, aluminum, silicon, zirconium and particles of hard materials such as silicon carbide, boron nitride and diamond.

Besonders geeignete Poliertücher weisen eine von replizierten Mikrostrukturen geprägte Oberflächentopografie auf. Diese Mikrostrukturen („posts”) haben beispielsweise die Form von Säulen mit einem zylindrischen oder mehreckigen Querschnitt oder die Form von Pyramiden oder Pyramidenstümpfen.Particularly suitable polishing cloths have a surface topography embossed by replicated microstructures. For example, these posts have the form of pillars having a cylindrical or polygonal cross section or the shape of pyramids or truncated pyramids.

Nähere Beschreibungen solcher Poliertücher sind beispielsweise in WO 92/13680 A1 und US 2005/227590 A1 enthalten.Further descriptions of such polishing cloths are for example in WO 92/13680 A1 and US 2005/227590 A1 contain.

Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Poliertuchs mit fest darin gebundenen Abrasiven aus SiO₂.Very particular preference is given to the use of a polishing cloth with abrasives of SiO ₂ firmly bound therein.

Für die FA-Politur wird vorzugsweise mit Abtragen von kleiner oder gleich 10 μm pro Seite gearbeitet.The FA polishing is preferably carried out with removal of less than or equal to 10 μm per side.

In Schritt (e) des Verfahrens erfolgt eine Politur der Kante der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das fest gebundene Abrasive umfasst.In step (e) of the method, the edge of the semiconductor wafer is polished with a polishing cloth which comprises firmly bonded abrasives.

Zur Durchführung von Schritt (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich handelsübliche Kantenpolierautomaten.Commercially available edge polishing machines are suitable for carrying out step (e) of the process according to the invention.

Aus US 5,989,105 ist eine solche Vorrichtung zum Kantenpolieren bekannt, bei dem die Poliertrommel aus einer Aluminium-Legierung besteht und mit einem Poliertuch beaufschlagt ist.Out US 5,989,105 Such a device for edge polishing is known in which the polishing drum is made of an aluminum alloy and is applied with a polishing cloth.

Die Halbleiterscheibe ist üblicherweise auf einem flachen Scheibenhalter, einem so genannten Chuck, fixiert. Die Kante der Halbleiterscheibe ragt über den Chuck hinaus, so dass sie für die Poliertrommel frei zugänglich ist. Eine um einen bestimmten Winkel gegen den Chuck geneigte, zentrisch rotierende und mit dem Poliertuch beaufschlagte Poliertrommel und der Chuck mit der Halbleiterscheibe werden einander zugestellt und mit einem bestimmten Anpressdruck unter kontinuierlicher Zuführung des Poliermittels aneinander gepresst.The semiconductor wafer is usually fixed on a flat disk holder, a so-called chuck. The edge of the semiconductor wafer protrudes beyond the chuck so that it is freely accessible to the polishing drum. A by a certain angle to the chuck inclined, centrically rotating and acted upon with the polishing cloth polishing drum and the chuck with the semiconductor wafer are delivered to each other and pressed together with a certain contact pressure with continuous feeding of the polishing agent.

Bei der Kantenpolitur wird der Chuck mit der darauf gehaltenen Halbleiterscheibe zentrisch rotiert.In edge polishing, the chuck is rotated centrally with the semiconductor wafer held thereon.

Vorzugsweise dauert eine Umdrehung des Chuck 20–300, besonders bevorzugt 50–150 s (Umlaufzeit).Preferably, one turn of the chuck takes 20-300, more preferably 50-150 seconds (orbital period).

Eine mit dem Poliertuch belegte Poliertrommel, die vorzugsweise mit einer Drehzahl von 300–1500 min^–1, besonders bevorzugt 500–1000 min^–1, zentrisch rotiert wird, und der Chuck werden einander zugestellt, wobei die Poliertrommel unter einem Anstellwinkel gegen die Halbleiterscheibe schräg angestellt und die Halbleiterscheibe so auf dem Chuck fixiert ist, dass sie leicht über diesen hinaus ragt und so für die Poliertrommel zugänglich ist.A polishing drum coated with the polishing drum, which is preferably rotated centrally at a speed of 300-1500 min ^-1 , more preferably 500-1000 min ^-1 , and the Chuck be delivered to each other, wherein the polishing drum is inclined at an angle against the semiconductor wafer and the wafer is fixed on the chuck so that it protrudes slightly beyond this and so is accessible to the polishing drum.

Der Anstellwinkel beträgt vorzugsweise 30–50°.The angle of attack is preferably 30-50 °.

Halbleiterscheibe und Poliertrommel werden mit einem bestimmten Anpressdruck unter kontinuierlicher Zuführung eines Poliermittels, vorzugsweise mit einem Poliermittelfluss von 0,1–1 Liter/min, besonders bevorzugt 0,15–0,40 Liter/min, aneinander gepresst, wobei der Anpressdruck durch an Rollen befestigte Gewichte eingestellt werden kann und vorzugsweise 1–5 kg, besonders bevorzugt 2–4 kg, beträgt.Semiconductor disk and polishing drum are pressed together with a certain contact pressure with continuous supply of a polishing agent, preferably with a polishing agent flow of 0.1-1 liter / min, more preferably 0.15-0.40 liter / min, wherein the contact pressure by rolling fixed weights can be adjusted and preferably 1-5 kg, more preferably 2-4 kg.

Vorzugsweise werden nach 2–20, besonders bevorzugt nach 2–8 Umdrehungen der Halbleiterscheibe bzw. des die Halbleiterscheibe haltenden Chuck Poliertrommel und Halbleiterscheibe voneinander entfernt.Preferably after 2-20, particularly preferably after 2-8 revolutions of the semiconductor wafer or of the wafer holding the chuck polishing drum and semiconductor wafer are removed from each other.

Daher erfolgt die Kantenpolitur der Halbleiterscheibe im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt durch Fixieren der Halbleiterscheibe auf einem zentrisch rotierenden Chuck, Zustellen des Halbleiterscheibe und einer gegen den Chuck geneigten, zentrisch rotierenden, mit einem Poliertuch enthaltend fest gebundene Abrasive (FA-Poliertuch) beaufschlagten Poliertrommel und Aneinanderpressen von Halbleiterscheibe und Poliertrommel unter kontinuierlicher Zuführung einer Poliermittellösung, die keine Feststoffe enthält.Therefore, the edge polishing of the semiconductor wafer in the process according to the invention is preferably carried out by fixing the semiconductor wafer on a centrally rotating chuck, advancing the semiconductor wafer and an inclined against the chuck, centrically rotating, with a polishing cloth containing firmly bonded abrasive (FA polishing cloth) acted upon polishing drum and juxtaposing of Semiconductor wafer and polishing drum with continuous supply of a polishing agent solution containing no solids.

Mittels dieser ist es möglich die Waferkante gezielt zu beeinflussen, ohne den angrenzenden Bereich von Vorder- und/oder Rückseite der Halbleiterscheibe zu beeinträchtigen und somit zum Beispiel die gewünschten Geometrie- und Oberflächeneigenschaften nur auf der Waferkante einzustellen.By means of this it is possible to influence the wafer edge in a targeted manner, without impairing the adjacent region of the front and / or rear side of the semiconductor wafer and thus for example setting the desired geometry and surface properties only on the wafer edge.

Das verwendete FAP-Tuch ist wesentlich härter und weit weniger kompressibel als die standardmäßig verwendeten Poliertücher und bietet zudem den Vorteil den Abtrag ohne alkalisch aufgeladenes Kieselsol – z. B. nur durch Verwendung einer alkalischen Lösung – zu erzeugen, was zudem Poliermittelverschleppung auf die Wafervorderseite und damit die zusätzliche negative Beeinflussung der Waferoberfläche – in Form von z. B. erhöhten Defektraten wie z. B. LLS (localised light scatterers) aufgrund von Anätzungen – vermeidet.The FAP cloth used is much harder and far less compressible than the standard polishing cloths and also offers the advantage of removal without alkaline-charged silica sol. B. only by using an alkaline solution - to produce what also Poliermittelverschleppung on the wafer front side and thus the additional negative effect on the wafer surface - in the form of z. B. increased defect rates such. B. LLS (localized light scatterers) due to etching - avoids.

Vorzugsweise wird also in Schritt (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Poliertuch verwendet, das einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält (FAP-Tuch bzw. FA-Pad).Preferably, therefore, in step (e) of the method according to the invention a polishing cloth is used which contains an abrasive material bound in the polishing cloth (FAP cloth or FA pad).

Geeignete Abrasivstoffe umfassen beispielsweise Partikel von Oxiden der Elemente Cer, Aluminium, Silicium, Zirkon sowie Partikel von Hartstoffen wie Siliciumcarbid, Bornitrid und Diamant. Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Poliertuchs umfassend SiO₂-Abrasive.Suitable abrasives include, for example, particles of oxides of the elements cerium, aluminum, silicon, zirconium and particles of hard materials such as silicon carbide, boron nitride and diamond. Very particular preference is given to the use of a polishing cloth comprising SiO ₂ azobasives.

Die mittlere Partikelgröße des FAP-Poliertuchs beträgt vorzugsweise 0,1–1,0 μm, vorzugsweise 0,1–0,6 μm und besonders bevorzugt 0,1–0,25 μm.The mean particle size of the FAP polishing cloth is preferably 0.1-1.0 μm, preferably 0.1-0.6 μm and particularly preferably 0.1-0.25 μm.

Grundsätzlich wird also die Halbleiterscheibe vorzugsweise mittels einer Poliertrommel, auf deren Oberfläche ein hartes und wenig kompressibles Poliertuch aufgeklebt ist, das fest gebundene Abrasive beinhaltet, unter Zuführung einer alkalischen Lösung poliert.In principle, therefore, the semiconductor wafer is preferably polished by supplying an alkaline solution by means of a polishing drum, on the surface of which a hard and less compressible polishing cloth is glued, which contains firmly bonded abrasive.

Die verwendete Poliermittellösung bei der Kantenpolitur ist im einfachsten Fall Wasser, vorzugsweise deionisiertes Wasser (DIW) mit der für die Verwendung in der Halbleiterindustrie üblichen Reinheit.The polishing agent solution used in the edge polishing is in the simplest case water, preferably deionized water (DIW) with the usual purity for use in the semiconductor industry.

Die Poliermittellösung kann aber auch Verbindungen wie Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mischungen davon enthalten.However, the polish solution may also contain compounds such as sodium carbonate (Na ₂ CO ₃ ), potassium carbonate (K ₂ CO ₃ ), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), ammonium hydroxide (NH ₄ OH), tetramethylammonium hydroxide (TMAH) or any mixtures thereof.

Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von Kaliumcarbonat.Very particularly preferred is the use of potassium carbonate.

Der pH-Wert der Poliermittellösung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 12 und der Anteil der genannten Verbindungen in der Poliermittellösung beträgt vorzugsweise 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 0,2 Gew.-%.The pH of the polishing agent solution is preferably in a range of 10 to 12, and the proportion of said compounds in the polishing agent solution is preferably 0.01 to 10 wt%, particularly preferably 0.01 to 0.2 wt%. ,

In Schritt (f) des Verfahrens erfolgt eine beidseitige Politur der Halbleiterscheibe, umfassend eine simultan beidseitige Politur einer in einer Aussparung einer Läuferscheibe befindlichen Halbleiterscheibe zwischen einem mit einem oberen Poliertuch belegten oberen Polierteller und einem mit einem unteren Poliertuch belegten unteren Polierteller unter Zufuhr eines Poliermittels, wobei die Vorderseite der Halbleiterscheibe mit dem oberen Poliertuch poliert wird.In step (f) of the method, a two-sided polishing of the semiconductor wafer takes place, comprising a simultaneous two-sided polishing of a wafer located in a recess of a rotor disk between an upper polishing cloth occupied upper polishing plate and a lower polishing pad occupied lower polishing pad with the supply of a polishing agent, wherein the front side of the semiconductor wafer is polished with the upper polishing cloth.

Vorzugsweise umfassen beide Poliertücher regelmäßig durch Kanäle unterbrochene Oberflächen.Preferably, both polishing cloths regularly comprise surfaces interrupted by channels.

Die Kanalbreite und -tiefe betragen vorzugsweise 0,5 mm bis 2 mm.The channel width and depth are preferably 0.5 mm to 2 mm.

Vorzugsweise ist das obere Poliertuch weniger stark genutet bzw. gefurcht als das untere Poliertuchs vor, welches einen guten Poliermittelzufluss zur Vorderseite der Halbleiterscheibe ermöglicht und gleichzeitig eine mögliche Verschlechterung der Nanotopografie vermeidet.Preferably, the upper polishing cloth is less heavily grooved than the lower polishing cloth, which allows a good polishing agent flow to the front of the wafer while avoiding possible degradation of the nanotopography.

Das Tuch kann zum Beispiel so große Nut-Abstände besitzen, dass die Halbleiterscheibe quasi einen Inkreis innerhalb der sich hierbei ergebenden quadratischen Kacheln beschreibt, was bedeutet, dass selbst im ungünstigsten Fall der Rand der Halbleiterscheibe immer noch mit Nuten in Berührung kommt, was ein problemloses Ablösen von der Tuchoberfläche erlaubt.For example, the blanket may have such large groove pitches that the semiconductor wafer will virtually describe an inscribed circle within the resulting square tiles, meaning that even in the worst case, the edge of the semiconductor wafer will still be in contact with grooves, which is a problem Removal of the cloth surface allowed.

Das untere, auf dem unteren Polierteller befindliche Poliertuch ist ebenfalls genutet, was sich bezüglich der Randgeometrie durch verbesserten Zu- und Abfluss des Poliermittels und verbesserten Stoffaustausch positiv auswirken sollte.The lower polishing cloth located on the bottom polishing plate is also grooved, which should have a positive effect with respect to the edge geometry through improved flow and outflow of the polishing agent and improved mass transfer.

Beim unteren Poliertuch werden jedoch kleinere Segmentgrößen verwendet, welche den Nachteil des begrenzten Stofftransportes der auf dem unteren Poliertuch aufliegenden Oberfläche der Halbleiterscheibe so weit wie möglich ausgleichen können.The lower polishing cloth, however, smaller segment sizes are used, which can compensate for the disadvantage of the limited mass transfer of resting on the lower polishing cloth surface of the semiconductor wafer as much as possible.

Die Seitenlänge von beispielsweise quadratischen Kacheln für das untere Poliertuch sollte sich in einer Größenordnung von höchstens 50 mm × 50 mm bewegen. Die Seitenlänge von beispielsweise quadratischen Kacheln für das obere Poliertuch kann sich in einer Größenordnung von deutlich größer als 50 mm × 50 mm bewegen.The side length of, for example, square tiles for the bottom polishing cloth should be on the order of at most 50 mm x 50 mm. The side length of, for example, square tiles for the upper polishing cloth may be on the order of significantly greater than 50 mm x 50 mm.

Im Rahmen der Entwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich gezeigt, dass sich im Stand der Technik der Edge Roll-off der Vorderseite ständig vom Edge Roll-off der Rückseite der Halbleiterscheibe unterscheidet. Dies war durch Verwendung des Messgeräts LER 310 von Kobelco Research Institute Inc. möglich, das es ermöglicht, den Edge Roll-off von Vorderseite und Rückseite der Halbleiterscheibe unabhängig voneinander zu untersuchen.As part of the development of the method according to the invention has been shown that in the prior art, the edge roll-off of the front constantly differs from the edge roll-off of the back of the semiconductor wafer. This was possible by using the LER 310 gauge from Kobelco Research Institute Inc., which allows the edge roll-off of the front and back of the wafer to be independently examined.

Der Edge Roll-off der Vorderseite der Halbleiterscheibe war bei allen Messungen stärker ausgeprägt als auf der Rückseite der Halbleiterscheibe. Dies ist nachteilig, zumal auf der Vorderseite der Halbleiterscheibe später elektronische Bauelemente gefertigt werden.The edge roll-off of the front of the wafer was more pronounced in all measurements than on the back of the wafer. This is disadvantageous, especially since electronic components are manufactured later on the front side of the semiconductor wafer.

Die Erfinder haben daraus gefolgert, dass der ungleichmäßige Polierabtrag ursächlich für die Unterschiede im Edge Roll-off von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe sein muss.The inventors have concluded that the uneven polishing removal must be the cause of the differences in the edge roll-off of the front and back of the wafer.

Insbesondere die unterschiedliche Poliermittelverteilung auf Vorder- und Rückseite, die Abschottung der Vorderseite durch die umgebenden Läuferscheiben und damit verbunden geringerer Poliermittelaustausch an den Randbereichen der Vorderseite der Halbleiterscheibe, führt zu unkontrolliertem Abtragsverhalten und potentieller Aufkonzentration von Poliermittel.In particular, the different polish distribution on the front and back, the foreclosure of the front by the surrounding rotor discs and the associated lower polishing agent replacement at the edge regions of the front of the semiconductor wafer, leads to uncontrolled removal behavior and potential concentration of polishing agent.

Dies könnte insbesondere in Toträumen im Kantenbereich der Halbleiterscheibe stattfinden, indem sich dort alkalisch beladene Solteilchen des Poliermittels sammeln und aufkonzentrieren. Jene Toträume entstehen dadurch, dass die Halbleiterscheibe in der Aussparung der Läuferscheibe etwas Spiel hat, was gewollt ist. Diese Toträume und der mangelnde Stofftransport ist für die Vorderseite der Halbleiterscheibe, die im Stand der Technik auf dem unteren Polierteller auf einem Poliertuch ohne Kanäle zum Stofftransport (= Poliermittel) aufliegt, durch eine Läuferscheibe teilweise abgeschottet ist und weniger schnell mit frischem unverbrauchten Poliermittel versorgt wird, besonders kritisch. Damit lassen sich die Unterschiede im Edge Roll-off erklären.This could take place in particular in dead spaces in the edge region of the semiconductor wafer by collecting and concentrating thereon alkaline-loaded sol particles of the polishing agent. Those dead spaces are caused by the fact that the semiconductor wafer in the recess of the rotor disc has some play, what is wanted. These dead spaces and the lack of mass transport is for the front of the semiconductor wafer, which rests in the prior art on the polishing pad on a polishing cloth without channels for mass transfer (= polishing) is partially sealed off by a rotor and less quickly supplied with fresh unconsumed polishing agent , especially critical. This explains the differences in the edge roll-off.

Die Strukturierung der Tücher, die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, erfolgt beispielsweise durch mechanische Bearbeitung wie Fräsen. Es sind aber auch andere Verfahren geeignet, die es ermöglichen, dem Poliertuch die gewünschte Struktur aufzuprägen. Beispielsweise sind auch chemische Methoden wie Ätzen möglich.The structuring of the wipes, which are used in the method according to the invention, for example, by mechanical processing such as milling. However, other methods are also suitable which make it possible to impress the polishing cloth on the desired structure. For example, chemical methods such as etching are possible.

Dazu werden Standardpoliertücher verwendet, die entsprechend mechanisch oder chemisch bearbeitet werden.For this standard polishing cloths are used, which are processed mechanically or chemically.

Vorzugsweise besteht das Poliertuch aus einem thermoplastischen oder hitzehärtbaren Polymer. Als Material kommt eine Vielzahl an Werkstoffen in Betracht, z. B. Polyurethane, Polycarbonat, Polyamid, Polyacrylat, Polyester usw.Preferably, the polishing cloth is made of a thermoplastic or thermosetting polymer. As the material comes a variety of materials into consideration, for. As polyurethanes, polycarbonate, polyamide, polyacrylate, polyester, etc.

Vorzugsweise beinhaltet das Poliertuch festes, mikro-poröses Polyurethan.Preferably, the polishing cloth includes solid, microporous polyurethane.

Bevorzugt ist auch die Verwendung von Poliertüchern aus verschäumten Platten oder Filz- oder Fasersubstraten, die mit Polymeren imprägniert sind. Also preferred is the use of polishing sheets of foamed sheets or felt or fiber substrates impregnated with polymers.

Kommerziell erhältliche Poliertücher sind z. B. das SPM 3100 von Rodel Inc. oder die Tücher der DCP-Serie sowie die Tücher der Marken IC1000^TM, Polytex^TM oder SUBA^TM von Robin & Hass.Commercially available polishing cloths are z. Rodel Inc.'s SPM 3100 or the DCP series wipes, as well as the IC1000 ^™ , Polytex ^™ or SUBA ^™ cloths from Robin & Hass.

Bei der Politur wird ein Poliermittel zugeführt.When polishing a polishing agent is supplied.

Das zugeführte Poliermittel enthält Abrasive.The supplied polishing agent contains abrasives.

Der Anteil des Abrasivstoffes in der Poliermittelsuspension beträgt vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,25 bis 1 Gew.-%.The proportion of the abrasive in the polishing agent suspension is preferably 0.25 to 20 wt .-%, particularly preferably 0.25 to 1 wt .-%.

Die Größenverteilung der Abrasivstoff-Teilchen ist vorzugsweise monomodal ausgeprägt.The size distribution of the abrasive particles is preferably monomodal.

Die mittlere Teilchengröße beträgt 5 bis 300 nm, besonders bevorzugt 5 bis 50 nm.The mean particle size is 5 to 300 nm, more preferably 5 to 50 nm.

Der Abrasivstoff besteht aus einem das Substratmaterial mechanisch abtragendem Material, vorzugsweise aus einem oder mehreren der Oxide der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium.The abrasive material consists of a material mechanically removing the substrate material, preferably one or more of the oxides of the elements aluminum, cerium or silicon.

Besonders bevorzugt ist eine Poliermittelsuspension, die kolloid-disperse Kieselsäure enthält.Particularly preferred is a polishing agent suspension containing colloidally disperse silica.

Dazu eignet sich beispielsweise das Kieselsol Glanzox 3900, der Produktname für eine Poliermittelsuspension, die von Fujimi Incorporated, Japan, als Konzentrat angeboten wird. Die Basislösung dieses Konzentrats hat einen pH von 10,5 und enthält ca. 9 Gew.-% kolloidales SiO₂ mit einer mittleren Teilchengröße von 30 bis 40 nm.Such as, for example, the silica sol Glanzox 3900, the product name for a polishing agent suspension offered by Fujimi Incorporated, Japan, as a concentrate. The base solution of this concentrate has a pH of 10.5 and contains about 9 wt .-% colloidal SiO ₂ having an average particle size of 30 to 40 nm.

Vorzugsweise wird im erfindungsgemäßen Verfahren eine andere Art der Poliermittelzuführung bzw. -versorgung benutzt. Der untere Polierteller wird unabhängig vom oberen Polierteller mit frischem Poliermittel versorgt. Dazu sieht der untere Polierteller ebenfalls eine Poliermitteldurchführung sowie eine separate Poliermittelförderung vor.Preferably, another type of polishing agent supply or supply is used in the process according to the invention. The lower polishing plate is supplied with fresh polishing agent, regardless of the upper polishing plate. For this purpose, the lower polishing plate also provides a polishing medium feedthrough and a separate polishing agent delivery.

Zur Durchführung der erfindungsgemäßen beidseitigen Politur der Halbleiterscheibe eignet sich beispielsweise die Poliermaschine AC2000 von Fa. Peter Wolters, Rendsburg (Deutschland).To carry out the two-sided polishing of the semiconductor wafer according to the invention, for example, the polishing machine AC2000 from Fa. Peter Wolters, Rendsburg (Germany) is.

Vorzugsweise wird die Vorderseite der Halbleiterscheibe im Überstand poliert. Dies ist dadurch sichergestellt, dass die Halbleiterscheibe vor Politur dicker ist als die Läuferscheibe. Die Eingangsdicke der Halbleiterscheibe ist vorzugweise um 20 bis 200 μm größer ist als die Läuferscheibendicke. Die Läuferscheiben beim Doppelseitenpolieren besitzen üblicherweise eine Dicke bevorzugt von 400 bis 1200 μm.Preferably, the front side of the semiconductor wafer is polished in the supernatant. This is ensured by the fact that the semiconductor wafer before polishing is thicker than the rotor disc. The input thickness of the semiconductor wafer is preferably 20 to 200 microns larger than the carrier disc thickness. The carriers in the double-side polishing usually have a thickness preferably from 400 to 1200 microns.

In Schritt (g) des Verfahrens erfolgt eine zweite Kantenpolitur. Dabei wird jedoch im Gegensatz zu Schritt (e) des Verfahrens eine Poliermittelsuspension enthaltend Abrasive verwendet, wobei das Poliertuch frei von Abrasiven ist.In step (g) of the method, a second edge polish is performed. However, in contrast to step (e) of the process, a polishing agent suspension containing abrasives is used, the polishing cloth being free of abrasives.

Vorzugsweise erfolgt anschließend in einem zweiten Schritt auf dem gleichen Poliertuch ein Glättungsschritt unter Zufuhr eines Kieselsols, wie z. B. Glanzox 3900* mit etwa 1 Gew.-% SiO₂.Preferably, then in a second step on the same polishing cloth a smoothing step with the supply of a silica sol, such as. B. Glanzox 3900 * with about 1 wt .-% SiO ₂ .

*Glanzox 3900 ist der Produktname für eine Poliermittelsuspension, die von Fujimi Incorporated, Japan, als Konzentrat angeboten wird. Die Basislösung dieses Konzentrats hat einen pH von 10,5 und enthält ca. 9 Gew.-% kolloidales SiO₂ mit einer mittleren Teilchengröße von 30 bis 40 nm. Im optionalen zweiten Schritt der Kantenpolitur werden im Gegensatz zum ersten Schritt vorzugsweise keine Zusätze wie Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) zugesetzt.* Glanzox 3900 is the product name for a polishing agent suspension offered as a concentrate by Fujimi Incorporated, Japan. The base solution of this concentrate has a pH of 10.5 and contains about 9 wt .-% colloidal SiO ₂ having an average particle size of 30 to 40 nm. In the optional second step of edge polishing are preferably no additives such as sodium carbonate in contrast to the first step (Na ₂ CO ₃ ), potassium carbonate (K ₂ CO ₃ ), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), ammonium hydroxide (NH ₄ OH), tetramethylammonium hydroxide (TMAH).

Die Poliermittelsuspension kann aber einen oder mehrere weitere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide wirkende Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide, Alkohole und Komplexbildner.However, the polishing agent suspension may contain one or more further additives, for example surface-active additives such as wetting agents and surfactants, stabilizers acting as protective colloids, preservatives, biocides, alcohols and complexing agents.

In Schritt (h) des Verfahrens erfolgt eine CMP-Politur wenigstens der Vorderseite der Halbleiterscheibe.In step (h) of the method, a CMP polishing takes place at least on the front side of the semiconductor wafer.

Vorzugsweise werden in diesem Schritt beide Seiten der Halbleiterscheibe mittels CMP poliert. Dazu eignet sich eine herkömmliche DSP-Poliermaschine, bei der allerdings statt der herkömmlichen DSP-Abtragspoliertücher weichere CMP-Poliertücher verwendet werden.Preferably, in this step, both sides of the semiconductor wafer are polished by means of CMP. For this purpose, a conventional DSP polishing machine is suitable, in which, however, instead of the conventional DSP Removal polishing cloths softer CMP polishing cloths are used.

Bei den verwendeten CMP-Poliertüchern handelt es sich um Poliertücher mit einer porösen Matrix.The CMP polishing cloths used are polishing cloths with a porous matrix.

Bevorzugt ist auch die Verwendung von Poliertüchern aus verschäumten Platten oder Filz- oder Fasersubstraten, die mit Polymeren imprägniert sind.Also preferred is the use of polishing sheets of foamed sheets or felt or fiber substrates impregnated with polymers.

Beschichtete/Imprägnierte Poliertücher können auch so ausgestaltet sein, dass sie im Substrat eine andere Porenverteilung und -größe aufweisen als in der Beschichtung.Coated / impregnated polishing cloths may also be designed to have a different pore distribution and size in the substrate than in the coating.

Die Poliertücher können weitgehend eben oder auch perforiert sein.The polishing cloths can be largely flat or perforated.

Um die Porosität des Poliertuchs zu steuern, können Füllstoffe in das Poliertuch eingebracht sein.To control the porosity of the polishing cloth, fillers may be incorporated into the polishing cloth.

Kommerziell erhältliche Poliertücher sind z. B. das SPM 3100 von Rodel Inc. oder die Tücher der DCP-Serie sowie die Tücher der Marken IC1000^TM, Polytex^TM oder SUBA^TM von Rohm & Hass.Commercially available polishing cloths are z. Rodel Inc.'s SPM 3100 or the DCP series wipes, as well as the IC1000 ^™ , Polytex ^™, or SUBA ^™ fabrics from Rohm & Hass.

Vor der CMP-Politur gemäß Schritt (h) des Verfahrens erfolgt vorzugsweise eine Politur der Rückseite der Halbleiterscheibe mittels eines Poliertuchs enthaltend Abrasive.Prior to the CMP polishing according to step (h) of the method, it is preferable to polish the backside of the semiconductor wafer by means of a polishing cloth containing abrasives.

Die Politur der Rückseite der Halbleiterscheibe erfolgt bevorzugt in drei Schritten jeweils unter Verwendung eines Poliertuchs, das einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält und das mit einem Polierdruck auf die Rückseite der Halbleiterscheibe gedrückt wird, wobei im ersten Schritt ein Poliermittel, welches frei von Feststoffen ist, im zweiten und dritten Schritt dagegen ein Poliermittel, das abrasive Stoffe enthält, zwischen Poliertuch und Rückseite der Halbleiterscheibe gebracht wird, wobei ein Polierdruck im ersten und zweiten Schritt von 8–15 psi im dritten Schritt auf 0,5–5 psi reduziert wird.The polishing of the back side of the semiconductor wafer is preferably carried out in three steps, each using a polishing cloth which contains an abrasive bound in the polishing cloth and which is pressed with a polishing pressure on the back of the semiconductor wafer, wherein in the first step, a polishing agent which is free of solids, On the other hand, in the second and third steps, a polishing agent containing abrasive is interposed between the polishing cloth and the back side of the wafer, and a polishing pressure in the first and second steps is reduced from 8-15 psi in the third step to 0.5-5 psi.

Dies ist beschrieben in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102009030295.6 , auf die hier in vollem Umfang Bezug genommen wird.This is described in the non-prepublished German patent application with the file number 102009030295.6 , which is hereby incorporated by reference.

Zwischen der Kantenpolitur in Schritt (e) und der beidseitigen Politur der Halbleiterscheibe in Schritt (f) findet vorzugsweise eine Inspektion der Kante der Halbleiterscheibe statt. Dabei werden vorzugsweise insbesondere das Kantenprofil und die Randgeometrie der Halbleiterscheibe untersucht.Between the edge polishing in step (e) and the two-sided polishing of the semiconductor wafer in step (f), an inspection of the edge of the semiconductor wafer preferably takes place. In this case, in particular the edge profile and the edge geometry of the semiconductor wafer are preferably examined.

Dies hat den Vorteil, dass nach der ersten Doppelseitenpolitur in Schritt (d) und der daran anschließenden Kantenpolitur nach Schritt (e) Geometriedaten des Randbereichs der Halbleiterscheibe zur Verfügung stehen, die zum einen eine entsprechende Abstimmung des nachfolgenden Politur in Schritt (f) ermöglichen und zum anderen eine Optimierung der Politur in Schritt (d) ermöglichen.This has the advantage that, after the first double-side polishing in step (d) and the subsequent edge polishing after step (e), geometric data of the edge region of the semiconductor wafer are available, which on the one hand enable a corresponding tuning of the subsequent polishing in step (f) and on the other hand, it is possible to optimize the polish in step (d).

Die bevorzugte Messung des äußersten Bereiches der ebenen Waferfläche, also des Bereiches der zwischen 0,5 und 1 mm vom Waferumfang entfernt liegt, erfolgt mit dem Messgerät LER-310 von Kobelco Research Institute, Inc.The preferred measurement of the outermost region of the flat wafer surface, that is, the region that is between 0.5 and 1 mm from the wafer circumference, is performed with the LER-310 measuring device from Kobelco Research Institute, Inc.

Das LER-310 ist ein Phasenshift-Interferometer unter streifenden Einfall, das in der Lage ist, den Edge Roll-off (ERO) von 200 mm- und 300 mm-Wafern zu charakterisieren. Ein Laserstrahl tritt durch die Seitenwand eines Prismas. Ein Teil des Strahls wird an der Basis des Prismas, die parallel zur Wafer-Oberfläche ausgerichtet ist, reflektiert. Ein Teil des Strahls durchläuft das Prisma und wird an der Wafer-Oberfläche reflektiert. Nach Wiedereintritt in das Prisma interferiert dieser Strahl mit dem an der Basis reflektierten Strahl.The LER-310 is a grazing incidence phase shift interferometer that is capable of characterizing the edge roll-off (ERO) of 200mm and 300mm wafers. A laser beam passes through the side wall of a prism. Part of the beam is reflected at the base of the prism, which is aligned parallel to the wafer surface. Part of the beam passes through the prism and is reflected at the wafer surface. Upon re-entry into the prism, this beam interferes with the beam reflected at the base.

Die interferierenden Strahlen verlassen das Prisma durch die gegenüberliegende Seitenwand. Die daraus resultierende Interferogramm wird mittels einer CCD-Kamera aufgezeichnet. Das Prisma wird dann mittels eines Piezo-Aktuators in senkrechter Richtung verschoben. Dabei entsteht ein weiteres Inteferenzmuster, das aufgezeichnet wird. Insgesamt werden sieben verschiedene Interferogramme aufgezeichnet und ausgewertet, woraus sich ein radiales Profil der Oberflächentopographie ergibt.The interfering rays leave the prism through the opposite sidewall. The resulting interferogram is recorded by means of a CCD camera. The prism is then moved by means of a piezo actuator in the vertical direction. This creates another interference pattern that is recorded. In total, seven different interferograms are recorded and evaluated, resulting in a radial profile of the surface topography.

Bei Verwendung zweier Prismen kann der Edge Roll-off gleichzeitig an Vorder- und Rückseite des Wafers bestimmt werden. Der auf die Dicke bezogene Roll-off ergibt sich aus der Summe von vorder- und rückseitigem Roll-off.When using two prisms, the edge roll-off can be determined simultaneously on the front and back of the wafer. The thickness-related roll-off results from the sum of front and back roll-off.

Der Roll-off (ROA, Roll-off Amount) wird in einem Abstand von 0,5 mm, 1 mm, 2 mm und/oder 3 mm vom physischen Rand des Wafers bestimmt, indem bei einem Abstand von 0,5 mm, 1 mm, 2 mm und/oder 3 mm zum Rand der Scheibe die Abweichung zwischen einem gemittelten, radialen Querschnitt und einer durch Regression bestimmten Referenzlinie („Best Fit”, Polynom 3. Ordnung) ermittelt wird.The roll-off (ROA, Roll-off Amount) is determined at a distance of 0.5 mm, 1 mm, 2 mm and / or 3 mm from the physical edge of the wafer, at a distance of 0.5 mm, 1 mm, 2 mm and / or 3 mm to the edge of the disc, the deviation between an averaged radial cross-section and a regression-determined reference line ("best fit", 3rd order polynomial) is determined.

Die Messung des Randprofils erfolgt ganz bevorzugt mit dem WGI300 Messsystem von KoCoS Messtechnik AG, Korbach. The edge profile is measured with the WGI300 measuring system from KoCoS Messtechnik AG, Korbach.

Dabei handelt es sich um ein vollautomatisches Messsystem, mit dem die Kantenprofile von 300 mm Wafern mit höchster Präzision erfasst und geometrisch ausgewertet werden können. Der Wafer ist hierbei drehbar angeordnet, so dass die Profilmessung an beliebig vielen Positionen am Waferumfang erfolgen kann.It is a fully automatic measuring system with which the edge profiles of 300 mm wafers can be recorded with the highest precision and geometrically evaluated. In this case, the wafer is rotatably arranged so that the profile measurement can take place at any desired number of positions on the circumference of the wafer.

Das Gerät erlaubt die vollständige geometrische Charakterisierung der Waferkante im Bereich des Notches.The device allows the complete geometric characterization of the wafer edge in the area of the notch.

Die absolute Orientierung des eingelegten Wafers erfasst ein hochauflösendes Flächenkamerasystem, wobei der Notch als Bezugspunkt dient. Dadurch ist jede Profilmessung exakt reproduzierbar.The absolute orientation of the inserted wafer captures a high-resolution area camera system, whereby the notch serves as a reference point. This makes every profile measurement exactly reproducible.

Die sehr hohen Messgenauigkeiten werden durch die Verwendung von Lichtschnittsensoren mit extrem kurzen Linienlängen erreicht. Jeder dieser Sensoren ist so justiert, dass er ein Drittel des Gesamtprofils an einer Messposition erfasst. Die Software setzt diese 3 Teilprofile automatisch zu einem Gesamtprofil zusammen. Zur Erhöhung der Wiederholgenauigkeit wird die Profilmessung an jeder Messposition mehrfach wiederholt und entsprechend gemittelt.The very high measurement accuracies are achieved by using light section sensors with extremely short line lengths. Each of these sensors is adjusted to capture one third of the total profile at a measurement position. The software automatically compiles these 3 subprofiles into an overall profile. To increase the repeat accuracy, the profile measurement is repeated several times at each measuring position and averaged accordingly.

Mit Hilfe spezieller Algorithmen berechnet die Software aus diesen gemittelten Profilen jeweils die geometrische Kontur der Waferkante. Diese dient als Basis für alle weiteren geometrischen Auswertungen.Using special algorithms, the software calculates the geometric contour of the wafer edge from these averaged profiles. This serves as the basis for all further geometric evaluations.

Zur gezielten Erfassung auch geringster Profilverformungen führt das System einen umfassenden geometrischen Vergleich zwischen der ermittelten Kontur und einer hinterlegten Sollkontur durch, wobei der Toleranzbereich frei wählbar ist. Zu den Ergebnissen der umfangreichen Konturauswertungen zählen die für Waferkanten charakteristischen Längen, Radien und Winkel. Hierbei werden Genauigkeiten von bis zu ±1 μm bzw. ±0,2° erreicht.For targeted detection of even the smallest profile deformations, the system performs a comprehensive geometric comparison between the determined contour and a stored nominal contour, wherein the tolerance range is freely selectable. The results of the extensive contour evaluations include the characteristic lengths, radii and angles for wafer edges. Accuracies of up to ± 1 μm or ± 0.2 ° are achieved.

Die Aufsichtsmessung liefert die geometrischen Kennwerte des Notches. Die Beurteilung des Prüfteils erfolgt anhand der berechneten Parameter automatisch.The supervision measurement provides the geometric characteristics of the notch. The assessment of the test part is carried out automatically on the basis of the calculated parameters.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 3905162 [0008]
US 5400548 [0008]
EP 0955126 [0008]
DE 10344602 A1 [0011]
DE 102006032455 A1 [0011]
US6007407A [0012]
US 6599177 B2 [0012]
US 5989105 [0015, 0085]
US 2002-0077039 [0020]
US 2008-0305722 [0020]
DE 102007035266 A1 [0022]
US 5942445A [0027]
US 4655191 [0032]
EP 522542 A1 [0032]
DE 3942671 A1 [0032]
EP 433 956 A1 [0032]
DE 102009048436 [0046]
DE 19535616 A1 [0050]
DE 102006048218 A1 [0052]
DE 10007390 A1 [0071]
WO 92/13680 A1 [0080]
US 2005/227590 A1 [0080]
DE 102009030295 [0157]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

JIS R 6001: 1998 [0055]
JIS R 6001: 1998 [0057]

Claims

Process for producing a semiconductor wafer, comprising in the order given: (A) simultaneously two-sided material removing machining of the separated from a single crystal semiconductor wafer; (b) rounding the edge of the semiconductor wafer by means of a profile grinding wheel; (c) treating both sides of the semiconductor wafer with an alkaline medium; (d) polishing both sides of the wafer by means of polishing cloths containing firmly bonded abrasives having an average particle size of 0.1 μm to 1.0 μm; (e) polishing the edge of the wafer by means of a polishing cloth containing firmly bonded abrasive having a mean grain size of 0.1 μm to 1.0 μm; (f) double-side polishing of the wafer with an upper polishing pad on an upper polishing pad and a lower polishing pad on a lower polishing pad that does not include firmly bonded abrasive, with the front of the wafer being polished with the upper polishing pad while a polishing slurry containing abrasives is supplied; (g) polishing the edge of the wafer by means of a polishing cloth that does not contain abrasives and supplying a polishing agent suspension comprising abrasives; (h) chemical-mechanical polishing (CMP) of at least the front side.

The method of claim 1, wherein prior to step (a) a rounding of the edge of the separated from a single crystal wafer by means of a profile grinding wheel with coarse grain size, if it is at the same time erosive material machining in step (a) to a two-sided grinding with Läppkinematik is.

The method of claim 2, wherein the step of rounding the edge of the wafer by means of a profile grinding wheel in step (b) is a fine grain grinding wheel.

Method according to one of claims 1 to 3, wherein between step (e) and step (f), a geometric characterization of the edge and an outermost planar edge region of the semiconductor wafer, which immediately adjoins an edge of its edge.

Method according to one of claims 1 to 4, wherein between the edge polishing after step (g) and the CMP polishing after step (h) polishing of the back of the semiconductor wafer on a polishing cloth containing abrasive takes place.

A method according to any one of claims 1 to 5, wherein in step (f) an upper and a lower polishing cloth are used which have a regularly interrupted by channels surfaces, wherein the surface of the upper polishing cloth is less interrupted by channels than that of the lower polishing cloth ,

The method of any one of claims 1 to 6, wherein the polishing cloth used in step (d) comprises abrasives of SiO ₂ .