DD253706A1 - Verfahren zur herstellung von silicium-substraten - Google Patents

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DD253706A1
DD253706A1 DD29640786A DD29640786A DD253706A1 DD 253706 A1 DD253706 A1 DD 253706A1 DD 29640786 A DD29640786 A DD 29640786A DD 29640786 A DD29640786 A DD 29640786A DD 253706 A1 DD253706 A1 DD 253706A1
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polishing
silicon substrates
ethylenediamine
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DD29640786A
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Inventor
Johannes Reichel
Sieglinde Sevcik
Wolfram Lange
Fritz-G Kirscht
Rainer Wenzek
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Spurenmetalle Freiberg Veb Kom
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Abstract

Das Ziel der Erfindung, ein Verfahren fuer die Herstellung von Silicium-Substraten mit verbesserten Eigenschaften fuer ihren Einsatz in Bauelementetechnologien zu entwickeln, wird dadurch erreicht, dass beim chemisch-mechanischen Polieren der Substratscheibe, welches nach einem oder mehreren der bekannten Bearbeitungsschritte, Trennschleifen, Laeppen oder Aetzen, erfolgt, der Polierdruck und/oder die Temperatur der Polierplatte und/oder des Scheibentraegers im Vergleich zu ueblichen Bearbeitungsparametern erhoeht werden und/oder ein die Defektbildung foerdernder Polierzusatz, beispielsweise Ethylendiamin, verwendet wird. Letzteres wird dabei direkt oder in Form eines Poliermittelgemisches auf das Poliertuch getropft. Als Substratmaterial werden sowohl n-leitende, auch neutronendotierte, als auch p-leitende Scheiben, letztere vorzugsweise mit einem spezifischen Widerstand groesser 150 Ohm cm, verwendet. Die auf Basis der erfinderischen Loesung aufgebauten Bauelemente weisen bessere elektrische Eigenschaften infolge innerer Getterung auf.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Silicium-Substraten, die in Form von Scheiben für die Herstellung elektronischer Bauelemente eingesetzt werden.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Zur Herstellung von Silicium-Substraten aus Zonenfloating- und Czochralski-Kristallen ist folgende Bearbeitungsfolge typisch:
(1) Trennschleifen
(2) Läppen
(3) Ätzen
(4) Polieren
Sie wird vorzugsweise zur Erzeugung frontseitig hochebener Oberflächen ausgeführt.
Als Bearabeitungsschritt (4) hat sich allgemein ein chemisch-m.echanisches Polieren durchgesetzt, wobei die Frontseiten der Silicium-Substrate auf einem mit Kieselsol-Kalilauge-Gemisch als Poliermedium getränkten Poliertuch unter Druck bewegt werden. Dabei wird für eine gute Kühlung der mit dem Poliertuch versehenen Polierplatte und des Substratträgers, vorzugsweise mit Kühlwasser, gesorgt. Dieses Verfahren ist weitgehend bekannt. Bei der Durchführung läßt sich nicht immer eine genügend hohe Abtragsgeschwindigkeit und eine gute Qualität der Scheibenoberfläche erzielen. Um eine genügend hohe Abtragsgeschwindigkeit ohne Beeinträchtigung der Qualität der polierten Halbleiteroberfläche zu erreichen, wurden definiert Zusätze, wie Amine, dem Poliermittel zugegeben (WP 125140), wobei jedoch als Nachteil Mikrodefekte unter der polierten Oberfläche entstehen. Bisher wird der Polierprozeß so geführt, daß nur wenig oder keine Mikrodefekte entstehen (K. Kugimiya, Charakterization of Mechano-chemically Polished [111] Surface of Silicon Crystal by Diffuse X-Ray Scattering, J. Appl. Phys. 54 [1983] 2706). Deshalb werden meist nur wenig oder keine Polierzusätze eingesetzt.
Zur Erzeugung von zusätzlich rückseitig getterfähigen Oberflächen unterbleibt entweder der Bearbeitungsschritt (3), oder nach dem Bearbeitungsschritt (4) werden auf der Rückseite mechanische Störungen (5) oder getterfähige Schichten (6) aufgebracht. Im Falle von Czochralski-Silicium wird zusätzlich eine Wärmebehandlung bei T « 65O0C mit einer Dauer von 5 bis 15 Minuten nach oder bis zwei Stunden vordem Bearbeitungsschritt (1) ausgeführt, um züchtungsinduzierte Sauerstoff-Thermodonatoren (CS. Fuller and R.A.Logan, Journ. of Appl. Phys. 28, [1957] p. 1427-1436) zu vernichten. Eine in die Bearbeitungsfolge der Scheibenpräparation integrierte Hochtemperatur-Wärmebehandlung zum Zwecke zusätzlicher Scheibenreinigung wird ebenfalls angegeben (JP 59-25231,EP 0094302). Nachteilig hierbei ist, daß bei nachfolgender Kontamination im Zusammenhang mit dem Einsatz derartiger Scheiben in Bauelementetechnologien keine in-situ-Reinigung infolge Kontaminationsgetterung möglich ist. Dies trifft auch zu auf eine andere Verfahrensweise, bei der vor der Frontseitenpolitur von Substratscheiben eine Dispersionsbehandlung für Sauerstoff bei Temperaturen im Bereich 13000C bis 1400°C ausgeführt wird (JP 59-119842).
Ein zusätzlicher Nachteil liegt hier in der Gefahr, mit einer solchen Wärmebehandlung bereits eine zu hohe Konzentration von Verunreinigungen in die Scheiben einzuschleppen.
Die zur Realisierung innerer Getterung notwendigen Volumendefekte auf der Basis von Sauerstoff (Czochralski-Silicium) sowie defektverarmte Oberflächenbereiche von Prozeßscheiben werden im allgemeinen mittels mehrstufiger Wärmebehandlung unmittelbar vor oder in Verknüpfung mit Hochtemperatur-Prozeßschritten von Bauelementetechnologien erzeugt. Hierzu wird interstitieller Sauerstoff O] im Scheibenvolumen durch eine Nukleations-Wärmebehandlung im Temperaturbereich 4500C bis ' 85O0C zur Präzipitation angeregt, in oberflächennahen Scheibenbereichen jedoch bei T > 1 0000C ausdiffundiert. Insbesondere Langzeit-Nukleationsbehandlungen im Temperaturbereich 5500C bis 8000C führen zur Bildung unerwünschter sauerstoffbedingter „New Donors" (A.Kanamori and M.Kanamori, J. appl. Phys. Vol. 50, P. 8095,1979). Beschrieben ist eine Reihe von Wärmebehandlungen, basierend auf einer Temperaturfolge niedrig—> hoch (JP 58-116741, USP 4376657, JP 58-159334, JP 59-202640, JP 59-61932), wobei diese Wärmebehandlungsschritte jeweils entweder separat oder in Verknüpfung ausgeführt werden. In letzterem Fall werden definierte Aufheiz-und Abkühlraten angegeben, die effektive Nukleation — langsames Aufheizen und/oder Abkühlen — oder effektive Keimauflösung — schnelles Aufheizen — bewirken sollen (zum Beispiel USP 4437922) und so eine Steuerung des Defektprofils ermöglichen, insbesondere unter Einbeziehung der jeweils realisierten Temperaturen von Wärmebehandlungsschritten.
FürZonenfloating-Silicium wird ebenfalls eine mehrstufige Wärmebehandlung zur Steuerung von Defektbildung im Scheibenvolumen sowie von Defektverarmung an Scheibenoberflächen angegeben (K. Nauka, J. Lagowski, C. Gatos, Nat. Res. Symp. Proc. Vol.36, p. 175,1985). Die hier dargestellten Versuchsergebnisse werden interpretiert als Resultat von Präzipitation beziehungsweise Ausdiffusion von interstitiellen Silicium-Atomen, analog zu Sauerstoff bei Czochralski-Silicium. Nachteilig sind der hohe zeitliche Aufwand, hauptsächlich infolge der Nukleationsbehandlung, sowie die Notwendigkeit eines Hochtemperatur-Ausdiffusionsschrittes vor eingestellter Getterfähigkeit, zur Realisierung von defektverarmten Oberflächenbereichen. Als weiterer Nachteil ist zu verzeichnen, daß nachhaltige Gettereffizienz erst mit einer Defektwachstumsphase bei T > 1 0000C vorliegt. Letzteres trifft auch für die Gettereffizienz im Falle von Czochralski-Silicium zu.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Herstellung von Silicium-Substraten mit verbesserten Eigenschaften für ihren Einsatz in Bauelementetechnologien zur Qualitätsverbesserung und Ausbeuteerhöhung elektronischer Bauelemente zu entwickeln.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Silicium-Substraten auf der Basis von Zonenfloatin- und Czochralski-Silicium anzugeben, das es ermöglicht, defekthaltige Substratscheiben herzustellen, die im Verlaufe von Bauelementetechnologien mit Prozeßschritten bei T > 8500C getterfähige Volumendefekte ausbilden.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beim chemisch-mechanischen Polieren der Substratscheiben, welche entweder nach dem Bearbeitungsschritt Läppen oder nach dem Bearbeitungsschritt Ätzen erfolgt, der Polierdruck und/oder die Temperatur der Polierplatte und/oder des Scheibenträgers erhöht werden und/oder ein Zusatz zur Erhöhung der Polierrate, vorzugsweise Ethylendiamin, dem Poliermittel zugesetzt und/oder der Polierplatte separat zugeführt wird. Dabei entstehen im Oberflächenbereich der Frontseite Punktdefekte, die ins Scheibeninnere diffundieren und sich, besonders ausgeprägt in n-Silicium, in einer zur Rückseite hin abnehmenden Konzentration ausscheiden, so daß bis zu einer Tiefe von etwa 200 μΐη eine mit Strukturdefekten versehene Zone ausgebildet wird. Dies gilt prinzipiell auch für η-leitendes Silicium, vorzugsweise für hochohmiges Material mit einem spezifischen Widerstand oberhalb von 150 Ohm cm. Werden derartig präparierte Scheiben in Technologien zur Herstellung von mikroeiektronischen oder Leistungsbauelementen eingesetzt, so bildet sich infolge thermischer Prozeßschritte eine oberflächennahe defektverarmte Zone in Verbindung mit der Entwicklung von getterfähigen Volumendefekten aus.
Damit wird erreicht, daß bereits durch Änderung der Bearbeitungsparameter getterfähige Substratscheiben für unterschiedliche Bauelementeprozesse bereitgestellt werden, in weiten Grenzen unabhängig vom Züchtungsverfahren des Ausgangsmaterials für die Substratscheiben.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Beidseitig störfrei geätzte Siliciumscheiben aus Phosphordotierten, nach dem Zonenfloating-Verfahren gezogenen Einkristallen mit einem Durchmesser von 76mm und einem spezifischen Widerstand von 10 bis 20 Ohm cm werden einseitig chemischmechanisch poliert. Der spezifische Polierdruck beträgt 5OkPa, die Temperatur der Poliertuchoberfläche 500C, und es wird zusätzlich zum Poliergemisch aus Kieselsol, Kalilauge und Wasser auf die Polierplatte eine fünfprozentige Ethylendiamin-Lösung aufgetropft, wobei die Zuflußgeschwindigkeit im Verhältnis zu der des Poliermittels 10% beträgt. Der Polierabtrag beträgt 30pim. Nach dem Polierprozeß werden die Scheiben von der Trägerplatte abgesprengt und nach herkömmlichen Verfahren gereinigt. Die so hergestellten Substratscheiben besitzen 20 ^5 30μΐη unter der polierten Oberfläche. Mikrodefekte in einer Dichte von 106cm~2, die mittels selektiver Ätzung sichtbar gemacht werden können. Dabei erscheinen sie bei mikroskopischer Betrachtung als Hügel von einigen Mikrometern Durchmesser. Die Dichte dieser Mikrodefekte nimmt in Richtung der Scheibenrückseite ab und geht bei etwa 200/xm gegen Null.
Derartige Scheiben werden zur Herstellung von Leistungsbauelementen verwendet, wobei der erste Prozeßschritt der Technologie, bei 1100°C unter oxydierenden Bedingungen ausgeführt, zur Ausbildung einer defektverarmten Oberflächenzone in Verbindung mit weiterem Wachstum der mit der Scheibenpräparation gebildeten Defekte beziehungsweise Defektkeime im darunterliegenden Scheibenvolumen führt. Die so aufgebauten Bauelemente weisen verbesserte elektrische Eigenschaften infolge innerer Getterung auf.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Silicium-Substraten unter Anwendung bekannter Prozeßschritte, wie Trennschleifen, Läppen, Ätzen, Polieren, gekennzeichnet dadurch, daß beim chemischmechanischen Polieren der Substratscheibe, welches entweder nach dem Bearbeitungsschritt Trennschleifen oder nach dem Bearbeitungsschritt Läppen oder nach dem Bearbeitungsschritt Ätzen erfolgt, der Polierdruck und/oder die Temperatur der Polierplatte und/oder des Scheibenträgers im Vergleich zu üblicnen Bearbeitungsparametern erhöht werden und/oder ein die Defektbildung fördernder Polierzusatz, vorzugsweise Ethylendiamin, verwendet wird.
2. Verfahren zur Herstellung von Silicium-Substraten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Ethylendiamin, vorzugsweise in einer Konzentration von 0,2%, dem aus Kieselsol, Kalilauge und Wasser bestehenden Gemisch zugesetzt wird.
3. Verfahren zur Herstellung von Silicium-Substraten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Ethylendiamin direkt auf das Poliertuch, vorzugsweise in Form einer fünfprozentigen Lösung und mit einer Zuflußgeschwindigkeit von 10% im Verhältnis zu der des Poliermittels, aufgetropft wird.
4. Verfahren zur Herstellung von Silicium-Substraten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Ethylendiamin dem aus Kieselsol, Kalilauge und Wasser bestehenden Gemisch, vorzugsweise in einer Konzentration von 0,3%, zugesetzt und Ethylendiamin, vorzugsweise in Form einer fünfprozentigen Lösung und mit einer Zuflußgeschwindigkeit von 10% im Verhältnis zu der des Poliermittels, direkt auf das Poliertuch aufgetropft wird.
5. Verfahren zur Herstellung von Silicium-Substraten nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß als Substratmaterial η-leitende, insbesondere auch neutronendotierte Scheiben verwendet werden.
6. Verfahren zur Herstellung von Silicium-Substraten nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß als Substratmaterial p-leitende Scheiben verwendet werden, vorzugsweise mit einem spezifischen Widerstand oberhalb 150 Ohm cm.
DD29640786A 1986-11-19 1986-11-19 Verfahren zur herstellung von silicium-substraten DD253706A1 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0684638A3 (de) * 1994-05-24 1996-10-16 Shin Estu Handotai Company Lim Verfahren zur Erzeugung von Störstellen auf Plättchen.
US5783497A (en) * 1994-08-02 1998-07-21 Sematech, Inc. Forced-flow wafer polisher
DE19738732A1 (de) * 1997-09-04 1999-03-18 Wacker Siltronic Halbleitermat Neutronendotierte Siliciumscheiben

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