DE69627613T2

DE69627613T2 - Verfahren zur Rückgewinnung von Substraten

Info

Publication number: DE69627613T2
Application number: DE69627613T
Authority: DE
Inventors: Satoru Takada; Hidetoshi Inoue; Yoshihiro Hara
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1995-10-03
Filing date: 1996-10-02
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2016-10-03
Also published as: JP3247301B2; US5855735A; TW362250B; JPH09171981A; MY115213A; KR100236991B1; KR970023619A; EP0774776B1; EP0774776A2; DE69627613D1; EP0774776A3

Description

Die vorliegende Erfindungü betrifft ein Verfahren zum Wiederaufbereiten eines Wafersubstrats aus einem Halbleiterwafer, um einen wiederaufbereiteten Wafer zu ergeben, der eine Qualität aufweist, welche die Standards für Erstwafersubstrate erfüllt, die für die Herstellung von im Handel erhältlichen Halbleiterschaltkreisprodukten verwendet werden. Im speziellen bereitet das Verfahren dieser Erfindung gebrauchte Wafer mit einem minimalen Verlust an Waferdicke wieder auf, wobei die Wiedergewinnungen pro Wafer mehr als verdoppelt werden.
Halbleiterschaltkreishersteller benötigen zwei Qualitäten an kristallinen Siliciumwafern, um ihren Herstellungserfordernissen zu genügen: Wafer von „erster" Qualität zur Verwendung in der Konstruktion aktueller Halbleiterprodukte und Wafer von „Test"-Qualität zur Verwendung in der Vorbeurteilung von Herstellungsverfahren bezüglich ihrer zufriedenstellenden Leistung. „Erst"-Wafer werden mit der Maßgabe verkauft, höheren Qualitätsstandards als „Test"-Wafer zu genügen. „Test"-Wafer, die annäherungsweise Qualitätsstandards von „Erst"-Wafern aufweisen, werden von Halbleiterfirmen bevorzugt und zu höheren Preisen als „Test"-Wafer von Standardqualität verkauft. Ein typischer verwendeter Halbleiterwafer umfaßt ein Siliciumsubstrat mit in eine Waferoberfläche (im folgenden als aktive Oberfläche bezeichnet) implantierten und/oder eindiffundierten halbleitenden Komponenten. Dann werden Schichten von leitenden und isolierenden Materialien auf den implantierten oder diffundierten Oberflächen des Wafers gebildet.
Der hier verwendete Begriff „Oberflächenschichten" betrifft sowohl den implantierte und/oder diffundierte Komponenten aufweisenden Bereich des ursprünglichen Wafers als auch die auf der Oberfläche des ursprünglichen Wafers gebildeten oder abgeschiedenen Schichten. Der Begriff „Seite" unter Bezugnahme auf einen Wafer betrifft eine Oberfläche einer unteren Seite. Der Begriff „Kante" unter Bezugnahme auf einen Wafer betrifft die Oberflächen am Außenumfang oder der Kante des Wafers.
Das Wiederaufbereiten beinhaltet das Entfernen der Schichten und Bereiche des zugrundeliegenden Wafers, die implantiert oder diffundiert wurden. Gebrauchte Wafer, die zu einer Wiederaufbereitungsdienstleistungsfirma geschickt werden, weisen eine Mehrzahl von Oberflächen- und Suboberflächenstrukturen auf, die aus einer mannigfaltigen Auswahl an Materialien hergestellt sind. Einige Wafer wurden für eine Filmdickenübennrachung verwendet und weisen verschiedene Filmmaterialschichten auf der Oberfläche auf. Andere können Ausschuß aus einer Waferproduktherstellung sein und geschichtete Strukturen, Abfolgen, Zusammensetzungen und implantierte Materialien aufweisen, die sich von einem zum anderen Wafer unterscheiden.
Es gibt im Stand der Technik verschiedene Verfahren für die Wiederaufbereitung von Wafersubstraten aus gebrauchten Halbleiterwafern. Vor dieser Erfindung schwächten diese Verfahren die Wafer, was sie bruchanfälliger machte. Darüberhinaus entfernten sie eine solche große Materialmenge, daß nur eine bis drei Wiedergewinnungen pro Wafer erhältlich waren.
Das chemische Ätzen ist eine der am gebräuchlichsten Techniken, welche in den Wiederaufbereitungsverfahren des Standes der Technik verwendet werden. Das chemische Ätzen für kleinere Wafer kann aufgrund der relativen Einheitlichkeit und Einfachheit der Waferschichten nach Chargenverfahren erfolgen. Das Verfahren weist ernste Nachteile auf und ist für das Entfernen von Oberflächenschichten von Wafern mit größeren Durchmessern aufgrund ihrer komplizierteren Oberflächenstrukturen sowohl bezüglich der Schichtabfolgen als auch der Schichtzusammensetzungen ungeeignet. Die Entfernung von Mehrschichtfilmen durch chemisches Ätzen ist schwierig, da jede Materialschicht eine unterschiedliche Ätzchemikalie benötigt, was zu einem Mehrschrittverfahren führt, das speziell für jede einzelne Waferkonstruktion entworfen ist und für einen anderen Wafer mit einer unterschiedlichen strukturellen Abfolge und Zusammensetzung ungeeignet ist. Ätzverfahren für große Wafer werden somit Wafer für Wafer sequenziert und können mit Wafern großen Ausmaßes (15 cm (sechs Inches) und größer) nicht in einem Chargenverfahren durchgeführt werden.
Darüberhinaus kann jede der Schichten strukturiert sein, was zu einer Entfernungsrate eines Bereiches einer Schicht führt, die von einem anderen verschieden ist. Dies ergibt letztlich eine unregelmäßige Oberflächenstrukturierung in der Oberfläche der Grundschicht, die nicht vermieden werden kann. Es ist beispielsweise sehr schwierig, Wolframsilicid (WSi) durch chemisches Ätzen zu entfernen.
Ein Gemisch von Salpetersäure (HNO₃) und Flußsäure (HF) ist eine der Ätzzusammensetzungen, welche für die Wiederaufbereitung von Siliciumwafern verwendet werden. Oft wird Essigsäure zu dem Säuregemisch als ein Puffer zugegeben, um die Ätzrate für eine bessere Kontrolle der Schichtentfernung zu verringern. Obwohl das Gemisch für die Entfernung der meisten Film- und implantierten Materialien wirksam ist, ätzt es auch das Siliciumsubstrat des Wafers schnell und auf eine uneinheitliche Weise. Die Diffusion bestimmt die Reaktionsrate zwischen Silicium und dem Säuregemisch, was ein uneinheitliches Ätzen verursacht. Die Säuren werden schneller verbraucht, als sie durch die Diffusion ersetzt werden. Wenn der Waferdurchmesser groß ist, ist die Lösung in der Scheibenmitte verbraucht, da die Säurenanteile, welche aus der äußeren Scheibenumgebung diffundieren, verbraucht sind, bevor sie die Wafermitte erreichen. Das Ätzen in der Mitte ist somit langsamer als in der Umgebung, was die Mitte dicker als die äußeren Bereiche zurückläßt.
Die Uneinheitlichkeit ist sogar größer, wenn das Säuregemisch zur Entfernung von Fremdmaterialien von einem gebrauchten Siliciumwafer verwendet wird. Die meisten Fremdmaterialien, wie Oxidfilme und Nitride, werden langsamer als Silicium geätzt. Wenn ein gebrauchter Siliciumwafer in das Säuregemisch eingetaucht wird, beginnt das Säuregemisch, zuerst Material nahe des Umfangs zu. entfernen, und zu dem Zeitpunkt, wenn die Materialien in der Mitte entfernt werden, ist das Siliciumsubstrat der Chemikalie ausgesetzt und wird schneller geätzt, was den Umfangsbereich des wiederaufbereiteten Produkts dünner als die Mitte macht. Die Abweichung der Dicke kann so groß wie 20 bis 40 μm für 20 cm (acht Inches) Wafer sein. Das Produkt genügt nicht den Bedürfnissen des Kunden nach einem Wafer mit einheitlicher Dicke.
Das Läppen wird zum Entfernung von Oberflächenschichten bei der Herstellung von Wafern angewendet. In diesem Verfahren wird eine Werkstückoberfläche gegen eine rotierende Metallplatte gepresst, während eine Aufschlämmung von Schleifmittelteilchen zwischen der Werkstückoberfläche und der Platte eingebracht wird. Für doppelseitiges Läppen wird der Wafer zwischen ein Paar gegenüberliegender Metallplatten gepresst, die in entgegengesetzten Richtungen rotieren. Die Oberflächenentfernung findet statt, indem die Metalläpplatten, am üblichsten Gußeisenplatten, die Aufschlämmung über die Werkstückoberfläche bewegen, was eine Einwirkung auf die Werkstückoberfläche durch die Schleifmittelteilchen verursacht und Mikrosprünge in den Suboberflächenschichten der Werkstückoberfläche verursacht. Dieses Verfahren wird in dieser Anmeldung „Oberflächenentfernung im Läppbetrieb" genannt. Die unter Verwendung einer starren Platte auftretende starke Einwirkung verursacht tiefe Mikrosprünge an Suboberflächenbeschädigung auf der Werkstückobertläche.
Für Halbleiterwafer ist die durch Läppen verursachte Suboberflächenbeschädigung nachteilig für die Waferqualität, wenn sie im Endprodukt verbleibt, da Mikrosprünge eine Quelle für Teilchen und Verunreinigung sein können. Die Entfernung der Mikrosprünge von der Werkstückoberfläche durch chemisches Ätzen und Polieren ist notwendig, um eine akzeptable Oberfläche vorzuweisen. Die Menge an in diesem Schritt entferntem Material ist durch die Tiefe der tiefsten Mikrosprünge bestimmt.
Das Läppen wird üblicherweise in der Herstellung von Erstsiliciumwafern verwendet, worin es zur Verringerung der Dicke einer Scheibe von einem Einkristallblock zu einer bestimmten Dicke verwendet wird. Eine Verringerung der Dicke bei einer Schneidrate so hoch wie 5 bis 10 Mikrometerlmin ist für eine wirksame Herstellung notwendig.
Wafer können auch prinzipiell durch das Läppen wiederaufbereitet werden. Im Gegensatz zum chemischen Ätzen entfernt das Läppen verschiedene Fremdmateri alien auf der Waferoberfläche in einem einzelnen Schritt, der von der Struktur, Strukturierung und Zusammensetzung der Schichten unabhängig ist. Es wird jedoch eine tiefe Suboberflächenbeschädigung während der herkömmlichen Läppentfernung der Oberflächenschichten verursacht, was zu einer übermäßigen Verringerung der Dicke führt, welche wirtschaftlich nicht erwünscht ist, da sie die für jeden Wafer erhaltene Cyclenanzahl verringert. Die Erfordernisse der Industrie werden nur von Wafern erfüllt, welche eine gewisse Mindestdicke aufweisen.
Das Läppen entfernt Materialien von den oberen und unteren Waferoberflächen, wobei geschichtete Materialien auf der Waferkante zurückbleiben. Eine Entfernung der Kantenmaterialien durch chemisches Ätzen nach dem Läppen ist aufgrund der vorstehend genannten Nachteile chemischer Ätzverfahren unerwünscht.
Das Polieren ist ein Oberflächenentfernungsverfahren, welches zum einseitigen Polieren das Pressen einer Werkstückoberfläche gegen einen rotierenden Ballen beinhaltet, während eine Aufschlämmung von Schleifmittelteilchen zwischen den Ballen und die Werkstückoberfläche eingebracht wird. Für doppelseitiges Polieren wird der Wafer zwischen ein Paar gegenüberliegender Ballen gepresst, die in entgegengesetzten Richtungen rotieren. Der Ballen hält kleine Schleifmittelteilchen in seiner Oberflächenstrukturierung zurück und überträgt die Teilchen durch die Rotationsbewegung auf die Werkstückoberfläche. Die Werkstückoberfläche wird durch die Schleifmittelteilchen entfernt, indem sie die Oberfläche des Werkstückes „abschälen". Auf diesen Sachverhalt wird sich in dieser Anmeldung als „Oberflächenentfernung im Polierbetrieb" bezogen. Die Abschälwirkung des Schleifmittels verursacht eine Suboberflächenbeschädigung mit geringerer Tiefe als die Läppschleifmittelwirkung.
Mechanisch-chemisches Polieren beinhaltet die Zugabe verschiedener Chemikalien zu der Schleifmittelpolieraufschlämmung. Diese Chemikalien sind auf die zu polierenden Materialien abgestimmt, um Atombindungen an der Oberfläche des Werkstückes zu brechen oder zu schwächen und die Abschälwirkung der Teilchen zu unterstützen. Das Polieren von Siliciumwafern verwendet sehr kleine, weniger als ein Mikrometer messende Teilchen von kolloidalem Siliciumdioxid zusammen mit ver schiedenen Chemikalien, einschließlich Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH) und Alkaloide. Das einseitige Polieren ist eine übliche Art zum Polieren von Siliciumwafern. Die Wirkungsweise des Polierens ist, die durch den vorhergehenden Läppschritt verursachten Suboberflächenbeschädigung zu enfernen und die Oberfläche zu einem Spiegelfinish zu glätten.
Das Polieren wird als ein letzter Schritt in der Waferwiederaufbereitung für denselben Zweck wie zur Herstellung von Erstwafern verwendet, was bedeutet, die Oberfläche eines geläppten und/oder geätzten Wafers zu einem Spiegelfinish zu glätten. Vor dieser Erfindung wurde die Enfernung von Fremdmaterialien von gebrauchten Wafern nicht verwendet, da die herkömmlichen Polierverfahren nicht ausreichend aggressiv genug waren, um die Mehrzahl an Schichten zu entfernen, die gewöhnlich durch die gebrauchten Wafer vorgelegt werden. Das Polieren zu einem Spiegelfinish ist ein herkömmlicher letzter Schritt zur Herstellung von Erstwerkstückoberflächen aus Silicium für die Abscheidung und Implantierung.
Es wurde beobachtet, daß die Entfernung der tieferen, durch das Schleifen und Läppen eingeführten Gitterdefekte eine wesentliche Verringerung der Waferdicke notwendig macht. Das chemische Ätzen zur Entfernung dieser tiefen Gitterdefekte führt große, geometrisch geformte Vertiefungen (sogenannte „Ätzgrübchen") aufgrund von Ätzratenunterschieden zwischen den unterschiedlichen Facetten des Siliciumkristalles ein. Die große Ätzgrübchengröße ist ein Ergebnis einer tiefen Suboberflächenbeschädigung oder von Mikrosprüngen. Ein geläppter oder geschliffener Wafer wird zu einer Tiefe geätzt, welche die Suboberflächenbeschädigung oder die Mikrosprünge entfernt. Der sich ergebende Wafer weist große Ätzgrübchen auf beiden Seiten auf. Mindestens eine der Seiten mit Ätzgrübchen wird in dem anschließenden Polierschritt zu einem Spiegelfinish poliert. Die Polierentfernung muß ausreichendes Material entfernen, um die Tiefe der Ätzgrübchen zu überschreiten. Die Grübchengröße bestimmt somit die Verringerung der Dicke während des Polierschrittes. Mit den vor dieser Erfindung bekannten Wiederaufbereitungsverfahren weisen die Ätzgrübchen eine Breite von über etwa 20 μm und eine entsprechende unerwünschte Tiefe auf.
Erstwafer werden aus dickeren Rohlingen oder von einem Block durch Sägen in Scheiben geschnittenen Rohwafern hergestellt, was eine unvermeidliche Suboberflächenbeschädigung verursacht. Die Ätzgrübchengröße ist kein größeres Problem bei der Herstellung von Erstwafern, da die Rohwafer deshalb mit ausreichender Dicke hergestellt werden, um eine gewünschte Enddicke nach dem Abschluß der Schleif-, Ätz- und Polierschritte, welche alle Suboberflächenbeschädigungen entfernen, herzustellen.
In dem wiederaufbereiteten Wafer bedeuten tiefe Ätzgrübchen auf einer Seite jedoch, daß eine große Materialmenge entfernt werden muß, um eine polierte Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite bereitzustellen. Wenn beide Seiten poliert werden, ist der Verlust an Dicke verdoppelt. Dies schränkt die durch das Wiederaufbereiten erhaltene Wiedergewinnungsanzahl stark ein.
Das U.S. Patent 3,559,281 offenbart ein Verfahren zum chemischen Ätzen, um eine epitaxiale Grundschicht überlagernde, leitende und isolierende Schichten zu entfernen, und die Vorbereitung der Rückseite des Wafers zur Verwendung als eine zu bearbeitende Oberfläche durch chemisches Ätzen, gefolgt von Polieren. Das mechanische Entfernen der nicht-gewollten Schichten wird nicht empfohlen, da es dazu neigt, „den Wafer und die eptaxiale Schicht mechanisch zu belasten und zu schwächen".
Das U.S. Patent 3,923,567 offenbart auch ein Waferwiederaufbereitungsverfahren, welches das chemische Ätzen zur Entfernung von Oberflächenschichten umfaßt. Dies wird von einem Oberflächenschleifen gefolgt, um Gitterdefekte für Getter- bzw. Fangzwecke einzuführen.
Das U.S. Patent 3,905,162 offenbart Schleifverfahren zur Einführung von Gitterdefekten in fertiggestellte Wafer für Getterzwecke.
Das U.S. Patent 4,869,779 offenbart eine Waferpoliervorrichtung und ihre Arbeitsweise.
Das U.S. Patent 5,131,979 offenbart ein Waferwiederaufbereitungsverfahren, welches das Abtragen der Schichten, um die ursprüngliche Waferoberfläche freizulegen, durch chemisches Ätzen alleine oder mechanisches Schleifen, gefolgt von chemischem Ätzen, umfaßt. Die Waferkante wird durch das Runden der Kante entfernt. Die Oberfläche wird dann glattpoliert und thermisch behandelt, um die Oberfläche frei von Gitterdefekten zu machen und innere Gitterdefekt-Getterplätze zurückzulassen.
Das Schleifen wird verwendet, um Oberflächenschichten zu entfernen und vorsätzlich tiefe Gitterdefekte zum Gettern in der Siliciumstruktur einzuführen. Mit der höheren Reinheit von gegenwärtig verfügbaren Siliciumwafern wird das Gettern nicht länger benötigt und die Gitterdefekte sind unerwünscht.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Halbleiterwafern mit einer minimalen Verringerung der Waferdicke bereitzustellen, wodurch der Wafer öfter wiedergewonnen werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Wiedergewinnung von Halbleiterwafern bereitzustellen, das eine Rückseite, die frei von Gitterdefekten ist, und Endätzgrübchen aufweist, die kleiner sind, und eine Rückseite ergibt, die eine niedrigere Rauigkeit als herkömmlich wiedergewonnene Wafer aufweist.
Zusammenfassend umfaßt das Verfahren dieser Erfindung ein Substrat mit Oberflächenschichten darauf, wobei das Verfahren die Schritte (a) des Entfernens von Oberflächenschichtmaterialien von mindestens einer der Vor- und Rückseiten des Wafers durch Einführen von Mikrosprüngen in der Oberfläche unter Verwendung eines Drehballens und einer Schleifmittelaufschlämmung, wobei der Ballen ein organisches Polymer umfaßt, welches eine Härte größer als 40 auf der Shore D Skala aufweist, bevorzugt bis alle Oberflächenschichtmaterialien entfernt sind, und (b) des chemischen Ätzens der Waferoberflächen, bis alle Mikrosprünge von ihnen entfernt sind, umfaßt.
Bevorzugt geht dem Verfahren der zusätzliche Schritt des mechanischen Entfernens aller Oberflächenschichtmaterialien von der Waferkante voraus, wobei das Substrat freigelegt zurückbleibt. Ein bestmögliches Verfahren zur Entfernung der Waferkante ist durch relative Bewegung eines die Waferkante kontaktierenden Schleifbandes. Bevorzugt umfaßt. das Schleifband Schleifmittelteilchen, welche an die Oberfläche des Bandes angehaftet bzw. gebunden sind, und die Schleifmittelteilchen sind aus der Gruppe, bestehend aus Siliciumcarbid, Aluminiumoxid und Gemischen davon, ausgewählt und weisen eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 6 μm auf.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Endwiedergewinnungswafers beinhaltet den zusätzlichen Schritt (c) des Polierens mindestens einer der Vorder- und Rückseiten des Wafersubstrats. Wenn eine der Waferoberflächen Lasermarkierungspunkte und/oder -rillen aufweist und die andere Oberfläche keine Markierungspunkte und/oder -rillen aufweist, ist die polierte Oberfläche eine Oberfläche ohne Markierungspunkte oder -rillen.
In dem bevorzugten Verfahren enthält die Schleifmittelaufschlämmung mehr als 6 Volumenprozent Schleifmittelteilchen und die Schleifmittelaufschlämmung weist eine Viskosität von größer als etwa 2 cP bei Raumtemperatur auf. Die Schleifmittelteilchen in der Aufschlämmung sind Teilchen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zirkoniumoxid, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid und Gemischen von zwei oder mehreren davon. Die durchschnittliche Größe der Schleifmittelteilchen liegt in dem Bereich von etwa 5 bis 16 μm.
Der Ballen umfaßt ein organisches Polymer, das eine Härte größer als 40 auf der Shore D Skala aufweist, bestenfalls ein Polyurethan. Der Druck des Ballen gegen die Waferoberfläche überschreitet bevorzugt 21 kPa (3 psig) nicht.
Bevorzugt beinhalt der chemische Ätzschritt das Aufbringen einer 20 bis 45 Gew.-% Kaliumhydroxid enthaltenden wäßrigen Ätzlösung mit einer Temperatur von 50 bis 100°C auf die Waferoberfläche. Eine saure Lösung kann nach dem Aufbringen der Kaliumhydroxidlösung auf die Waferoberfläche aufgebracht werden. Die saure Lösung kann von etwa 50 bis etwa 100 Gew.-% Phosphorsäure enthalten und eine Temperatur von etwa 40 bis etwa 140°C aufweisen.
In dem bevorzugten Verfahren ist die Gesamtverringerung der Dicke des Wafers während der Wiedergewinnungsverarbeitung nicht größer als 30 μm.
Zusammengefaßt weist ein wiedergewonnener Siliciumwafer dieser Erfindung eine mattierte Seite und eine polierte Seite auf, wobei die mattierte Seite Ätzgrübchen aufweist, die 20 μm in der Breite nicht überschreiten. Die Oberfläche der mattierten Seite weist bevorzugt eine Rauhigkeit, die 5 μm nicht überschreitet, und eine Rauhtiefenrauhigkeit, die 5 μm nicht überschreitet, auf. Bevorzugt liegen jegliche Lasermarkierungen des ursprünglichen Wafers auf der mattierten Waferseite vor.
Bevorzugt ist die Dicke des wiedergewonnenen Siliciumwafers um nicht mehr als 30 μm dünner als die des unbearbeiteten Wafers, um eine Höchstanzahl an Wiedergewinnungen zu erlauben. Mit anderen Worten, für einen Wiederaufbereitungscyclus sollte der wiederaufbereitete Wafer eine Dicke, welche nicht mehr als 30 μm dünner als die Standarddicke eines Erstwafers des gleichen Durchmessers sein sollte, und eine mattierte Oberfläche aufweisen, die Ätzgrübchen aufweist, welche in der Breite 20 μm nicht überschreiten.
1 ist eine Teilquerschnittszeichnung eines gebrauchten Wafers vor der Wiedergewinnung.
2 ist eine Teilquerschnittszeichnung eines Wafers gemäß 1 nach der Entfernung der Endschichten.
3 ist eine Teilquerschnittszeichnung eines Wafers gemäß 2 nach der Entfernung von Oberflächenschichten.
4 ist eine Teilquerschnittszeichnung eines Wafers gemäß 3 nach dem chemischen Ätzen.
5 ist eine Teilquerschnittszeichnung eines Wafers gemäß 4 nach dem Polieren einer der Oberflächen.
6 ist eine Mikrophotographientafel, welche zeigt, daß der Übergang von einer Entfernung im Polierbetrieb zu einer Entfernung im Läppbetrieb eine Funktion der Schleifmittelgröße und des Druckes ist.
7 ist eine graphische Darstellung, welche die Schleifmittelgröße mit die Tiefe der Suboberflächenbeschädigung der vorliegenden Erfindung und des herkömmlichen Läppens vergleicht.
8 ist eine Mikrophotographientafel, welche die Entwicklung von Ätzgrübchen während des Ätzschrittes eines nach dem Verfahren dieser Erfindung verarbeiteten Wafers, verglichen mit der Entwicklung von Ätzgrübchen im gleichen Verfahren mit einem herkömmlich geläppten Wafer, zeigt.
9 ist eine schematische Darstellung der Suboberflächenbeschädigung durch den Ballen und das Schleifverfahren dieser Erfindung.
10 ist eine schematische Darstellung von Suboberflächenschaden durch herkömmliches Läppen.
Das Verfahren dieser Erfindung entfernt mechanisch Fremdmaterialien von den Vorder-, Rück- und Kantenseiten eines gebrauchten Wafersubstrats, während eine minimale Beschädigung auf die Vorder- und Rückseiten des Substrats eingeführt wird, um einen neuen, besseren wiederaufbereiteten Wafer zu ergeben.
Das Produktverfahren dieser Erfindung wird im folgenden mit Bezugnahme auf Siliciumhalbleitermaterialien zu Zwecken der Klarheit der Darstellug, nicht zur Einschränkung, beschrieben. Es ist offensichtlich, daß das Verfahren auch zur Wiederaufbereitung von aus anderen Materialien wie Galliumarsenid, Saphir, Gadolinium-Gallium-Granat, Indiumphosphid und dergleichen hergestellten Wafern angewendet werden kann, und Wiederaufbereitungsverfahren dieser Alternativmaterialien werden als vollständig innerhalb des Umfangs dieser Erfindung betrachtet.
Im allgemeinen beinhaltet das vollständige Verfahren die Schritte

a) des mechanischen Entfernens von Materialien von der Kante eines gebrauchten Wafers,
b) des Entfernens von Materialien von den Vorder und Rückseiten des Wafers durch Einführen von Mikrosprüngen in der Waferoberfläche durch die Wirkung eines Drehballens und einer Schleifmittelaufschlämmung, wobei der Ballen ein organisches Polymer umfaßt, welches eine Härte von größer als 40 auf der Shore D Skala aufweist,
c) des chemischen Ätzens der gesamten Oberfläche einschließlich der Kante und
d) des Polierens mindestens einer der Vorder- und Rückseiten.

1 ist eine Teilquerschnittszeichnung eines gebrauchten Wafers vor der Wiedergewinnung und 2 ist eine Teilquerschnittszeichnung eines Wafers gemäß 1 nach der Entfernung der Endschichten. Das Substrat 2 weist eine oder mehrere Schichten 4 auf seiner Oberfläche auf. Es kann auch implantierte Bereiche 6 und Lasermarkierungen 8 in der Oberfläche aufweisen.
In dem ersten Schritt werden die Filmmaterialien 10, welche die Kante des Wafersubstrats bedecken, durch ein mechanisches Mittel wie Schleifen oder Bandpolieren entfernt, um eine Waferkante 12 mit vollständig offengelegtem Substratmaterial bereitzustellen. Das Bandpolieren ist ein bevorzugtes Verfahren für diesen Verfahrensschritt, da es eine bessere Kontrolle für eine kleine, einheitliche Entfernung entlang der umlaufenden Kante bereitstellt. In diesem Verfahrensschritt tritt keine Verringerung der Waferdicke auf.
Die derzeit verfügbaren Kantenschleifmaschinen sind für das Schleifen der Kanten von aus einem Silicium (Si)-block abgeschnittenen Wafern entworfen. Diese Schleifmaschinen sind normalerweise lagekontrolliert. Mit anderen Worten, der Schleifstein wird in einem bestimmten Abstand von der Mitte der sich drehenden Spindel positioniert, auf welcher der Wafer angeordnet ist, und schleift den Bereich des Wafer ab, der diesen eingestellten Abstand überschreitet.
Der Durchmesser der so geschnittenen Wafer ist um hunderte Mikrometer größer als der fertiggestellte Durchmesser, um einen Bedarf nach einer genauen Positionierung der hereinkommenden Wafers, genau auf der Spindel zentriert, zu vermeiden.
Da andererseits Aufbereitungswafer nur eine minimale Menge an Kantenentfernung erfordern, muß der Kantenschleifer die Fähigkeit aufweisen, die Wafermitte genau auf der Mitte der sich drehenden Spindel anzuordnen, so daß die Kante des Schleifsteins immer in einer kleinen konstanten Entfernung von der Waferkante angeordnet ist. Im Moment ist keine Schleifmaschine mit einer solchen genauen Positionierungsfähigkeit verfügbar. Es ist jedoch technisch möglich, bestehende Kantenschleifer mit einer solchen Fähigkeit auszustatten.
Das Bandschleifen ist ein anderes Verfahren für das Entfernen von Kantenmaterial. Die Poliermaschine arbeitet normalerweise in einem Druckkontrollbetrieb. Mit anderen Worten, ein Schleifband wird in Punktkontakt mit einer sich drehenden Waferkante gebracht und es wird ausreichender Druck von der Bandrückseite her angelegt, um die Schleifmittelteilchen auf dem Band zur Kontaktierung und Entfernung der Waferkante zu bringen. Dieses Verfahren, welches ursprünglich entworfen wurde, um einen spiegelartigen Schliff auf der Erstwaferkante bereitzustellen, stellt eine gute Kontrolle für die Entfernung eines kleinen Bereiches (10 bis 20 μm) von der Kante bereit.
Um die Entfernung aller Materialien auf der Kante sicherzustellen, ist es bevorzugt, Bänder mit Siliciumcarbid- und/oder Aluminiumoxid (Al₂O₃)-schleifmittelteilchen zu verwenden, welche einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 6 μm oder größer oder bevorzugt 10 μm oder größer aufweisen. Schleifmittelteilchen, die kleiner als diese Größe sind, können gelegentlich einen Rest harter Filme wie Nitride zurücklassen.
Der durch ein solches Band bearbeitete Wafer weist eine Rauhigkeitseigenschaft von Rillen bzw. Schrammen mit geringer Tiefe auf, welche in der umlaufenden Richtung auf oder in der Kante als ein Artefakt des Polierens unter Verwendung eines groben Schleifbandes verlaufen.
3 ist eine Teilquerschnittszeichnung eines Wafers gemäß 2 nach der Entfernung von Oberflächenschichten, wobei die ursprüngliche Wirkoberfläche 14 des Substrats freigelegt ist. In dem zweiten Schritt werden Mikrosprünge in den Oberflächenschichten 14 eingeführt. Wie vorstehend beschrieben, ist dieser Schritt ein einzigartiges Verfahren zur Oberflächenentfernung, welcher für die Freilegung von Substratmaterial in dem Wiederaufbereitungsverfahren bestimmt ist. Der Verfahrensschritt ist gestaltet, nur 2 bis 5 μm der Dicke von dem ursprünglichen Wafer zu entfernen. Dieses einzigartige Ergebnis wird durch die kombinierte Wirkung der Schleifmittelaufschlämmung und des Ballens in diesem einzigartigen Verfahrensschritt dieser Erfindung erreicht.
Der in diesem Verfahrensschritt verwendete Ballen ist härter als 40 (Shore D Skala), um die Einwirkung von Schleifmittelteilchen gegen die Waferoberfläche sicherzustellen. Ein Polyurethanbogen ist ein Beispiel für ein geeignetes Ballenmaterial für diesen Zweck.
Die Aufschlämmung sollte eine Schleifmittelteilchenkonzentration aufweisen, die ausreichend hoch ist, die „Oberflächenentfernung im Läppbetrieb" zu bewirken. Wenn die Schleifmittelkonzentration niedriger ist, neigt die Oberflächenentfernung dazu, in den „Polierbetrieb" überzugehen, was Kratzer auf der Oberfläche zurücklässt.
6 ist eine Mikrophotographie der durch Aufschlämmungen, die verschiedene Schleifmittelkonzentrationen aufweisen, bearbeiteten Waferoberflächen. Sie zeigt, daß der Übergang von der Entfernung im Polierbetrieb zu der Entfernung im Läppbetrieb eine Funktion der Schleifmittelgröße ist. Wie in den Mikrophotographien gezeigt, neigt die Waferoberfläche, welche durch eine Aufschlämmung mit niedrigerer Konzentration bearbeitet wurde, dazu, Kratzer aufzuweisen, was auf die „Oberflächenentfernung im Polierbetrieb" hindeutet, während die Oberfläche, welche durch eine Aufschlämmung mit hoher Konzentration bearbeitet wurde, viele Mikrosprünge aufweist, was auf die „Oberflächenentfernung im Läppbetrieb" hindeutet. Der Übergang von dem „Polierbetrieb" zu dem „Läppbetrieb" tritt bei der Aufschlämmungsvolumenfraktion von 6% auf. Wie auch in den Mikrophotographien gezeigt, neigt ein angelegter Druck von höher als 21 kPa (3 psig) dazu, eine Entfernung im Polierbetrieb zu bewirken. Es ist bevorzugt, einen Druck von niedriger als 21 kPa (3 psig) anzulegen.
Die Viskosität der Aufschlämmung sollte höher als 2 cP bei Raumtemperatur sein, so daß die Aufschlämmung den Wafer von der Ballenoberfläche unter dem ausgeübten Druck wegtreiben kann und eine ausreichende Schleifmittelteilchenmenge zwischen die gegenüberliegenden Oberflächen des Ballens und des Wafers speisen kann. Aufschlämmungen mit niedrigerer Viskosität neigen dazu, eine Erschöpfung von Schleifmittelteilchen zwischen dem Ballen und dem Wafer zu bewirken und das Verfahren hin zu dem Polierbetrieb zu verlagern, wobei die Waferoberfläche durch Verkratzen verschlechtert wird. Die Viskosität wird durch das Mischverhältnis von Schleifmittel, Wasser und anderen Additiven, einschließlich Glycerol, kontrolliert.
Eine Vielfalt an Materialien kann für die Schleifmittelteilchen verwendet werden. Die Teilchen müssen eine ausreichende Härte aufweisen, um die auf der Waferoberfläche geschichteten Fremdmaterialien zu durchbrechen, mit der Maßgabe, daß die Aufschlämmung den Anforderungen der Volumenfraktion und der Viskosität, wie vorstehend beschrieben, genügt. Zirkoniumoxid (ZrO₂)-, Siliciumcarbid (SiC)- und Aluminiumoxid (Al₂O₃)-Teilchen und ihre Gemische sind Beispiele für geeignete Schleifmittelteilchen für dieses Verfahren.
7 veranschaulicht die Tiefe der Suboberflächenbeschädigung von Wafern, welche durch Aufschlämmungen, die verschiedene Schleifmittelgrößen aufweisen, bearbeitet wurden. Die Teilchengröße des Schleifmittels beeinflußt auch die Tiefe der Suboberflächenbeschädigung. Die Suboberflächenbeschädigungstiefen der unter Verwendung der gleichen Aufschlämmungen geläppten Wafer sind zum Vergleich einbezogen. Die Suboberflächenbeschädigungstiefen wurden durch das Po lierschrittverfahren bewertet.
Es sollte angemerkt werden, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung für jegliche Schleifmittelgröße immer eine geringere Schadenstiefe als das herkömmliche Läppen ergibt. Um die Schadenstiefe zu weniger als 10 μm beizubehalten, ist es bevorzugt, Schleifmittelteilchen zu verwenden, die kleiner als 16 μm im durchschnittlichen Durchmesser sind.
Im Fall des Läppens neigt jegliches Schleifmittel von kleiner als 6 μm dazu, Kratzer zu verursachen, und macht es schwierig, eine kratzertreie, einheitlich mattierte Oberfläche herzustellen. Die vorliegende Erfindung macht es möglich, eine solche kratzerfreie, einheitlich mattierte Oberfläche mit weniger als 10 Mikrometern Oberflächenbeschädigungstiefe herzustellen.
Jegliche Ein- oder Doppelseitenmaschine, die für herkömmliches Läppen oder Polieren entworfen wurde, kann verwendet werden, obwohl eine Doppelseitenmaschine bevorzugt ist, da die Wiederaufbereitung von gebrauchten Wafern eine komplette Freilegung von Substratmaterial auf den Vorder- und Rückseiten erfordert.
Es ist ersichtlich, daß der Verfahrensschritt (b) dieser Erfindung einen Ballen (oder ein Ballenpaar) im Gegensatz zu dem Läppverfahren einsetzt, das eine Metallplatte (oder ein Plattenpaar) verwendet. Die Schleifmittelteilchen in der Aufschlämmung werden eher durch den Ballen als durch die Metallplatte wie im Fall des Läppens gegen die Waferoberfläche gestoßen. Der Ballen schwächt die Einwirkungskraft ab und verringert die Tiefe der Suboberflächenbeschädigung. Der resultierende Wafer weist eine deutlich flachere Suboberflächenbeschädigung als verglichen mit einer durch herkömmliches Läppen verusachten auf.
Die Dickenverringerungsrate (oder Entfernungsrate) mit diesem Verfahren beträgt weniger als 2 μm/min und ist deutlich langsamer als die des herkömmlichen Läppens. Die langsame Entfernungsrate ist vorteilhaft für die Waferwiederaufbereitung, da der primäre Zweck dieses Verfahrensschritts die Entfernung von Fremdmaterialien wie Filmen und Dotierungen auf dem Wafersubstrat und die Freilegung des Substratmaterials mit einem minimalen Verlust an Dicke ist. Die zur Beseitigung dieser Fremdmaterialien benötigte Entfernungstiefe ist sehr klein (normalerweise weniger als 5 μm). Das Läppverfahren mit seiner hohen Entfernungsrate (typischerweise 5 bis 20 μm/min) bietet keine ausreichende Kontrolle für eine solche kleine Entfernung. Es neigt dazu, nicht nur die geschichteten Fremdmaterialien von der Oberfläche zu entfernen, sondern auch eine wesentliche Menge an Wafersubstratmaterial zu entfernen.
Obwohl dieser Verfahrensschritt einen Ballen und eine Aufschlämmung einsetzt, ist das Verfahren ziemlich unterschiedlich vom herkömmlichen Polieren. Dieser Entfernungsschritt beruht eher auf dem Mikrosprung auf der Oberfläche (Läppbetrieb) als im Schaben der Oberfläche (Polierbetrieb).
Der Unterschied zwischen den zwei Oberflächenentfernungsbetriebsarten ist aus einer Untersuchung der Waferoberflächen offensichtlich. Die durch das Verfahren dieser Erfindung bearbeiteten Wafer zeigen eine glanzlose, getrübte (oder mattierte) Oberflächenbeschaffenheit, während die durch herkömmliches Polieren bearbeiteten Wafer eine glänzende Oberfläche zeigen. Mikroskopisch ist die Morphologie der ersteren Oberfläche durch flache Mikrosprünge beherrscht, während die letztere Oberfläche vollständig oder fast eigenschaftslos mit gelegentlich flachen Kratzern ist. Kratzer sind die Artefakte der Schälwirkung durch Schleifmittelteilchen.
Da die Rückseite eines Wafers zu einer einheitlich „mattierten" Oberflächenbeschaffenheit fertiggestellt werden soll, müssen die Verfahrensparameter dieses Schrittes sorgfältig kontrolliert werden, um eine solche Oberfläche bereitzustellen. Eine Spiegeloberfläche oder eine durch einen Polierbetrieb verursachte verkratzte Oberfläche ist schädlich, da die Rückseite von der zu bearbeitenden Oberfläche durch die mattierte Oberflächenbeschaffenheit unterschieden wird.
Die Abfolge der Kantenentfernung und der Oberflächenschichtentfernung kann umgedreht werden. Jedoch geht die Kantenentfernung bevorzugt der Oberflächenschichtentfernung voraus.
Wafer werden durch die Schleifmittelaufschlämmung während und nach dem Oberflächenentfernungsschritt stark verschmutzt und sollten sofort zum nächsten Verfahrensschritt überführt werden, in dem die Wafer gereinigt und chemisch geätzt werden.
4 ist eine Teilquerschnittszeichnung eines Wafers gemäß 3 nach dem chemischen Ätzen.
Wenn die Fremdmaterialien des gebrauchten Wafers erst einmal entfernt worden sind und die Substratoberfläche, einschließlich der Kante, durch die vorherigen Schritte freigelegt wurde, ist der Wafer für das chemische Ätzen bereit. Das Ziel des Ätzens ist es, kleinere Sprünge, Gitterdefekte und aus den vorhergehenden Verfahrensschritten resultierendes beanspruchtes Oberflächenmaterial zu entfernen, und eine 1 bis 5 μm Materialentfernung pro Seite ist ausreichend, um dieses Ziel in dem Verfahren der Erfindung zu erreichen.
Obwohl auch ein Gemisch von Salpetersäure, Flußsäure und Essigsäure (HNO₃ + HF + (HCOOH)) verwendet werden kann, ist die für diesen Ätzschritt verwendete bevorzugte Chemikalie auf 50 bis 100°C erwärmte 20 bis 45 Gew.-%ige Kaliumhydroxid (KOH)-Lösung. Die Lösung stellt eine bessere Einheitlichkeit und Kontrolle der Dickenentfernung verglichen mit Säuregemischen aufgrund der vorstehend beschriebenen Gründe bereit.
Die durch KOH geätzen wiederaufbereiteten Wafer der vorliegenden Erfindung zeichnen sich durch fast quadratisch geformte Ätzgrübchen insbesondere für {100}-Oberflächenwafer mit einer durchschnittlichen Größe von weniger als 20 μm und einer Rauhigkeit von nicht größer als 0,5 μm Ra aus, wobei die Grübchen die Artefakte des KOH-Ätzens sind, angewendet auf weniger als 10 μm tiefe Oberflächenbeschädigung. Diese geätzte Oberfläche verbleibt in der Rückseite des Endprodukts.
Da KOH ein anisotropes Ätzmittel ist und {100}-Oberflächen sehr viel schneller als {111}-Oberflächen ätzt, läßt es {111}-Oberflächen zurück. Die resultierenden Ätzgrübchen weisen eine „Pyramiden"-Form in der {100}-Ebene auf. Da {100}-Wafer die Mehrheit der in der Industrie verwendeten Wafer darstellen, zeigen die meisten durch KOH geätzten Si-Wafer diese quadratisch geformten Grübchen.
Wenn KOH die Suboberflächenbeschädigungsschicht (Schicht mit Mikrosprüngen) ätzt, verursacht das Ätzen keine Ätzgrübchen, da die Kristallorientierung in der beschädigten Schicht regellos ist. Die Ätzgrübchen bilden sich nur, nachdem das Ätzen alle beschädigten Schichten entfernt hat und den unbeschädigten Si-Kristall anzugreifen beginnt.
8 ist eine Mikrophotographientafel, welche die Entwicklung von Ätzgrübchen während des Ätzschritts eines nach dem Verfahren dieser Erfindung verarbeiteten Wafers zeigt, verglichen mit der Entwicklung von Ätzgrübchen in dem gleichen Verfahrensschritt mit einem herkömmlich geläppten Wafer. Wie in 8 dargestellt, beginnt der durch die vorliegende Erfindung bearbeitete Wafer innerhalb 5 min Ätzzeit Ätzgrübchen zu zeigen, während der herkömmlich geläppte Wafer unter der Ätzbedingung (35% KOH, 50°C) bis 10 min keinerlei Anzeichen von Ätzgrübchenbildung zeigt. Der geläppte Wafer begann nach 15 min Ätzdauer, Ätzgrübchen zu bilden, und es wurde festgestellt, daß die Ätzgrübchengröße danach sehr schnell wuchs. Grübchengrößen von kleiner als 20 μm konnten nicht auf dem geläppten Wafer erhalten werden, der eine Suboberflächenbeschädigung von tiefer als 10 Mikrometer aufwies.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung schreiben diesen Unterschied im Ätzverhalten dem Unterschied in der Verteilung von Sprungtiefen der Mikrosprungtiefen zu. 9 ist eine schematische Darstellung einer Suboberflächenbeschädigung durch den Ballen und das Schleifverfahren dieser Erfindung und 10 ist eine schematische Darstellung einer Suboberflächenbeschädigung durch herkömmliches Läppen. Wie in der 10 gezeigt, weist der geläppte Wafer eine breitere Verteilung von Sprungtiefen 16 auf, und die Grenze zwischen dem beschädigten und dem unbeschädigten Kristall neigt dazu, mehr gezick-zackt verglichen mit dem durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung bearbeiteten, in 9 gezeigten Wafer zu sein. Diese Zick-Zack-Grenze 18 ist die Grenzlinie, an der während des KOH-Ätzverfahrens das Grübchenwachstum beginnt. Der Zick-Zack-Teil der Kristallebene ist zu der {111}-Ebene hin ausgerichtet. Diese wird sehr viel langsamer als die {100}-Ebene geätzt. Wenn die Chemikalie beginnt, eine solche Zick-Zack-Grenze anzugreifen, wird die {111}-Ebene durch das Ätzen leichter freigelegt. Mit anderen Worten, die Ätzgrübchenbildung wird ungleichmäßig durch die Zick-Zack-Grenze gestartet. Damit erhöht diese Zick-Zack-Grenzlinie die Wachstumsrate der Grübchengröße, und die durch das Verfahren dieser Erfindung erzeugten und in 9 gezeigten geraderen Grenzlinien stellen eine Verringerung der Wachstumsrate der Grübchengröße bereit. Nach bestem Wissen der Erfinder kann kein herkömmliches Verfahren die kleinen Grübchengrößen bereitstellen, welche durch das Verfahren dieser Erfindung erreicht werden.
Da die Gesamtdickenverringerung durch die Verfahrensschritte dieser Erfindung so klein ist (normalerweise weniger als 5 μm), können die Lasermarkierungen 8 der ursprünglichen Wafer auch nach dem Verfahrensschritt der Oberflächenentfernung und dem Alkaliätzen immer noch auf der Oberfläche verbleiben. Diese Lasermarkierungen 8, welche normalerweise kleine gepunktete Einkerbungen oder Rillen darstellen, können auch eine Abscheidung von Fremdmaterialien 14 enthalten. Speziell wenn flüchtige Metalle wie Aluminium in der Oberfläche in der Lasermarkierung freigelegt werden, können die Metalle durch den Wafer migrieren und die Vorderseite des wiederaufbereiteten Wafers verschmutzen.
Es ist ein optionaler Verfahrensschritt dieser Erfindung, ein saures Ätzen anzuwenden, um solche in den Lasermarkierungen zu findenden flüchtigen Metalle 14 zu entfernen. H₃PO₄ und HCl sind bevorzugte Ätzchemikalien, da sie Metall in einer selektiven Weise ätzen, ohne das Si-Wafersubstrat zu ätzen. Es wurde festgestellt, daß auf 40 bis 140°C erwärmte Lösungen von 50 bis 100 Gew.-% H₃PO₄ flüchtige Metalle wie Aluminium wirksam entfernen. Während des sauren Ätzens tritt keine Verringerung der Waferdicke auf.
Es ist ersichtlich, daß der chemische Ätzschritt nur angewendet wird, nachdem alle Fremdmaterialien durch die vorhergehenden Schritte entfernt worden sind, so daß das Substratmaterial einheitlicher entlang der Oberfläche geätzt wird.
Das Ziel des Ätzens ist es, die Restspannung freizumachen und durch die Mikrosprünge in den vorhergehenden Verfahrensschritten verursachte lose Fragmente des Wafersubstrats zu entfernen. Eine Entfernung von 2 bis 20 μm der Dicke ist ausreichend, um dieses Ziel zu erreichen.
KOH ist eine für diesen Schritt verwendete bevorzugte Ätzchemikalie, jedoch kann auch ein HNO₃ + HF + (HCOOH)-Gemisch verwendet werden. Auch die letzteren Chemikalien, welche in Übereinstimmung mit dem Verfahren dieser Erfindung verwendet werden, ergeben eine bessere Einheitlichkeit der Dicke als das chemische Ätzen gemäß dem Stand der Technik, da diese Erfindung die unterschiedliche Ätzrate zwischen dem Fremdmaterial und dem Wafersubstrat verhindert.
5 ist eine Teilquerschnittszeichnung eines Wafers gemäß 4 nach dem Polieren einer der Oberflächen.
Der letzte Schritt ist das Polieren. Einer der größeren Vorteile des Verfahrens dieser Erfindung ist, daß die während der Entfernung der Oberflächenschichten verursachte Suboberflächenbeschädigung eine so geringe Tiefe aufweist, daß der beschädigte Bereich mit einer vergleichsweise kleinen Entfernung des Grundkörpers durch Polieren entfernt werden kann.
Dies bringt der Waferwiederaufbereitung zwei größere Vorteile. Erstens verringert die kleine Polierentfernung die Verringerung der Dicke des Wafers während des gesamten Verfahrens und ermöglicht den Rücklauf von dickeren Wafern. Zweitens verringert sie entweder die Polierdauer oder die Polierschritte (oder beides) und verringert damit die Waferpolierkosten. Die Polierkosten von Wafern werden mit dem Zunehmen des Waferdurchmessers wesentlicher. Das Polieren ist ein Chargenverfahren.
Aufgrund der begrenzten Größe von verfügbarer Polierausrüstung nimmt die Anzahl der Stücke, die in einer einzelnen Charge poliert werden können, mit der Zunahme des Durchmessers von Wafern ab. Dies ergibt eine wesentliche Zunahme des Polierens pro einzelnem Wafer. Die Verringerung der Polierentfernung und der Polier dauer verringert die Polierkosten und die Gesamtkosten des wiedergewonnenen Wafers wesentlich.
In einem herkömmlichen Verfahren, in dem geläppte Wafer poliert werden, ist es üblich, ein „Drei-Schritt-Polieren" oder ein „Quasi-Zwei-Schritt-Polieren" anzuwenden, in denen die geläppten Wafer zuerst einem oder zwei Schritten einer „Grundkörper-Entfernungspolitur" unterworfen werden und dann durch die „Endpolitur" fertiggestellt werden. Die ersteren Schritte wurden gestaltet, um die beschädigte Schicht zu entfernen, und die letzteren Schritte wurden gestaltet, um die Rauhigkeit der polierten Grundkörperoberfläche zu glätten und eine spiegelartiges Finish bereitzustellen.
Ein typischer geläppter Wafer weist eine Suboberflächenbeschädigung von etwa 10 bis 15 μm Tiefe auf, und das typische Grundkörperpolieren entfernt 1,5 Mal die Tiefe der Beschädigung (oder 15 bis 22 μm), um der Dickenabweichung des Wafers Rechnung zu tragen. Mit einer typischen Grundkörperpolierentfernungsrate von 0,7 bis 0,8 μm/min sind 20 bis 30 Minuten des Grundkörperentfernungspolierens erforderlich, um diese Suboberflächenbeschädigung zu entfernen. Die Grundkörperpolierten Waferprodukte werden dem abschließenden Polieren unterworfen, ein Schritt, der üblicherweise ungefähr 10 bis 15 Minuten dauert. Es ist ein übliches Vorgehen in der Industrie, den Grundkörperpolierschritt in zwei Schritte aufzuteilen und ungefähr 10 bis 15 Minuten Polieren für jeden Schritt durchzuführen, einschließlich des abschließenden Polierschritts (Drei-Schritt-Polieren). Es ist auch ein übliches Vorgehen, zwei Grundkörperentfernungspolierer für jeden abschließenden Endpolierer zuzuordnen, da das Grundkörperpolieren fast zweimal mehr Zeit als die abschließende Endpolitur in Anspruch nimmt (Quasi-Zwei-Schritt-Polieren). Nach bestem Wissen der vorliegenden Erfinder wurde bisher kein „Wahres Zwei-Schritt-Polier"-Verfahren offenbart, in dem zwei Polierer, entsprechend dem „Grundkörper" und dem „Abschluß" zugeordnet, in einem kurzen Zeitcyclus abgestimmt sind. Das Läppverfahren weist eine Beschränkung in der Verringerung der Suboberflächenbeschädigung auf, da es ursprünglich gestaltet worden war, die Dicke von gesägten Wafern mit einer wirksamen Rate zu verringern.
Gemäß dem Verfahren dieser Erfindung beträgt die durch die Oberflächen schichtentfernung verursachte Suboberflächenbeschädigung weniger als 8 μm, und eine Grundkörperentfernung von 8 bis 15 μm (typischerweise 8 bis 10 μm) ist ausreichend, um die Suboberflächenbeschädigung zu entfernen. Dies ermöglicht, die Grundkörper- und Endpolierzeiten zu ungefähr 10 bis 12 Minuten pro Cyclus vollständig abzustimmen, was die Produktivität der Polierer erhöht und damit die Verfahrenskosten verringert.
Obwohl jegliches herkömmliche Waferpolierverfahren sowohl auf eine als auch auf beide der Vorder- und/oder Rückseiten des ursprünglichen Wafers angewendet werden kann, ist es bevorzugt, die der lasermarkierten Oberfläche gegenüberliegende Seite zu polieren.
Ein gebrauchter Wafer, der ursprünglich aus einem Block geschnitten worden war und noch nicht wiederaufbereitet wurde, weist einige Lasermarkierungen 8 zur ID auf der Vorderseite oder der polierten Seite auf. Die Lasermarkierungen sind aus gepunkteten Einkerbungen oder Rillen hergestellte Buchstaben oder numerische Zeichen und normalerweise 20 bis 50 μm tief. Wenn der Wafer für Überwachungszwecke verwendet wird, werden Filme verschiedener Materialien auf dieser Seite des Wafers abgeschieden, was Materialabscheidungen 14 in den Einkerbungen oder Rillen der Lasermarkierung zurückläßt. Der gebrauchte Laser wird zu einer Wiederaufbereitungsdienstleistungsfirma geschickt.
Wenn der gebrauchte Wafer zum ersten Mal durch das Verfahren dieser Erfindung wiederaufbereitet wird, ist die Gesamtdickenverringerung durch die Verfahrensschritte von 1 nach 3 üblicherweise so gering wie weniger als 10 μm (oder weniger wie 5 μm von sowohl der Vorder- als auch der Rückseite), und in den meisten Fällen bleiben die Lasermarkierungen auf der ursprünglichen Vorderseite auch nach dem Schritt in 3 zurück. Die der lasermarkierten Oberfläche 14 gegenüberliegende Polierseite 18 läßt die Lasermarkierung auf Seite 14 zurück, nun die (mattierte) Rückseite.
Der so wiederaufbereitete Wafer wird zu einer Halbleiterfirma geliefert, dient seinem Zweck, wird der Wiederaufbereitungsdienstleistungsfirma für den zweiten Cyclus zurückgeliefert, durchläuft die gleichen Verfahrensschritte wie im ersten Wiederaufbereitungscyclus. Diese Mal weist der Wafer Lasermarkierungen auf der Rückseite auf. Wieder wird die der lasermarkierten Oberfläche 14 gegenüberliegende Seite poliert. Dieser Wiederaufbereitungscyclus dauert an, bis der Wafer zu dünn wird, um verwendet zu werden, und die Lasermarkierung verbleibt in den meisten Fällen bis zum letzten Cyclus auf der Rückseite (mattierte Seite).
Die Auswahl der Oberfläche 18 für das Polieren bringt zwei Vorteile. Der erste Vorteil ist, daß das Zurücklassen der Lasermarkierung auf der Rückseite (mattierte Seite) eines Wafers dazu beiträgt, die Vorderseite (polierte Seite) sauber zu halten. Obwohl die abgeschiedenen Materialien in der Lasermarkierung durch den wahlweisen Säureätzschritt dieser Erfindung entfernt werden können, sind die inneren Oberflächen der Einkerbungen und Rillen im allgemeinen rauh und können leicht eine Verunreinigung einfangen.
Der zweite Vorteil ist, daß das Zurücklassen der Lasermarkierung ein Mittel zum Verfolgen des Wafers bereitstellt. Es ist ein übliches Vorgehen in der Halbleiterindustrie, speziell wenn die Wafer mit größerem Durchmesser beteiligt sind, eine Aufzeichnung der Historie jedes Wafer zu behalten, um das Risiko der Kreuzverunreiningung zu minimieren.
Die Dicke von gemäß dem Verfahren dieser Erfindung wiederaufbereiteten Wafern ist nur leicht dünner als die Startdicke der Wafer vor der Bearbeitung. Tabelle 1 faßt die Entfernung für jeden Verfahrensschritt zusammen, wenn ein Wafer im ersten Cyclus wiederaufbereitet wird. Tabelle 1 Oberflächenentfernung in jedem Verfahrensschritt
Vom zweiten Wiederaufbereitungscyclus an hat der Wafer die Lasermarkierung auf der Rückseite, und 8 bis 15 μm Polierentfernung wird auf die Vorderseite 18 ausgeübt. Wie in der Tabelle gezeigt, beträgt die Dickenverringerung eines Wafers während des gesamten Wiederaufbereitungsverfahrens weniger als 30 μm und kann so klein wie 12 μm sein. Um eine solche geringe Gesamtentfernung zu erreichen, ist die Verwendung der Ballen- und Schleifmittelaufschlämmungs-Verfahrensschritte dieser Erfindung erforderlich.
Die durch die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte wiederaufbereiteten Wafer weisen die folgendenden Eigenschaften auf:

1) Die wiederaufbereiteten Wafer dieser Erfindung sind um nur weniger als 30 μm dünner als die ursprünglichen Wafer.
2) Die wiederaufbereiteten Wafer dieser Erfindung weisen auf der Rückseite fast quadratisch geformte Ätzgrübchen mit einer durchschnittlichen Größe von weniger als 20 μm und eine Rauhigkeit von nicht größer als 0,5 μm (Ra) auf, welche die Artefakte des auf weniger als 10 Mikrometer tiefe Suboberflächenbeschädigung angewendeten KON-Ätzens sind. Es ist bemerkenwert, daß kein Wiederaufbereitungsverfahren des Standes der Technik eine Suboberflächenbeschädigung von solcher geringen Tiefe erreichen kann und dementsprechend eine solche kleine Ätzgrübchengröße auf der Rückseite.
3) Der wiederaufbereitete Wafer dieser Erfindung zeichnet sich auch durch die auf einer der Oberflächen zurückgebliebenen ursprünglichen Lasermarkierungen aus. Kein im Stand der Technik offenbartes Wiederaufbereitungsverfahren kann eine Entfernung bereitstellen, die klein genug ist, die ursprünglichen Lasermarkierungen auf der Oberfläche zurückzulassen.
4) Es ist ein bevorzugtes Merkmal der wiederaufbereiteten Wafer dieser Erfindung, auf der Rückseite ursprüngliche Lasermarkierungen aufzuweisen.

Wafer, die einen Durchmesser von etwa 200 mm (8 In.) aufweisen, weisen eine Standarddicke von 725 μm nach SEMI-Bestimmungen auf, und Wafer, die einen Durchmesser von etwa 150 mm (6 In.) aufweisen, weisen eine Standard-SEMI-Standarddicke von entweder 625 μm oder 675 μm auf. Die Abweichung der Dicke kann ± 15, ± 20, ± 25 μm oder ± 50 μm betragen, abhängig von dem Qualitätsgrad oder der Größe. Die wiederaufbereiteten Wafer dieser Erfindung, die einen einzelnen Wiederaufbereitungscyclus durchlaufen haben, weisen, wenn mit dem ursprünglichen Wafer verglichen, eine Dickenverringerung von weniger als 30 μm auf. Mit anderen Worten, die wiederaufbereiteten Wafer weisen eine Dicke auf, welche um nicht mehr als 30 μm dünner als die Standarddicke von Erstwafern desselben Durchmessers ist.

Claims

Verfahren zum Wiederaufbereiten eines ein Substrat mit Oberflächenschichten umfassenden Wafers, wobei das Verfahren die Schritte (a) des Entfernens von Oberflächenschichtmaterialien von mindestens einer der Vorder- und Rückseiten des Wafers durch Einführen von Mikrosprüngen in der Oberfläche unter Verwendung eines Drehballens und einer Schleifmittelaufschlämmung, bis alle Oberflächenschichtmaterialien entfernt sind, wobei der Ballen ein organisches Polymer umfaßt, welches eine Härte größer als 40 auf der Shore D Skala aufweist, und (b) des chemischen Ätzens der Waferoberflächen umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches vor Schritt (a) den zusätzlichen Schritt des mechanischen Entfernens der gesamten Oberflächenschichtmaterialien von der Waferkante, wobei die Substratkante freigelegt zurückbleibt, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 2, worin die Oberflächenschichtmaterialien von der Waferkante durch relative Bewegung der Waferkante und eines damit in Kontakt gebrachten Schleifbandes entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Schleifband Schleifmittelteilchen umfaßt, welche an die Oberfläche des Bandes angehaftet sind, und die Schleifmittelteilchen aus der Gruppe, bestehend aus Siliciumcarbid, Aluminiumoxid und Gemischen davon, ausgewählt sind, wobei sie eine durch schnittliche Teilchengröße von 6 μm aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches den zusätzlichen Schritt (c) des Polierens mindestens einer der Vor- und Rückseiten des in Schritt (b) hergestellten Wafers beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Dickenverringerung nach Beenden des Verfahrens nicht größer 30 μm ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei eine der Waferoberflächen Lasermarkierungspunkte und/oder -rillen aufweist und die andere Oberfläche die Punkte und/oder Rillen nicht aufweist und die polierte Oberfläche die andere Oberfläche ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Schleifmittel-Aufschlämmung mehr als 6 Vol.-% Schleifmittelteilchen enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Schleifmittel-Aufschlämmung eine Viskosität größer als etwa 2 cP bei Raumtemperatur aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schleifmittelteilchen in der Aufschlämmung Teilchen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zirkoniumoxid, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid und Gemischen von zwei oder mehr davon, sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die durchschnittliche Größe der Schleifmittelteilchen in dem Bereich von 5 bis 16 μm liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das organische Polymer eine Härte größer als 45 auf der Shore D Skala aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Polymer ein Polyurethan ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Druck des Ballens gegen die Waferoberfläche 21 kPa (3 psig) nicht übersteigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, worin der chemische Ätzschritt das Aufbringen einer 20 bis 45 Gew.-% Kaliumhydroxid enthaltenden wäßrigen Ätzlösung mit einer Temperatur von 50 bis 100°C beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 15, worin nach dem Aufbringen der Kaliumhydroxidlösung eine saure Lösung auf die Waferoberfläche aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die saure Lösung 50 bis 100 Gew.-% Phosphorsäure enthält und eine Temperatur von 40 bis 140°C aufweist.