СПОСОБ ПОЛИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН Российский патент 1994 года по МПК H01L21/304 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в производстве полированных пластин кремния, арсенида галлия и других полупроводниковых материалов.

Известен способ полирования пластин арсенида галлия. Пластины обрабатывают при воздействии на них полировальника и абразивного состава, содержащего цеолит типа А, перманганат калия и воду. Количественный состав компонентов подбирается из условия обеспечения высокого качества поверхности, отсутствия травления поверхности, рисок, ямок. Скорость съема 0,8-0,9 мкм/мин. После химико-механического полирования (ХМП) на поверхности пластин арсенида галлия образуется пленка, состоящая в основном из диоксида марганца и неудаляемая моющим составом. Для ее удаления необходимо проводить суперфинишное ХМП в течение 8-10 мин.

Данный способ полирования и другие для многих полупроводниковых материалов не решают вопрос о повышении точности обработки по геометрии пластин (по плоскостности, разбросу толщины по пластине) и не устанавливают взаимодействия режимов ХМП, композиции абразивного состава с геометрическими параметрами получаемых пластин. Пластины в процессе ХМП наклеивают на кассету диаметром 180 мм и более. Разброс толщины по пластине не превышает 20 мкм.

Прототипом изобретения является способ полирования полупроводниковых пластин, в котором в качестве полировальника используют поливел или искусственную замшу. ХМП осуществляют путем воздействия на приклеенные на кассету пластины вращающимся полировальником и абразивным составом при нагружении пластин.

Способ полирования не позволяет достичь высокой геометрии пластин, так как применение указанных выше мягких полировальников чаше всего приводит к образованию завалов по краям пластин и не учитывает свойств абразивного состава и кинетических особенностей выполняемого процесса.

Целью изобретения является повышение точности обработки пластин.

Цель достигается тем, что в способе полирования полупроводниковых пластин, включающем воздействие на приклеенные на кассеты пластины вращающимся по- лировальником и абразивным составом при нагружении пластин, отличающийся тем, что в качестве полировальника используют безворсовую лавсановую ткань, а обработку ведут при линейной скорости точки полировальника, совпадающей с положением центра кассет, равной 0,75-1,4 м/с, при расходе абразивного состава имеющего вязкость 4-8 сП, не менее 1,2 мл/с на 1 м² полировальника и давлении на пластины 2,5-5,0 кПа.

При давлении на пластины менее р < <2,5 кПа и линейной скорости точки полировальника, совпадающей с положением центра кассеты V≅ 0,75 м/с падает скорость съема полупроводникового материала. В результате не выполняется соответствие между скоростью химического взаимодействия абразивного состава с поверхностью обрабатываемых пластин и скоростью механического удаления продуктов реакции, что ведет к травлению поверхности в виде "апельсиновой корки", а также к ухудшению плоскостности и плоскопараллельности сторон пластин вследствие локального располирования поверхности.

При давлении р > 5 кПа и скорости точки полировальника, совпадающей с положением центра кассеты, V > 1,4 м/с ухудшается стойкость полировального материала, с другой стороны, недостаточное количество абразивного состава, поступающего под пластины, из-за увеличения эффективности его сбрасывания под действием центробежных сил не обеспечивает качество полированной поверхности по внешнему виду. Следует подчеркнуть новую особенность ХМП на безворсовом полировальнике в отличие от способа-прототипа. Применяя мягкий полировальник с ворсом по способу-прототипу, условия удержания абразивного состава на вращающемся полировальнике резко отличны от заявленного способа. Указанный диапазон выбранных параметров р и V, которые нельзя рассматривать независимо друг от друга, при вязкости абразивного состава 4-8 сП создает на жестком полировальнике всегда одинаковую толщину слоя абразивного состава, если его расход Q ≥ 1,2 мл/с на 1 м²полировальника. Величина Q характеризует процесс ХМП как производственный фактор, влияющий на качество обработки, так и чисто экономический аспект минимального расхода материалов на обработку.

Поэтому выбранная совокупность существенных признаков заявленного способа позволяет достичь высокой точности обработки по плоскостности пластин и уменьшает разброс толщины по пластине, исключает образование "завалов" по краям пластин.

П р и м е р 1. Проводят химико-механическое полирование пластин арсенида галлия марки АГПЧ-4 диаметром 40 мм ориентации (100) после их алмазного полирования. Пластины со срезами наклеены на кассеты-спутники диаметром 90 мм по три штуки на каждый. Отклонение от плоскостности исходных пластин в наклеенном виде менее 1,0 мкм.

Для ХМП готовят абразивный состав, для чего в 1 л деионизованной воды растворяют 52±1 г сульфаминовой кислоты. Затем в раствор добавляют 390±10 г порошкообразного цеолита NaA, тщательно размешивая содержимое. После выдержки состава в течение 12-18 ч и фильтрации через капроновое сито непосредственно перед обработкой пластин в него вводят ≈ 450 мл 30% -ного раствора перекиси водорода. Динамическая вязкость абразивного состава, измеренная на реовискозиметре Хепплера, равна μ = 6 сП. Водородный показатель состава рН ≈ 5.

Шесть спутников с пластинами располагают в гнездах сепаратора диаметром 92 мм (гнезда выполнены на расстоянии 100 мм от центра сепаратора) на рабочем столе диаметром D = 520 мм на станке типа В1М3. На рабочем столе пальцами закрепляют с натяжением безворсовую лавсановую ткань 56050 (лавсан) 1762 ТУ РСФСР 34064-82. Ось вращения сепаратора располагают на расстоянии R = 120 мм от оси вращения полировальника. Сепаратор при этом свободно расположен на поверхности полировальника.

На спутниках соосно с сепаратором располагают прижимной диск, посредством которого и грузов создают давление р = 2,5 кПа. С помощью мешалки на полировальник дозируют абразивный состав, поддерживая расход 15-18 мл/мин, что в пересчете при площади полировальника S = π D²/4 = 3,14˙0,52²/4 = 0,212 м² составляет 1,2-1,4 мл/с на 1 м² полировальника. Устанавливают частоту вращения полировальника N = 60 об/мин и обрабатывают пластины в течение 30 мин. При этом линейная скорость точки полировальника, совпадающей с положением центра группы кассеты, равна
V = · R = · 0,12 = 0,75м/с.

После обработки пластины отмывают губкой из пенополиуретана 2-3% -ным раствором смачивателя СВ-104П, смывают деионизованной водой и сушат. Путем измерения толщины пластин по центру до и после ХМП и известного времени обработки определяют скорость съема. Она равна 1,0-1,1 мкм/мин. Визуальный контроль качества поверхности показал соответствие установленным требованиям: выколы, грубые и исчезающие риски отсутствуют. Матовость поверхности легко удаляется путем суперфинишного ХМП в течение 8-12 мин.

На интерферометре ИТ-200 оценивают плоскостность пластин. Отклонение от плоскостности не превышает 1,0 мкм. Измерением толщины наклееных пластин в пяти точках (четырех на расстоянии 3 мм от края пластин на двух взаимно перпендикулярных диаметрах, одной - по центру) по разности максимальной и минимальной толщины определяют отклонение от параллельности сторон. Отклонение от параллельности сторон не превышает 4 мкм.

П р и м е р 2. Проводят химико-механическое полирование пластин арсенида индия марки ИМЭО-2б диаметром 40 мм ориентации (111) после их алмазного по- лирования. Пластины в количестве 12 штук наклеены на дюралюминиевую кассету диаметром 220 мм. Отклонение от плоскостности исходных после алмазного полирования пластин в наклеенном виде не менее 1,0 мкм.

Для ХМП готовят абразивный состав. В 1 л 30% -ного раствора углекислого аммония растворяют 100 г железосинеродистого калия. В полученный состав добавляют 300 мл силиказоля с 30% -ным содержанием двуокиси кремния. Состав тщательно размешивают и профильтровывают через капроновое сито. Динамическая вязкость абразивного состава, измеренная на реовискозиметре Хепплера, равна μ = 4,0-4,2 сП.

Кассету с пластинами располагают на рабочем столе диаметром 600 мм, на котором закреплена лавсановая безворсовая ткань. Ось кассеты размещают на расстоянии R = 150 мм от оси вращения рабочего стола. С помощью грузов создают давление на пластины р = 5 кПа. На полировальник дозируют абразивный состав, поддерживая расход 25-30 мл/мин (в пересчете на 1 м² полировальника это составляет 1,4-1,8 мл/с). Устанавливают частоту вращения полировальника N = 90 об/мин и обрабатывают пластины в течение 20 мин. Линейная скорость точки полировальника, совпадающей с положением центра кассеты, равна
V = · R = · 0,15 = 1,4м/с.

После обработки пластины отмывают от остатков полирующего состава и сушат.

Скорость съема при полировании равна 1,0-1,2 мкм/мин.

Выколы, грубые и исчезающие риски на поверхности отсутствуют. Отклонение от плоскостности не превышает 1,2 мкм. Отклонение от параллельности сторон менее 5 мкм.

Примеры 3-13 сведены в таблицу. Во всех примерах выполняют обработку пластин арсенида галлия ⊘ 40 мм. Недостающие в таблице режимы полирования соответствуют данным примера 1.

В примерах 3-11 пластины обрабатывают на спутниках, в примерах 12-13 - на кассете диаметром 220 мм (наклеено пластин в количестве 12 штук). В примерах 3, 13 режимы полирования отвечают заявленным диапазонам способа. В примерах 12 (прототип), 13 в качестве полировального материала используют поливел, причем остальные режимы обработки взяты по изобретению. Изменения вязкости полирующего состава добивались путем изменения концентрации исходных компонентов абразивного состава. Результаты изложенных в таблице примеров подтверждают критичность выбора совокупности отличительных признаков способа для достижения поставленной цели.

Технико-экономическая эффективность способа полирования по сравнению со способом-прототипом заключается в достижении высокой плоскостности пластин при использовании недефицитного полировального материала - безворсовой лавсановой ткани, в возможности получения пластины с высокой геометрией, без завалов при полировании на кассетах, в обеспечении при заявленных режимах снижения расхода материалов для обработки пластин. (56) Луфт Б. Д. и др. Физико-химические методы обработки поверхности полупроводников. М. : Радио и связь, 1982, с. 60.

Бочкин О. И. и др. Механическая обработка полупроводниковых материалов. М. : Высшая школа, 1983, с. 48-49.

Запорожский В. П. и др. Обработка полупроводниковых материалов. М. : Высшая школа, 1988, с. 75-77.

Использование: изобретение относится к полупроводниковой технике. Сущность изобретения: способ включает воздействие на наклеенные пластины вращающегося полировальника и абразивного состава с вязкостью 4 - 8 сП при нагружении пластин. В качестве полировальника используют лавсановую ткань. Обработку пластин ведут при линейной скорости точки полировальника, совпадающей с положением центра кассет, равной 0,75 - 1,40 м/с, при расходе абразивного состава не менее 1,2 мл/с на 1м² полировальника и давлении на пластины 2,5 - 5,0 кПа. 1 табл.

СПОСОБ ПОЛИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН, включающий воздействие на приклеенные на кассеты пластины вращающимся полировальником и абразивным составом при нагружении пластин, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обработки пластин, в качестве полировальника используют безворсовую лавсановую ткань, а обработку ведут при линейной скорости точки полировальника, совпадающей с положением центра кассет, равной 0,75 - 1,40 м/с, при расходе абразивного состава, имеющего вязкость 4 - 8 сП, не менее 1,2 мл/с на 1 м² полировальника и давлении на пластины 2,5 - 5,0 кПа.