Композиция для химико-механической полировки поверхности полупроводниковых кристаллов Советский патент 1991 года по МПК C30B33/08 C30B29/10 C09G1/02 

(Л

С

Изобретение относится к составам для химико-механического полирования (ХМП) полупроводниковых материалов и может быть использовано в полупроводниковой технологии, в частности при подготовке поверхности кристаллов CdSb, используемых для ИК-оптических элементах. Целью изобретения является улучшение качества полируемой поверхности кристаллов CdSb. Композиция для химико-механической полировки содержит следующие компоненты, мае %: аэросил 2-25; моноэтаноламин 3-5; гидроксид натрия 5-8; перекись водорода

Изобретение относится к составам для химико-механического полирования .полупроводниковых материалов и может быть использовано в полупроводниковой технологии, в частности, при подготовке поверхности монокристаллов для ИК-оптических элементов.

В связи с применением в ИК-технике лазерного излучения с А 10,6 мкм, возникает необходимость использовании в такой аппаратуре оптических элементов, изготовленных из монокристаллов CdSb. Однако из-за высокой мощности и энергии излучения требуется такая подготовка поверхности монокристаллов, которая обеспечивала бы минимальную толщину нарушенного слоя. Это вызвано тем. что слой у поверхности, будучи нарушенным при механической

обработке, обладает бог-.шой концентрацией носителей тока и при облучении нагревается сильнее, что, в свою очередь, приводит к дальнейшему возрастанию концентрации носителей тока Такой само- ускор.яющийся процесс приводит к нарастанию поглощения по толщине и в итоге при Больших энергиях к уменьшению пропускания и разрушению материала.

Для целого ряда полупроводниковых материалов, используемых для изготовления оптических элементов, необходимое качество обрабатываемой поверхности достигается применением разнообразных составов для химико-механической полировки

Известен состав для полировки кристаллов PbTe, PbSe, PbSn Ге PbSnSe, включающий (СН)б, NaOH (

Х|

О

4 СЛ ЧЭ

Однако обработанная указанным составом поверхность CdSb становится окисленной и содержит следы использованных реактивов и продуктов их реакции с материалом CdSb.

Наиболее близкой к предлагаемой является композиция для полирования поверхности полупроводниковых материалов, содержащая глицерин, этилендиамин, перекись водорода, аэросил и воду. Состав травителя следующий, мас.%:

Глицерин3-Ш

Этилендиамин5- 73

Н2025-13

Аэросил4-45

Вода47-80

Однако известный состав травителя плохо полирует монокристаллы CdSb, На поверхности монокристаллов образуются пассивирующие окисиые пленки, часто наблюдается селективный характер травления, на полированной поверхности наблюдаются ямки травления и царапины, Цель изобретения-улучшение качества полируемой поверхности кристаллов CdSb, используемых для ИК-оптических элементов.

Поставленная цель достигается тем, что композиция для химико-механической поп- ировки, включающая аэросил, глицерин, перекись водорода, воду и аминосодержащие соединения, дополнительно содержит гмд- роксид натрия, а в качестве аминосодержа- щего соединения - моноэтаноламин при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Аэросил2-25

Моноэтаноламин3-5

Гидроксид натрия5-8

Перекись

водорода (30%)15-20

Глицерин10-12

Вода30-65

Предлагаемая композиция отличается от известной введением новых компонентов - гидроксида натрия и монозтанолами- на.

Пример. Для определения оптимального состава травителя была проведена серия экспериментов, включающая разрезание монокристаллов на шайбы, механическую шлифовку, механическую полировку и химико-механическую полировку. В каждом из этих экспериментов монокристалл CdSb разрезали на шайбы толщиной 3 мм вольфрамовой проволокой (d 200 мкм) с абразивом М 5 () параллельно кристаллографической плоскости.

Механическую шлифовку проводили нз стекле свободными абразивами последозательно М 10, М 5, М 3. При этом удаляли слой 50 мкм. Механическая полировка была проведена на искусственной замше алмазными порошками зернистости последовательно

1/0, 3/0 и 0,1/0. Толщина удаленного слоя составила 8 мкм. После шлифовки и полировки образец тщательно промывали деи- онизированной водой и этиловым спиртом. Затем проводили химико-механическую

0 полировку на искусственной замше композициями коллоидного кремнезёма, составы которых приведены в табл. 1. В качестве твердой фазы использовали ультрадисперсные порошки немодифицированного крем5 незема размером 20-380А с поверхностью, содержащей группы SI ОН. Химически активный компонент - моноэтилендиамин.

Гидрофильный характер аминоэтоксиа- эросила (АЭА) позволяет очень легко вво0 дить его в водные среды и получать стабильные водные дисперсии Z SI - О - -CH2-CH2-NH2.

Продукты, образующиеся при полировке, удаляются с поверхности за счет хоро5 шей абсорбционной способности, обусловленной сильноразвитой поверхностью АЭА, а также благодаря комплексооб- разованию за счет наличия аминогрупп, что позволяет избежать замазывания дефек0 тов поверхности и обеспечить высокую эффективность на протяжении всего процесса.

При приготовлении полировальных композиций рекомендуется следующий по5 рядок смешения. В деионизированную воду при постоянном перемешивании вносят навеску азросила. После получения однородного раствора аэросила в воде добавляют моноэтиленамин и глицерин при постоян0 ном перемешивании. Гидроксид натрия растворяют в деионизированной воде, фильтруюти добавляют к четырехкомпонен- тному раствору. Раствор тщательно перемешивают и добавляют 30%-ную перекись

5 водорода. После 5 мин перемешивания раствор готов к употреблению. Полирование производят при постоянном перемешивании раствора. Полировальные свойства композиции определяются рН, оптимальной

0 величиной которого является 12,0.

Анализ данных, приведенных в табл. 1, свидетельствует о том, что наилучшие результаты получены при использовании растворов предлагаемого устройства.

5 Полировальная композиция такого состава позволяет получить бездефектную, химически чистую, наиболее совершенную по кристаллической структуре и рельефу поверхность CdSb. При использовании составов с запредельными значениями содержания компонентов на полирова нно й поверхности наблюдается слабый налет окислов, часто образуются ямки травления, царапины. Величина толщин приповерхностного окисного слоя и полуширины кривых качания также превышают значения, полученные при полировке предлагаемым составом.

Оптимальными являются скорость снятия слоя 0,2-0,5 мкм/мин, нагрузки порядка 100-200 г/см , скорость вращения полировальника 80-100 об/мин.

Скорость полирования зависит от концентрации щелочи и перекиси в растворе и практически не изменяется с ростом кон- центрации глицерина. Эксперименты, проведенные на шайбах, вырезанных параллельно плоскостям (100), (010) и (001) показали, что скорость полирования для плоскости (100) всгда несколько выше.

Состав поверхности образцов CdSb после химико-механической полировки изучен методом оже-электронной спектроскопии на приборе Jamp-Ю с компьютером. Спектры сняты в интервале 15-550 эВ. Кро- ме основных компонентов: Cd (381 ЭВ) и Sb (454 эВ), в спектрах обнаружены следы только СиО. Толщина приповерхностного окис- лого слоя повсле химико-механической полировки 65 А.

Кристаллографическое совершенство поверхности CdSb после химико-механической полировки исследовали методами ре- нгтеновской топографии по Бергу-Баррету на отражение и по величине полуширины кривой качания. Полуширина кривых качания для образцов с плотностью дислокации

ND 10 см находится в пределах 8-13, что соответствует теоретическим значениям для совершенного монокристалла.

Результаты полирования монокристаллов CdSb известными и предлагаемым тра- вителями представлены в табл. 2.

Таким образом, химико-механическая полировка CdSb композициями коллоидного кремнезема позволяет получить наиболее совершенные по структуре, составу и рельефу образцы с минимальной толщиной приповерхностного окисного слоя. Химико- механическая полировка позволяет увеличить -энергию пропускаемого лазерного излучения Я 10,6 мкм в 3-5 раз по сравнению с механической полировкой. Формула изобретения Композиция для химико-механической полировки поверхности полупроводниковых кристаллов, включающая аэросил, глицерин, перекись водорода, воду и зминосодержащее соединение, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества полируемой поверхности кристаллов CdSb, используемых для ПК-оптических элементов, композиция дополнительно содержит гидроксид натрия, а в качестве ами- носодержащего соединения - моноэтанол- амин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аэросил2-25

Моноэтаноламин3-5

Гидроксид натрия5-8

Перекись водорода (30%)15-20

Глицерин10-12

ВодаОстальное

компомас.%

Скорость полирования V, мкм/мин

Аэросил 1 Моноэтаноламин

NaOH k V) 11 С3Н80Э 9

HZO 70

Аэросил 1 Моноэтаноламин

NaOH5

Н20г 5

С3Н803

нго

10 65

Аэросил 15

Моноэтанолами NaOH7

Н20г18

С3Н803

н2о

11

5

Аэросил 25 Моноэтанолами NaOH 8 Нг02 20 С3Н803 12 Н20 30 Аэросил 26 Моноэтанолам

NaOH9

Глицерин13

НгО25

Состояние поверхности

Состав полированной поверхности

На поверхности наблюдается слабый налет окислов

130-260

26

Cd, Sb, С, О

Зеркальная поверх- . ность без дефектов, цирапин и ямок травления

65

1(0

10

Cd, Sb

То же

65

kQ

8

Cd, Sb

-j ел to

-И65

kQ

13

Cd, Sb

На полированной по- 130 верхности наблюдаются ямки травления, царапины

35

Cd, Sb, С, О

Шероховатость рельефа

Полуширина кривой качания

Состав полированной поверхности

то наблюдается селективныйхарактер травления

200-300 АЦО А

8-13

Cd, Sb, К, Fe, Cd, Sb, С, 0, Cd, Sb С, 0, ClS, Cl

Таблица2

то наблюдается селективныйхарактер травления