Способ финишной полировки полупроводниковых пластин Советский патент 1992 года по МПК H01L21/302 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых пластин, в частности при их химико-механической полировке.

Известен способ финишной обработки полупроводниковых пластин, включающий двухстадийную химико-механическую полировку пластин на полировальнике с использованием водной абразивно суспензии, причем на второй стадии полировки давление на пластины и температуру полировальника снижают, а расход абразивной суспензии увеличивают в 1,5-3,0 раза без изменения ее состава.

Недостатком известного способа является наличие матовости рабочей поверхности пластин после обработки, связанной с повышенной химической активностью применяемой суспензии, имеющей водородный показатель рН 10,0.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ финишной полировки полупроводниковых пластин, включающий двухстадийную химико-механическую полировку пластин на двух полировальниках с использованием водных абразивных суспензий, причем первую стадию (предварительную полировку) проводят при водородном показателе рН абразивной суспензии в пределах от 11.5 до 12,4, а вторую стадию при рН 9,0-10,0.

Недостатком этого способа является наличие на их рабочей поверхности остаточных механических дефектов в виде рисок и царапин. Это связано с тем, что в известном способе обработки из-за сравнительно низкого водородного показателя рН суспензии удаляемый на второй стадии полировки с поверхности пластин слой кремния является недостаточным: механические дефекты поверхности, оставшиеся после первой стадии полировки, полностью не удаляются.

(Л

С

vi ю VI

VI

00

Повышение съема кремния на второй стадии полировки с целью увеличения выхода годных путем увеличения показателя рН суспензии, давления на пластины, температуры полировальника и продолжительности обработки приводят к появлению такого вида дефектов, как матовость рабочей поверхности пластин (растравливание).

Цель изобретения - повышение выхода годных за счет улучшения качества полированной поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе финишной полировки полупроводниковых пластин, включающем многостадийную химико-механическую полировку пластин на двух полировальниках с использованием водных абразивных суспензий, полировку на второй стадии проводят при водородном показателе рН абразивной суспензии 10.2-10,8 и дополнительно проводят третью стадию полировки при водородном показателе рН абразивной суспензии 6,0-8,0 в течение 2-5 мин и давлении на пластины (0,05-0,11) 105 Па. причем вторую и третью стадии провол- дят на одном полировальнике.

Предлагаемый режим обработки на второй стадии полировки имеет следующее обоснование.

При выборе водородного показателя рН абразивной суспензии меньше, чем 10,2, например 9,7-9,8, резко снижается производительность процесса, для удаления оста- точных механических дефектов пластин требуется увеличить продолжительность полировки на второй стадии до 12-16 мин в то время как при соблюдении рекомендуемого режима продолжительность обработки составляет в среднем 6-10 мин.

При выборе водородного показателя рН абразивной суспензии больше, чем 10,8, например 11,0-11,2, нарушается сбалансированность скоростей механического съема и химического травления кремния в процессе химико-механической полировки, начинает преобладать скорость химического травления, в результате чего наблюдается растравливание поверхности пластин.

Предлагаемые режимы обработки на третьей стадии полировки имеют следующие обоснования.

При выборе водородного показателя рН абразивной суспензии меньше, чем 6,0, например 5,7-5,8, происходит практически полное прекращение процесса травления кремния, что приводит к преобладанию скорости механического съема и появлению на полированной поверхности пластин дефектов в виде рисок и царапин.

При выборе водородного показателя рН абразивной суспензии больше, чем 8,0, например 8,4-8,6, резко снижается производительность процесса, для удаления

матовости рабочей поверхности пластин требуется увеличить продолжительность третьей стадии полировки до 8-12 мин, в то время как при соблюдении рекомендуемых режимов продолжительность третьей стадни составляет 2-5 мин.

При поддержании давления на пластины большего, чем 0,11 105 Па, скорость ме- хзнического съема преобладает над скоростью химического травления кремния,

что приводит к появлению на рабочей поверхности пластин дополнительного количества рисок и царапин. Поддержание давления на пластины меньшего, чем 0,05-10 Па, например 0,04 -Ю5 Па, затрудняется по техническим причинам, связанным с конструктивными особенностями установок для химико-механической полировки.

При продолжительности третьей стадии

полировки меньшей, чем 2 мин, например 1,5 мин, съема кремния оказывается недостаточно для удаления матовости рабочей поверхности пластин, а при продолжительности третьей стадии большей, чем 5 мин,

например 5,5 мин, появляются дефекты в виде рисок и царапин.

Необходимость проведения второй и третьей стадий обработки на одном полировальнике имеет следующее обоснование.

При проведении второй и третьей стадии на одном полировальнике в процессе третьей стадии полировки происходит постепенное снижение химической активности полирующей среды, создаваемой в зоне

обработки пластин при введении второй стадии полировки, при этом наличие на поверхности пластин окисного слоя препятствует образованию механических дефектов .кремния. Проведение же третьей стадии

полировки на отдельном полировальнике характеризуется преобладанием скорости механического съема, что приводит к ухудшению качества пластин по рискам и цара- пинам.

Л р и м е р 1. Кремниевые пластины диаметром 100 мм марки КДБ10 (111), прошедшие после резки слитка кремния на пластины операции формирования фаски, двусторонней шлифовки и травления, подвергают химико-механической полировке суспензиями на основе алюмосиликатного наполнителя на станках типа ЮШЗ. 105.004,

На первой стадии, проводимой на полировальнике из синтетической кожи, используют суспензию с рН 11,6 при следующих режимах: давление на пластины 0,2-10 Па, температура полировальника 48 ± 1°С, расход суспензии 60-70 мл/мин, время обработки 34 мин. С поверхности пластин на первой стадии полировки удаляют припуск не менее 25 мкм.

Вторую стадию ведут с использованием суспензии с рН 10,2 при следующих режимах: давление на пластины 0,05-10 Па, тем- пература полировальника 35 ± 1°С. расход суспензии 110-120 мл/мин, время обработки 8 мин. В качестве полировальника применяют синтетическую замшу.

На третьей стадии на том же полиро- вальнике пластины, полируют суспензией с. рН 6,0 при следующих режимах: давление на пластины 0,0510 Па, температура полировальника 30 ± 1°С, расход суспензии 120-130 мл/мин, время полировки 2 мин.

По окончании полировки прекращают подачу суспензии и проводят промывку де- ионизованной водой в течение 1 мин. Затем пластины отделяют от полировальных блоков и подвергают химической очистке в ки- пящих перекисно-аммиачных растворах, гидромеханической отмывке и сушке на центрифуге.

Контроль качества проводят с помощью микроскопа МБС-9 при увеличении не ме- нее 16х. Риски и царапины отсутствуют на 99% пластин. Матовость рабочей поверхности пластин также не обнаружена.

П р и м е р 2. Осуществляют полировку кремниевых пластин диаметром 100 мм марки КД540(100).

Предварительную обработку и первую стадию полировки проводят при режимах, указанных в примере 1. На второй стадии используют суспензию с рН 10,8 при еле- дующих режимах: давление на пластины 0,11-Ю5 Па, температура полировальника 35±1°С, расход суспензии 110-120 мл/мин, время обработки 6 мин. В качестве полировальника используют синтетическую замшу.

На третьей стадии на том же полировальнике ведут полировку пластин суспензией с рН 8,0 при следующих режимах: давление на пластины 0,11 -105 Па, температура полировальника 32 ±1°. расход сус- пензии 130-140 мл/мин, время обработки 5 мин.

Очистку и контроль качества пластин проводят, как указано в примере 1, риски;, царапины, матовость рабочей поверхности отсутствуют на 100% пластин.

П р и м е р 3. Осуществляют полировку кремниевых пластин диаметром 76 мм марки КДБ4,5(100).

Полировку на первой стадии ведут суспензией с рН 11,8 при следующих режимах: давление на пластины 0,22-10 Па. температура полировальника 45 ± 1°С, расход суспензии 60-70 мл/мин, время обработки 20 минТ На первой стадии с поверхности пластин удаляют припуск не менее 15 мкм, в качеств полировальника используют синтетическую кожу.

На второй стадии применяют суспензию с рН 10,5 при следующих режимах: давление на пластины 0,08 -ТО5 Па, температура полировальника 34 ± 1°С. расход суспензии 120-130 мл/мин, время обработки 10 мин. В качестве полировальника используют синтетическую замшу.

Третью стадию ведут на том же полировальнике суспензией с рН 7,0 при следующих режимах: давление на пластины 0,08 105 Па, температура полировальника 30 ± 1°С. расход суспензии 130-140 мл/мин, время обработки 3.5 мин.

Дальнейшую очистку и контроль пластин проводят, как указано в примере 1 риски и царапины отсутствуют на 99,5% пластин, матовость рабочей поверхности пластин не обнаружена.

Предлагаемый способ обеспечивает увеличение выхода годных пластин на операции химико-механической полировки на 1,0-2,0% по сравнению с известными способами за счет улучшения качества полированной поверхности - практически отсутствуют такие дефекты.как риски, царапины, растравливание поверхности.

Формула изобретения

Способ финишной полировки полупроводниковых пластин, включающий многостадийную химико-механическую полировку полупроводниковых пластин на двух полировальниках с использованием водных абразивных суспензии, причем на первой стадии водородный показатель суспензий поддерживают от 11,5 до 12,4, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных за счет улучшения качества полированной поверхности, химико-механическую полировку на второй стадии проводят при водородном показателе рН абразивной суспензии 10,2-10,8 и дополнительно проводят третью стадию химико-механической полировки при водородном показателе рН 6-8 в течение 2-5 мин и давлении на полупроводниковые пластины от 0.05-105-0,11105 Па, причем вторую и третью стадии проводят на одном полировальнике.

Использование: обработка полупроводниковых подложек для изготовления изделий электронной техники. Сущность: трехстадийная химико-механическая полировка полупроводниковых пластин. Абразивная суспензия на основе алюмосйликатного наполнителя. Первая стадия - предварительная химико-механическая полировка. Вторая и третья стадии - финишная полировка - проводятся на одном полировальнике при разных режимах. Вторая стадия: рН суспензии 10,2- 10,8, третья стадия: рН 6,0-8,0, давление на пластины 0,05-105-0.11-105 Па, время полировки 2-5 мин. Выход годных увеличивается на 1,0-2,0%.