Полирующий травитель для полупроводниковых кристаллов и способ травления Советский патент 1983 года по МПК H01L21/306 

00,

о а

СП Изобретение относится к полупро водниковой технике и может быть использовано в технологии полупроводниковых приборов и интегральных схем. В настоящее время для травления полупроводниковых кристаллов герма ния и кремния, а также соединений АВ (GaAs, InSb, GaP и др. испол зуются травители на основе водных растворов кислот. Известны травители, содержащие смеси концентрированных кислот при следующем объемном соотношении ком понентов: Азотная кислота 25-50 Плавиковая кислота 10-30 Уксусная кислота 30-70 1 Однако указанные травители имеют принципиальный недостаток, заключающийся в невоспроизводимости процессов травления вследствие при сутствия в травителе двуокиси азот Известен полирующий травитель для полупроводниковых кристаллов на основе водных растворов 2 . Процесс полирующего травления проводится в стандартных травильных установках при 20-70 С в условиях принудительного отвода продуктов от поверхности полупроводника, что достигается перемешиванием раствор травителя. Однакб известные травители полупроводниковых кристаллов имеют общие принципиальные недостатки: для травления используются травители, содержащие сильно токсичные вещества (перекись водорода, концентрированные кислоты,) растворы не подлежат регенерации, отработанные растворы требуют нейтрализации. Обычно эти недостатки устраняются дополнительной очисткой растворо от двуокиси азота и использованием только свежеприготовленных растворов/ созданием на предприятиях, про изводящих полупроводниковые приборы и интегральные схемы, систем эффективных очистительных сооружений с целью предотвращения загрязнения окружающей среды. Перечисленные недостатки приводят к снижению эффективности исполь зуемых процессов травления, к значительному- усложнению и удорожанию технологического процесса, повышают опасность и вредность производства Целью изобретения я вляется умень шение токсичности. Поставленная цель достигается те что полирующий травитель для полупроводниковых кристаллов на основе водных padTBOpoB содержит дифторид ксенона при следующих соотношениях компонентов, вес.%: 0,1-2,0 Дифторид ксенона 98,0-99,9 Вода При этом травление полупроводниковых кристаллов ведут при 15-50с. Диапазон концентраций дифторида ксенона в воде определяется следующими обстоятельствами. При концентрации дифторида ксенона i О , 1% значительно снижается производительность за счет уменьшения скорости травления с понижением концентрации активного компонента травителя. При концентрации дифторида ксенона, превышающей 2,0%, процесс становится нестабильным и трудноуправляемым вследствие сильного увеличения скорости реакции. Диапазон температур 15-50°С является наиболее удобным для технологических процессов обработки поверхности полупроводниковых кристаллов и не требует использования дополнительной аппаратуры для поддерживания постоянной температуры травителя. Проведение процесса травления при более высоких температурах также нецелесообразно из-за значительного увеличения скорости гидролиза дифторида ксенона в воде, что может привести к нарушению стабильности процесса травления. Пример. Раствор дифторида ксенона в воде готовят растворением в бидистиллированной воде навесок дифторида ксенона, представляющего собой белый порошок. Травление полупроводниковых кристаллов Ga, Si, SiAs, InSb, GaP проводят в водном растворе дифторида ксенона на травильной установке с вращающимся фторопластовым стаканом, наклоненньц/1 под углом 70°. Образец погружают в стакан. Скорость вращения стакана 60-80 об/мин. Скорость травления оценивают по изменению веса образцов за время эксперимента. Ис содную концентрацию дифторида ксено на в воде в выполненных экспериментах варьируют от 0,1 до 2 вес.%. Скорость травления всех исследован-ных кристаллов возрастает с увеличением температуры и концентрации дифторида ксенона. Исследование образцов после травления с помощью металлографического микроскопа МИМ-7 при увеличении в 500 раз показало, что в результате травленияповерхность полупроводникового кристалла становится зеркально гладкой и на ней не образуются характерные - фигуры травления, что доказывает полирукяцее травление. Кроме того, проводились эллипсометрические исследования травленных поверхностей германия и кремния, для которых имеются надежные сведения по их оптическим константам. Исследование проводят

на лазерном фотоэлектрическом микроэллипсометре типа ЛЭФ-2 при длине золкы электромагнитного излучения 6328 А и угле падения 70 .

Кристалл

166°20 - 167 50

19045 - 1950

В табл. 1 даны значения поляризационных углов Д и ф травленных поверхностей германия и кремния при А 6328 Я и Qo 70 °.

Таблица 1

Кремний

Германий

175°30 - 177°10

10°29 - 10°35

1, ПОЛИРУЮЩИЙ ТРАВИТЕЛЬ ДЛЯ ПОЛУПРОВОДНИКОШК КРИСТАЛЛОВ И СПОСОБ ТРАВЛЕНИЯ на основе водных растворов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения токсичности, он содержит дифторид ксенона при следующих соотношениях компонентов, вес.%: Дифторид ксенона 0,1-2,0 Вода98,0-99,9 2. Способ травления по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности процесса, травление ведут при 15-50 С.

Время хранения образцов на возду-15 хе перед эллипсометрическими измерениями варьируется от 1 до 30 ч, Значения поляризационных углов А и С{У в этом стГучае, как видно из табл. 10 соответствуют поверхностям,20 покрытым слоем естественного окисла, вырастающего при хранении образца на воздухе. Эти результаты свидетельствуют о том, что поверхность полупроводниковых кристаллов после трав-25 ления свободна от адсорбированных и нерастворимых в воде примесей и по своему качеству не уступают КонцентрацияСкорость дифторида к :енона, 2,00,03 1,00,02 0, 0,005 КонцентрацияСкорость дифторида ксенона, %15°С Т,0 0,01 1,00,009 0,10,003 в-.- -..в-.-.-.« «- - -------.-------j -« « ------------- - КонцентрацияСкорос дифторида ксенона, % 15°С 2,0 0,2 1,0 0,1 0,10,05 верхностям, полученным травлением в растворах кислот типа СР-4А. Высота неровностей на поверхностях : полупроводниковых кристаллов послетравления в растворах дифторида ксенона, изученная во всем диапазоне концентраций с помощью интерференционного микроскопа, не превышает 0,05 мкм. В табл. 2-6 приведены значения скоростей реакции исследоваиных полупроводниковых кристаллов с дифторидом ксенона в указанном диапазоне концентраций и температур. Таблица2 створения германия, мкм/мин ри температуре Г20 0,21,0 ОД0,3 0,, ТаблицаЗ астворения кремния, мкм/мин при температуре Г 20°С | SO-C 0,040,1 0,020,07 -2 Таблица 4 ь растворения GaAs (Ш В ) при температуре I 20°СISO C - 2,2 2,6 1,0 1,1 ОД0,3 Концентрация дифторида Скорость ксенона, % 15°С 2,0 0,3 1,00,2 0,10,02 В случае антимонида индия происхо кристаллов Концентрация дифторида Скоро ксенона, % 15°С 2,00,1 1,00,08 0,10,03

В результате использования данного способа упрощается процесс приготовления раствора травителя в связи с уменьшением числа компонентов; процесс травления отличается стабильностью} изменение концентрации дифторида ксенона в процессе травления не отражается на качестве приготовляемой поверхности} значения поляризационных углов U и

C|J при эллипсометрическом контроле травлений поверхности соответст вуют значениям, полученным после травления в кислотьгых травителях; в связи с уменьшением концентрации

активного компонента травителя значительно уменьшается опасность и

0 вредность технологического процесса и упрощается оперативное обслуживание травильной установки, уменьшаются затраты для создания очистительных и регенерационных устройств,

5 Единственными вредными компонентами отработанных растворов являются ионы фтора с концентрацией, не превышающей концентрацию дифторида ксенона в исходном растворе, что значительно ниже количества этих ионов в кислотных травителях. Таблица 5 растворения антимонида индия, мкм/мин при температуре I20°С 150°С 2,32,6 1,21,4 0,10,3 дит травление как В, так и А - грани Таблица 6 ть растворения GaP ( ИГ В), мкм / мин при температуре I 20 с50С 0,81,0 0,40,5 0,050,1