Brevet FR2252390A1 — publié le 19750620

La présente invention concerne le polissage de matériaux semi-conducteurs et, plus particulièrement, le polissage de pastilles en matérieur semi-conducteurs tels que le silicium et le germanium, du type qu'on utilise couraient pour la fabrication de transistors et de dispositifs à l'état solide d'un type analo gue. Lors de la fabrication de transistors et d'autres dispositifs à l'état solide, on découpe des tranches ou des pastilles à partir de lingots ou de nonocristaux d'éléments semi-conducteurs tels que le silicium et le germanium. Les pastilles, dont les dipensions sont normalement d'environ 12,5 à 15,0 nm de diamètre pour environ 0,25 n d'épaisseur, sont soumises à un rodage par une ratière abrasive pour faire disparaitre les endommagements dus au sciage et ensuite elles sont polies jusqu'à un fini analo- gue à celui d'un miroir.Le polissage est normalement effectué par rodage à l'aide d'un tampon en tissu doux, en utilisant une suspension aqueuse d'un abrasif très fin, qui est le plus fréquem- sent l'oxyde de csériu=. L'oxyde de cérium et certains autres agents d'usage courent servant au polissage des pastilles semi-conductrices sont relativeaent coüteur et le polissage ne se déroule pas avec la rapidité voulue. Une accélération du polissage avec des matières abrasives très dures, par exemple avec l'oxyde d'aluminium, est possible Mis On observe parfois des éraflures sur les surfaces des semi-conductears. Il existe donc un besoin certain d'une cofr position de polissage pour des mntières semi-conductrices, compo position à la fois permettant un polissage rapide et contenant un agent de polissage peu conteur. L'invention a pour objet des coipositions aqueuses de polissage capables d'assurer un taux élevé d'enlèvement de la ma- tière lors du polissage de ssii-conducteurs, ces compositions faisant usage de silicate de zirconium finement divisé qui est un agent de polissage relativement bon marché. Les compositions qui sont des suspensions aqueuses contiennent, outre le silicate de circonium en qualité d'agent de polissage, de l'hypochlorite de sodium. Elles contiennent aussi habituellement une petite proportion de métasilicate de sodium à titre de stabilisant de l'hype- chlorite. Le pH de la suspension est coupris entre 11 et 14. Le silicate de zirconium servant d'agent de polissage doit avoir une granulciétrie suffisamment fins, à savoir qu'une proportion de particules ne dépassant pas environ 17 % soit d'une dimension supérieure à 2 microns et environ 50 % des particules doivent avoir une dimension de 1 micron ou plus petite. Pour évi- ter les risques d'un éraflage de la surface des semi-conductenra, on doit prendre soin d'éliminer pratiquement la totalité des pâr- ticules de plus de 5 microns. On prépare le plus commodément cette poudre en pulvérisant le zircon qui est un silicate de zirco nium naturel.Dans certains cas, une petite proportion de silice (SiO2) est présente à la suite du broyage aux boulets du zircon sals ce facteur n'est pas considéré comice important. l'hypochlorite de sodium (NaOCl) peut stre sous forme d'une solution de qualité indnstrielle pouvant contenir une certaine quantité de chlorure de sodium. Cependant le chlorure de sodium est inerte et n'a aucune action sur la composition. Etant donné que l'hypochlorite est quelque peu instable et se décompose progressivement, il est en général souhaitable d'incorporer un stabilisant. On a constaté que le iétasilicate de sodium constitue un stabilisant approprié et on préfère l'utiliser sous forme nydratée Na2Siox. 9H2O, nais on pourrait également l'utiliser sous forme anyhydre.Dans le cas oh la présence d'un alcali est epigée pour élever le pH de la composition, on peut utiliser une petite quantité d'hydroxyde de potassium (KOH). Les concentrations des divers irrrédients dans les suspensions aqueuses formant les compositions de polissage selon l'- invention peuvent varier entre d'assez larges limites. C'est ainsi que le pourcentage du silicate de zirconium dans la suspension petit varier entre environ 5 et 65 % par rapport à la suspension. L'hypochlorite de sodium petit représenter environ 0,4 à 7.2% de la composition à l'exolusion de l'agent de polissage alors que la teneur en métasilicate de sodium (Na2SiO3) est d'environ 15 à 45 % de la quantité d'hypochlorite de sodium. Cependant le pourcentage de métasilicate de sodium n'est pas critique; étant donné qu'on l'utilise ce stabilisant de l'hypochlorite de sodium, on doit incorporer une quantité adéquate pour aboutir à la stabilisation désirée. On a déjà dit que la quantité requise est faible mais la présence d'un excès n'a pas d'effet fâcheux particulier.On a d*- jà dit qu'on peut utiliser une petite quantité d'un hydroxyde de natal alcalin pour régler le pH de la composition. La proportion nécessaire est habituellement inférieure à 1 % par rapport à la composition à l'exclusion de l'agent de polissage. Les exemples suivants, dans lesquels toutes les proportions sont en poids, servent à illustrer l'invention sans aucune- ment en limiter la portée. EXEMPLE 1. Cet exemple décrit la production d'une composition de polissage représentative selon l'invention. On prépare une solution aqueuse en utilisant 20 parties de Na2Si03.91120, 25 parties de NaOCl introduit sous forme d'une solution aqueuse à 20 % et une proportion suffisante d'eau pour obtenir au total 600 parties d'eau. On disperse dans cette solution 350 parties de silicate de zirconium finement divisé. Prélablement, on aura traité avec soin le silicate de zirconium pour le débarrasser de toutes les parti cules de plus de 5 microns et pour assurer que 50 % des particules aient une grosseur de 1 micron ou plus faible.On élève le pH de la dispersion à environ 12,5 par addition de 5,6 parties de EOH. La composition de polissage résultante contient 35 % de silicate de zirconium (agent de polissage) alors que la teneur en NaOCl est de 3,85 % de la composition à l'exclusion de l'agent de polissage. La proportion de silicate de sodium est de 3,43 % par rapport à la quantité dthypochlorite de sodium. On soumet la composition à des essais de polissage de pastilles de silicium comme on le verra dans l'exemple 2. EXEMPLE 2. Pour polir des pastilles de silicium, on utilise une machine de rodage du type planétaire de 305 mm (Lapmaster" - Crans Packing Co.) comportant un plateau de rodage en laiton qui tourne à 60 touxsJ=inute. Le substrat de polissage est constitué par un tampon ("Politex" - Geoscience) fixé au plateau de rodage. Les pastilles de silicium qui sont du type N ont des épaisseurs vari Ant entre 0,254 et 0,279 a et un diamètre compris entre 25,4 et 25,8 mm. On tiXe cinq pastilles à l'aide d'une cire industrielle ("Loc-Wax" - Geoscience) à une plaque de pression en acier ino- dable et on presse les pastilles contre le tampon de polissage rotatif de manière à exercer une pression de 0,14 kg/cm2 sur les surfaces des pastilles pendant qu'on alimente le tampon de polissage en suspension de polissage à raison de 0,38 à 0,46 mm/minu- te/ci2. Le polissage pendant 1 heure permet d'obtenir sur les pastilles de silicium des surfaces exemptes de piqûres et présen- tant un fini analogue à celui d'un miroir. EXEXPIES 3 et 4. On effectue le me essai de polissage que aans l'exemple 2 mais en utilisant deux compositions de polissage contenant, au lieu de 3,85 % d'hypochlorite de sodium comme c'était le cas dans l'exemple 1, respectivement environ 3,5 96 et environ 5 ffi d'hypo chlorate de sodium. On obtient un excellent polissage des pastilles en silicium mais l'opération se déroule un peu plus lentement. Dans d'autres opérations de polissage de pastilles en silicium, on obtient des résultats satisfaisants avec des compositions contenant environ 7 à & 65 % de silicate de zirconium et aussi avec des compositions contenant une proportion aussi faible que 0,4 % de NaOCl par rapport à la composition à l'exclusion de l'agent de polissage. On obtient un enlèvement rapide de la matière et une finition satisfaisante de la surface avec les compositions de polissage selon l'invention quand on les utilise sur des pastilles de germanium par des techniques analogues à celles qui ont été décrites. REVENDICATIONS. 1. Composition de polissage pour matériaux semi-conduc- tueurs, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une suspension aqueuse qui contient du silicate de zirconium finement divisé en qualité d'agent de polissage et une faible proportion d'hy- pochiorite de sodium, le pH de la suspension étant compris entre Il et 14. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'hypochlorite de sodium est présent à raison d'environ 0,4 à 7,2 % par rapport au poids de la suspension à l'exclusion de l'agent de polissage. 3. Composition selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la suspension contient, à titre de stabilisant pour }'hypochlorite de sodium, une proportion faible Mis efficace de nétasilicate de sodium. 4. Composition selon la revendication 3, caractérisée en ce que le métasilicate de sodium est présent à raison d'environ 15 â 45 % par rapport au poids de l'hypochlorite de sodium. 5. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à @ 4, caractérisée en ce qu'elle contient de 7 à 65 % de silica- te de zirconium par rapport au poids de la suspension. 6. Composition selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisée en ce que la granulométrie du silicate de zirconium est telle que la quantité de particules plus grosses que 2 microns ne dépasse pas 17 %, environ 50 % de particules ont une grosseur de 1 Micron ou plus faible et pratiquenent aucune particule n'est Supérieure à 5 lierons. 7. position selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle contient une proportion faible nais efficace d'un hydroxyde de métal alcalin pour en augmenter le pH. 8. Procédé de polissage de la surface d'un matériau ssiiconducteur, caractérisé en ce qu'il consiste à roder cette surfa- ce à l'aide d'un tampon de polissage tout en introduisant sur ladite surface une suspension aqueuse telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 7.