СПОСОБ ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКОГО ПОЛИРОВАНИЯ ПЛАСТИН АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ
METHOD FOR CHEMICAL-MECHANICAL POLISHING OF GALLIUM ARSENIDE PLATES

Изобретение относится к области обработки полупроводниковых материалов, а именно к химико-механическому способу (ХМП) полировки пластин арсенида галлия. Изобретение обеспечивает высокое качество поверхности и может быть использовано в технологии изготовления приборов, в том числе матричных большого формата на основе арсенида галлия.
Известны способы химико-механического полирования арсенида галлия [RU 2007784], в которых используют следующие составы:
первый состав: после алмазного полирования пластины обрабатывают в растворе, содержащем сульфаминовую кислоту и цеолит NaA. Матовость поверхности удаляется путем суперфинишной ХМП;
второй состав: после алмазного полирования используется состав, содержащий водный раствор углекислого аммония, железосинеродистый калий, силиказоль, 30% двуокиси кремния. Полировальником является безворсовая лавсановая ткань.
Известен способ химико-механического полирования полупроводниковых материалов [RU 2457574], содержащий частицы абразива - цеолита NaX с размером зерна 15.0-20.0 мкм или частицы диоксида кремния, средний размер которых составляет 10.0-1000.0 нм, йод в спиртовом растворе - 0.1-1.0 мас.%, при этом содержание спиртового йода в композиции составляет 1.0-5.0 мас.%.
Недостатками этих способов являются многостадийные процессы полировки с использованием абразивных материалов, что приводит к усложнению технологии обработки и созданию на поверхности дефектов.
Известен способ химико-механической полировки арсенида галлия [RU 1715133], содержащий в качестве абразива натриевый цеолит на первом этапе, силиказоль - на втором этапе, при следующем соотношении компонентов, мас.%: абразив 10.0-20.0, сульфаминовая кислота 1.3-2.8, пероксид водорода 15.0-28.0, сульфанол 0.01-0.8, вода остальное.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ химико-механического полирования арсенида галлия [RU 1715133], в котором для получения высокой плоскостности поверхности полирование проводится в два этапа, причем в качестве окислителя используют пероксид водорода, в качестве поверхностно-активного вещества используют сульфазол, при следующем соотношении компонентов, мас.%: абразив 10.0-20.0, сульфаминовая кислота 1.30-2.80, пероксид водорода (30%) 15.0-28.0, сульфазол 0.01-0.80, вода остальное. На первом этапе применяют в качестве абразива натриевый цеолит, затем силиказоль, причем на первом этапе удаляют 80-95% припуска, на втором - 5-20% припуска.
Изобретение имеет недостаток, так как предполагает обработку в два этапа на одном и том же полировальнике, причем при проведении второго этапа требуется тщательная промывка полировальника, планшайбы и пластин для удаления натриевого цеолита, содержащегося в композиции первого этапа, - это трудоемкий процесс, и трудно определить время полного перехода от одного абразива к другому в условиях непрерывного взаимодействия полировальника с двумя полирующими составами. Еще один недостаток абразивных композиций для химико-механического полирования заключается в том, что они приводят к созданию в обрабатываемом материале примесно-дефектных комплексов, которые являются эффективными центрами зарождения кластеров. Кроме того, в обработке абразивными материалами даже незначительные по размеру частицы могут создавать в материалах с низкой микротвердостью зоны с пластической деформацией, которые снижают параметры приборов.
Цель изобретения - устранение обработки в два этапа с помощью полирующей композиции, не содержащей абразив, и уменьшение дефектности поверхности обрабатываемого материала.
Поставленная цель достигается тем, что осуществляют обработку пластин вращающимся полировальником и полирующим составом, содержащим пероксид водорода, винную кислоту, этиленгликоль и деионизованнную воду. С целью устранения обработки в два этапа и упрощения процесса полирования при сохранения качества поверхности полирование проводят полирующим составом, не содержащим абразива, а в качестве комплексообразователя используют винную кислоту, в качестве смазывающей добавки - этиленгликоль, при следующем содержании компонентов в полирующем составе, об.%:
Пероксид водорода
7.0-70.0
30% водный раствор винной кислоты
7.0-60.0
Этиленгликоль
5.0-15.0
Деионизованная вода
остальное
Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в способе химико-механического полирования пластин арсенида галлия, включающем воздействие на пластины полировальника и полирующего состава, в качестве окислителя используют пероксид водорода, в качестве комплексообразователя - винную кислоту, в качестве смазывающей добавки - этиленгликоль. Химико-механическое полирование ведут на одном и том же полировальнике в один этап при давлении на пластину 4.3-7.5 кПа, скорости вращения полировальника 20 об/мин. Скорость съема материала составляет 0.4-1.2 мкм/мин в полирующем составе при следующем соотношении компонентов, об %: пероксид водорода 7.0-70.0, винная кислота (30%) 7.0-60.0, этиленгликоль 5.0-15.0, деионизованная вода - остальное. В предлагаемом способе полировки эффект достигается тем, что при использовании полирующего состава на поверхности арсенида галлия образуется пассивная пленка, состоящая из продуктов взаимодействия полирующего состава и арсенида галлия, которая легко удаляется тканевой поверхностью мягких полировальников в отсутствие абразивных материалов.
Пример №1. Проводят химико-механическое полирование пластин арсенида галлия. Для приготовления одного литра полирующего состава в емкость наливают 630 мл пероксида водорода, 200 мл 30%-ного водного раствора винной кислоты, 100 мл этиленгликоля, деионизованная вода остальное. Скорость съема составляет 0.8 мкм/мин при давлении на пластину 4.3-7.5 кПа.
Пример №2. Проводят химико-механическое полирование пластин арсенида галлия. Для приготовления одного литра полирующего состава в емкость наливают 430 мл пероксида водорода, 400 мл 30%-ного водного раствора винной кислоты, 100 мл этиленгликоля, деионизованная вода остальное. Скорость съема составляет 1.2 мкм/мин при давлении на пластину 4,3 кПа.
Пример №3. Проводят химико-механическое полирование пластин арсенида галлия. Для приготовления одного литра полирующего состава в емкость наливают 700 мл пероксида водорода, 130 мл 30%-ного водного раствора винной кислоты, 100 мл этиленгликоля, деионизованная вода остальное. Скорость съема составляет 0.4 мкм/мин при давлении на пластину 7.5 кПа.
Пример №1 показывает, что скорость съема не зависит от давления на пластину в указанном диапазоне. Из примеров также видно, что при увеличении соотношения концентрации пероксида водорода к концентрации винной кислоты в растворе скорость съема уменьшается.
Остальные составы полирующих растворов, использованных при химико-механическом полировании, приведены в таблице.
Составы растворов для химико-механического полирования
Пероксид водорода, об.%
30% водный раствор винной кислоты, об.%
Этиленгликоль, об.%
Вода, об.%
Скорость съема, мкм/мин
50.0
20.0
10.0
20.0
0.9
50.0
40.0
10.0
0.0
0.9
25.0
20.0
10.0
45.0
0.1
25.0
55.0
10.0
10.0
1.7
35.0
20.0
10.0
35.0
1.0
15.0
45.0
7.0
33.0
1.5
40.0
20.0
5.0
35.0
1.7
45.0
20.0
15.0
20.0
1.5
15.0
45.0
15.0
25.0
1.0
7.0
50.0
15.0
28.0
1.0
7.0
55.0
8.0
30.0
0.7
7.0
60.0
8.0
25.0
0.7
8.0
55.0
15.0
22.0
1.5
55.0
7.0
13.0
25.0
1.5
Во всех примерах для химико-механической полировки использовался станок с рабочим столом диаметром 220 мм, на котором закреплялся батист. Батист перед химико-механической полировкой смачивался рабочим раствором в течение 1-2 минут. Скорость вращения полировальника 20 об/мин. Пластина арсенида галлия помещается в приспособление, которое устанавливается на рабочий стол полировальника. Скорость подачи раствора в зону полирования - 15.0-20.0 мл/мин. По окончании полирования пластину промывают в проточной деионизованнной воде в течение 5 минут и сушат на центрифуге.
Все пластины после обработки имели зеркальную поверхность 14 класса чистоты по ГОСТ 11141-84, без рисок и окисной пленки. На фиг.1 представлен профиль поверхности пластины арсенида галлия после шлифовки, до обработки ХМП. Среднее отклонение профиля составляет 2 мкм. На фиг.2 - профиль поверхности, обработанной способом ХМП, после съема слоя 200 мкм. Среднее отклонение профиля составляет 0.02 мкм, что соответствует 14 классу. Плоскостность пластин на диаметре 50 мм составила 2-3 мкм. Контроль рельефа и плоскостности проводился на профилографе «Dektak XT» (Bruker).
Рентгеновские исследования показали отсутствие нарушенного слоя после обработки.