СПОСОБ ПОЛИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF POLISHING SEMICONDUCTOR MATERIALS

Изобретение относится к области обработки полупроводниковых материалов, а именно к химико-механическим способам полирования полупроводников, и может быть использовано в технологии изготовления полупроводниковых приборов, в частности в технологии изготовления подложек из германия для выращивания эпитаксиальных гетероструктур.
Химико-механический способ полирования включает одновременное воздействие на полируемую поверхность твердого тела механической нагрузки и полирующей композиции, содержащей частицы абразива, диспергированные в жидкой фазе, а также химически активный компонент (компоненты).
Известен способ химико-механического полирования полупроводников, в частности кремния и германия [US 4260396], в котором используют полирующую композицию, содержащую в качестве абразива коллоидный диоксид кремния с размером частиц 1-30 мкм и карбоксиполиметилен в качестве загустителя.
Недостатком рассматриваемого способа является то, что из-за относительно большого размера частиц абразива может происходить нарушение структуры поверхностного слоя обрабатываемого материала на значительную глубину порядка 1 мкм.
Известен способ химико-механического полирования полупроводников, в частности пластин из арсенида галлия [RU 1715133], в котором используют полирующую композицию, содержащую абразив, сульфаминовую кислоту, пероксид водорода, поверхностно-активное вещество и воду. При этом способ осуществляют в два этапа, на первом из которых в составе полирующей композиции в качестве абразива используют натриевый цеолит, а на втором - силиказоль.
Недостатком рассматриваемого способа является его сложность, что обусловлено проведением полирования пластин в два этапа с использованием двух полирующих композиций разного состава. Кроме того, входящий в состав обеих композиций пероксид водорода является сильным окислителем, воздействие которого на полируемую поверхность может привести к образованию на ней протравленных областей и, соответственно, к ухудшению качества полированной поверхности.
Известен способ химико-механического полирования полупроводников, описанный в [US 2008305718], который выбран авторами в качестве ближайшего аналога.
Рассматриваемый способ осуществляют с использованием полирующей композиции, содержащей водную суспензию частиц абразива и йодсодержащий компонент, а именно йодную кислоту, периодную кислоту или соль одной из указанных кислот.
Данный способ прост в осуществлении.
Однако указанные выше химические соединения йода являются сильными окислителями, применение которых в составе полирующей композиции может привести к образованию протравленных областей на полированной поверхности и к ухудшению ее качества.
Задачей заявляемого изобретения является достижение высокого качества полированной поверхности.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе химико-механического полирования полупроводниковых материалов, включающем воздействие на обрабатываемую поверхность механической нагрузки и полирующей композиции, содержащей водную суспензию частиц абразива и иодсодержащий компонент, согласно изобретению в качестве иодсодержащего компонента композиция содержит иод в виде его раствора в этиловом спирте, концентрация частиц абразива в водной суспензии составляет от 15 до 20 мас.%, концентрация иода в спиртовом растворе составляет от 0,1 до 1 мас.%, при этом содержание спиртового раствора иода в композиции составляет от 1 до 15 мас.%.
В частном случае выполнения изобретения в качестве частиц абразива композиция содержит частицы цеолита NaX или частицы диоксида кремния, полученного сжиганием тетрахлорида кремния в низкотемпературной плазме кислорода и водорода, при этом средний размер частиц абразива составляет от 10 до 1000 нм.
Принципиально важным в заявляемом способе является использование в применяемой при его осуществлении полирующей композиции в качестве химического агента элементарного йода, который вводится в композицию в виде его спиртового раствора.
Применяемый в композиции йод обеспечивает протекание окислительно-восстановительных реакций с веществами, присутствующими в приповерхностном слое полируемого твердого тела, что приводит к структурным изменениям полируемой поверхности, облегчающим механическое снятие материала полируемого тела. К тому же присутствие на поверхности полируемого тела атомов йода способствует повышению ее устойчивости к окислению кислородом воздуха.
Поскольку элементарный йод является слабым окислителем, содержащая его полирующая композиция обладает относительно низкой скоростью травления полируемого полупроводникового материала, которая не превышает скорость его механического снятия в процессе осуществления химико-механического полирования. Соответственно, при реализации заявляемого способа на полированной поверхности не образуются протравленные области.
Из-за того, что йод не растворим в воде, для обеспечения равномерности распределения йода в водной полирующей композиции его вводят в композицию в виде раствора в этиловом спирте, который легко готовить и который является достаточно стабильным йодсодержащим препаратом по сравнению с другими йодсодержащими препаратами, например йодной кислотой.
Концентрация частиц абразива в водной суспензии выбрана авторами экспериментально и составляет от 15 до 20 мас.%. При содержании частиц абразива в суспензии менее 15 мас.% процесс получения качественной полированной поверхности является слишком длительным, при содержании частиц абразива в суспензии более 20 мас.% значительно увеличивается скорость механического снятия материала с поверхности полируемого тела, вследствие чего на ней могут возникнуть дефекты рельефа (царапины, микротрещины).
В качестве частиц абразива в заявляемом способе могут быть использованы частицы абразивных материалов, применяемых на практике в технике полирования полупроводников, в частности различные виды диоксида кремния, различные виды цеолитов.
Указанные выше пределы концентрации йода в спиртовом растворе и пределы содержания спиртового раствора йода в полирующей композиции выбраны авторами экспериментально из условия обеспечения заметного химического воздействия полирующей композиции на полируемый материал без образования протравленных областей на полируемой поверхности.
За счет использования в заявляемом способе полирующей композиции вышеуказанного состава достигается получение полированной поверхности без дефектов рельефа и протравленных областей, что обуславливает ее высокое качество.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является обеспечение высокого качества полированной поверхности.
Как показали практические исследования авторов, целесообразным с точки зрения повышения качества полированной поверхности является использование в заявляемом способе полирующей композиции, которая в качестве частиц абразива содержит частицы цеолита NaX или частицы диоксида кремния, полученного сжиганием тетрахлорида кремния в низкотемпературной плазме кислорода и водорода, при этом средний размер указанных частиц составляет от 10 до 1000 нм.
Цеолит NaX представляет собой пористый минерал, содержащий оксиды алюминия и кремния, а также оксиды натрия, и является наиболее распространенной формой цеолитов.
В качестве диоксида кремния, полученного сжиганием тетрахлорида кремния в низкотемпературной плазме кислорода, может быть использован получаемый указанным образом полировальный порошок марки "Элплаз-К" или аэросил.
Цеолит NaX и полученный вышеуказанным образом диоксид кремния обладают относительно низкой твердостью (величина которой по Моосу составляет 2-5), значительно меньшую, чем твердость ряда других применяемых при полировании полупроводников абразивных материалов (в том числе диоксида кремния иных видов, твердость которых по Моосу достигает 7). Использование в полирующей композиции частиц цеолита NaX или частиц полученного вышеуказанным образом диоксида кремния, имеющих относительно низкую твердость, снижает вероятность нарушения приповерхностного слоя обрабатываемого материала в процессе осуществления заявляемого способа и, соответственно, вероятность возникновения на полируемой поверхности рисок и микроцарапин. В то же время частицы указанных абразивных материалов достаточно устойчивы к коагуляции и могут иметь относительно малые размеры, что положительно влияет на качество обрабатываемой с помощью заявляемого способа поверхности.
Пределы среднего размера частиц указанных абразивных материалов выбраны авторами экспериментально. При среднем размере частиц указанных абразивных материалов более 1000 нм при реализации заявляемого способа приповерхностный слой обрабатываемого материала может быть нарушен, что может привести к ухудшению качества полированной поверхности. При среднем размере частиц указанных абразивных материалов менее 10 нм повышается вероятность коагуляции частиц в крупные конгломераты, что также может привести к ухудшению качества полированной поверхности при реализации заявляемого способа.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
Способ реализуют с использованием полировальника из мягкой ткани и план-шайбы, на которой закреплены обрабатываемые образцы из полупроводникового материала, в частности пластины из германия.
На полировальник кладут план-шайбу с закрепленными на ней пластинами, обеспечивают контактирование полировальника с поверхностью пластин и осуществляют относительное вращение полировальника и план-шайбы с одновременной постоянной подачей на полировальник полирующей композиции, которая за счет кругового движения полировальника распределяется по поверхности полировальника от его центра к периферии. При этом полирующая композиция содержит водную суспензию частиц абразива и йод в виде его раствора в этиловом спирте, концентрация частиц абразива в водной суспензии составляет от 15 до 20 мас.%, концентрация йода в спиртовом растворе составляет от 0,1 до 1 мас.%, а содержание спиртового раствора йода в композиции составляет от 1 до 15 мас.%.
В качестве частиц абразива в полирующей композиции могут быть использованы частицы применяемых в технологии полирования полупроводников абразивных материалов, в частности различные виды диоксида кремния, различные виды цеолитов.
Преимущественным является использование в полирующей композиции частиц цеолита NaX или частиц диоксида кремния, полученного сжиганием тетрахлорида кремния в низкотемпературной плазме кислорода и водорода (например, полировального порошка марки "Элплаз-К"), средний размер которых составляет от 10 до 1000 нм.
Возможность осуществления заявляемого способа показана в примерах его конкретного выполнения.
Пример 1.
Проводили химико-механическое полировование пластин из германия. Пластины располагали на план-шайбе, укладывали план-шайбу с закрепленными на ней пластинами на полировальник, обеспечивали контактирование полировальника с поверхностью пластин и осуществляли относительное вращение полировальника и план-шайбы с одновременной постоянной подачей на полировальник полирующей композиции.
Использовали полировальную композицию, содержащую водную суспензию частиц цеолита NaX и иод в виде его раствора в этиловом спирте. Средний размер частиц цеолита NaX составлял 10 нм, концентрация частиц цеолита NaX в водной суспензии составляла 20 мас.%, концентрация йода в спиртовом растворе составляла 0,1 мас.%, при этом содержание спиртового раствора йода в композиции составляло 1 мас.%.
Полирование осуществляли в течение 15 часов.
Качество полированной поверхности оценивали по показателям шероховатости. Полированная поверхность имела 14 класс чистоты, что свидетельствовало о высоком качестве поверхности.
Пример 2.
Проводили химико-механическое полировование пластин из кремния аналогично, как в примере 1.
Полирование осуществляли с использованием полировальной композиции, содержащей водную суспензию частиц полировального порошка "Элплаз-К" и иод в виде его раствора в этиловом спирте. Средний размер частиц полировального порошка "Элплаз-К" составлял 100 нм, концентрация частиц абразива в водной суспензии составляла 15 мас.%, концентрация йода в спиртовом растворе составляла 1 мас.%, при этом содержание спиртового раствора йода в композиции составляло 15 мас.%.
Полирование осуществляли в течение 12 часов.
Качество полированной поверхности оценивали по показателям шероховатости. Полированная поверхность имела класс чистоты 14, что свидетельствовало о высоком качестве поверхности.
Пример 3.
Проводили химико-механическое полирование пластин из германия аналогично, как в примере 1.
Полирование осуществляли с использованием полировальной композиции, содержащей водную суспензию частиц цеолита NaX и йод в виде его раствора в этиловом спирте. Средний размер частиц цеолита NaX составлял 1000 нм, концентрация частиц абразива в водной суспензии составляла 18 мас.%, концентрация йода в спиртовом растворе составляла 0,5 мас.%, при этом содержание спиртового раствора йода в композиции составляло 10 мас.%.
Полирование осуществляли в течение 10 часов.
Качество полированной поверхности оценивали по показателям шероховатости. Полированная поверхность имела класс чистоты 14, что свидетельствовало о высоком качестве поверхности.