DD147589A1

DD147589A1 - Polierverfahren fuer halbleiteroberflaechen

Info

Publication number: DD147589A1
Application number: DD21730079A
Authority: DD
Inventors: Bernd Nippe; Gerda Friedrich
Original assignee: Bernd Nippe; Gerda Friedrich
Priority date: 1979-12-03
Filing date: 1979-12-03
Publication date: 1981-04-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren von Halbleiteroberflaechen, das in der halbleiterverarbeitenden Industrie, so z.B. in Betrieben der Elektrotechnik/Elektronik, angewandt werden kann. Die Nutzung der Erfindung steigert die Effektivitaet beim chemisch-mechanischen Polieren von Halbleiteroberflaechen, insbesondere von Siliziumsubstratscheiben. Bei dem erfindungsgemaeszen Polierverfahren wird der Nachteil der Entstehung von Narben infolge einer relativ hohen (OH&exp-!)-Konzentration des Poliermittels bei einer erhoehten Arbeitstemperatur durch die Verwendung eines aus zwei Komponenten bestehenden Poliermittels vermieden, welche die Bildung feinstverteilter weicher Mikropartikel und eine hohe Viskositaet der Suspension gewaehrleisten. Als erste Poliermittelkomponente wird eine Schleifmittelsuspension auf der Basis einer Schleifmittelaufschlaemmung in einer Saccharoseloesung, die eine bestimmte Menge Erdalkalihydroxid enthaelt, verwendet. Als zweite Poliermittelkomponente wird eine Schleifmittelaufschlaemmung in einer Alkalikarbonatloesung eingesetzt. Beide Poliermittelkomponenten werden im bestimmten Verhaeltnis gemischt; als zweckmaeszig erwies sich, die beiden Poliermittelkomponenten separat der Poliereinrichtung zuzufuehren, so dasz sie sich erst auf der Polierscheibe mischen.

Description

Titel der Erfindung ·

Verfahren zum Polieren von Halbleiteroberflächen

•Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren von Halbleiteroberflächen,' welches in Betrieben der Mikroelektronik und der Halbleitertechnik angewandt werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist, daß kristallines Silizium durch reine Säuren nicht angegriffen wird, während es in einem alkalischen Medium relativ leicht in Lösung geht .

Es gehört zum Stand der Technik, wässrige Aufschlämmungen solcher abrasiver Stoffe wie SiO₂, Al₂O , SiC, CeO₂, Cr₂O₃ oder ZrO₂ als Poliermittel für Halbleitermaterialien einzusetzen (z. B. nach BOGENSCHÜTZ, A. F., u. a. in "Feinwerktechnik und Micronic", 1972, Heft 7). Die Korngröße der Abrasiva liegt dann in der Regel unter 2,urn.

Als chemisch aktive Stoffe werden den Poliermittelaufschlämmungen häufig Natriumhydroxid oder Kaliurnhydroxid zugesetzt, oft werden auch organische Stoffe mit stark basischer Reaktion, wie z. B. Äthylendiamin, gemeinsam mit bzw. als Austauschmittel für Alkalihydroxide eingesetzt.

Ferner ist bekannt, als Polierwerkzeug eine mit einem Poliertuch belegte rotierende ebene Scheibe zu benutzen, wobei Werkzeug und Werkstück mit einem bestimmten Druck aneinandergepreßt werden, sich relativ zueinander bewegen und diesem mechanischen System pro Zeiteinheit eine definierte Menge Poliermittel zugeführt wird. "... . .

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Außerdem wird nach einem Artikel von MENDEL ("Polishing of Silicon" in "SCP and Solid State Technology" vom August 1967) die Anwendung des chemisch-mechanischen Polierens von Silizium genutzt, wobei als Abrasivmittel SiO₂ eingesetzt und durch Zusatz von MaOH ein pH-Bereich von 10-11 eingestellt wurde. Dabei wird die Möglichkeit der pH-Wert-Variation durch geeignete organische Substanzen angedeutet

Diese Poliermethode wird nach MENDEL in den Patentschriften

1. U.S. Patent Nr. 3 170 273 vom 23. Februar 1965 Erfinder: Walsh, R .0. ; Herzog, A.

2. British Patent Nr. 971 987 vom 31. März 1965 spezifiziert.

Die bekannten, in basischer Umgebung arbeitenden Polierverfahren haben den Nachteil, daß mit einer relativ geringen (OH~)-Konzentration gearbeitet werden muß, weil ein zu großer pH-Wert der Suspension im allgemeinen zu narbigen Scheibenoberflächen führt. Geringere pH-Werte bewirken andererseits kleinere Abtragraten, was beim Polieren von Siliziumscheiben eine zu geringe Arbeitsproduktivität zur Folge hat.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Effektivität beim Polieren von Halbleiteroberflächen (vorzugsweise von Siliziumsubstratscheiben) im basischen Medium.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist die Erhöhung der Effektivität des chemisch-mechanischen Polierens auf handelsüblichen Poliereinrichtungen mit einem Poliermittel, welches nicht die oben angeführten Nachteile besitzt. · Dies wird erfindungsgemäß mit einem Polierverfahren erreicht, bei dem feinstverteilte und sogenannte "weiche" Mikropartikel direkt während des Polierprozesses gebildet werden und bei dem zur Steigerung der Produktivität noch andere Schleifmittelpartikel zugegeben werden. Der Nachteil der Narbenbildung bei erhöhter (OH")-Konzentration und/oder relativ hoher mittlerer . Arbeitstemperatur wird d'\£ch das Zusammenwirken dieser "weichen" Mikropartikel mit Schleifmittelteilchen feinster Körnung und

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einer hohen Viskosität der Suspension vermieden. Grundgedanke der Herstellung eines solchen erfindungsgemäßen Poliermittels ist die Verwendung einer Zucker- oder Saccharoselösung , als Basisflüssigkeit für die Poliersuspension, da im Vergleich zu reinem Wasser in der Saccharoselösung durch Saccharatbildung relativ viel Erdalkalihydroxid (z. B. Ca(OH)₂) gelöst werden kann. Durch Filtrieren oder Zentrifugieren kann man die Lösung von überschüssigem Erdalkalihydroxid reinigen bzw. trennen. .

Durch Mischen dieser Kalk-Zuckerlösung mit einem feinstverteilten Schleifmittel erhält man die Komponente 1 des· erfindungsgemäßen Poliermittels, während als Komponente 2 eine mit Schleifmitteln versetzte Alkalikarbonatlösung zu benutzen ist. Mischt man die Komponenten 1 und 2 im geeigneten Verhältnis, so kommt es zur Bildung eines relativ hochviskose.n-gelartigen Poliermittels, das gegenüber äußeren Einwirkungen (z.B. Wärme) ziemlich instabil ist.

Beim Mischen der Komponenten 1 und 2 wird im wesentlichen das Erdalkalihydroxid (z. 3. das Ca(0H)_?) durch Kaustifizieren der Alkalikarbonate zu.einem feinstverteilten Erdalkalikarbonat (z. B. CaCO ) umgesetzt, gemäß

Ca(OH)₂ + K₂CO „—* CaCO + 2 KOH .

Die Komponenten 1 und 2 brauchen nicht unbedingt vor dem Einsatz in einer Poliermaschine gemischt zu werden ; es ist zweckmäßiger, sie der Poliermaschine separat zuzuführen. Der chemische Abtrag des Siliziums in dem alkalischen Medium erfolgt in bekannter Weise und ist nicht Gegenstand der Erfindung .

Die hohe Viskosität der erfindungsgemäßen Polierlösung bewirkt eine geringe Beweglichkeit der Ionen,und dadurch begünstigt setzt der chemische Abbau des Siliziums zuerst an den Spitzen des Oberflächenreliefs des Siliziums ein. Der Polierprozeß ist über die Schleifmittelkorizentration, die Konzentration der Alkalikarbonate, der Poliergeschwindigkeit , (d . h. über die Geschwindigkeit, mit der sich Werkstück und Werkzeug gegeneinander bewegen), den Polierdruck, die Poliertemperatur und die Viskosität der Komponenten 1 und 2 in weiten Bereichen steuerbar bzw. optimierbar.

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Als Abrasiv- oder Schleifmittel kann zweckmäßigerweise SiO kleinster Korngröße eingesetzt werden, doch sind auch andere Schleifmittel, wie Al~0 oder SiC, anwendbar.

Ausführungsbeisρie1

Das erfindungsgemäß beschriebene Polierverfahren wurde erfolgreich zum beidseitigen Polieren von Siliziumscheiben benutzt. Zum Einsatz kam eine Poliermaschine, bei welcher die Siliziumscheiben (mit einem Durchmesser von z. B. 76 mm) in Käfigen zwischen zwei mit Poliertuch bespannten Polierscheiben bewegt wurden. Die untere Polierseheibe hatte eine Drehzahl von

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120 U min , die Umlaufzahl der Käfige betrug 60 U min , die obere Scheibe war dagegen feststehend. Es wurde mit einem Polierdruck von 3 . 10 Pa und einer Poliertemperatur von 60°C gearbeitet.

Zur Herstellung der Komponente 1 wurden 250 g Rohrzucker in 1000 g Wasser gelöst und mit 50 g Calziumhydroxid vermischt. Nach dem Filtrieren der Kalk-Zuckerlösung wurden zu dieser noch 200 g SiO₂ zugegeben. Die Poliermittelkomponente 2 bestand aus 750 g Wasser, 250 g Kaliumkarbonat und 100 g SiO₂. Beide Poliermittelkomponenten wurden der Maschine separat zugeführt ; und zwar pro Stunde etwa 200 ml Komponente 1 und 200 ml Komponente 2.

Bei Anwendung des beschriebenen Verfahrens konnte der Polierabtrag gegenüber einer aus KOH und SiO hergestellten Suspension nahezu verdoppelt werden.

Claims

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Erf indunqsanspruch

1. Verfahren zum Polieren von Halbleiteroberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Poliermittel genutzt wird, bei dem das Schleif- oder Abrasivmittel in einer oder in. zwei Lösungskomponenten auf geschlämmt ist, wobei die erste Kornpo-'nente aiis einer wässrigen Lösung einer Saccharose und einem Erdalkalihydroxid und die zweite Komponente aus einer wässrigen Alkalikarbonatlösung bestehen.
2. Verfahren zum Polieren von Halbleiteroberflächen mit einem Poliermittel nach Punkt 1» dadurch gekennzeichnet, daß als Schleifmittel vorzugsweise Siliziumdioxid mit einer Korngröße< 0,5 ,um verwendet wird, das in der ersten und/ oder zweiten Komponente aufgeschlämmt wird, wobei etwa 50 bis 300 g Schleifmittel auf einen Liter Lösung angesetzt werden.
3. Verfahren zum Polieren von Halbleiteroberflächen mit einem Poliermittel nach Punkt , 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Erdalkalimetallbase vorzugsweise Kalziumhydroxid Ca (OH) und als Lösungsmittel eine Rohrzuckerlösung mit einem Zuckorgehalt von ^, 40 Gewichtsprozenten verwendet wird, wobei das Kalziumhydroxid in einer größeren Menge angesetzt werden kann, so daß eine gesättigte oder übersättigte Lösung vorliegt.
4. Verfahren zum Polieren von Halbleiteroberflächen mit einem Poliermittel nach Punkt 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden wahlweise mit Schleifmittel versetzten Lösungskomponenten vor dem Zuführen zur Poliervorrichtung vermischt werden oder dieser separat zugeführt werden, so daß das Vermischen direkt auf der Poliervorrichtung erfolgt
5. Verfahren zum Polieren von Halbleiteroberflächen mit einem Poliermittel nach Anspruch 1,2,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mittleren Werkzeug- und Werkstücktemperatur von 30⁰C bis 90⁰C poliert wird.