DD147589A1 - POLISHING METHOD FOR SEMICONDUCTOR SURFACES - Google Patents
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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.The invention relates to a method of polishing semiconductor surfaces used in the semiconductor processing industry, e.g. in electrical engineering / electronics companies. The use of the invention increases the effectiveness in the chemical-mechanical polishing of semiconductor surfaces, in particular of silicon substrate disks. In the polishing process of the present invention, the disadvantage of scar formation due to a relatively high (OH &exc;!) Concentration of the polishing agent at an elevated working temperature is avoided by the use of a two-component polishing agent which provides the formation of finely divided soft microparticles and high viscosity Ensure suspension. As the first polish component, an abrasive slurry-based slurry is used in a sucrose solution containing a certain amount of alkaline earth metal hydroxide. As the second polishing agent component, an abrasive slurry in an alkali carbonate solution is used. Both polish components are mixed in a certain ratio; it proved expedient to supply the two polishing agent components separately to the polishing device, so that they first mix on the polishing pad.
Description
Titel der Erfindung · Title of the invention
Verfahren zum Polieren von HalbleiteroberflächenMethod for polishing semiconductor surfaces
•Anwendungsgebiet der Erfindung• Field of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren von Halbleiteroberflächen,' welches in Betrieben der Mikroelektronik und der Halbleitertechnik angewandt werden kann.The invention relates to a method for polishing semiconductor surfaces, which can be applied in microelectronics and semiconductor technology operations.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Ch arakteri sik of the known technical solutions
Bekannt ist, daß kristallines Silizium durch reine Säuren nicht angegriffen wird, während es in einem alkalischen Medium relativ leicht in Lösung geht .It is known that crystalline silicon is not attacked by pure acids, while it is relatively easy to dissolve in an alkaline medium.
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.It is state of the art to use aqueous slurries of such abrasive substances as SiO 2 , Al 2 O, SiC, CeO 2 , Cr 2 O 3 or ZrO 2 as polishing agents for semiconductor materials (eg according to BOGENSCHÜTZ, AF, et al. Feinwerktechnik and Micronic ", 1972, No. 7). The grain size of Abrasiva is then usually below 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.Sodium hydroxide or potassium hydroxide are often added to the polish slurries as chemically active substances, and organic substances having a strongly basic reaction, such as, for example, are frequently used. As ethylenediamine, used together with or as a substitute for alkali metal hydroxides.
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. "... . .It is also known to use as a polishing tool occupied with a polishing cloth rotating flat disc, wherein the tool and workpiece are pressed together with a certain pressure, move relative to each other and this system per unit time a defined amount of polishing agent is supplied. "....
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-2-21730-2-21730
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 angedeutetIn addition, according to an article by MENDEL ("Polishing of Silicon" in "SCP and Solid State Technology" of August 1967), the use of the chemical mechanical polishing of silicon is used, wherein the abrasive used SiO 2 and by the addition of MaOH a pH Range of 10-11 has been set. The possibility of pH variation is indicated by suitable organic substances
Diese Poliermethode wird nach MENDEL in den Patentschriften This polishing method is MENDEL in the patents
1. U.S. Patent Nr. 3 170 273 vom 23. Februar 1965 Erfinder: Walsh, R .0. ; Herzog, A.1st U.S. Patent No. 3,170,273 dated February 23, 1965 inventor: Walsh, R .0. ; Duke, A.
2. British Patent Nr. 971 987 vom 31. März 1965 spezifiziert.2. British Patent No. 971,987, issued Mar. 31, 1965.
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.The known, working in basic environment polishing methods have the disadvantage that you must work with a relatively low (OH ~) concentration, because too high a pH of the suspension generally leads to pitted disc surfaces. On the other hand, lower pH values lead to smaller removal rates, which results in too low a labor productivity when polishing silicon wafers.
Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Effektivität beim Polieren von Halbleiteroberflächen (vorzugsweise von Siliziumsubstratscheiben) im basischen Medium.The aim of the invention is to increase the effectiveness in polishing semiconductor surfaces (preferably silicon substrate disks) in the basic medium.
Darlegung des Wesens der Erfindung Loan of the essence of the invention
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 undThe object of the invention is to increase the effectiveness of the chemical-mechanical polishing on commercial polishing equipment with a polishing agent which does not have the above-mentioned disadvantages. This is achieved according to the invention with a polishing process in which finely divided and so-called "soft" microparticles are formed directly during the polishing process and in which other abrasive particles are added to increase the productivity. The disadvantage of scar formation at elevated (OH ") concentration and / or relatively high average working temperature is the interaction of these" soft "microparticles with abrasive particles of very fine grain size and
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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. .avoided a high viscosity of the suspension. The basic idea behind the preparation of such a polishing agent according to the invention is the use of a sugar or sucrose solution as base liquid for the polishing suspension, since relatively much alkaline earth metal hydroxide (eg Ca (OH) 2 ) can be dissolved by formation of sucrose in comparison to pure water in the sucrose solution , By filtration or centrifugation, the solution can be cleaned or separated from excess alkaline earth metal hydroxide. ,
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.By mixing this lime-sugar solution with a finely divided abrasive to obtain the component 1 of the polishing agent according to the invention, while used as component 2 is an alkali metal carbonate solution mixed with abrasives. Mixing components 1 and 2 in proper proportions results in the formation of a relatively high viscosity, n-type polish which is quite unstable to external agents (e.g., heat).
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, gemäßUpon mixing of the components 1 and 2 is essentially the alkaline earth metal hydroxide (eg. 3, the Ca (0H)?) Reacted by causticizing the alkali carbonates zu.einem finely divided alkaline earth carbonate (eg. As CaCO), according to
Ca(OH)2 + K2CO „—* CaCO + 2 KOH .Ca (OH) 2 + K 2 CO "- * 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 .Components 1 and 2 do not necessarily need to be mixed before use in a polishing machine; it is more convenient to supply them separately to the polishing machine. The chemical removal of silicon in the alkaline medium is carried out in a known manner and is not the subject of the invention.
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.The high viscosity of the polishing solution according to the invention causes a low mobility of the ions, and thereby favors the chemical degradation of the silicon begins first at the tips of the surface relief of the silicon. The polishing process is about the abrasive grain concentration, the concentration of the alkali carbonate, the polishing speed (i.e., the speed at which the workpiece and tool move against each other), the polishing pressure, the polishing temperature, and the viscosity of the components 1 and 2 in wide ranges controllable or optimizable.
2 4 *5^Λ Π S Äf "Q V Vi2 4 * 5 ^ Λ Π S Ä f "Q V Vi
Als Abrasiv- oder Schleifmittel kann zweckmäßigerweise SiO kleinster Korngröße eingesetzt werden, doch sind auch andere Schleifmittel, wie Al~0 oder SiC, anwendbar.As abrasives or abrasives may be used SiO least smallest grain size, but other abrasives, such as Al ~ 0 or SiC, are applicable.
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 vonThe polishing method according to the invention has been successfully used for polishing both sides of silicon wafers. A polishing machine was used, in which the silicon wafers (with a diameter of, for example, 76 mm) were moved in cages between two polishing wheels covered with polishing cloth. The lower polishing wheel had a speed of
— 1 —1- 1 -1
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.120 rpm, the circulation number of the cages was 60 rpm, the upper disc was stationary. It was printed with a polishing pressure of 3. 10 Pa and a polishing temperature of 60 ° C worked.
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.To prepare the component 1, 250 g of cane sugar were dissolved in 1000 g of water and mixed with 50 g of calcium hydroxide. After filtering the lime-sugar solution, 200 g of SiO 2 were added to this. The polishing agent component 2 consisted of 750 g of water, 250 g of potassium carbonate and 100 g of SiO 2 . Both polishing agent components were fed to the machine separately; per hour about 200 ml of component 1 and 200 ml of component 2.
Bei Anwendung des beschriebenen Verfahrens konnte der Polierabtrag gegenüber einer aus KOH und SiO hergestellten Suspension nahezu verdoppelt werden.When using the method described, the polishing removal could be almost doubled compared to a suspension prepared from KOH and SiO.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD21730079A DD147589A1 (en) | 1979-12-03 | 1979-12-03 | POLISHING METHOD FOR SEMICONDUCTOR SURFACES |
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DD21730079A DD147589A1 (en) | 1979-12-03 | 1979-12-03 | POLISHING METHOD FOR SEMICONDUCTOR SURFACES |
Publications (1)
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DD21730079A DD147589A1 (en) | 1979-12-03 | 1979-12-03 | POLISHING METHOD FOR SEMICONDUCTOR SURFACES |
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DD (1) | DD147589A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4910155A (en) * | 1988-10-28 | 1990-03-20 | International Business Machines Corporation | Wafer flood polishing |
DE3939661A1 (en) * | 1989-11-30 | 1991-06-13 | Wacker Chemitronic | Controlling copper incorporation into silicon wafers - during polishing by adding complexing ligands |
-
1979
- 1979-12-03 DD DD21730079A patent/DD147589A1/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4910155A (en) * | 1988-10-28 | 1990-03-20 | International Business Machines Corporation | Wafer flood polishing |
DE3939661A1 (en) * | 1989-11-30 | 1991-06-13 | Wacker Chemitronic | Controlling copper incorporation into silicon wafers - during polishing by adding complexing ligands |
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