DE1546031C

DE1546031C - Solution for chemical polishing of silicon wafers

Info

Publication number: DE1546031C
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Mineraloge 8501 Wendelstein Schafer
Original assignee: Telefunken Patentverwertungsgesell schaft mbH, 7900UIm
Publication date: 1972-07-13

Description

Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen, deren Halbleiterkörper wie bei Planartransistoren und mikrominiaturisierten Schaltungsanordnungen beispielsweise aus Silizium besteht, ist es unbedingt erforderlich, die Oberfläche der Halbleiterscheiben so vorzubehandeln, daß sie möglichst frei von Zerstörungsschichten, Unebenheiten und Rauhigkeiten, ist. Es sind also Halbleiterscheiben erforderlich, die gut und zerstörungsfrei poliert sind.In the manufacture of semiconductor arrangements, their semiconductor bodies as in planar transistors and microminiaturized circuit arrangements made of silicon, for example, it is essential it is necessary to pretreat the surface of the semiconductor wafers so that they are as free as possible from destructive layers, Bumps and roughness, is. So semiconductor wafers are required that are good and polished non-destructively.

Die bekannte mechanische Politur mit anschließender chemischer Ätzung erfordert einen relativ großen apparativen und zeitlichen Aufwand, da die auf der Kristallscheibe durch Sägen und Läppen erzeugten Zerstörungsschichten durch stufenweise Verkleinerung des Schleifkornes entfernt werden müssen. Jeder Schleifprozeß ruft aber'selbst wieder Zerstörungen im Kristallgitter hervor. Dieses stufenweise Schleifen erfordert, daß entweder vor jedem Polierprozeß mit neuem Korn die Apparatur gesäubert wird oder die Scheiben auf einer anderen Apparatur mit entsprechend kleinerem Schleifkorn weiterpoliert werden. Bei diesem bekannten Polierverfahren besteht die Gefahr, daß gerade beim kleinsten Schleifkorn mit einem Durchmesser von ungefähr 0,25 μ Stücke ausbrechen, die tiefe Kratzer auf der Halbleiterscheibe hinterlassen, Solcher Kratzer entstehen auch durch Staubteilchen, die aus der umgebenden Atmosphäre stammen und praktisch nicht zu vermeiden sind. Bei einer mechanischen Politur bleibt also immer, auch bei kleinstem Korn,' eine Zerstörungsschicht auf dem Halbleiterkristall zurück, die nur durch einen chemischen oder elektrochemischen Prozeß entfernt werden kann.The known mechanical polishing with subsequent chemical etching requires a relatively large one expenditure in terms of equipment and time, as those produced on the crystal disk by sawing and lapping Destructive layers must be removed by gradually reducing the size of the abrasive grain. Everyone But the grinding process itself again causes destruction in the crystal lattice. This gradual grinding requires that either the equipment or the Discs can be further polished on another apparatus with a correspondingly smaller abrasive grain. at this known polishing process there is a risk that the smallest abrasive grain with a Break out pieces with a diameter of about 0.25 μ that leave deep scratches on the semiconductor wafer, Such scratches are also caused by dust particles that originate from the surrounding atmosphere and are practically unavoidable. A mechanical polish always remains, even with the smallest Grain, 'back a layer of destruction on the semiconductor crystal, which is only caused by a chemical or electrochemical process can be removed.

Die elektrochemische Politur ist ein physikochemischer Vorgang, bei dem durch Einwirkung von elektrischen Ladungsträgern, die entweder von außen an die Kristallscheibe herangebracht oder durch Lichteinwirkung im Innern des Halbleiterkristalls erzeugt werden, Halbleiteratome in Ionen umgesetzt und in Lösung gebracht werden. Der Nachteil des elektrochemischen Polierverfahrens besteht darin, daß alle Teile der Oberfläche des Halbleiterkristalls, die von der Politur ausgenommen werden müssen, zur Vermeidung einer Berührung mit dem Lösungsmittel abzudecken sind. Außerdem muß ein ohmscher Kontakt, beispielsweise in Gestalt eines Drahtes, auf. einer vorher stromlos vernickelten Fläche angelötet werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Ätzgeschwindigkeit sehr klein ist.Electrochemical polishing is a physicochemical process in which, through the action of electrical charge carriers that are either brought to the crystal disk from the outside or through Exposure to light is generated inside the semiconductor crystal, and semiconductor atoms are converted into ions and brought into solution. The disadvantage of the electrochemical polishing process is that all parts of the surface of the semiconductor crystal that must be excluded from the polishing, for To avoid contact with the solvent. In addition, there must be an ohmic Contact, for example in the form of a wire, on. soldered to a previously electroless nickel-plated surface will. Another disadvantage is that the etching speed is very slow.

Den geringsten Aufwand erfordert eine chemische Ätzung, da jm wesentlichen nur dafür zu sorgen ist, daß die Ätzlösung gleichmäßig an der zu polierenden Oberfläche des Halbleiterkristalls vorbeigeführt wird. Obwohl man mit den bisher bekannten Ätzlösungen Zerstöriingsschichten völlig abtragen kann, gelingt es nicht, eine Siliziumschicht mit völlig ebener und glatter Oberfläche zu erhalten. Die Oberfläche von Siliziumscheiben ist nach der Ätzbehandlung mit den bekannten Lösungen vielmehr stark gewölbt und weist eine beträchtliche Rauhigkeit auf, die unter dem Namen »Orange-Peel-Structure« bekannt ist. Aus diesem Grunde ist es üblich, zunächst mechanisch zu polieren und erst im Anschluß daran mit einer geeigneten Mischung eine Ätzung vorzunehmen. Bekannte Ätzlösungen bestehen aus zwei Teilen konzentrierter Salpetersäure, einem Teil konzentrierter Fhißsäure und zwei Teilen Eisessig. Diesen Ätzlösungen wurden vielfach noch Zusätze von Brom, Jod oder Orthophosphorsäure zugegeben. Durch diese Ätzlösungen wurde die Zerstörungsschicht einer an sich schon durch die mechanische Politur ebenen und glatten Siliziumoberlläche abgetragen. Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß die Güte der auf mechanischem Wege erzielten Politur unter der zur Entfernung der Zerstörungsschicht erforderlichen chemischen Nachbehandlung leidet.Chemical etching requires the least amount of effort, since essentially all that has to be ensured is that the etching solution is uniformly guided past the surface to be polished of the semiconductor crystal. Although one can completely remove destructive layers with the etching solutions known up to now, it succeeds not to get a silicon layer with a completely flat and smooth surface. The surface of After the etching treatment with the known solutions, silicon wafers are rather strongly curved and pointed a considerable roughness known under the name "Orange-Peel-Structure". Out For this reason it is customary to first polish mechanically and only then with a suitable one Mixture to make an etching. Known etching solutions consist of two parts more concentrated Nitric acid, one part concentrated hydrofluoric acid and two parts glacial acetic acid. These etching solutions were often additions of bromine, iodine or orthophosphoric acid admitted. Through these etching solutions, the destruction layer became one in itself The mechanical polishing removes the level and smooth silicon surface. The downside to this known method is that the quality of the mechanical polish is below the chemical aftertreatment required to remove the destruction layer suffers.

Untersuchungen haben überraschenderweise ergeben, daß Wölbungen und Rauhigkeiten" bei einer chemischen Behandlung vermieden werden können, wenn die Lösung mindestens 40 Volumprozent 83%'g^e Salpetersäure, mindestens 10 Volumprozent 40^u/₀ige Flußsäuresowie mindestens 40 Volumprozent 100%'ge'i Eisessig enthält.Studies have surprisingly shown that bulges and roughness "can be avoided when a chemical treatment when the solution is at least 40 volume percent, 83% ^'e g nitric acid, at least 10 volume percent ^and _40/0 sodium Flußsäuresowie at least 40 volume percent 100%'ge'i glacial acetic acid contains.

Die besten Ergebnisse, d. h. Siliziumscheiben ohne Wölbungen und Rauhigkeiten, wurden mit einer Lösung erzielt, die folgende Zusammensetzung hat: 44,6 Volumprozent 83%ige Salpetersäure (HNO_;1), 11,1 Volumprozent 40⁰/₀'ge Flußsäure (HF) und 44,3 Volumprozent 100%igen Eisessig
(CH₃COOH).The best results, that is, silicon wafers without bulges and roughness were obtained with a solution which has the following composition: 44.6 percent by volume 83% nitric acid _{(HNO; 1),} 11.1 volume percent 40 ^_0/0 'ge hydrofluoric acid (HF) and 44.3 percent by volume 100% glacial acetic acid
(CH ₃ COOH).

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die angegebene Lösung eine chemische Politur von Siliziumscheiben ermöglicht, die hinsichtlich Ebenheit und Rauhigkeit der Halbleiteroberfläche mindestens ebenso gute Ergebnisse liefert wie eine mechanische Politur und auf Grund der durch ein chemisches Verfahren gegenüber einer mechanischen Behandlung erzielten Arbeitsvereinfachung einen sehr großen Zeitaufwand und die dadurch verbundenen Unkosten erspart. \ ■The main advantage of the invention is that the specified solution is a chemical polish of silicon wafers allows the flatness and roughness of the semiconductor surface at least gives just as good results as a mechanical polish and due to the chemical Process compared to mechanical treatment achieved a very great simplification of work Saves time and the associated costs. \ ■

Claims

Patent claims:

1. Solution for chemical polishing of silicon wafers made of nitric acid, hydrofluoric acid and Glacial acetic acid, characterized in that they have at least 40 percent by volume of 83% nitric acid, at least 10 percent by volume of 40% hydrofluoric acid and at least 40 percent by volume 100% glacial acetic acid.

2. Solution according to claim 1, characterized in that it consists of 44.6 percent by volume 83% 'ger Nitric acid, 1.1 percent by volume 40% hydrofluoric acid and 44.3 percent by volume 100% glacial acetic acid.