DE1621473A1 - Verfahren zum Polieren von Halbleiteroberflaechen,insbesondere von Oberflaechen von Siliciumkoerpern und Vorrichtung zum Durchfuehren des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Polieren von Halbleiteroberflaechen,insbesondere von Oberflaechen von Siliciumkoerpern und Vorrichtung zum Durchfuehren des Verfahrens

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DE1621473A1 DE19671621473 DE1621473A DE1621473A1 DE 1621473 A1 DE1621473 A1 DE 1621473A1 DE 19671621473 DE19671621473 DE 19671621473 DE 1621473 A DE1621473 A DE 1621473A DE 1621473 A1 DE1621473 A1 DE 1621473A1
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Description

PATENTANWALT DIPLo-IMG. H. E. BÖHMER
703BoBLIWGEN SINDELF INGER 8TRA8SE 49 FERNSPRECHER (07031) 661S940
Böblingen, 9. Mai 1967 ri-ha
Anmelderin % International Buginess Machines
Corporation, Armonk, N. Y. 10
Amtliches Aktenzeichen : Neuanmeldung
Aktenzeichen der Anmelderin l Docket 14 487
Verfahren zum Polieren von. Halbleiteroberflächen, insbesondere (|
von Oberflächen von Siliciumkörpern und Vorrichtung zum. Durchführen des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Polieren von Halbleiteroberflächen, das eine hohe Oberflächengüte zu erreichen gestattet. Halbleiterbauelemente, z.B. integrierte oder monolithische Schaltungen, Transistoren, Dioden, passive S chaltel ein ent© usw. werden durch Anwendung verschiedener gleichzeitig oder sukzessive durchgeführter Verfahren hergestellt, wobei diese Verfahren z.B. Diffusionsverfahren, epitaktische Züchtungsverfahren usw. sein können, bei den@ra. plaaare Silicium-Oberflächen hoher Güte wichtig Bind. Die Oberflächengüte des: planar en | Silicium-Auegangekörper womit die Feinstruktur in einer TiefsserStreckung in der Grössenordnung einigem A unterhalb der Oberfläche gemeint ist, sowie die Planarität, die Gleichförmigkeit und die Freiheit von mechanischen Fehlern stellt eine fundamentale Vor aus setaung für die Herstellung befriedigend «*i«fe*äg«» arbeitender Halbleiterbauelemente dar. Welcher Grad an Präzision allgemein erforderlich ist, kann am besten daraus ersehen werden, daß es zur Zeit keine Seltenheit mehr ist, mehr ale EO 000
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aktive und passive Vorrichtungen innerhalb eines Silicium- Ausgangs plättchen» mit einem Durchmesser von etwa 3 cm zu erzeugen.
Die Planarität der Oberfläche des Plättchens wird sehr kritisch bei photolithQ.gr aphi sehen Maskierung s verfahr en ■wegen der starken Tendenz zur Verkleinerung der Vorrichtungsabm.es sung en. Eine Vergrösserung des Abstandes zwischen der Maske und der zu maskierenden Plättchenoberfläche, verursacht durch wesentliche Abweichungen von der idealen planaren Oberfläche des Plättchens, beeinflussen in ungünstiger Weise die
Ä Bildauflösung der anzubringenden sehr feinen Vorrichtungsstruktur auf
der Oberfläche des Plättchens. Dieser Unebenheitseffekt wird an den Rändern dee Plättchens noch ausgeprägter, wodurch eine schlechte Ausbeute insbesondere an der Peripherie des Plättchens zu erwarten ist. Der Anteil unbrauchbarer Halbleiterbauelemente ist abhängig von dem Grad der Unebenheit des Plättchens. Die Oberflächenfeinstruktur über das gesamte Plättchen hinweg ist somit eine aus s er ordentlich wichtige Eigenschaft, von der die Anzahl der auf dem Plättchen gefertigten unbrauchbaren Bauelemente abhängt. Mechanische oder physikalische Mängel und Unregelmässigkeiten der planaren Silicium-Oberfläche bewirken aber auch schlechte oder unbrauchbare Bauelemente über die gesamte Oberfläche des Plättchens hinweg,
κ ao daß die Ausbeute verschwindend gering werden kann.
Bisher wurden in der Technik die verschiedenartigsten Verfahren angewendet, urn die obengenannten Schwierigkeiten zu überwinden. Einige dieser Verfahren benutzen chemisches Ätzen, Elektropolieren, sowie mechanische Läpp- und Polierverfahren, sowie Kombinationen aus den genannten Einzelverfahren. Der meist angewendete anfängliche Verfahrens schritt zum Polieren von planaren Silicium-Plättchen umfasst eine Reihe von mit verschiedenen abrasiven Mitteln durchgeführten Polier schritten, bei denen Poliermittel Docket 14 487
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mit abgestufter Feinheit benutzt werden. Diese mechanischen Polierverfahren sind geeignet, die Mehrzahl der unerwünschten oberflächlich angefallen—en Kratzer und Unebenheiten zu entfernen. Man kann jedoch in keinem Fall hiermit Fehler der Kristall-Struktur beseitigen, die in geringer Tiefe unterhalb der Oberfläche vorliegen und die auf die vorhergehenden rauhen mechanischen Polierverfahr ens schritte zurückzuführen sind. Es wird daher als ab schlies sender Polierverfahr en sschritt normalerweise ein chemisches Ätzverfahren benutzt* um die genannten tief erliegenden Defekte innerhalb des Silicium-Materials zu beseitigen. Während diese Verfahren weitgehend verbessert und die Oberflächen-Charakteristik von Silicium-Oberflächen zur Herstellung von Halbleiterbauelementen weiter ausgebildet wurden, sind diese Verfahrensechritte zeitraubend und stellen doch in keiner Weise eine kristallographisch perfekte Silicium-Oberfläche sicher. Fernerhin ist zur Zeit immer noch nicht das Problem der Nichtplanarität sowie der Gberflfichenfeinstruktur polierter Oberflächen gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grußdes ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrene ansugeben, welches die obengenannten Mängel zu vermeiden gestattet.
Das Verfahren der Vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die zu polierenden Halbleiterkörperoberflächen während des Poliervorganges fortwährend im überschuss mit einer nicht saueren (pH "> 7) Plattierungslösung benetst werdea, und daß zur Entfernung der durch Plattierung zustande gekommenen Metallnieder schlag« an den erhabenen Stellen der zv polierenden Halbleite rob er flachen eine unter einem wesent-Drucke erfolgende Relativbewegung swiseilen den zu polierenden
Kd eir.es> ieöSesn Oberfläche fortwährend Aufrechterhalten wird. Docket 14 4B7
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Hiernach wird somit die zu polierende planare Oberfläche fortlaufend mit einer überschüssigen Quantität einer Plattierungslösung angefeuchtet gehalten während gleichzeitig unter Benutzung eines wesentlichen Druckes mittels einer festen Oberfläche die zu polierende Fläche abgewischt wird. Die Plattierungslösung enthält als Kation Kupfer oder Silber und Fluor als Anion und wird auf einer Wasserstoffionenkonzentration von weniger als 7 gehalten. Als Resultat dieses Vorgehens ergibt sich eine Plattierung aus metallischem Kupfer oder Silber auf der planaren Oberfläche. Das gleichzeitige und kontinuierliche Abwischen der zu polierenden Oberfläche entfernt die Kupfer oder Silber-Metall-Atome aus den höhergelegenen Stellen der zu polierenden Oberfläche. Auf diese Weise wird die Oberfläche-in einem Zustand der wesentlichen Planarität gehalten, wobei sich eine ausgezeichnete Oberflächen-Freinstruktur unter Vermeidung von Kristallschäden ergibt.
Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden anhand der Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigen :
Fig. 1 eine Ansicht eines teilweise als Seitenriß ge
zeichneten Apparates zur Durchführung des Polierverfahrens nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Draufsicht des in Fig. 1 dargestellten Appa
rates;
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Abtragsrate des
Siliciums in Abhängigkeit von der Normalität einer Kupfernitratlösung bei konstanter Amoniumfluorid-Konzentrat ion und
Fig. 4 eine graphische Darstellung, weiche die Abtrags
rate des Siliciums in Abhängigkeit der Wasserstoffionenkonzentration der Kupfernitrate«und Amonium-Fluorid-Lösung darstellt.
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β Q &
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Die Siliciumkörper mit planar er Oberfläche, welcher im. allgemeinen als Ausgangskörper für die additiven Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen benutzt wird, besitzt im allgemeinen die Form eines dünnen, monokristallinen Silicium-Plättchens. Diese werden durch Zersägen eines Zylinders aus monbkristallinem Silicium und durch anschliessendes Läppen der so gewonnenen Plättchen mittels einer Läppmaschine erzeugt, wobei ein feines Schleifmittel benutzt wird. Die Oberfläche des Silicium-Plättchens besitzt.eine weitgehende gleichförmige Rauigkeit, weist jedoch mechanische Schäden auf, zu deren Beseitigung die Polierbehandlung nach der vorliegenden Erfindung einsetzt. Der ™
chemisch-mechanische Einebnungsprozeß wird durch den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Apparat bewirkt. Diese Poliermaschine umfasst einen Hohlzylinder 10 mit einem Flüssigkeitsauslass 12 und mit einer rotierenden Scheibe 14. Auf der Scheibe 14 ist in geeigneter Weise eine weiche j
feste Fläche 16 befestigt, welche z.B. aus dickem porösen Spezialpapier oder aus einem genoppten Textil stuck bestehen kann. Die Scheibe 14 rotiert infolge eines geeigneten Antriebes, welcher über die Welle 18 betätigt wird. Eine kleinere Scheibe 20 mit den zu polierenden Silicium-Plättchen 25 befindet sichln kurzem Abstand oberhalb der Platte 16, wobei die Ebenen der beiden kreisförmigen Platten parallel zueinander verlaufen. Die Scheibe 20 mit den darauf angebrachten Halbleiter plättchen wird gegen ^
die Oberfläche 16 vermöge der Halterung 22 mit den Rollen 26 gepresst, !
wobei ein erheblicher Druck über die Welle 28 ausgeübt wird, wodurch die Plättchen heftig gegen die Fläche 16 gepresst werden« Die Halterung 22 ist an der Kante des Hohlzylinders befestigt und erstreckt sich über einen Teil des Halbmessers der Scheibe 20. Die Drehung der Scheibe 14 bewirkt infolgedessen gleichfalls eine Drehung der Scheibe 20. Die Oberflächen der Silicium-Plättchen werden fortlaufend mit einem. Überschuss einer Plattierung slö sung angefeuchtet. Die aus einem Behälter 30 durch eine enge öff-Docket 14 487
BAD
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nung 32 auf die Oberfläche 16 der rotierenden Scheibe 14 tropft. Die überschüssige Flüssigkeit flies st in den darunterliegenden Teil des Hohlzylinders und entweicht durch die Abflussöffnung 12.
Die benutzte Lösung enthält Kupfer- oder Silberkationen in wässriger Lösung, sowie Fluoranionen. Die Silber- oder Kupferkationen können durch irgendein eines ihrer wasserlöslichen Salze in Lösung gebracht werden. Jedoch eignen sich hierzu die Halogen-Salze am wenigsten, weil sie die Abtragsrate des Siliciums auf l/6 des bei der Benutzung anderer Kupfer-™ oder Silbersalze erzielten Wertes reduzieren. Das Fluoridanion kann
durch irgendeine wasserlösliche Fluorverbindung, beispielsweise durch Ammonium-Fluorid, Natrium-Fluorid, oder Gallium-Fluorid in Lösung gebracht werden.
Die Wasserstoffionenkonzentration muß auf einen pH-Wert von weniger als 7 gehalten werden, wobei man vorzugsweise einen zwischen 5 und 7 liegenden Wert benutzt, um günstige Resultate zu erhalten. Zur Einstellung der Wasserstoffionenkonzentration kann Fluorwasserstoffsäure zu der Lösung hinzugefügt werden. Der pH-Wert liegt vorzugsweise oberhalb von 5, da im gegenteiligen Falle die Lösung mit ihr in Berührung kommende Teile der Apparatur, des Papierüberzuges, oder des Textilbelages angreifen kann.
Lttsungen.mit Spuren von (etwapveniger als 0, 1 N) Kupferionen wirken-als Polierflussmittel, wenn lediglich geringe Materialmengen, z.B. wenige /U entfernt werden sollen. Andererseits werden Lösungen von höherer als 0, 1 N-Konzentration erfordert, wenn Materialmengen in der Dicke von
-2
einem oder mehreren 2, 5 . 10 mm entfernt werden sollen. Die Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der Abtragerate von der Normalität des Kupfernitrats, Docket 14 487
, . BAD ORIGIfSlAL
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während die Fig. 4 auf eine in. weiten Grenzen vorhandene Variation der Abtragsrate in Abhängigkeit von der Wasserstoffionenkonzentration der Lösung bei einer gegebenen Kupferionenkonzentration hinweist. Weiterhin ist ersichtlich, daß ein Anwachsen der Fluorionenkoneentration ein Anwachsen der Abtragsrate nach sich zieht, aber diese Wirkung ist nicht so ausgeprägt, wie die Wirkung der Kupferionen enthaltenden Lösungen.
Es ist wesentlich, daß bei der Durchführung des Verfahrens eine relative Bewegung zwischen den Oberflächen der zu polierenden Plättchen und ^
der polierenden Oberfläche besteht. Der zwischen den genannten Flächen auftretende Druck ist kritisch und muss den Wert von 1,8 Pfund pro Quadrat Inch übersteigen, bei einer Polierscheibe mit einest* Durchmesser von etwa 12 Inch und einer Rotations geschwindigkeit von 80 bis 250 Umdrehungen pro Minute, damit die gewünschten Oberflächenqualitäten erzielt werden können. Der Druck kaBB. iiersfogesetzt werden, wenn höhere Geschwindigkeiten der Plättchen relativ zur Polierscheibe benutzt werden. Diese höheren Geschwindigkeiten können andererseits durch Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit der Polierseheibes durch Erhöhen des Durchmessers der Polierscheibe oder des Durchmessers der die Plättchen tragenden Scheibe oder durch Kombinationen der genannten Maßnahmen erreicht werden. . ™
Vorzugsweise wird man die Rotation der Scheibe 14 in Relation zu dem Druck P, welcher auf die Scheibe 20 auszuüben ist, so wählen., daß die Pl^atte 20 gleichfalls in Rotation gerät.
Auf Grund theoretischer Überlegungen wird angenommen, daß die Entfernungsrate bzw. die Atstragungsrate eine Funktion der Kupferionettkonzentration der Lösung ist. Die maximale Abtragungsrate ist gegeben durch die maximale Löslichkeit des Kupfer fluor ids der Lösung. Unter der Annah-Docket 14 487
~, r
■ -8-
me eines Überflusses von Fluorionen wird jegliches Hinzufügen von Kupferionen dazu führen, dall die chemische Reaktion gegen ein Gleichgewicht strebt. Die Abtragung sr ate ist daher auch von der Wasserstoff ionenkonzentr ation abhängig. Es ist klar, daß die Löslichkeit des Kupfer fluoride mit der Wasserstoffionenkonzentration der Lösung variiert und daß bei konstanter Kupferionenkonzentration ein Grenzpunkt für die chemisch-mechanischen Poliereffekte bei dem Wasserstoffionenkonzentrütionswert 7 liegt. Dies erklärt sich auch durch die Tatsache, daß Kupferfluorid innerhalb der Lösung mit Ammoniumfluo- £ rid sich in einen Kupferammonium-Fluorid-Komplex umwandelt, welches
das Kupfer in einer Form enthält, die eine Verschiebungsplattierung verhindert, wenn der pH-Wert 7 oder mehr beträgt.
Im Rahmen des chemieCh-mechanischen Polierverfahrens nach der vorliegenden Erfindung wurde weiterhin versucht, die Kupferionen durch andere Ionen zu ersetzen. Ammonium, Kadmium und Natrium wurden durchprobiert, jedoch konnten mit diesen Elementen der Polierprozeß nicht durchgeführt werden. Fernerhin wurde versucht, Germanium-Plättchen entsprechend der vorliegenden Verfahren zu polieren. Es wurde herausgefunden, daß hierbei zur Entfernung wesentlicher Germaniummengen eine stark saure Polierlösung benutzt werden musste. Dieses macht die ™ Lösung für Polierzwecke bei Germanium sehr korrosiv bezüglich der benutzten Apparatur.
Fernerhin wurde der Versuch gemacht, bei dem genannten Prozeß die Polierscheibe von restlichen Polierlösungen zu reinigen und eine maximale Metallmenge von der zu polierenden Silicium ob er fläche zu entfernen. Hierzu wird einfach die plattierende Lösung durch eine nichtplattierende, beispieleweise durch Wasser ersetzt.
Hierdurch wird die Abtragung des Silicium· unterbunden und das bereits . ■ geiüfte Metall in kurzer Zeit entfernt.
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■ * ■ ' · "' ßAD ORIGINAL
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Die folgenden Beispiele seien lediglieh als Hilfe zum besseren Verständnis der Erfindung genannt, wobei keine Einschränkung bezüglich weiterer, für den Fachmann naheliegenden Varitionsmäglichkeiten beabsichtigt sind,
Beispiele 1 bis 5;
Ein zylinderförmigeß monokristallines Silicium-Stäbchen von 2,4 cm Durchmesser wurde in einer grossen Anzahl von Scheiben zerschnitten, die eine Dicke von etwa 12 xt besitzen. Die Oberflächen dieser Plättchen wurden
/
geläppt; wobei ein Läppmittel von 12/U Kdsnung benutzt wttrd©» Die
Plättchen werden mittels Ultras shall unter Benutzung von Seife und Waeser gereinigt. Gruppen von 11 Plättchen v/erden auf den Scheiben £0 montiert, wobei ein Glyptalherz (Glycolp&talatherz) ale Klebstoff benutzt wird« Jeder dieser Gruppen von Plättchen wird in kopianer Weise mit einer Läpp- i mas chine ;unter Benutzung von Schleifmitteln au» Aluminiurnoxy4 der Körnung 5 ,u geläppt. Auf diesen Verf ahifeaf schritt felgt ein -fmtSi&v 5bi» 15 Minuten dauernder Polier schritt mit Diamant der KörnungJ μ zur Entfernung der erhabenen Stellen* welche ayf ü&ni Plättchen "bei dem Läpp· Vorgang zurückgeblieben sind. Nuninehr wurde die Dicke des Plättchens überprüft, bevor mit dezneigentlichen chemisch^iwechanischan Folier-
echritt begonnen wurde. XHe Messung wurde im Zesitrum einet jeden "
Plättchens vor und nach dem eigentlichen Poiiervörgang dureageilifegfc.
Es wurde eine Poliervorrichtung nach Fig« I und Fig. 2 benufcstj wobei
a
ein konstanter Drück von etwa 0» 2 Kg/cm bei allen Beispielen angewendet wurde.
Für die polierende Fläche 16 wurde ein sehr feines Textilstüek verwendet» Die Scheibe 14 besaß eine Umdrehungsgeschwindigkeit von 246/Minute. Bei allen Beispielen betrug die Polierzeit 30 Minuten. Die folgend© Tafel 1 macht Angaben über die Konzentration deo benutzten Aramosiiumfluojfids und Docket 14 487
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de« Kupfernitrate der Platierungslösung, über die Wasser stoff ionen -
3 konzentration und über die Abtragsrate. Insgesamt wurden etwa 300 cm Lösung während eines jeden Poliervorganges gebraucht.
Beispiel NH4F Cu (NO^ pH Abtrag s rate
(k'onz ezitr i er t) (konzentriert) 2,5. 10"2mm/h
ι 6.5 N ο. 1 N 6.4 1.6
2 . 6,8 N ο. 3 N 6.4 2.5
3 6.8 N ο. 5 N 6.4 3.4
4 6. 8 N Ι,οΝ 6.4 3.9
5 6JN 1.18 N 6.4 4.5
Nach 29 Minuten Polier zeit wurde die Polier lösung durch Wasser ersetzt. Dieses ilofl durch die Mündung 32 eine, Minute lang auf die Scheibe. Die Maschine wurde dann stillgesetzt «ad die Plättchen wurden mit Wasser ge- und ämin y©a dev Scheibe 20 genommen. Diese wurden dann durch
ia Asetoa xuv Entfernung des für Montierzwecke benutzten HaraMfcfcae goE'eimigtt zurückbleibendes Kupfer wurde dann mit Hilfe von konzentrierter Salpetersäure entfernt und anschliessend verschie-
dene Reinigung!vorgänge mit entionisiertem Wasser durchgeführt. Die sich eineteilenden Abtragsraten von Silicium wurden in Fig. 3 in 2, 5 . 10 " mm pro Stunde aufgetragen, gegen die Konzentration der Kupfernitratlösung. Die erhaltene Kurve zeigt einen etwa einer Exponent!albeziehung gleichenden Zusammenhang swisehen der Abtragsrate des Siliciums und der Konzentration der Kupfernitratlösung. Die Plättchenoberflächen waren spiegelähnlich und für das Auge in einem jeden der Beispiele als vollkommen anzusehen. Interferometrisch durchgeführte Prüfungen der Oberfläche ergaben Werte der Oberflächenfeinstruktur von etwa 150 A , die Abweichung von der Planarität war geringer als 1 ,u über den gröasten Teil der Oberflächen.
Docket 14 487 " ■
BAD ORIGINAL
00SI3071735 ' "
B ei spiel 6:
3
Polierlösungen von je 300 cm wurden angesetzt. Jede enthielt 0} 3 N Kupfernitrat und 6, 8 N Ammoniumfluorid, gelöst in Wasser. Die Wasserstoffionenkonzentrationen der Lösungen betrugen 5. 9» 6.3, 6.4, 6. 5, 6. 7 und 7. 25. Die pH-Werte wurden vom Wert 6.4 ausgehend durch Hinzufügen von Fluorwasserstoffsäure oder Ammoniumhydroxyd eingestellt, je nach dem, in welcher Richtung der pH-Wert berichtigt werden sollte.' Alle anderen Schritte sind identisch mit den im Verlaufe der Beispiele 1 bis 5 beschriebenen. Die sich ergebenden Plättchen wurden bezüglich ihrer Abtragsrate gemessen und so die Kurve der Fig. 4 gewonnen. Die erhaltenen Resultate zeigen, daß ein Poliereffekt nur möglich ist, wenn die Wasserstoffionenkonzentration geringer als 7 ist, und daß für einen mehr in das saure Gebiet hineinreichenden pH-Wert die Abtragsrate anwächst. Alle Plättchen, mit Ausnahme derjenigen, welche-«legen des pH-Wertes der Lösung oberhalb von 7. 0 keine Abtragarate aufwiesen, zeigten eine gute Oberfläche mit einem hohen Vollkommenheitsgrad für das wahrnehmende Auge. Interferometrie ehe Messungen b»w. Fotografien zeigten ebenfalls, daß diese Plättchen als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Halbleiterbauelementen aus s er ordentlich gut geeignet sind»
Die Variation der Feinstruktur der Oberflächen lag etwa bei 150 A E. Die Abweichung von der Planarität war wiederum geringer als 1 'ja. über faet die gesamte Oberfläche.
Beispiel 7 :
Es folgen zunächst die Verfahr ens schritte der Beispiele 1 bis 5, jedoch wurde als Polierlösung anstelle von Ammoniumfluorid Natriumfluorid gewählt. Die Lösung bestand aus einer ö, 3 N Kupfernitrat und einer 6, 8 N Natriumfluorid-Lösung in Wasser. Es wurde Fluorwasserstoff säure hinzugefügt, um die Wasserstoffionenkoneentration auf den pH-Wert 5,2 Bubringen, Docket 14 487
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-2 Mit diesen Änderungen ergab eich eine Abtragsrate von 1.10 mm pro Stunde. Die polierte planare Oberfläche eines jeden der behandelten Plättchen erschien für das Auge vollkommen. Interferometry sehe Messungen zeigten ebenfalls ausgezeichnete Oberflächen. Diese wiesen Änderungen der Feinstruktur von etwa 150 A E auf und die Abweichung von der absoluten Planarität war geringer als Γ αι.
Beispiel 8 i
Ein poliertes Plättchen wurde aus den nach dem Verfahren des Beispiele 1-5 hergestellten Plättchen ausgewählt. Ein zweites Plättchen, welches bezüglich seiner Grosse dem ersten gleich kam und welches mittels des Diamant-Schleif verfahr ens der Beispiele 1-5 behandelt war, wurde ausgewählt. Dieses zweite Plättchen wurde mit einem Schleifmittel poliert, welches in Wässer suspendiert war und aus extrem feinen Aluminiumoxyd bestand, das auf ein Polierpapier aufgebracht und mechanisch über die Oberfläche des Plättchens bewegt wurde, bis das Plättchen eine gute Politur' aufwies. Beide Plättchen schienen eine gleich vollkommene Oberfläche zu besitzen. Die Plättchen wurden dann auf einer Kohlenunterlage in eine Reaktionskammer zur epitaktiechen Züchtung eingebracht. Die Plättchen wurden 5 Min. lang bei etwa 1258°C mittels eines Dampfes, der 4, 5 % Chlor-Wasser stoff säure enthielt innerhalb eines kontinuierlich strömenden Wasserstbffstromee geätzt.
Hierbei wurde Material etwa in der Stärke von 2.5. 10 " mm von der polierten Oberfläche entfernt. Eine mit Arsen dotierte epitaktische SiIiciumschicht von 0 /U Stärke mit dem spezifischen Widerstand von 0,1 Λ . cm wurde auf jedes dieser Plättchen aufgebracht. Hiernach wurden die Plättchen oberflächen geprüft und all gut befunden. Die Plättchen wurden dann einer unterzogen und «iner Stapelfehlefethlung unterzogen, wie es von et ml in einem Artikel boschrieben würde, de? in der Zeitschrift für Bocket U
BAD
0ÖS830/1735
1821473
Metallkunde, Bd. 52 Nr* 8 (1961) veröffentlicht ist.
Diese Zählung wurde innerhalb einer repräsentativen Exemplar fläche eines jeden Plättchens unter Benutzung eines Mikroskops durchgeführt. Das mechanisch polierte Plättchen erbrachte ein Zählergebnis von 254 Stapel-
fehlem pro cm , während das mechanisch-chemisch polierte Exemplar
2 ■
eine solches von 58. S Stapelfehlern pro cm aufwies.
Beispiel 9 :
, Das Vorgehen nach Beispiel 8 wurde wiederholt mit der einzigen Ausnähmet daß der Ätzvorgang durch Clorwasserstoffsäureciämpfe ersetzt wurde, durch ein Erhitzen in Wasserstoff über eine Zeitdauer von 5 Min. bei etwa 1258° C, um zurückgebliebenes Siliciumdioxyd von der Oberfläche des Flittchens BU entfernen. Silicium wurde von der Oberfläche dagegen nicht entfernt. Bei einer anschliessenden Ätsung und Stapelfehlerzählung nach Siebtel ergab tich nach einer chemisch-mechanischen PoIierung de» Pltttchens ein Zählt*-
2 *
gebnis von 88,7 Stapelfehlern pro cm . Die Stapelleiter xihlung konnte bti rein mechanisch geätzten Plättchen nielli durchgeführt werden, weil die Fehler au zahlreiche auftraten. Di* Beispiele 8 und 9 zeigen die Wirksamkeit des chemisch-mechanischen Polierverfahr»n· der vorliegenden Erfindung, welches eine Möglichkeit an die Hand gibt, fait fehlerfreie Plättchen her«ustellen, ohne dad es hierbei nötig wäre, auf den Poliervorgang noch einen chemischen Ätz vor gang folgen zu lasten.
Die epitaktieche Züchtung eines gegebenen Plättchens vergrÖSfart natürlich die Fehlerzahl auf der Oberfläche des Plättchens. Die Ergebnisse des Beispiels 9 zeigen, daß es erforderlich ist, auf den Verfahrens schrift des me« chaniechen Polierens einen Verfahrensechritt chemischen taens folgen gsu lassen, weil die grosee Anzahl der Stapelfehler in den spitaktisehen Schichten Docket 14 487
BAD
001130/1111
162U73
des Beispiels 9 nicht zugelassen werden können. Jedoch liegen die
88, 7 Stapelfehler pro cm bei dem chemisch-mechanischen Ätzverfahren innerhalb eines Bereiches, der sehr wohl annehmbar ist. Ein anechUeseender Ätzschrift ist nicht wünschenswert, weil er die Verfahren skosten erhöht und, was schwerer \Wegt, bezüglich der Planarität de· endgültig erhaltenen Plättchene von Schaden sein kann.
Docket H 487
0Ό9830/1735

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    1. Verfahren zum Polieren von Halbleiteroberflächen,
    dadurch gekennzeichnet, daß die zu polierenden Halbleiterkörper oberflächen während des Poliervorganges fortwährend im überschuss mit einer nicht saueren (pH^· 7) Plattierungslösung benetzt werden, und daß zur Entfernung der durch Plattierung zustande gekommenen Metallniederschläge an- den erhabenen Stellen der zu polierenden Halbleiteroberflächen eine unter einem wesentlichen Drucke erfolgende Relativbewegung zwischen den zu polierenden Oberflächen und einer festen Oberfläche fortwährend aufrechterhalten wird. · -
    Verfahren zum Polieren von Oberflächen von Halbleiterkörpern aus Silicium, dadurch gekennzeichnet, daß die zu polierende Oberflächen fortwähr end im Überschuss mit einer Plattierungelösung benetzt werden, die bei einer Wasserstoff ionenkonzentr ation von weniger als 7 Kupferkationen und Fluoranionen aufweist und daß zur Entfernung der durch Plattierung zustande gekommenen Metallniederschläge an den erhabenen Stellen der zu polierenden Halbleiteroberfltchen eine unter einem wesentlichen Drucke erfolgende'Relätivbewegung zwischen den zu polierenden Oberflächen und einer festen Oberfläche fortwährend aufrechterhalten wird.
    Docket 14 487
    0088 30/173 5
    BAD ORIGINAL
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Kupferkationen in Gestalt einer wässrigen Kupfernitrat-, die Fluoranionen in Gestalt einer wässrigen Lösung von Ammoniiimfluorid appliziert
    4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
    die benutzte Plattierungslösung einen pH-Wert zwischen 5 und 7 besitzt.
    5» Verfahren nach den Ansprachen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß der oeim mechanischen Poliervorgang aufgewendete Druck
    den Wett von 0, 2 Kg/cm übersteigt,
    6» Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
    feenufcate wässrige Piattierungslösung Silberkationen und aaionen
    7» Verfahren nach den Ansptrüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet*
    daß nafih dein eigeiitlichenj bei Anwesenheit einer Piattierungslösiing im. überschuss durchgeführten Polierscferitt zur »nöglichst weitgeliendett Entfernung des hierbei niedergesichiagenen Metalles der Jiiechaiiische Poliervorgang nach Ersetzen der plattiersenden Lösung durch eine nicht plaitiexenuie Lösung forgesetzt wird»
    JDocket 14 4B7
    009830/173S
DE19671621473 1966-05-12 1967-05-12 Verfahren zum chemisch mechanischen polieren von silizium oberflaechen Pending DE1621473B2 (de)

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