DE1752163A1 - Verfahren zum Polieren von Halbleiteroberflaechen - Google Patents
Verfahren zum Polieren von HalbleiteroberflaechenInfo
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Description
W ACKER-CHEMIE München, 10. April I968
GHBH IX/Pat.Abt.
Dr.R/Eb.
Wa 6810
Verfanren zum Polieren von Halbleiterüberflächen
Es ist bekannt, Scheiben aus Halbleitermaterial, die insbesondere
als Substrate für den in der Halbleiterfertigung immer mehr an Bedeutung gewinnenden epitaktischen Aufwachsprozeß
benötigt werden, durch einen mechanischen Polierprozeß unter \A;rv;endung von schleifenden Mitteln wie Pulvern aus Korund,
Zirkondioxid, Ceroxid, Diamant oder Siliciumcarbid herzustellen. Da bei dem mechanischen Polierprozeß stets eine mehr
oaer minder stark zerstörte Oberflächenschicht zurückbleibt, die beim epitaktischen Aufwachsprozeß stört, müssen die Scheiben
voi· der Weiterverarbeitung chemisch geätzt werden. Allerdings wird dadurcn die häufig geforderte Ebenheit der Oberfläche
boeirit rächt Igt.
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Da es nahezu unmöglich ist, die erwähnten Polierpulver mit
einer einheitlichen Korngröße herzustellen, ergibt sich eine weitere Schwierigkeit durch Kratzer, die sich durch den Poliervorgang
an der Seheibchenoberflache einstellen. Wenn auch
bei der Herstellung von Polierpulvern das grobstückige Material nach der Zerkleinerung durch Sieben, Windsicht- und Sedimentationsverfahren
in Fraktionen von bestimmten Korngrößenbereichen getrennt wird, läßt es sich doch nicht vermeiden, daß stets ein
kleiner Anteil an relativ grobem Korn im Polierpulver enthalten ist, der Ursache der Kratzer beim Polierprozeß wird.
Man hat versucht, diese Nachteile dadurch zu umgehen, dai3 man
als Polierkörper Kieselsäuresole und Kieselsäuregele verwendet. Diese werden beispielsweise dadurch hergestellt, daß durch Verbrennung
von Siliciumtetrachiorid entstandene Kieselsäure in Wasser eingerührt oder eine Silicatlösung angesäuert wird. Difcse
Kieselsäuresole und -gele sind im Gegensatz zu den obenerwähnten kristallinen Polierpulvern amorph, d.h. sie geben bei einer
röntgenographisehen Untersuchung keine Kristallreflexe. Ihre
PolierwLrkung ist auch sehr' gering.
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Ls wurde nun ein Verfahren gefunden, zum Polieren von Halbleiteroberflächen
mit mechanisch wirkenden Poliermittel]!. Das Verfahren 1st dadurch gekennzeichnet, daw als Poliermittel
gefällte Silicate und/oder Silicofluoride verwendet v/erden. Mit diesem Verfahren gelingt es, eine möglichst geringe, einheitliche
Teilchengröie bei maximal möglicher Härte zu erhalten.
Bei der Durchführung des Verfahrens hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn als Silicate schwerlösliche Silicate verwendet
werden, die durch Zusatz von silicatbildenden Metallsalzen oder Metallsalzlösungen zu Lösungen von Kieselsäuren, deren
Salzen oder Derivaten ausgefällt v; erden.
Als silicatbildende Metallsalze eignen sich Salze der Metalle aer II. und III. Haupt- und Nebengruppe des Periodensystems
sowie silicatbildende Salze von Schwermetallen, z.B. Zirkon, Eisen, Blei, Nickel, Kobalt. Außerdem können für diesen Zweck
vorteilhaft lösliche Salze von Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Zink oder Aluminium verwendet werden.
Unter Lösungen der Kieselsäure und deren Salze sind allgemein zu verstehen Lösungen, in denen Anionen vorliegen, die aus einem
oder mehreren Sillciumatomen aufgebaut sina, die von Sauerstoffatomen
kooruinativ umgeben sind, wobei an die Sauerstoffatome
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Wasserstoff oder organische Gruppen angelagert sein können, z.B. SiO^"2, H2SiO4"2, HSiO^"1, H5SiO4"1, Si2O6"21, HSi2O6"3,
-2 -1
H2Si2O6 , H7Si2O6 . Dabei hat sich die Ausfällung aus Alkalisilicatlösungen, z.B. aus Natronwasserglaslösungen als besonders günstig erwiesen.
H2Si2O6 , H7Si2O6 . Dabei hat sich die Ausfällung aus Alkalisilicatlösungen, z.B. aus Natronwasserglaslösungen als besonders günstig erwiesen.
Bei den Lösungen von Kieselsäuren, deren Salzen oder Derivaten, handelt es sich im allgemeinen um wäßrige Lösungen. Es kommen
aber auch andere Lösungsmittel, beispielsweise organische Lösungsmittel wie Alkohole, Ketone, Ester in Frage.
Als Derivate der Kieselsäure können verwendet werden beispielsweise
Kieselsäureester, die teilweise oder vollständig hydrolysiert sind, z.B. teilweise hydrolysierter Kieselsäure-tetran-butylester.
Als Silicofluoride werden schwerlösliche Silicofluoride verwendet,
die durch Zusatz von Silicofluorid-bildenden Metallverbindungen, bzw. deren Lösungen, zu Lösungen von Fluorkieselsäure,
deren Salzen oder Derivaten ausgefällt werden. Dabei eignen sich als silicofluoridbildende Metallverbindungen Salze,
Oxide oder Hydroxide der Metalle der I., II. und III. Gruppe
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des Periodensystems, insbesondere beispielsweise Natrium,
Kalium, Magnesium, Calcium, Barium, Aluminium oder Zink.
Dabei können die Lösungen der Metallsalze sowohl einzeln als auch im Gemisch zugegeben werden.
Die erfindungsgemäßen Poliersuspensionen zeichnen sich im
Vergleich zu den reinen Kieselsäuresuspensionen durch wesentlich erhöhte Abtragsraten aus, ohne datf dabei die Kristallstruktur
an der polierten Oberfläche des Halbleiterscheibchens tnp-rklich zerstört wird. Dabei kann bei dem Poll er Vorgang die
Poliersuspensiori sowohl in neutraler als auch in alkalischer Lösung angewandt werden.
Die röntgenographisehe und analytische Untersuchung zeigt,
ua,i die Polierkörper kristallin anfallen. Sie sind außerdem Metallsalze der Silicate bzw. Silicofluoride, also keine Kieselsäure
selbst. Durch Variation der Fällungsbedingungen, beispielsweise durch Fällung bei erhöhter Temperatur·, hat man
es in der Hand, uie Teilchengröße auf sehr einfache Weise zu
verändern und den Eigenschaften des zu polierenden Halbleitermaterials anzupassen.
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-D-
Im Gegensatz zu den kristallinen Polierpulvern ist in den erfindungsgemäSen
Poliersuspensionen kein Kratzer verursachendes Oberkorn enthalten.
Da die Poliersuspensionen durch einfaches Zusammengießen von Lösungen vorher filtrierter oder dekantierter Ausgangsmaterialien
hergestellt werden, lassen sich Verunreinigungen durch Premdartikel leicht ausschließen.
DLe Poliersuspension wird wie folgt hergestellt:
120 ml Wasserglaslösung (yj>
% SiO2) werden durch Zugabe von
LoOO ml deioriisiertern Wasser verdünnt. Eine Lösung von 2j y,
AlCl-, . OHpO in 100 ml V/asser wird langsam zugegeben. Der
dabei erhaltene Niederschlag ist sehr feinteilig; die Korngröße
Liegt etv.a bei 2O111/4".
Hunde Siliciumsehelben von j>2 mm Durchmesser und J5CX)/*·Dicke,
die durch Zersägen eines einkristall inen Siliciumstabes erha
L ton werden, werden mit Korundpulver (Korngröße -j/* ) geiäppt,
wobei aui' jeder Seite ^O/*abgetragen werden. JeweiLs
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- 7 -
12 Seheibehen werden mit Bienenwachs aui' eine runde., ebene
Trägerplatte von IuO min Durehmesser aus Ldel stahl auf gekittet
un.j auf aen Drehteller (1I1JU mm Durchmesser) einei'
Polierr^asonine, der mit einem Poliertuch bespannt i^t, aufgelegt
und mit l,p kg belastet. Der Drehteller t.'ira mit einei1
Geschv;in„igkeit von 90 UpM in D''ehun;; versetzt. Die Poller—
suspension wird mit 1 bis 2 Tropfen pro Minut«-: auf den Di'ehteller
aulVetropft.
■"»ach einer Pclieraauer Von 20 Minuten ist die Oberfläche der
Siliciumscheiben kratzerfrei poliert unJ für üie epitaktische
^ geeignet.
Sili^iurnscheiben, die viie unter Beispj(:i 1 b<-.£chrieben vorbehandelt
viurden, v/erden mit einer 1 oli^rsuspension poliert,
die auf folgende Weise hergestellt v:iru:
120 ml i'Iatronwasserglaslösung (33 % SiO2) werden mit 1800 ml
deionisiertem Wasser verdünnt und auf ÖO°C erhitzt. Eine Lösung
von 150 g GaCl2 . oHP0 in 200 ml Wasser wird unter Rühren
sehr langsam zugegeben. Dabei fällt ein weii3er, kristalliner
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Niederschlag mit einer Korngröße von etwa GO^/^aus. Die Zusammensetzung
des Niederschlages entspricht etwa der Formel CaO . 2SiOp. Nach Abkühlen kann die Poliersuspension direkt verwendet
werden. Bei einer Polierdauer von I5 Minuten sind die SiIiciumscheiben
bereits so weit poliert, daß sie für die epitaktische Beschichtung geeignet sind.
Von einem einkristallinen Galliumarsenidstab werden Scheiben
von etwa 3OO Mikron Dicke abgesägt und mit Korundpulver von
etwa 2 bis 3 Mikron Korngröße beidseitig geläppt. Dabei werden auf jeder Seite etwa JO Mikron abgetragen. Die Politur wird
wie in Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt, als Poliermittel wird eine wäßrige Suspension von Bariumhexafluorosilicat verwendet,
die auf folgende Weise hergestellt wird:
560 ml wäßrige Plußsäure (38 % HF) werden mit 5OO ml deionisiertem
Wasser verdünnt und mit 120 g SiOg versetzt. Unter
Auflösung des Siliciumdioxids entsteht Hexafluorkieselsäure. Durch langsame Zugabe einer Lösung von 75 g BaCIg . 2HgO in
Form einer gesättigten wäßrigen Lösung fällt ein röntgen-
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-Q-
kristalliner Niederschlag von BaSiFg aus. Die stark saure Poliersuspension wird anschließend neutralisiert. Nach
einer Polierdauer von 15 Minuten zeigen die Galliumarsenidscheibchen
eine vollkommen störungsfreie, ebene, glänzende Oberfläche.
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Claims (1)
- .' geändert werden \: ΤΤΏ163- 10 -Patentansprüche1. Verfahren zum Polieren von Halbleiteroberflächen mit mechanisch wirkenden Poliermitteln, dadurch gekenn zeichnet , da3 als Poliermittel gefällte Silicate und/oder Silicofluoride verwendet werden.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Silicate schwerlösliche Silicate verwendet werden, die durch Zusatz von silicatbildenden Metallsalzen oder Metallsalzlösungen zu Lösungen von Kieselsäure, deren Salzen oder Derivaten ausgefällt werden.J. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß als silicatbildende Metallsalze, lösliche Salze von Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Zink oder Aluminium verwendet werden.109820/0 576- li -4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet ν daß als Silicofluoride schwerlösliche Silicofluoride verwendet werden, die durch Zusatz von silicofluoridbildenden Metallverbindungen bzw. deren Lösungen zu Lösungen von Fluorkieselsäure, deren Salzen oder Derivaten, ausgefällt werden.5, Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch g e k e η η ζ e i c h net , daß als silicofluoridbildende Metallverbindungen Salze, Oxide oder Hydroxide von Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium, Barium, Aluminium oder Zink verwendet werden.109870/0576
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