DE1752163A1

DE1752163A1 - Verfahren zum Polieren von Halbleiteroberflaechen

Info

Publication number: DE1752163A1
Application number: DE19681752163
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl-Chem Dr Deckert; Herbert Dipl-Chem Dr Jacob
Original assignee: Wacker Chemie AG
Current assignee: Wacker Chemie AG
Priority date: 1968-04-11
Filing date: 1968-04-11
Publication date: 1971-05-13
Also published as: US3877183A; DE1752163B2; FR2006054A1; DE1752163C3; CH505466A; BE731353A; GB1234894A

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,

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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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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.

Beispiel 1

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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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.

Beispiel 2

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 . oH_P0 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.

Beispiel ^

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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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

.' geändert werden \

^: ΤΤΏ163

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Patentansprüche

1. 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.

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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.

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