RU2782566C1 - Composition for chemical-mechanical polishing of the surface of semiconductor materials - Google Patents
Composition for chemical-mechanical polishing of the surface of semiconductor materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782566C1 RU2782566C1 RU2021137866A RU2021137866A RU2782566C1 RU 2782566 C1 RU2782566 C1 RU 2782566C1 RU 2021137866 A RU2021137866 A RU 2021137866A RU 2021137866 A RU2021137866 A RU 2021137866A RU 2782566 C1 RU2782566 C1 RU 2782566C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composition
- semiconductor materials
- chemical
- particles
- monoethanolamine
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 11
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N ethanolamine Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 claims abstract description 11
- 229940075614 colloidal silicon dioxide Drugs 0.000 claims abstract description 10
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 18
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910002665 PbTe Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N tellanylidenelead Chemical compound [Pb]=[Te] OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 229910002012 Aerosil® Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005296 abrasive Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000004840 adhesive resin Substances 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive Effects 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic Effects 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к водной композиции для химико-механического полирования (ХМП) поверхности полупроводниковых материалов, в частности Ge, GaAs, PbTe, CdSb, InAs, ZnAs2 и др.The invention relates to an aqueous composition for chemical-mechanical polishing (CMP) of the surface of semiconductor materials, in particular Ge, GaAs, PbTe, CdSb, InAs, ZnAs 2 , etc.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
Известен состав полирующей композиции, раскрытый в WO 2020/138717 А1, опубл. 02.07.2020. Состав полирующей композиции в виде суспензии на основе абразивных частиц (колоидный диоксид кремния), которая может дополнительно содержать 0,1-1 мас. % моноэтаноламина.Known composition of the polishing composition disclosed in WO 2020/138717 A1, publ. 07/02/2020. The composition of the polishing composition in the form of a suspension based on abrasive particles (colloidal silicon dioxide), which may additionally contain 0.1-1 wt. % monoethanolamine.
Недостатками композиции являются низкая скорость полирования и ухудшение качества поверхности вследствие неравномерного распределения твердых частиц в объеме композиции, плохой смачиваемости полировальника и удержания композиции на поверхности полировального стола. Кроме того, введение в композицию моноэтаноламина в количестве 0,1 - 1 мас. % приводит к образованию на поверхности бугристых участков.The disadvantages of the composition are the low speed of polishing and the deterioration of the surface quality due to uneven distribution of solid particles in the volume of the composition, poor wetting of the polishing pad and retention of the composition on the surface of the polishing table. In addition, the introduction of the composition of monoethanolamine in the amount of 0.1 - 1 wt. % leads to the formation of bumpy areas on the surface.
В качестве прототипа принимаем состав композиции для химико-механического полирования поверхности, раскрытый в SU 1701759 А1, опубл. 30.12.1991. Состав композиции для химико-механического полирования (ХМП) поверхности содержит аэросил, моноэтаноламин, гидроксид натрия, 30% водный раствор перекиси водорода, глицерин и воду, при следующем соотношении компонентов, мас. %: аэросил - 2-25; моноэтаноламин - 3-5; гидроксид натрия - 5-8; 30% водный раствор перекиси водорода - 15-20; глицерин - 10-12 и воду - остальное.As a prototype, we accept the composition of the composition for chemical-mechanical surface polishing, disclosed in SU 1701759 A1, publ. 12/30/1991. The composition for chemical-mechanical polishing (CMP) of the surface contains aerosil, monoethanolamine, sodium hydroxide, 30% aqueous hydrogen peroxide solution, glycerin and water, in the following ratio, wt. %: aerosil - 2-25; monoethanolamine - 3-5; sodium hydroxide - 5-8; 30% aqueous solution of hydrogen peroxide - 15-20; glycerin - 10-12 and water - the rest.
Недостатки: Сложный состав композиции. Присутствие NaOH в композиции в соотношении 5-8 мас. % приводит к травлению поверхности с появлением ямок травления и царапин на поверхности кристалла, а также к повышенной концентрации катионных примесей щелочных металлов после полирования (10-2%). Кроме того, содержание глицерина в композиции в соотношении 10-12 мас. % снижает скорость полирования и качество поверхности вследствие роста вязкости композиции в слое под пластинами (кристалла), затруднение доступа к их поверхности частиц SiO2 и затруднение доставки щелочных агентов к поверхности кристалла.Disadvantages: Complicated composition. The presence of NaOH in the composition in a ratio of 5-8 wt. % leads to surface etching with the appearance of etch pits and scratches on the crystal surface, as well as to an increased concentration of cationic impurities of alkali metals after polishing (10 -2 %). In addition, the content of glycerol in the composition in the ratio of 10-12 wt. % reduces the speed of polishing and surface quality due to an increase in the viscosity of the composition in the layer under the plates (crystal), difficulty in accessing the surface of SiO 2 particles and difficulty in delivering alkaline agents to the surface of the crystal.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION
Задачей заявленного изобретения является разработка композиции ХМП поверхности полупроводниковых материалов, позволяющая после процесса полировки получать бездефектные поверхности.The objective of the claimed invention is to develop a CMP composition for the surface of semiconductor materials, which makes it possible to obtain defect-free surfaces after the polishing process.
Техническим результатом изобретения является получение бездефектных зеркально гладких (нано- и субнаношероховатых) поверхностей полупроводниковых материалов без царапин и сколов и улучшения качества подложек в различных производственных процессах при изготовлении элементной базы.The technical result of the invention is to obtain defect-free mirror-smooth (nano- and subnano-rough) surfaces of semiconductor materials without scratches and chips and improve the quality of substrates in various production processes in the manufacture of the element base.
Указанный технический результат достигается за счет того, что композиция для химико-механического полирования поверхности полупроводниковых материалов содержит наноразмерные частицы коллоидного диоксида кремния, моноэтаноламин, 20-30% раствор перекиси водорода, глицерин и дистиллированную вода, при следующем соотношении компонентов в мас. %:This technical result is achieved due to the fact that the composition for chemical-mechanical polishing of the surface of semiconductor materials contains nanosized particles of colloidal silicon dioxide, monoethanolamine, 20-30% hydrogen peroxide solution, glycerin and distilled water, in the following ratio of components in wt. %:
указанные частицы коллоидного диоксида кремния - 5-30;said particles of colloidal silicon dioxide - 5-30;
моноэтаноламин -5,5-10monoethanolamine -5.5-10
глицерин - 2-4;glycerin - 2-4;
перекись водорода (20-30%) - 3-4;hydrogen peroxide (20-30%) - 3-4;
дистиллированная вода - остальное.distilled water - the rest.
Частицы коллоидного диоксида кремния выполнены аморфными. Также они могут быть кристаллическими, а именно монокристаллическими или поликристаллическими.Particles of colloidal silicon dioxide are made amorphous. They can also be crystalline, namely single-crystal or polycrystalline.
Частицы коллоидного диоксида кремния выполнены сферическими (круглыми, шаровыми). Также частицы могут быть не сферическими, например, каплевидными (овальными, округлыми, тарельчатыми, сфероидальными) или оскольчатыми (игольчатыми, стержневыми, пластинчатыми, угловатыми).Particles of colloidal silicon dioxide are made spherical (round, spherical). Also, the particles can be non-spherical, for example, drop-shaped (oval, round, dish-shaped, spheroidal) or splintered (acicular, rod, lamellar, angular).
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION
Заявленная композиция для химико-механического полирования поверхности полупроводниковых материалов содержит наноразмерные частицы коллоидного диоксида кремния, моноэтаноламин, 20-30% раствор перекиси водорода, глицерин и дистиллированную вода, при следующем соотношении компонентов в мас. %:The claimed composition for chemical-mechanical polishing of the surface of semiconductor materials contains nanosized particles of colloidal silicon dioxide, monoethanolamine, 20-30% hydrogen peroxide solution, glycerin and distilled water, in the following ratio of components in wt. %:
указанные частицы коллоидного диоксида кремния - 5-30;said particles of colloidal silicon dioxide - 5-30;
моноэтаноламин - 5,5-10monoethanolamine - 5.5-10
глицерин - 2-4;glycerin - 2-4;
перекись водорода (20-30%) - 3-4;hydrogen peroxide (20-30%) - 3-4;
дистиллированная вода - остальное.distilled water - the rest.
Коллоидные частицы диоксида кремния имеют размер 10-100 нм. Частицы коллоидного кремнезема выполнены сферическими. Частицы коллоидного кремнезема выполнены аморфными.Colloidal particles of silicon dioxide have a size of 10-100 nm. Particles of colloidal silica are made spherical. Particles of colloidal silica are made amorphous.
Заявленную композицию получают следующим образом. Заранее полученный коллоидный диоксид кремния с размером частиц 10-100 нм, моноэтаноламин, глицерин и дистиллированную воду добавляют в смеситель и осуществляют перемешивания до получения гомогенной суспензии. Затем добавляют 20-30% раствор перекиси водорода. Заявленная полировальная композиция подается на полировальник.The claimed composition is obtained as follows. Pre-obtained colloidal silicon dioxide with a particle size of 10-100 nm, monoethanolamine, glycerin and distilled water are added to the mixer and mixing is carried out until a homogeneous suspension is obtained. Then add 20-30% hydrogen peroxide solution. The claimed polishing composition is fed to the polisher.
Полирование поверхности материала осуществляется следующим образом. Поверхность материала, которую необходимо отполировать, предварительно обрабатывают промывочной жидкостью и измеряют параметры поверхности (толщину, шероховатость, наличие дефектов (царапин, ласин)). Далее пластину крепят на специальную оснастку, например, приклеичными смолами и устанавливают оснастку с пластиной на полировальный стол, на котором приклеен полировальник (замша, politex). Процесс ХМП осуществляется при вращении полировального стола со скоростью 60-500 об/мин; давление на пластину от 1 Н до 50 Н и подачей заявленной композиции на полировальник со скоростью 1-100 мл/мин.Polishing of the surface of the material is carried out as follows. The surface of the material to be polished is pre-treated with a washing liquid and the surface parameters are measured (thickness, roughness, defects (scratches, lacing)). Next, the plate is attached to special equipment, for example, with adhesive resins, and the equipment with the plate is installed on a polishing table, on which a polishing pad (suede, politex) is glued. The CMP process is carried out by rotating the polishing table at a speed of 60-500 rpm; pressure on the plate from 1 N to 50 N and supply of the claimed composition to the polishing pad at a rate of 1-100 ml/min.
После окончания процесса ХМП полированная поверхность материала промывается в теплой дистиллированной воде, удаляется из оснастки, остатки композиции и загрязнения удаляются с поверхности материала очищающим раствором и материал подвергается сушке. Затем измеряются параметры полированной поверхности материала после ХПМ.After the end of the CMP process, the polished surface of the material is washed in warm distilled water, removed from the tooling, composition residues and impurities are removed from the surface of the material with a cleaning solution, and the material is dried. Then the parameters of the polished surface of the material after CPM are measured.
В таблице 1 раскрыты значения шероховатости поверхности материала (Ge) после ХМП в зависимости от состава представлены примеры достижения технического результата, с применением заявленной композиции. Аналогичные результаты получены и для других материалов, раскрытых ниже.Table 1 discloses the values of the surface roughness of the material (Ge) after CMP, depending on the composition, examples of achieving a technical result using the claimed composition are presented. Similar results were obtained for other materials disclosed below.
Применение предложенной композиции позволит получать зеркально и геометрически ровные, кристаллически совершенные (без микро- и наноцарапин, микротрещин, сколов, механических микропримесей, участков травления и других дефектов) поверхности полупроводниковых материалов, исключить растрескивания материала из-за низкого механического давления на него, а также эрозии и коррозии поверхности материала, в связи с применением нетоксичных добавок, снизить расход и стоимость композиции в разы или на порядок меньше, по сравнению с применяемыми аналогами.The use of the proposed composition will make it possible to obtain mirror and geometrically even, crystalline perfect (without micro- and nano-scratches, microcracks, chips, mechanical microimpurities, etching areas and other defects) surfaces of semiconductor materials, to exclude cracking of the material due to low mechanical pressure on it, and also erosion and corrosion of the surface of the material, due to the use of non-toxic additives, to reduce the consumption and cost of the composition several times or an order of magnitude less compared to the analogues used.
Заявленная композиция опробована на различных материалах, в частности Ge, GaAs, PbTe, CdSb, InAs, ZnAs2 и др. и показала положительные результаты по полировке поверхности по сравнению с применяемыми аналогами в России и за рубежом.The claimed composition was tested on various materials, in particular Ge, GaAs, PbTe, CdSb, InAs, ZnAs 2 and others, and showed positive results in surface polishing in comparison with analogues used in Russia and abroad.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.The invention has been described above with reference to a specific embodiment. For specialists, other embodiments of the invention may be obvious, without changing its essence, as it is disclosed in the present description. Accordingly, the invention is to be considered limited in scope by the following claims only.
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2782566C1 true RU2782566C1 (en) | 2022-10-31 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1701759A1 (en) * | 1989-11-20 | 1991-12-30 | Черновицкий Государственный Университет Им.Ю.Федьковича | Compound for chemical-mechanical polishing of semiconductor crystal surface |
| RU2001132541A (en) * | 2000-12-04 | 2003-09-20 | Байер Акциенгезелльшафт (De) | POLISHED SUSPENSION FOR CHEMICAL-MECHANICAL POLISHING OF METAL AND METAL-DIELECTRIC STRUCTURES |
| UA3793U (en) * | 2004-03-16 | 2004-12-15 | Інститут Експериментальної І Клінічної Ветеринарної Медицини | METHOD OF OBTAINING ALLERGIN FOR LIFE DETECTION OF VIRUS-CARRIED PIGS IN AUESK'S DISEASE |
| CN103194148A (en) * | 2013-04-23 | 2013-07-10 | 清华大学 | Chemical-mechanical polishing aqueous composition and use thereof |
| JP2015021132A (en) * | 2013-07-17 | 2015-02-02 | サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド | Cmp slurry composition used for polishing organic film, method of performing cmp treatment using the same, and method of manufacturing semiconductor device using the same |
| CN112126357A (en) * | 2020-09-23 | 2020-12-25 | 深圳清华大学研究院 | Polishing solution for gallium nitride substrate material |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1701759A1 (en) * | 1989-11-20 | 1991-12-30 | Черновицкий Государственный Университет Им.Ю.Федьковича | Compound for chemical-mechanical polishing of semiconductor crystal surface |
| RU2001132541A (en) * | 2000-12-04 | 2003-09-20 | Байер Акциенгезелльшафт (De) | POLISHED SUSPENSION FOR CHEMICAL-MECHANICAL POLISHING OF METAL AND METAL-DIELECTRIC STRUCTURES |
| UA3793U (en) * | 2004-03-16 | 2004-12-15 | Інститут Експериментальної І Клінічної Ветеринарної Медицини | METHOD OF OBTAINING ALLERGIN FOR LIFE DETECTION OF VIRUS-CARRIED PIGS IN AUESK'S DISEASE |
| CN103194148A (en) * | 2013-04-23 | 2013-07-10 | 清华大学 | Chemical-mechanical polishing aqueous composition and use thereof |
| JP2015021132A (en) * | 2013-07-17 | 2015-02-02 | サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド | Cmp slurry composition used for polishing organic film, method of performing cmp treatment using the same, and method of manufacturing semiconductor device using the same |
| CN112126357A (en) * | 2020-09-23 | 2020-12-25 | 深圳清华大学研究院 | Polishing solution for gallium nitride substrate material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5571373A (en) | Method of rough polishing semiconductor wafers to reduce surface roughness | |
| KR101277342B1 (en) | Polishing liquid for semiconductor substrate and method for polishing semiconductor substrate | |
| US7601273B2 (en) | Polishing slurry composition and method of using the same | |
| TWI541335B (en) | Silicon wafer polishing composition | |
| US8092280B2 (en) | Glass substrate for magnetic disk and method for producing the same | |
| JP5251861B2 (en) | Method for producing synthetic quartz glass substrate | |
| US20050205837A1 (en) | Polishing composition and polishing method | |
| JP2003109921A (en) | Abrasive silica particle-dispersed fluid, its manufacturing method, and abrasive material | |
| TW200825146A (en) | Slurry composition for final polishing of silicon wafers and method for final polishing of silicon wafers using the same | |
| CN104321850A (en) | Polishing solution composition for wafers | |
| JPS6114655B2 (en) | ||
| TW201101384A (en) | Method for the double sided polishing of a semiconductor wafer | |
| WO2015096629A1 (en) | Chemical-mechanical polishing liquid applied to sti field and use method therefor | |
| US6290580B1 (en) | Polishing method for silicon wafers which uses a polishing compound which reduces stains | |
| WO2011158718A1 (en) | Polishing liquid for semiconductor substrate and method for producing semiconductor wafer | |
| JP3841873B2 (en) | Polishing abrasive grains and polishing composition | |
| JP2009297814A (en) | Synthetic silica glass substrate polishing agent | |
| JP4167928B2 (en) | Polishing liquid for group III-V compound semiconductor wafer and method for polishing group III-V compound semiconductor wafer using the same | |
| JP6678076B2 (en) | Polishing liquid composition for silicon wafer | |
| RU2782566C1 (en) | Composition for chemical-mechanical polishing of the surface of semiconductor materials | |
| JP6893835B2 (en) | Finish polishing liquid composition for silicon wafer | |
| CN104559797A (en) | Silicon wafer fine polishing combination and preparation method thereof | |
| JP4346712B2 (en) | Wafer edge polishing method | |
| US11059996B2 (en) | Production method of polishing composition | |
| JP3950491B2 (en) | Semiconductor wafer polishing method |