Композиция для химико-механической полировки поверхности полупроводниковых кристаллов

 

Изобретение относится к составам для химико-механического полирования (ХМП) полупроводниковых материалов и может быть использовано в полупроводниковой технологии, в частности при подготовке поверхности кристаллов CdSb, используемых для ИК-оптических элементах. Целью изобретения является улучшение качества полируемой поверхности кристаллов CdSb. Композиция для химико-механической полировки содержит следующие компоненты, мае %: аэросил 2-25; моноэтаноламин 3-5; гидроксид натрия 5-8; перекись водорода

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4760278/26 (22) 20.11.89 (46) 30.12.91. Бюл. М 48 (71) Черновицкий госуцарственный университет им. Ю. Федьковича (72) И. M. Раренко, О. H. Крылюк; С. М, Куликовска я и А. И. Раренко (53) 621,315.582(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР Ф 334852, кл. С 09 G 1/02, 1979. (54) КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКОЙ ПОЛИРОВКИ ПОВЕРХНОСТИ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к составам для химико-механического полирования (ХМП) полупроводниковых материалов и может быть использовано в полупроводниковой

Изобретение относится к составам для химико-механического полирования . полупроводниковых материалов и может быть использовано в полупроводниковой технологии, в частности, при подготовке поверхности монокристаллов для ИК-оптических элементов.

В связи с применением в ИК-технике лазерного излучения с А = 10,6 мкм, возникает необходимость использовании в такой аппаратуре оптических элементов, изготовленных из монокристаллов CdSb. Однако иэ-за высокой мощности и энергии излучения требуется такая подготовка поверхности монокристаллов, которая обеспечивала бы минимальную толщину нарушенного слоя, Это вызвано тем, что слой у поверхности, будучи нарушенным при механической. Ж,. 1701759 А1 (я)л С 30 В 33/08, 29/10, С 09 G 1/02 технологии, в частности при подготовке поверхности кристаллов CdSb, используемых для ИК-оптических элементах. Целью изобретения является улучшение качества полируемой поверхности кристаллов Cdsb, Композиция для химико-механической полировки содержит следующие компоненты, мас.%: аэросил 2 — 25; моноэтаноламин 3-5; гидроксид натрия 5-8; перекись водорода (30%) 15-20; глицерин 10-12; вода остальное. Толщины приповерхностного окисного . слоя после ХМП составила 65 А. ХМП позволила увеличить энергию пропускаемого лазерного излучения А = 10,6 л;км в 3 — 5 раз по сравнению с механической полировкой.

2 табл. обработке, обладает бог шой концентрацией носителей тока и при облучении нагревается сильнее, что, в свою очередь, приводит к дальнейшему возрастанию кон-, центрации носителей тока. Такой самоускоряющийся процесс приводит к нарастанию поглощения по толщине и в итоге при больших энергиях к уменьшечию пропускания и разрушению материала.

Для целого ряда полупроводниковых материалов, используемых для изготовления оптических элементов, необходимое качество обрабатываемой поверхности достигается применением разнообразных составов для химико-механи«еской полировки.

Известен состав для полировки кристаллов PbTe, PbSe, PbSnTe. PhSnSe, включающий К3(Ге(СН)д), NaDI I. (".; 1ЯОЗ.

1701759

Однако обработанная указанным составом поверхность CdSb становится окисленной и содержит следы использованных реактивов и продуктов их реакции с материалом CdSb.

Наиболее близкой к предлагаемой является композиция для полирования поверхности полупроводниковых материалов, содержащая глицерин, этилендиамин, перекись водорода, аэросил и воду, Состав травителя следующий, мас.7:

Глицерин 3-10

Этилендиамин 5 13

НгОг 5-13

Аэросил 4-45

Вода 47-80

Однако известный состав травителя плохо полирует монокристаллы CdSb, На поверхности монокристаллов образуются пассивирующие окисные пленки, часто наблюдается селективный характер травления, на полированной поверхности наблюдаются ямки травления и царапины.

Цель изобретения — улучшение качества полируемой поверхности кристаллов CdSb, используемых для ИК-оптических элементов, Поставленная цель достигается тем, по композиция для химико-механи «еской полировки, включающая аэросил, глицерин, перекись водорода, воду и аминосодержащие соединения, дополнительно содержит гид-, роксид натрия, а в качестве аминосодержащего соединения — моноэтаноламин при следующем соотношении ингредиентов, мас. P:

Аэросил 2 — 25

Моноэтаноламин 3-5

Гидроксид натрия 5 — 8

Перекись водорода (30 $) 15 — 20

Глицерин 10 — 12

Вода 30 — б5

Предлагаемая композиция отличается от известной введением новых компонентов — гидроксида натрия и моноэтаноламина.

Пример. Для определения оптимального состава травителя была проведена серия экспериментов, включающая разрезание монокристаллов на шайбы. механическую шлифовку, механическую полировку и химико-механическую полировку.

В каждом из этих экспериментов моно° кристалл CdSb разрезали на шайбы толщиной 3 мм вольфрамовой проволокой (d- 200 мкм) с абразивом M 5 (А!гОз) параллельно кристаллографической плоскости.

Механическую шлифовку проводили нз стекле свободными абразивами последовательно M 10, М 5, M 3. При этом удаляли слой

50 мкм, Механическая полировка была проведена на искусственной замше алмазными . порошками зернистости последовательно

5 1/О, 3/О и 0,1/0. Толщина удаленного слоя составила 8 мкм. После шлифовки и полировки образец тщательно промывали деианизированной водой и этиловым спиртом.

Затем проводили химико-механическую

10 полировку на искусственной замше композициями коллоидного кремнезема, составы которых приведены в табл. 1. В качестве твердой фазы использовали ультрадисперсные порошки немодифицированного крем15 незема размером 20-380А с поверхностью, содержащей группы Si ОН, Химически активный компонент — моноэтилендиамин.

Гидрофильный характер аминоэтоксиазросила (АЭА) позволяет очень легко вво20 дить его в водные среды и получать стабильные водные дисперсии Z = Sl — О—

- СНг — СНг — 4Нг.

Продукты, образующиеся при полировке, удаляются с поверхности за счет хоро.25 шей абсорбционной способности, обусловленной сильноразвитой поверхностью АЭА, а также благодаря комплексообразованию за счет наличия аминогрупп, что позволяет избежать "замазывания" дефек30 .тов поверхности и обеспечить высокую эффективность на протяжении всего процесса.

При приготовлении полировальных композиций рекомендуется следующий по35 рядок смешения, В деионизированную воду при постоянном перемешивании вносят навеску аэросила. После получения однородного раствора азросила в воде добавляют моноэтиленамин и глицерин при постоян40 ном перемешивании. Гидроксид натрия растворяют в деионизированной воде, фильтруют и добавляют к четырехкомпонентному раствору. Раствор тщательно перемешивают и добавляют 30;(,-ную перекись

45 водорода. После 5 мин перемешивания раствор готов к употреблению. Полирование производят при постоянном г;еремешивании раствора. Полировальные свойства композиции определяются рН, оптимальной

50 величиной которого является 12,0.

Анализ данных, приведенных в табл. 1, свидетельствует о том, что наилучшие результаты получены при использовании растворов предлагаемого устройства.

55 Полировальная композиция такого состава позволяет получить бездефектную, химически чистую, наиболее совершенную по кристаллической структуре и рельефу поверхность CdSb. При использовании составов с запредельными значениями содер1701759 жания компонентов на полирова нно и поверхности наблюдается слабый налет окислов, часто образуются ямки травления, царапины, Величина толщин приповерхностного окисного слоя и полуширины кривых 5 качания также превышают значения, полученные при полировке предлагаемым составом.

Оптимальными являются скорость снятия слоя 0,2-0 5 мкм/мин, нагрузки порядка 10

100-200 г/см, скорость вращения полировальника 80-100 об/мин.

Скорость полирования зависит от концентрации щелочи и перекиси в растворе и практически не изменяется с ростом кон- 15 центрации глицерина. Эксперименты, проведенные на шайбах, вырезанных параллельно плоскостям (100), (010) и (001) показали, что скорость полирования для плоскости (100) всгда несколько выше. 20

Состав поверхности образцов CdSb после химико-механической полировки изучен методом оже-электронной спектроскопии на приборе "Jamp-10" с компьютером.

Спектры сняты в интервале 15-550 эВ. Кро- 25 ме основных компонентов: Cd (381 ЭВ) и Sb (454 эВ), в спектрах обнаружены следы только СиО. Толщина приповерхностного окислого слоя после химико-механической полировки 65 А. 30

Кристаллографическое совершенство поверхности CdSb после химико-механической полировки исследовали методами ренгтеновской топографии по Бергу-Баррету на отражение и по величине полуширины 35 кривой качания. Полуширина кривых качания для образцов с плотностью дислокации

2 — 25

3 — 5

5 — 8

15-20

1Ñ вЂ” 12

Остальное

No < 10 см находится в пределах 8-13, что соответствует теоретическим значениям для совершенного манок ристалла.

Результаты полирования монокристаллов CdSb известными и предлагаемым травителями представлены в табл. 2.

Таким образом, химико-механическая полировка CdSb композициями коллоидного кремнезема позволяет получить наиболее совершенные по структуре, составу и рельефу образцы с минимальной толщиной приповерхностного окисного слоя. Химикомеханическая полировка позволяет увеличить -внергию пропускаемого лазерного излучения А = 10,6 мкм в 3 — 5 раз по сравнению с механической полировкой.

Формула изобретения

Композиция для химико-механической полировки поверхности полупроводниковых кристаллов, включающая аэросил, глицерин, перекись водорода, воду и эминосодержащее соединение, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью улучшения качества полируемой поверхности кристаллов

CdSb, используемых для ИК-оптических элементов, композиция дополнительно содержит гидроксид натрия, а в качестве аминосодержащего соединения — моноэтаноламин при следующем соотношении компонентов, мас.,ь:

Аэросил

Моноэтаноламин

Гидроксид натрия

Перекись водорода (30 /)

Глицерин

Вода

1701759

1

1

О

1 а о

I а

1 а

1 Сп

1 а

I O

I х

1 а.

Э

1 и

x o

r.c о

1" )Х о х и х )mrv

l- m o

О и z о о с) а а с!

v!

1

1

1 СО

1 сЧ

)

I

1

1

1 и 1

XYV

>Ч а и сзх о аm

):=, х а л m о )- а хо э, @«ф:

3m

1

)

l

1 !

1 а

m v o

Х) Ои х ох

m

=1

1 а й

1 ! Iо я

C и х И о х m

m r о х а 1x v к о о * с х а

m ф

Л: Ф

I Ф и хо а аl- )ф М и ф Ы к оо !

:С % увх лЗr

3 л к к

Y I- m X

a.v a.z

А*a.È! х а

t0

Q Ix v х о.

I); Z о

° б

6;

z и к и

m а.

IX

Y З х

К S о Ж

I- Ф r

v o

vcr X

D сЧ

° б

LA

° б

Ю сГ\ сЧ а

1

1 1 ! ЯдФ х 2

1 и

I Щ X

}- X

v =

o s с) Ф

X аоа

LA« ««a Ф с)\

- о х с е а X IО О В

Ф)Ф оо х

m с юсЧ О оi z

Ф

О v В

ОХ"О 8.х ) ю с) с«) о

Q (.э A «g л

1 Z

1 й

I К о

1 Х=l! с=, й

I X Iо в оож

a. z o

12ЯЛ с и

О сЧ сЧ

z а. и с4 -Г

ОО SO с

Е Ф !- Ф

1!

I

1

m 1

=Ю 1

X 1

1 к 1

)о 1

m .!

1-, I

I О, 1 О

I сЧ

1 I I О с«ъ

I б

I 1

I и х ix

1 З

X )О хам

a.vr

e I- O

I и Э

l 83g и с . Ю

I z. )О z

1 с)\

«б

r х

X S

00 -ШсЛ E юсчЮ О л - сЧ ЕСОсЧс сЧ Е с с о о

z r

) и с е

eh с«\ х )»

О vВ О ос) е ооa м оо

ОООО ахООАОО.Х

)): ж"й " С Я Я РО"e Ñ 2

1701759

Таблиц а2

K>(Fe(CN)) НаОБ

С НаОа

Параметры

Известная > - Предлагаемые композиция композиции

Скорость полирования, V, мкм/мин

0,1"0 5

0,2-0 3

0,05

300 A

Толщина приповерхностного окисного слоя

Ю А

0,8-1 . мкм

Состояние поверхности

На поверхности образуются пассивирующие окисные пленки

Зеркальная поверхность без дефектов

200-300 А

40 А

8-13

Cd% Sb

Cd, Sb, С, О, Я, Cl

Cd, Sb, К, Fe, С, О, Cl

Редактор А.Огар

Заказ 4513 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Шероховатость рельефа

Полуширина кривой качания

Состав полированной поверхности

Зеркальная со слабым налетом окислов,часто наблюдается селективный характер травления

Составитель И.Раренко

Техред М.Моргентал, Корректор M.Шарощи