RU2295798C2 - Method for polishing semiconductor materials - Google Patents
Method for polishing semiconductor materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2295798C2 RU2295798C2 RU2004138146/02A RU2004138146A RU2295798C2 RU 2295798 C2 RU2295798 C2 RU 2295798C2 RU 2004138146/02 A RU2004138146/02 A RU 2004138146/02A RU 2004138146 A RU2004138146 A RU 2004138146A RU 2295798 C2 RU2295798 C2 RU 2295798C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polishing
- tool
- plates
- detergent
- glycerin
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов для обработки обратной стороны структур с готовыми чипами, а также при изготовлении исходных пластин-подложек кремния, германия, арсенида галлия, кроме того, оно может быть использовано в процессах планаризации рабочих поверхностей полупроводниковых многослойных структур.The present invention relates to semiconductor technology and can be used in the manufacture of semiconductor devices for processing the reverse side of structures with ready-made chips, as well as in the manufacture of the original wafer substrates of silicon, germanium, gallium arsenide, in addition, it can be used in planarization of work surfaces semiconductor multilayer structures.
Известен традиционный метод алмазной полировки, когда обрабатываемая полупроводниковая пластина или структура крепится с помощью приклеечных мастик или вакуумных присосок на специальной головке; в качестве гибкого полировальника используется нетканый или тканый полировальник (бязь, батист, замша), на рабочую поверхность которого наносится алмазная суспензия или паста зернистостью АСМ 3/2 или АСМ 1/0. Головка размешается обрабатываемой поверхностью пластин на полировальнике и нагружается. Полировальник совершает вращательные движения со скоростью - 50-100 об/мин; сила трения заставляет державки с пластинами вращаться; алмазные зерна, закрепившись на мягкой ткани, работая в виде маленьких резцов, постепенно удаляют материал (Бочкин О.И., Брук В.А., Никофорова-Денисова С.Н. Механическая обработка полупроводниковых материалов. М.: «Высшая школа», 1973). Ранее такой вид обработки широко использовался для полировки кремния и германия, в настоящее время такая обработка используется при обработке структур с готовыми чипами с обратной стороны для уменьшения их толщины. Съем кремния обычно не превышает - 0,2-0,4 мкм/мин. Обработка малопроизводительна, затруднено получение пластин с заданными допусками по геометрическим параметрам и по толщине.The traditional method of diamond polishing is known, when the processed semiconductor wafer or structure is attached using gluing mastics or vacuum suction cups on a special head; as a flexible polishing pad, a non-woven or woven polishing pad (calico, batiste, suede) is used, on the working surface of which a diamond suspension or paste with a grain size of ACM 3/2 or AFM 1/0 is applied. The head is placed on the surface of the plates on the polishing pad and loaded. The polishing pad rotates at a speed of 50-100 rpm; the friction force makes the toolholders with the plates rotate; diamond grains, having fixed on soft fabric, working in the form of small incisors, gradually remove the material (Bochkin OI, Brook V.A., Nikoforova-Denisova S.N. Mechanical processing of semiconductor materials. M.: Higher school, 1973). Previously, this type of processing was widely used for polishing silicon and germanium; currently, such processing is used when processing structures with finished chips on the back side to reduce their thickness. The removal of silicon usually does not exceed 0.2-0.4 μm / min. Processing is inefficient, it is difficult to obtain plates with specified tolerances in geometric parameters and in thickness.
Известен также способ полирования пластин из керамических материалов, заключающийся в том, что обработку ведут металлическим инструментом (медь или олово), вращающимся со скоростью 2400 об/мин), при этом на рабочую поверхность инструмента наносят полирующий состав, содержащий алмазный порошок, глицерин и синтетическое моющее средство, и осуществляют подачу в зону обработки в качестве разбавителя силикозоль с 3,4-11,0% содержанием двуокиси кремния, при этом количество наносимого полирующего состава и подаваемого разбавителя выбирают из определенного соотношения (Патент РФ 1743114 приоритет от 25.06.90, авторы: В.В.Рогов, И.Г.Ирусалимчик, Ю.А.Савушкин, А.Б.Шаляпин). Этот способ полировки пригоден, как указано в патенте, для сапфира, поликора, рубина и других керамик на основе Al2O3. Эти материалы, так же как и полупроводники, относятся к твердым (твердость кремния по шкале Мооса 7,5; сапфира - 9), но хрупким материалам; к полированным поверхностям этих материалов предъявляются очень высокие требования. В качестве финишной операции обычно применяется процесс химико-механической полировки (ХМП); перед ХМП, так же как и при обработке обратной стороны структур с готовыми чипами, используется алмазная полировка.There is also a method of polishing plates of ceramic materials, which consists in the fact that the treatment is carried out with a metal tool (copper or tin), rotating at a speed of 2400 rpm), while a polishing composition containing diamond powder, glycerin and synthetic is applied to the working surface of the tool detergent, and feed silica sol with 3.4-11.0% silica content into the treatment zone as a diluent, while the amount of polishing composition applied and the diluent supplied are selected from ratio (Patent of the Russian Federation 1743114 priority from 06.25.90, authors: V.V. Rogov, I.G. Irusalimchik, Yu.A. Savushkin, A.B.Shalyapin). This polishing method is suitable, as indicated in the patent, for sapphire, polycor, ruby and other ceramics based on Al 2 O 3 . These materials, like semiconductors, are hard (silicon hardness on the Mohs scale of 7.5; sapphire - 9), but brittle materials; very high demands are placed on the polished surfaces of these materials. As a finishing operation, the process of chemical-mechanical polishing (CMP) is usually used; Before HMP, as well as when processing the reverse side of structures with ready-made chips, diamond polishing is used.
Преимуществом данного метода является то, что это скоростной метод обработки, обеспечивающий получение высоких съемов при обработке твердых материалов, например керамик на основе Al2O3 (1-2 мкм/мин при скорости вращения головки с наклеенными на нее пластинами 600 об/мин).The advantage of this method is that it is a high-speed processing method that provides high picks when processing solid materials, for example, ceramics based on Al 2 O 3 (1-2 μm / min at a head rotation speed with 600 rpm glued onto it) .
К недостаткам способа относится:The disadvantages of the method include:
- использование жесткого металлического полировальника, который не позволяет избежать на более мягких полупроводниковых материалах хрупкого разрушения и, как следствие, приводит к получению грубых следов обработки (глубина нарушенного слоя на кремнии при использовании алмаза АСМ 3/2 превышает 6-7 мкм);- the use of hard metal polishing pad, which does not allow brittle fracture on softer semiconductor materials and, as a result, leads to coarse processing traces (the depth of the broken layer on silicon when using AFM 3/2 diamond exceeds 6-7 microns);
- резкое падение величины съема во времени при использовании предлагаемого состава (съем падает с 1 мкм/мин за первые пять минут до 0,5 мкм/мин за последующие 20 минут, что было установлено экспериментально);- a sharp drop in the amount of removal in time when using the proposed composition (removal falls from 1 μm / min in the first five minutes to 0.5 μm / min in the next 20 minutes, which was established experimentally);
- использование силикозоля в качестве наполнителя состава приводит к созданию щелочной среды (рН 9-10) в зоне обработки, что будет приводить к износу оборудования.- the use of silicosol as a filler composition leads to the creation of an alkaline environment (pH 9-10) in the treatment area, which will lead to wear of the equipment.
Кроме того, в процессе производства силикозоля (коллоидный раствор кремниевой кислоты) используется натриевое стекло, что при обработке может приводить к загрязнению кремниевых пластин натрием (натрий - быстродиффундирующая примесь, формирующая мелкие донорные примеси в кремнии).In addition, in the process of production of silicosol (colloidal solution of silicic acid), sodium glass is used, which during processing can lead to contamination of silicon wafers with sodium (sodium is a rapidly diffusing impurity that forms small donor impurities in silicon).
В качестве прототипа выбран способ полирования полупроводниковых пластин и стеклянных заготовок, включающий укрепление полируемого материала на держателе и полировальника на притире с последующим их контактированием при взаимном вращении и непрерывном нанесении полировального состава в зону обработки, при этом в качестве полировальника используют нетканый иглопробивной материал, состоящий из смеси малоусадочных полиэтилентерефталатных волокон при их содержании 30-100% и высокоусадочных полиэтилентерефталатных волокон при их содержании до 70%, пропитанный полиуретаном при его содержании в материале 15-6 5% (Патент РФ№2002338, приоритет от 14.05.92 Авторы: Валеев А.Ф., Илларионов В.А., Сидоренко И.В.).As a prototype, a method for polishing semiconductor wafers and glass blanks was selected, including strengthening the polished material on the holder and the polishing pad on lapping, followed by their contact during mutual rotation and continuous application of the polishing compound into the treatment zone, while a nonwoven needle-punched material consisting of mixtures of low-shrink polyethylene terephthalate fibers with their content of 30-100% and high-shrink polyethylene terephthalate fibers with their content AANII to 70%, impregnated with polyurethane at a content in the material of 15-6 5% (RF№2002338 patent, priority of 05.14.92 Authors: VALEEV AF, Illarionov VA, Sidorenko IV).
К недостаткам данного метода относится прежде всего то, что такая обработка применительно к пластинам полупроводников хотя и может давать хорошее качество поверхности (14 класс чистоты, отсутствие алмазного фона), но обеспечивает малые съемы - как показали наши исследования, при диаметре пластин 100 мм удельный съем в среднем не превышает 0,5 мкм/мин. Кроме того, при такой схеме не обеспечивалась хорошая геометрия пластин: пластины 100 мм имели «завалы» на периферии пластин из-за недостаточной жесткости полировальника. Кроме того, полирование проводится в щелочной среде (рН≥10), что способствует быстрому износу оборудования.The disadvantages of this method include, first of all, that such processing as applied to wafers of semiconductors, although it can give good surface quality (14 class of cleanliness, lack of diamond background), it provides small removals - as our studies showed, with a plate diameter of 100 mm on average does not exceed 0.5 microns / min. In addition, with such a scheme, good geometry of the plates was not provided: 100 mm plates had “blockages” on the periphery of the plates due to insufficient rigidity of the polishing pad. In addition, polishing is carried out in an alkaline environment (pH≥10), which contributes to the rapid wear of the equipment.
Таким образом, данный способ полировки технологически не оптимален, так как не позволяет получать высокие съемы, пластины с хорошей геометрией, а создание щелочной среды в зоне обработки при его реализации может приводить к быстрому износу оборудования.Thus, this polishing method is technologically not optimal, since it does not allow to obtain high removals, plates with good geometry, and the creation of an alkaline medium in the processing zone during its implementation can lead to rapid wear of the equipment.
Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение качества обрабатываемых поверхностей полупроводниковых материалов (по сравнению с аналогами), повышения производительности процессов полирования полупроводниковых материалов, решение экологических проблем и расширение технологических возможностей способа.The technical result of the present invention is to improve the quality of the processed surfaces of semiconductor materials (compared with analogues), increase the productivity of polishing processes of semiconductor materials, solve environmental problems and expand the technological capabilities of the method.
Технический результат достигается тем, что в известном способе полирования, включающем закрепление обрабатываемых пластин на головке, сообщение вращения головке с пластинами и инструменту и подача в зону обработки полирующей смеси, обработку ведут инструментом, имеющим прерывистый рабочий слой пенополиуретана с числом оборотов 1400-2000 об/мин и скоростью вращения головки с пластинами 300-550 об/мин, при удельном давлении инструмента на обрабатываемую поверхность 250-350 Г/см2, при этом используют полирующую смесь, включающую алмазный порошок с размером алмазного зерна 5-1 мкм, бытовое моющее средство, аэросил и глицерин при объемном соотношении глицерина к моющему средству 3:1-4:1, объемном соотношении аэросила к смеси глицерина и моющего средства 1:1-1,2:1 и соотношении алмазного порошка к общему составу 8-9 г на 1 литр, причем на обрабатываемую поверхность пластин осуществляют капельную подачу разбавителя, в качестве которого используют воду, при этом слой пенополиуретана имеет выступы в виде полос, равномерно расположенных на основе и изогнутых в сторону вращения инструмента.The technical result is achieved by the fact that in the known polishing method, including fixing the processed plates on the head, communicating the rotation of the head with the plates and the tool and feeding the polishing mixture into the processing zone, the treatment is carried out with a tool having an intermittent working layer of polyurethane foam with a speed of 1400-2000 rpm min and a head rotation speed with plates of 300-550 rpm, at a specific pressure of the tool on the work surface of 250-350 G / cm 2 , using a polishing mixture, including diamond powder with diamond grain size of 5-1 microns, household detergent, aerosil and glycerin with a volume ratio of glycerol to detergent 3: 1-4: 1, a volume ratio of aerosil to a mixture of glycerin and detergent 1: 1-1.2: 1 and a ratio diamond powder to a total composition of 8-9 g per 1 liter, moreover, a droplet feed of a diluent is carried out on the treated surface of the plates, water is used as it, while the layer of polyurethane foam has protrusions in the form of strips uniformly located on the base and curved in the direction of rotation of the tool.
В предлагаемом способе прежде всего используется инструмент с пенополиуретановым рабочим слоем, одновременно жестким и в то же время способным слегка демпфировать в процессе обработки. Это: кинематика выбранной системы обработки и определенная жесткость выбранного материала инструмента позволяет прежде всего обеспечивать хорошую геометрию пластин. В процессе обработки происходит шаржирование алмазных зерен мелкой зернистости (размер зерна 5-1 мкм) в слой пенополиуретана, обладающего в отличие от металлического инструмента определенной упругостью, что позволяет исключить возникновение грубых нарушений на обрабатываемой поверхности. При этом именно сочетание выбранной схемы скоростной обработки при скоростях инструментах 1400-2000 об/мин и скорости вращения головки с пластинами 300-550 об/мин с новым инструментом из пенополиуретана позволяет одновременно с получением поверхностей с малой глубиной нарушений получать высокие скорости удаления обрабатываемого материала. В частности, при обработки кремниевых пластин при удельном давлении всего 300 Г/см2 и при диаметре пластин 100 мм (групповая обработка - пять пластин на головке) были зафиксированы удельные съемы - 1,5-2 мкм/мин. Такие съемы обычно можно получить при обработке кремния связанным алмазом при использовании алмаза с размером зерна 28-20 мкм, но такая обработка не позволяет получать полированные поверхности на кремнии. Использование же связанного алмазного инструмента с размером зерна менее 10 мкм не может обеспечить получение высоких съемов из-за быстрой потери работоспособности инструмента в результате постепенного скалывания закрепленных алмазных зерен в процессе обработки. Увеличение скорости вращения инструмента (более 2000 об/мин) приводит при использовании предлагаемого состава к частичному сбрасыванию алмазной суспензии из зоны обработки и, как следствие, к снижению производительности процесса. Снижение скорости вращения инструмента (менее 1400 об/мин) также приводит к падению величины съема материала.In the proposed method, first of all, a tool with a polyurethane foam working layer is used, which is simultaneously rigid and at the same time capable of slightly damping during processing. These are: the kinematics of the selected processing system and the certain rigidity of the selected tool material allows, first of all, to ensure good geometry of the plates. In the process of processing, diamond grains of fine grain size (grain size 5-1 μm) are sharpened into a layer of polyurethane foam, which, in contrast to a metal tool, has a certain elasticity, which eliminates the occurrence of gross violations on the surface being treated. Moreover, it is the combination of the selected high-speed machining scheme at tool speeds of 1400-2000 rpm and the head rotation speed with plates of 300-550 rpm with a new tool made of polyurethane foam that allows to obtain high removal rates of the processed material simultaneously with obtaining surfaces with a small depth of disturbances. In particular, when processing silicon wafers at a specific pressure of only 300 G / cm 2 and at a plate diameter of 100 mm (group processing — five plates on the head), specific removals were recorded — 1.5–2 μm / min. Such removals can usually be obtained by processing silicon with bonded diamond using diamond with a grain size of 28–20 μm, but such processing does not allow polished surfaces to be obtained on silicon. The use of a bonded diamond tool with a grain size of less than 10 μm cannot provide high picks due to the rapid loss of tool performance as a result of the gradual cleavage of the fixed diamond grains during processing. Increasing the speed of rotation of the tool (more than 2000 rpm) when using the proposed composition leads to a partial dropping of the diamond suspension from the processing zone and, as a result, to a decrease in the productivity of the process. A decrease in the tool rotation speed (less than 1400 rpm) also leads to a decrease in the material removal rate.
Предлагаемый размер алмазного зерна 5-1 мкм обеспечивает получение поверхностей с глубиной нарушения даже на арсениде галлия менее 3 мкм. Использование алмазного порошка с размером зерна менее 1 мкм (субмикронные порошки) приводит к резкому падению производительности процесса.The proposed diamond grain size of 5-1 μm provides surfaces with a depth of disturbance even on gallium arsenide less than 3 μm. The use of diamond powder with a grain size of less than 1 μm (submicron powders) leads to a sharp drop in process performance.
Таким образом, именно предлагаемое сочетание указанной схемы скоростной обработки с принудительно вращающимися инструментом и пластинами с периодической подачей алмазной суспензии в зону обработки при размере зерна 5-1 мкм и при использовании обладающего одновременно жесткостью и упругостью пенополиуретана позволяет получать на полупроводниковых материалах:Thus, it is the proposed combination of the indicated high-speed machining scheme with a forcibly rotating tool and plates with periodic supply of a diamond suspension into the processing zone with a grain size of 5-1 μm and when using polyurethane foam having rigidity and elasticity at the same time allows to obtain on semiconductor materials:
- полированные поверхности без элементов хрупкого разрушения с глубиной нарушенного слоя на кремнии и германии менее 2 мкм и менее 3 мкм на арсениде галлия;- polished surfaces without brittle fracture elements with a depth of the broken layer on silicon and germanium less than 2 microns and less than 3 microns on gallium arsenide;
- обеспечивает высокую скорость удаления материала (высокие удельные съемы при обработке).- provides a high rate of material removal (high specific removals during processing).
Заявляемая форма рабочего слоя инструмента - слой пенополиуретана с выступами в виде полос, равномерно расположенные на основе и изогнутые в сторону вращения инструмента, оказалась наиболее оптимальной для отвода отходов (шлама) из зоны обработки (фиг. 1).The inventive form of the working layer of the tool - a layer of polyurethane foam with protrusions in the form of strips, evenly spaced on the base and curved in the direction of rotation of the tool, turned out to be the most optimal for removal of waste (sludge) from the treatment zone (Fig. 1).
Предлагаемый новый состав полирующей суспензии с аэросилом позволяет, во-первых, исключить наличие щелочной среды, обогащенной натрием, которая создается при использовании силикозоля и (аналог) и химико-механической полировке (прототип). Во-вторых, введение аэросила в полирующую суспензию, поскольку аэросил - это мелкодисперсный порошок SiO2 (размер гранул 300-400 Å), позволяет создать состав с равномерным распределением частиц аэросила в глицерине, что, в свою очередь, приводит к тому, что частицы аэросила находятся во взвешенном состоянии и способствуют равномерному распределению в этом составе алмазных зерен. Кроме того, при обработке этот состав создает демпфирующий слой, обеспечивающий мягкий ввод алмазных зерен в обрабатываемую поверхность, что, в свою очередь, предотвращает образование грубых нарушений в процессе полировки. В качестве очистителя и разбавителя полирующего состава предлагается использовать бытовые моющие средства. Экспериментально было также показано, что предлагаемый полирующий состав хорошо разбавляется водой и хорошо выводится из зоны обработки.The proposed new composition of the polishing suspension with Aerosil allows, firstly, to exclude the presence of an alkaline environment enriched with sodium, which is created using silicosol and (analog) and chemical-mechanical polishing (prototype). Secondly, the introduction of Aerosil into the polishing suspension, since Aerosil is a finely divided SiO 2 powder (granule size 300-400 Å), allows you to create a composition with a uniform distribution of Aerosil particles in glycerol, which, in turn, leads to the fact that the particles Aerosil are in suspension and contribute to a uniform distribution of diamond grains in this composition. In addition, during processing, this composition creates a damping layer, providing a soft entry of diamond grains into the surface to be treated, which, in turn, prevents the formation of gross violations during the polishing process. It is proposed to use household detergents as a cleaner and thinner of the polishing composition. It was also experimentally shown that the proposed polishing composition is well diluted with water and well removed from the treatment area.
Таким образом, использование аэросила и бытового моющего средства в полирующем составе обеспечивает:Thus, the use of aerosil and household detergent in a polishing composition provides:
- получение тонких полированных поверхностей на полупроводниковых материалах с глубиной нарушений на кремнии менее 1,5 мкм, на германии менее 2 мкм и менее 3 мкм на арсениде галлия;- obtaining thin polished surfaces on semiconductor materials with a depth of damage on silicon less than 1.5 microns, on germanium less than 2 microns and less than 3 microns on gallium arsenide;
- исключение агрессивных сред из зоны обработки.- exclusion of aggressive media from the treatment area.
Использование подачи инструмента при нагрузке на инструмент 250-350 Г/см2 и при наличии указанного выше демпфирующего слоя полирующей суспензии между инструментом и обрабатываемой поверхностью также обеспечивает проведение процесса полировки при более мягких режимах, что, в свою очередь, позволяет получать тонкие полированные поверхности. В то же время нагружение инструмента при обработке так, чтобы создавались указанные давления на обрабатываемую поверхность 250-350 Г/см2, обеспечивает получение высоких съемов. Кроме того, такая обработка обеспечивает выравнивание съема по всей обрабатываемой поверхности при выходе на эту поверхность разных материалов (случай планаризации).Using the tool feed when the tool load is 250-350 G / cm 2 and in the presence of the above damping layer of the polishing slurry between the tool and the surface to be treated also provides a polishing process under milder conditions, which, in turn, allows obtaining thin polished surfaces. At the same time, the loading of the tool during processing so that the indicated pressures on the machined surface of 250-350 G / cm 2 are created , provides high removals. In addition, this treatment ensures alignment of the removal along the entire surface to be treated when different materials exit onto this surface (case of planarization).
В предлагаемом способе полирования полупроводниковых пластин используется целый ряд новых элементов (пенополиуретановый инструмент, введение аэросила в полирующий состав, использование бытовых моющих средств в полирующем составе при указанных соотношениях, при указанном интервале давления инструмента на обрабатываемую поверхность и предлагаемых скоростях вращения инструмента и головки с пластинами), которые обеспечивают в сравнении с прототипом снижение себестоимости процесса обработки за счет уменьшения время полировки из-за высоких съемов, исключает наличие агрессивных сред в зоне обработки, т.е. заявляемый способ обладает новизной. При этом этот способ позволяет получать тонкие полированные поверхности с глубиной нарушений менее 1-3 мкм.In the proposed method of polishing semiconductor wafers, a number of new elements are used (polyurethane tool, the introduction of aerosil in the polishing composition, the use of household detergents in the polishing composition at the indicated ratios, at the indicated interval of pressure of the tool on the surface being machined and the suggested speeds of rotation of the tool and head with plates) which provide, in comparison with the prototype, a reduction in the cost of the processing process by reducing the polishing time due to high removals, eliminates the presence of aggressive media in the treatment area, i.e. The claimed method has novelty. Moreover, this method allows to obtain thin polished surfaces with a depth of violations of less than 1-3 microns.
Данное изобретение также существенно, так как оно обеспечивает по сравнению с аналогами и прототипом высокую производительность процесса и улучшение качество поверхностей (по сравнению с аналогом). Кроме того, сочетание предлагаемой схемы обработки и новых предлагаемых элементов позволяет получать полированные пластины с хорошей геометрией и малым разбросом по толщине, что особенно важно при использовании этих пластин для изготовления приборов микроэлектроники, так как обеспечивает повышение процента выхода годных при использовании планарной технологии изготовления приборов. Кроме того, предлагаемый способ полирования оказался оптимальным для процессов планаризации кремниевых многослойных структур, когда на рабочую поверхность выходят слои разных материалов, например структуры с щелевой диэлектрической изоляцией. Предлагаемая схема обработки, пенополиуретановый рабочий слой инструмента, более жесткий, чем тканные и нетканые материалы, используемые в прототипе, обеспечивают равномерное удаление всех выходящих на поверхность слоев, а демпфирующий слой полирующей суспензии обеспечивает высокое качество поверхности. Поэтому предлагаемое решение может внести определенный вклад в решение важнейших задач микроэлектроники.This invention is also significant, as it provides, in comparison with analogues and prototype, high process productivity and improved surface quality (compared to analog). In addition, the combination of the proposed processing scheme and the new proposed elements allows to obtain polished plates with good geometry and a small spread in thickness, which is especially important when using these plates for the manufacture of microelectronic devices, since it provides an increase in the percentage of yield when using planar technology for manufacturing devices. In addition, the proposed polishing method turned out to be optimal for the planarization processes of silicon multilayer structures, when layers of different materials, for example, structures with slit dielectric insulation, enter the working surface. The proposed processing scheme, the polyurethane foam working layer of the tool, more rigid than the woven and nonwoven materials used in the prototype, provide uniform removal of all layers that come to the surface, and the damping layer of the polishing slurry provides high surface quality. Therefore, the proposed solution can make a certain contribution to solving the most important problems of microelectronics.
Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию «изобретательский уровень», так как все элементы новизны в данной заявке не предполагают очевидности для специалиста. Необходимо отметить, что именно предлагаемое сочетание элементов новизны с известной схемой скоростной обработки с принудительным вращением инструмента и пластин дает принципиально новое построения технологического процесса полирования полупроводниковых материалов.Thus, the claimed method meets the criterion of "inventive step", since all the elements of novelty in this application do not imply obviousness to a specialist. It should be noted that it is the proposed combination of novelty elements with the well-known high-speed machining scheme with forced rotation of the tool and plates that gives a fundamentally new construction of the polishing process for semiconductor materials.
Фиг.1 - пример расположения элементов пенополиуретана (Э) на инструменте.Figure 1 is an example of the location of the elements of polyurethane foam (E) on the tool.
Фиг.2 - микрофотография поверхности кремния со шлифом после селективного травления при обработке по прототипу. На шлифе вскрываются глубокие грубые трещины (элементы хрупкого разрушения).Figure 2 - micrograph of the surface of silicon with thin section after selective etching during processing of the prototype. Deep rough cracks (elements of brittle fracture) are revealed on the thin section.
Фиг.3 - микрофотография поверхности кремния со шлифом после селективного травления при обработке по заявляемому способу.Figure 3 is a micrograph of the surface of silicon with a thin section after selective etching during processing by the present method.
Фиг.4 - поперечное сечение структуры кремния с канавками, заполненными поликремнием, после планаризации по заявляемому способу.Figure 4 is a cross section of the structure of silicon with grooves filled with polysilicon, after planarization by the present method.
Пример 1. В соответствии с заявляемым способом проводился процесс полирования пластин кремния диаметром 100 мм, прошедших предварительно шлифовку связанным алмазом инструментом с алмазом зернистостью 40/28 на связке ПС. Пять пластин были наклеены на головку диаметром 290 мм. Обработка проводилась на станке СПШ-1П; для этого на шпинделе станка закреплялся инструмент с рабочим слоем пенополиуретана марки МПУ(Zr)-150 толщиной 2 мм. Десять отрезков пенополиуретана шириной 10 мм и длиной 30 мм были закреплены на дюралевой державке, как показано на фиг.1. Был приготовлен состав полирующей суспензии, для этого в мерный стакан объемом 1 литр было насыпано 800 мл аэросила, в другую емкость налито 600 мл глицерина и 200 мл бытового моющего средства, объемное соотношение 3:1. Полученную жидкую компоненту тщательно перемешали и затем, также тщательно перемешивая (1:1), всыпали туда аэросил и 8 г алмазного порошка АСМ 3/2.Example 1. In accordance with the claimed method, the process of polishing silicon wafers with a diameter of 100 mm was carried out, previously polished with a diamond tool with a grain of 40/28 grit on a PS bond. Five plates were glued to a head with a diameter of 290 mm. Processing was carried out on the machine tool SPSh-1P; for this, a tool with a working layer of polyurethane foam of MPU (Zr) -150 grade 2 mm thick was fixed on the machine spindle. Ten pieces of polyurethane foam with a width of 10 mm and a length of 30 mm were fixed on a duralumin holder, as shown in figure 1. The composition of the polishing suspension was prepared; for this, 800 ml of Aerosil was poured into a 1 liter measuring cup, 600 ml of glycerin and 200 ml of household detergent were poured into another container, a volume ratio of 3: 1. The resulting liquid component was thoroughly mixed and then, also thoroughly mixing (1: 1), aerosil and 8 g of AFM 3/2 diamond powder were poured there.
Наклеенные на рабочую головку пластины размещались на рабочем столе станка, сверху почти до касания подводился инструмент, на поверхность пластин в зону обработки наносился кисточкой полирующий состав, включалось вращение стола (400 об/мин) с закрепленной на нем головкой с пластинами и инструмента (1600 об/мин), затем под собственным весом на вращающиеся пластины опускался инструмент. Обработка проводилась при однонаправленном вращении инструмента и головки с пластинами при удельном давлении 350 Г/см2. В процессе полировки на пластины капельно (10-20 мл/мин) подается вода и периодически (через 0,5-1 мин) кисточкой подносится полирующая суспензия. За 15 минут обработки удаляется 30 мкм, т.е. удельный съем - 2,0 мкм/ мин. После обработки пластины промывают и склеивают с головки для оценки качества обработки.The plates glued to the working head were placed on the machine’s working table, the tool was brought in from above almost touching, the polishing compound was applied with a brush to the surface of the plates, the table was turned on (400 rpm) with the head with plates and the tool fixed thereon (1600 rpm) / min), then, under its own weight, the tool was lowered onto the rotating plates. The processing was carried out with unidirectional rotation of the tool and the head with the plates at a specific pressure of 350 G / cm 2 . In the process of polishing, water is supplied dropwise (10-20 ml / min) to the plates and periodically (after 0.5-1 min) a polishing suspension is brought with a brush. After 15 minutes of treatment, 30 μm is removed, i.e. specific removal - 2.0 μm / min. After processing, the plates are washed and glued from the head to assess the quality of processing.
Прежде всего при косом освещении под микроскопом МБС оценивают наличие грубых рисок - грубые риски отсутствуют. Затем на трех пластинах из пяти делают сферические шлифы диаметром 2,5 мм (фиг.2), затем проводят кратковременное селективное травление для вскрытия более грубых нарушений и под микроскопом МИИ-4 оценивают глубину нарушений. На каждой пластине делают по пять шлифов, измерение проводят на всех сделанных шлифах. Найдено, что максимальная глубина нарушений составляла 0,9 мкм.First of all, under oblique illumination under the MBS microscope, the presence of rough images is assessed - there are no rough risks. Then, spherical sections with a diameter of 2.5 mm are made on three plates of five (Fig. 2), then short-term selective etching is performed to reveal more serious violations, and the depth of the violations is estimated under a MII-4 microscope. Five sections are made on each plate, the measurement is carried out on all the sections made. It was found that the maximum depth of violations was 0.9 μm.
Затем оценивают расход алмаза при предлагаемой обработке. Для снятия 30 мкм использовалось 150 мл полирующего состава, что соответствует расходу алмаза - 1,2 г. Тогда на единицу обрабатываемой площади и для удаления 1 мкм по глубине расходуется:Then estimate the consumption of diamond in the proposed processing. To remove 30 μm, 150 ml of polishing composition was used, which corresponds to a diamond consumption of 1.2 g. Then per unit of the treated area and to remove 1 μm in depth, the following is consumed:
Пример 2. В соответствии с заявляемым способом проводилось полирование пластин германия диаметром 60 мкм, прошедших предварительное обработку свободным абразивом на стеклянном полировальнике абразивом КЗ 14/10. Пластины наклеивались на головку диаметром 220 в количестве 7 штук. Алмазную полировку проводили на реконструированном макете станка Mecapol E230, использовался инструмент с рабочим слоем из пенополиуритана марки МПУ(Пф) 142. При подготовке инструмента шесть отрезков пенополиуритана размером 8 мм на 20 мм закреплялись на дюралевой державке. Полирующий состав готовили при объемном соотношении глицерина к моющему средству 3,5:1 (660 мл глицерина и 190 мл моющего средства). Аэросил, к жидкой составляющей добавляют 850 мл (1:1) и алмаза АСМ 3/2 добавляют 8,5 г. Режимы полирования соответствуют данным примера 1, но полировку ведут при нагрузке 300 Г/см2.Example 2. In accordance with the claimed method, polishing of germanium plates with a diameter of 60 μm was carried out, which were pretreated with a free abrasive on a glass polisher with abrasive KZ 14/10. The plates were glued to a head with a diameter of 220 in the amount of 7 pieces. Diamond polishing was carried out on the reconstructed breadboard model of the Mecapol E230 machine; a tool with a working layer of polyurethane foam of the MPU (Pf) grade 142 was used. In the preparation of the tool, six segments of polyurethane foam measuring 8 mm by 20 mm were fixed on a duralumin holder. A polishing composition was prepared at a volume ratio of glycerol to detergent of 3.5: 1 (660 ml of glycerol and 190 ml of detergent). Aerosil, add 850 ml (1: 1) to the liquid component and add 8.5 g of АСМ 3/2 diamond. Polishing modes are according to the data of Example 1, but polishing is carried out at a load of 300 G / cm 2 .
Оценка нарушенного слоя проводилась по методике, указанной в примере 1, максимальная глубина нарушений составляла 1.2 мкм.Evaluation of the damaged layer was carried out according to the method specified in example 1, the maximum depth of violations was 1.2 μm.
Пример 3. В соответствии с заявляемым способом проводилась планаризация поверхностей кремниевых структур с щелевой диэлектрической изоляцией. В поверхности кремния ионно-реактивным методом были сформированы канавки глубиной 10 мкм и шириной 3 мкм. Затем структуры окислялись для создания слоя термического окисла толщиной 0,3 мкм, и напылением наносился слой поликремния толщиной 15 мкм для заполнения канавок. Такие структуры поступали на операцию планаризации, т.е с поверхности между канавками должен был быть удален слой поликремния, при этом полученная при обработке поверхность кремния и поверхность поликремния в канавках должны быть на одной высоте.Example 3. In accordance with the claimed method, planarization of the surfaces of silicon structures with slot dielectric insulation was carried out. Grooves 10 μm deep and 3 μm wide were formed on the silicon surface by the ion-reactive method. The structures were then oxidized to create a thermal oxide layer 0.3 microns thick, and a polysilicon layer 15 microns thick was applied by sputtering to fill the grooves. Such structures entered the planarization operation, i.e., the polysilicon layer had to be removed from the surface between the grooves, while the silicon surface obtained during processing and the polysilicon surface in the grooves should be at the same height.
Структуры наклеивались на головку диаметром 220 в количестве 6 штук рабочей стороной вниз и проводилась алмазная полировка обратной нерабочей стороны структур для создания общей базы. Обработка проводилась так, как указано в примере 1. Затем структуры склеивались, промывались и снова наклеивались на ту же головку, но рабочей стороной вверх, и проводили алмазную полировку рабочей поверхности. Алмазную полировку проводили на станке СПШ-1П. Использовался инструмент с рабочим слоем из пенополиуретана марки МП 142ПО с расположением пенополиуретановых элементов, как в примере 2. Полирующий состав готовили так же, как в примере 1, но использовали алмаз АСМ 1/0. Режимы полирования: число оборотов инструмента 1400 об/мин и 300 об/мин у головки с наклееными структурами, но полировку вели при нагрузке 250 Г/см2. Обработку вели до вскрытия слоя окисла, слой окисла снимали травлением в сильно разбавленном составе на основе плавиковой кислоты.The structures were glued to the head with a diameter of 220 in the amount of 6 pieces with the working side down and diamond polishing was carried out on the back of the non-working side of the structures to create a common base. The processing was carried out as described in example 1. Then the structures were glued, washed and again glued to the same head, but with the working side up, and diamond polishing of the working surface was carried out. Diamond polishing was carried out on the machine SPSh-1P. We used a tool with a working layer of polyurethane foam brand MP 142PO with an arrangement of polyurethane foam elements, as in example 2. The polishing composition was prepared in the same way as in example 1, but used diamond AFM 1/0. Polishing modes: the number of tool revolutions of 1400 rpm and 300 rpm at the head with glued structures, but polishing was carried out at a load of 250 G / cm 2 . The treatment was carried out until the oxide layer was opened, the oxide layer was removed by etching in a highly diluted hydrofluoric acid composition.
В результате обработки были получены требуемые структуры, у которых поверхности требуемого качества (фиг.3) составляли 80% от всей поверхности структуры, что ранее получить не удавалась.As a result of processing, the required structures were obtained, in which surfaces of the required quality (Fig. 3) accounted for 80% of the entire surface of the structure, which previously could not be obtained.
Остальные примеры реализации способа сведены в Таблицу 1.Other examples of the implementation of the method are summarized in Table 1.
Во всех случаях для удобства сравнения продолжительность процесса полирования выбирают таким образом, чтобы удалялось 15 или 30 мкм.In all cases, for convenience of comparison, the duration of the polishing process is chosen so that 15 or 30 microns are removed.
Как следует из таблицы, наилучшие результаты достигаются при совокупности предлагаемых признаков (примеры 1, 2, 3, 6, 16). При превышении заявляемого количества алмаза (пример 11, алмаза - 10 г на 1 литр), как видно из таблицы, скорость съема практически не увеличивается (по сравнению с примером 16), т.е. наблюдается перерасход алмаза. В случае, когда давление инструмента на пластины превышает заявляемое (пример 10, давление 400 Г/см2), резко увеличивается глубина нарушенного слоя, а в случае, когда давление ниже заявляемого (пример 12), резко падает съем. Уменьшение количества алмаза в полирующем составе (пример 13) также приводит к резкому падению съема 9 по сравнению с примером 4. К уменьшению съема также приводит слишком большое количество аэросила в полирующем составе (пример 14), а также когда объемная доля глицерина в полирующем составе выходит за рамки заявляемого (пример 15). Увеличение скорости вращения инструмента до 2200 об/мин (пример 8) приводит также к падению съема (по сравнению с примером 1) из-за сброса полирующего состава из зоны обработки, а снижение скорости ниже предлагаемого предела не опробовалось, поскольку не реализуется на имеющемся в распоряжении заявителей оборудовании. Увеличение скорости головки с пластинами до 600 об/мин (пример 5) приводит к увеличению глубины нарушенного слоя на обрабатываемых пластинах, снижение скорости (пример 7) к падению съема материала и увеличению глубины вносимых в обрабатываемую поверхность нарушений. Увеличение размера алмазного зерна до 7 мкм (пример 17) вызывает также увеличение глубины нарушений поверхности. Накопленный экспериментальный опыт показывает, что использование субмикронных алмазных порошков нецелесообразно, так как практически не дает ощутимых съемов при незначительном увеличении качества обрабатываемых поверхностей.As follows from the table, the best results are achieved with a combination of the proposed features (examples 1, 2, 3, 6, 16). When the claimed amount of diamond is exceeded (example 11, diamond - 10 g per 1 liter), as can be seen from the table, the removal rate practically does not increase (compared to example 16), i.e. there is an overspending of diamond. In the case when the pressure of the tool on the plate exceeds the claimed (example 10, pressure 400 G / cm 2 ), the depth of the disturbed layer increases sharply, and in the case when the pressure is lower than the claimed (example 12), the removal sharply decreases. A decrease in the amount of diamond in the polishing composition (Example 13) also leads to a sharp drop in removal 9 compared to Example 4. Too much diamond in the polishing composition also leads to a decrease in removal (Example 14), as well as when the volume fraction of glycerin in the polishing composition leaves beyond the scope of the claimed (example 15). An increase in the tool rotation speed to 2200 rpm (example 8) also leads to a drop in removal (compared to example 1) due to the dumping of the polishing composition from the treatment zone, and a decrease in speed below the proposed limit has not been tested, since it is not implemented on the available applicants' disposal equipment. An increase in the speed of the head with the plates to 600 rpm (example 5) leads to an increase in the depth of the broken layer on the processed plates, a decrease in speed (example 7) to a drop in material removal and an increase in the depth of the disturbances introduced into the treated surface. An increase in diamond grain size to 7 μm (Example 17) also causes an increase in the depth of surface disturbances. The accumulated experimental experience shows that the use of submicron diamond powders is impractical, since it practically does not produce tangible pickups with a slight increase in the quality of the processed surfaces.
Таким образом, как видно из примеров, использование заявляемого способа позволяет стабильно проводить процесс полирования полупроводниковых материалов при обеспечении высоких съемов и получении полированных поверхностей практически без элементов хрупкого разрушения.Thus, as can be seen from the examples, the use of the proposed method allows to stably carry out the process of polishing semiconductor materials while ensuring high removals and obtaining polished surfaces with virtually no brittle fracture elements.
Эффективность предлагаемого способа полирования по сравнению с прототипом и аналогом заключается в следующем:The effectiveness of the proposed method of polishing in comparison with the prototype and analogue is as follows:
- снижение трудоемкости процесса полирования полупроводниковых материалов за счет повышения производительности процесса;- reducing the complexity of the process of polishing semiconductor materials by increasing the productivity of the process;
- решение экологических проблем задач за исключением щелочной среды из зоны обработки.- solving environmental problems, with the exception of the alkaline environment from the treatment area.
При этом обеспечивается получение полированных поверхностей с глубиной нарушений не более 1-3 мкм на полупроводниковых материалах.This provides polished surfaces with a depth of violations of not more than 1-3 microns on semiconductor materials.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004138146/02A RU2295798C2 (en) | 2004-12-27 | 2004-12-27 | Method for polishing semiconductor materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004138146/02A RU2295798C2 (en) | 2004-12-27 | 2004-12-27 | Method for polishing semiconductor materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004138146A RU2004138146A (en) | 2006-06-20 |
| RU2295798C2 true RU2295798C2 (en) | 2007-03-20 |
Family
ID=36713649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004138146/02A RU2295798C2 (en) | 2004-12-27 | 2004-12-27 | Method for polishing semiconductor materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2295798C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2447196C2 (en) * | 2010-04-19 | 2012-04-10 | Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" | Method of chemical dynamic polishing |
| RU2562740C2 (en) * | 2014-01-31 | 2015-09-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Processing of silicon substrate back by grinding pads |
| EA025790B1 (en) * | 2014-09-23 | 2017-01-30 | Открытое акционерное общество "ИНТЕГРАЛ"-управляющая компания холдинга "ИНТЕГРАЛ" | Method for chemico-mechanical polishing of silicon plates with formed structures of integrated circuits |
-
2004
- 2004-12-27 RU RU2004138146/02A patent/RU2295798C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2447196C2 (en) * | 2010-04-19 | 2012-04-10 | Открытое акционерное общество "НИИ молекулярной электроники и завод "Микрон" | Method of chemical dynamic polishing |
| RU2562740C2 (en) * | 2014-01-31 | 2015-09-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Processing of silicon substrate back by grinding pads |
| EA025790B1 (en) * | 2014-09-23 | 2017-01-30 | Открытое акционерное общество "ИНТЕГРАЛ"-управляющая компания холдинга "ИНТЕГРАЛ" | Method for chemico-mechanical polishing of silicon plates with formed structures of integrated circuits |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004138146A (en) | 2006-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3052896B2 (en) | Dress jig on polishing cloth surface and method of manufacturing the same | |
| TWI431678B (en) | Method for polishing the edge of a semiconductor wafer | |
| CN102205520B (en) | Method for double-side polishing of semiconductor wafer | |
| TWI421934B (en) | Method for polishing a semiconductor wafer | |
| JP5538253B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor wafer | |
| TWI506687B (en) | Verfahren zur herstellung und verfahren zur bearbeitung einer halbleiterscheibe | |
| CN102484042B (en) | Method for producing a semiconductor wafer | |
| CN100421224C (en) | Method for grinding GaN substrate | |
| JP3770752B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method and processing apparatus | |
| CN1460043A (en) | Method and apparatus for processing semiconductor wafer using novel final polishing method | |
| TWI393183B (en) | Verfahren zum beidseitigen polieren einer halbleiterscheibe | |
| JP6106419B2 (en) | Method for manufacturing SiC substrate | |
| RU2295798C2 (en) | Method for polishing semiconductor materials | |
| TWI427690B (en) | Verfahren zum beidseitigen chemischen schleifen einer halbleiterscheibe | |
| JP4688456B2 (en) | Chemical mechanical polishing equipment | |
| JP6350857B2 (en) | Method and apparatus for polishing edge of disk-shaped semiconductor wafer | |
| TWI446428B (en) | Verfahren zum polieren einer halbleiterscheibe | |
| JP6330628B2 (en) | Manufacturing method of glass substrate | |
| JPH1058306A (en) | Dressing device for abrasive cloth and grinding wheel for dressing abrasive cloth | |
| JP3802884B2 (en) | CMP conditioner | |
| CN114986384B (en) | Chemical mechanical polishing method for polysilicon ring | |
| JP2003117806A (en) | Mirror-polishing method for polycrystalline ceramics | |
| JPH10277923A (en) | Polishing device and polishing method | |
| JP4554799B2 (en) | Polishing tool based on fluororesin | |
| JPS61214976A (en) | Polisher |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071228 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20150610 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner |