Полирующий травитель для полупроводниковых кристаллов и способ травления

 

1, ПОЛИРУЮЩИЙ ТРАВИТЕЛЬ ДЛЯ ПОЛУПРОВОДНИКОШК КРИСТАЛЛОВ И СПОСОБ ТРАВЛЕНИЯ на основе водных растворов , отличающийся тем, что, с целью уменьшения токсичности, он содержит дифторид ксенона при следующих соотношениях компонентов, вес.%: Дифторид ксенона 0,1-2,0 Вода98,0-99,9 2. Способ травления по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности процесса , травление ведут при 15-50 С.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ (19) (! П

О .ф!АЛИСТИЧГО- ИХ

РЕСПУБЛИН

p(5D H 01 L 21 306

1 опислниь изоБрятКНиЯ ., H АВТОРСНОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВ, б

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРь тий (21) 2912539/18-25 (22) 23.04.80 (46) 15.04.83. Бюл. Р 14 (72) M.Р.Бакланов, Л.Л.Свешникова, С.М.Репинский, С.B.Çåìcêîâ и В.Н.Митькин (71) Институт физики полупроводников Сибирского отделения AH СССР и Новосибирский государственный университет им. Ленинского комсомола (53) 621.382(088.8) (56) 1. Фост Дж. Травление полупроводников. М., "Мир", 1965, с.182

193, 214-224.

2. Фост Дж. Травление полупроводников. М., "Мир", 1965, с. 223 (прототип). (54)(57) 1, ПОЛИРУЮЩИИ ТРАВИТЕЛЬ ДЛЯ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ И СПОСОЕ ТРАВЛЕНИЯ на основе водных растворов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения токсичности, он содержит дифторид ксенона при следующих соотношениях компонентов, вес.%:

Дифторид ксенона 0,1-2,0

Вода 98,0-99,9

2, Способ травления по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности процесса, травление ведут при 15-50 C.

860645

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в технологии полупроводниковых приборов и интегральных схем.

В настоящее время для травления полупроводниковых кристаллов германия и кремния, а также соединений

A В (GaAs, InSb, GaP и др. используются травители на основе водных растворов кислот.

Известны травители, содержащие смеси концентрированных кислот при следующем объемном соотношении компонентов:

Азотная кислота 25-50

Плавиковая кислота 10-30

Уксусная кислота . 30-70(15.

Однако указанные травители имеют принципиальный недостаток, заключающийся в невоспроизводимости процессов травления вследствие присутствия в травителе двуокиси азота

Известен полирующий травитель для прлупроводниковых кристаллов на основе водных растворов (2), Процесс полирующего травления проводится в стандартных травильных установках при 20-70 С в условиях

0 принудительного отвода продуктов от поверхности полупроводника, что достигается перемешиванием раствора травителя.

Однакд известные травители полупроводниковых кристаллов имеют общие принципиальные недостатки: для травления используются травители, содержащие сильно токсичные вещества (перекись водорода, концентрированные кислоты,) растворы не подлежат регенерации, отработанные растворы требуют нейтрализации.

Обычно эти недостатки устраняются дополнительной очисткой растворов от двуокиси азота и использованием только свежеприготовленных растворов/ созданием на предприятиях, производящих полупроводниковые приборы и интегральные схемы, систем эффективных очистительных сооружений с целью предотвращения загрязнения окружающей среды.

Перечисленные недостатки приводят к снижению эффективности используемых процессов травления, к значительному усложнению и удорожанию технологического процесса, повышают опасность и вредность производства.

Целью изобретения является уменьшение токсичности °

Поставленная цель достигается тем что полирующий травитель для полупроводниковых кристаллов на основе водных растворов содержит дифторид ксенона при следующих соотношениях компонентов, вес,Ъ:

Дифторид ксенона 0,1-2,0

Вода 98,0-99,9.

При этом травление полупроводнио ковых кристаллов ведут при 15-50 С.

Диапазон концентраций дифторида ксенона в воде определяется следующими обстоятельствами.

При концентрации дифторида ксенона < 0,1Ъ значительно снижается производительность за счет уменьшения скорости травления с понижением концентрации активного компонента травителя.

При концентрации дифторида ксенона, превышающей 2,0%, процесс становится нестабильным и трудноуправляемым вследствие сильного увеличения скорости реакции °

10 I5

Диапазон температур 15-50 С является наиболее удобным для технологических процессов обработки поверхности полупроводниковых кристаллов и не требует использования дополнительной аппаратуры для поддерживания постоянной температуры травителя.

Проведение процесса травления при более высоких температурах также нецелесообразно из-за значительного увеличения скорости гидролиза дифторида ксенона в воде, что может привести к нарушению стабильности процесса травления.

Пример. Раствор дифторида ксенона в воде готовят растворением в бидистиллированной воде навесок дифторида KceffoHa, представляющего

35 собой белый порошок. Травление полупроводниковых кристаллов Са, Si

SiAs, InSb, GaP проводят в водном растворе дифторида ксенона на травильной установке с вращающимся

40 фторопластовым стаканом, наклоненным под углом 70 . Образец погружао ют в стакан. Скорость вращения стакана 60-80 об/мин. Скорость травления оценивают по изменению веса образцов за время эксперимента. Исходную концентрацию дифторида ксено на в воде в выполненных экспериментах варьируют от 0,1 до 2 вес.%.

Скорость травления всех исследован.ных кристаллов возрастает с увеличением температуры и концентрации дифторида ксенона. Исследование образцов посяе травления с помощью металлографического микроскопа MHN-7 при увеличении в 500 раз показало, 55 что в результате травления поверх- ность полупроводникового кристалла становится зеркально гладкой и на ней не образуются характерные фигуры травления, что доказывает полиру60 ющее травление. Кроме того, проводились эллипсометрические исследования травленных поверхностей германия и кремния, для которых имеются надежные сведения по их оптическим константам. Исследование проводят

860645

Кремний

Германий

Кристалл

166 20 — 167 50

19 45 — 19 50 .

175 30 — 177 10

10 29 — 10 35

Т а б л и ц а 2

Скорость растворения германия, мкм/мин и и температуре

Концентрация дифторида ксенона, Ъ

15 С

1, 0

2,0

0,2

0,03

1,0

0,1

0,02

0,3

0,1

0,04

0,01

0,005

Т а б л и ц а 3

Концентрация дифторида ксенона, %

0,1

0,04

0i01

2,0

0,07

0,02

G,G09

1,0

0 05

0,006

0,003

0,1 т а б л и ц а 4

Скорость растворения GaAs (1 6. -) Концентрация дифторида ксенона, %

2,2

1,0

0,1

2,6

1,1

0,3

2,0

1,0

0,1

0,2

0,1

0,05 на лазерном фотоэлектрическом микроэллипсометре типа ЛЭФ-2 при длине волны электромагнитного излучения 6328 A и угле падения 70

Время хранения образцов на возду- 15 хе перед эллипсометрическими измерениями варьируется от 1 до 30 ч.

Значения поляризационных углов Ь и (в этом случае, как видно из табл. 10 соответствуют поверхностям, покрытым слоем естественного окисла, вырастающего при хранении образца на воздухе. Эти результаты свидетель. ствуют о том, что поверхность полупроводниковых кристаллов после травления свободна от адсорбйрованных и нерастворимых в воде примесей и по своему качеству не уступают поВ табл. 1 даны значения поляризационных углов и ) травленных поверхностей германия и кремния при

Я = 6328 K и о = 70

Т а б л и ц а 1 верхностям, полученным травлением в растворах кислот типа CP-4A. Высота неровностей на поверхностях полупроводниковых кристаллов после травления в растворах дифторида ксенона, изученная во всем диапазоне концентраций с помощью интерференционного микроскопа, не превышает

0,05 мкм. В табл. 2-6 приведены значения скоростей реакции исследованных полупроводниковых кристаллов с дифторидом ксенона в указанном диапазоне концентраций и температур.

860645

Т à б л и ц а 5

Скорость растворения антимонида индия, мкм/мин при температуре

Концентрация дифторида ксенона, Ъ

50 С

2,6

2,3

0,3

2,0

1,4

1,2

0,2

1,0

0,3

0,1

0,02

0,1

В случае антимонида индия происходит травление как В, так и А — грани кристаллов

Т а б л и ц а 6

Концентрация дифторида ксенона, Ъ

1,0

0,8

0,1

2,0

0 5

0,4

0,08

1,0

0,1

0 05

О, 0,03

Техред И. Гайду КорректорИ„ Ватрушкина

Редактор Л.Письман

Заказ 6974/4 Тираж 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул„Проектная, 4

В результате использования данного способа упрощается процесс приготовления раствора травителя в связи с уменьшением числа компонентов, процесс травления отличается стабильностью, изменение концентрации дифторида ксенона в процессе травления не отражается на качестве приготовляемой поверхности, значения поляризационных углов Д и при эллипсометрическом контроле травлений поверхности соответст= вуют значениям, полученным после травления в кислотных травителях, в связи с уменьшением концентрации активного компонента травителя значительно уменьшается опасность и

40 вредность технологического процесса и упрощается оперативное обслуживание травильной установки, уменьшаются затраты для создания очистительных и регенерационных устройств, Единственными вредными компонентами отработанных растворов являются ионы фтора с концентрацией, не превышающей концентрацию дифторида ксенона в исходном растворе, что значительHo ниже количества этих ионов в кислотных травителях,