состав полирующей суспензии

Формула изобретения

Состав полирующей суспензии, содержащий дистиллированную воду, дисперсный диоксид кремния и этилендиамин, отличающийся тем, что он дополнительно содержит натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, в качестве дисперсного диоксида кремния используют диоксид кремния со средним размером частиц 10÷40 нм, а компоненты суспензии взяты в следующих мольных частях: дистиллированная вода 100; дисперсный диоксид кремния 4,5÷5,0; этилендиамин 1,0÷1,4; натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы 0,00005÷0,0001.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к составам полирующих суспензий на основе окиси кремния и может быть использовано при обработке пластин монокристаллического кремния.

Известны составы полирующих суспензий с использованием в качестве полировальных агентов смесей, состоящих из коллоидного кремнезема и водорастворимых аминов, причем диамины, содержащие 2-8 углеродных атома, обеспечивают превосходный полирующий эффект. Однако рекомендуемое содержание диаминов не обеспечивает максимальную стабильность суспензии и необходимую скорость полирования [1].

Известен состав полирующей суспензии для обработки полупроводниковых материалов, включающий в себя относительно тонкий абразивный порошок, суспензируемый в глицериновую основу с добавлением карбоксиполиметилена с высоким молекулярным весом для стабилизации суспензии. В предлагаемом составе глицерин составляет до 25 мас.%, что не позволяет использовать такую суспензию для полировки кремневых пластин [2].

В качестве агента полировальных суспензий для обработки полупроводниковых материалов известно использование аминсодержащего кремнезема с размерами частиц 0,3-1 мкм [3]. Однако процесс получения суспензии по известному способу технологически сложен и малопроизводителен и, кроме того, полировальные суспензии с частицами 0,3-1 мкм (и больше) нестабильны.

Наиболее близким к заявляемому является состав полировальной суспензии для обработки полупроводниковых материалов, который состоит из дистиллированной воды, дисперсного диоксида кремния и этилендиамина [4]. Известный состав состоит из дистиллированной воды, диоксида кремния (аэросила А-380), глицерина и водного раствора этилендиамина, в силу этого полирующая суспензия такого состава не обеспечивает высокой скорости полировки, а состав имеет повышенную стоимость.

Предлагаемое изобретение решает задачу получения состава полирующей суспензии для полировки кремниевых пластин.

Технический эффект изобретения заключается в увеличении скорости съема материала при полировке и удешевлении суспензии за счет использования более дешевых материалов.

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что состав полирующей суспензии, содержащий дистиллированную воду, дисперсный диоксид кремния и этилендиамин, дополнительно содержит натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, в качестве дисперсного диоксида кремния используют диоксид кремния со средним размером частиц 10-40 нм, а компоненты суспензии взяты в следующих мольных частях:

дистиллированная вода 100; дисперсный диоксид кремния 4,5÷5,0; этилендиамин 1,0÷1,4; натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы 0,00005÷0,0001.

Этилендиамин и натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы в указанных соотношениях выполняют преимущественно стабилизирующую функцию, а в совокупности с другими компонентами - способствуют достижению высокой скорости полировки. Отклонение от заявляемых оптимальных соотношений в составе суспензии снижает ее полирующую способность, уменьшает стабильность суспензии или приводит к формированию кремниевого геля.

Процесс приготовления полирующей суспензии проводился в стеклянном цилиндрическом сосуде при интенсивном перемешивании фторопластовой лопастной мешалкой.

Полученный продукт представляет собой суспензию молочного цвета и имеет следующие характеристики:

плотность суспензии	1,070÷1,075 г/см3
рН при 20°С	11,9÷12,1
содержание SiO2, мас.%	12,5÷13,;
вязкость	1,25÷1,30 МПа·с
размер частиц	10÷40 нм

Суспензия применяется на I стадии процесса полировки пластин монокристаллического кремния.

Полирующая суспензия готовилась следующим образом: в стеклянный цилиндрический сосуд заливали необходимый объем дистиллированной воды, добавляли этилендиамин и натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы в оптимальных мольных соотношениях компонентов, после чего порционно добавляли диоксид кремния в виде аэросила при постоянном перемешивании. Перемешивание вели с помощью фторопластовой лопастной мешалки, скорость перемешивания - 2500 об/мин в течение 1 часа. Затем полученную суспензию центрифугировали, например, со скоростью 2000 об/мин в течение 15 минут для удаления более крупных частиц диоксида кремния, которые могут привести к возникновению царапин на поверхности пластин кремния в ходе их полировки. После центрифугирования получали частицы со средним размером 10÷40 нм.

Примеры составов полирующей суспензии.

Для приготовления полирующей суспензии использовали вещества: аэросил А-175, этилендиамин, натриевая соль карбоксилметилцеллюлозы (далее КМЦ), дистиллированная вода.

Пример 1. К 1800 мл Н₂О (100 моль) добавляли 72 мл этилендиамина (1,2 моль) и 12,5 грамм КМЦ (0,00007 моль), затем порционно добавляли 282 грамма аэросила (4,7 моль) при постоянном перемешивании. Перемешивание проводили в течение 1 часа, затем полученную суспензию центрифугировали со скоростью 2000 об/мин в течение 15 минут. Оценивали свойства полученного продукта. Последний представлял собой суспензию молочного цвета. Другие свойства полученного продукта приведены в таблице.

Примеры 2÷20. Осуществляли аналогично примеру 1. Отличия примеров состояли в различных соотношениях исходных компонентов. Отличия в составах примеров, а также свойства полученных при этом продуктов приведены в таблице.

Пример 21. Осуществляли аналогично примеру 1. Отличие состояло в том, что к 1800 мл (100 молям) Н₂О добавляли 55 мл (0,82 моль) этилендиамина. Полученный продукт представлял собой кремниевый гель.

Пример 22. Осуществляли аналогично примеру 1. Отличие состояло в том, что к 1800 мл Н₂О (100 молей) добавляли 120 мл (1,8 моль) этилендиамина. Полученная суспензия являлась сильнощелочной, т.е. рН>12,5, что вело к понижению стабильности суспензии за счет растворения частиц двуокиси кремния.

Пример 23. Осуществляли аналогично примеру 1. Отличие состояло в том, что к 1800 мл (100 молям) Н₂О добавляли 200 грамм SiO₂ (3,33 моль).

Полученная суспензия не обеспечивала необходимой скорости и качества полировки.

Пример 24. Осуществляли аналогично примеру 1. Отличие состояло в том, что к 1800 мл (100 моль) Н₂О добавляли 350 грамм (5,8 моль) SiO₂. Полученный продукт представлял собой кремниевый гель.

Пример 25. Осуществляли аналогично примеру 1. Отличие состояло в том, что к 1800 мл (100 молям) Н₂О добавляли 5,35 грамм КМЦ (0,00003 моль). Полученная суспензия не обладала достаточной стабильностью.

Пример 26. Осуществляли аналогично примеру 1. Отличие состояло в том, что к 1800 мл Н₂О (100 моль) добавляли 25 грамм КМЦ (0,00014 моль). Полученная суспензия не обеспечивала необходимой скорости и качества полировки.

Испытания полученной согласно изобретению полировальной суспензии и контрольных суспензий осуществляли путем оценки стабильности суспензии и ее полирующих свойств. Стабильность суспензии оценивали визуально на основании наблюдений, а также путем измерения удельного веса суспензии.

После 6 месяцев испытаний предлагаемая суспензия сохранила (примеры 1÷20) все первоначальные параметры.

Испытания на полирующую способность осуществляли на полуавтомате Ю1М3.105.004. Полировке подвергались пластины монокристаллического кремния марок КДБ 12 и КЭФ 4,5. Время обработки 30 минут.

Величина съема при использовании заявляемого согласно изобретению состава составила 30÷35 мкм.

Контрольные составы полирующей суспензии имели меньшую стабильность или скорость съема.

Таблица
№ примеров	Содержание компонентов, моль				Устойчивость суспензии	Полирующая способность* (величина съема в мкм)
	Вода Н 2О	SiO2 диоксид кремния	C2H 8N2 этилендиамин	КМЦ натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы
1.	100	4,7	1,2	0,00007	не менее 6 месяцев	30÷35
2.	100	4,5	1,0	0,00005	не менее 6 месяцев	30÷35
3.	100	5,0	1,0	0,00005	не менее 6 месяцев	30÷35
4.	100	4,7	1.0	0,00005	не менее 6 месяцев	30÷35
5.	100	4,7	1,4	0,0001	не менее 6 месяцев	30÷35
6.	100	4,7	1,2	0,00005	не менее 6 месяцев	30÷35
7.	100	4,7	1,2	0,0001	не менее 6 месяцев	30÷35
8.	100	4,5	1,2	0,00007	не менее 6 месяцев	30÷35
9.	100	4,5	1,4	0,0001	не менее 6 месяцев	30÷35
10.	100	4,5	1,4	0,00005	не менее 6 месяцев	30÷35
11.	100	5,0	1,1	0,00008	не менее 6 месяцев	30÷35
12.	100	5,0	1,4	0,0001	не менее 6 месяцев	30÷35
13.	100	4,8	1,0	0,0001	не менее 6 месяцев	30÷35
14.	100	4,8	1,0	0,00008	не менее 6 месяцев	30÷35
15.	100	4,8	1,4	0,00007	не менее 6 месяцев	30÷35
16.	100	4,5	1,2	0,00005	не менее 6 месяцев	30÷35
17.	100	4,5	1,2	0,0001	не менее 6 месяцев	30÷35
18.	100	5,0	1,2	0,00005	не менее 6 месяцев	30÷35
19.	100	5,0	1.1	0,0001	не менее 6 месяцев	30÷35
20.	100	5,0	1,0	0,0001	не менее 6 месяцев	30÷35
22.	100	4,7	1,8	0,00007	10 дней	35
23.	100	3,33	1,2	0,00007	не менее 6 месяцев	20
25.	100	4,7	1,2	0,00003	15 дней	30
26.	100	4,7	1,2	0,00014	не менее 6 месяцев	27
*время обработки 30 минут.

Источники информации

1. Патент США №4169337, МКИ В 24 В 1/08, опубл. 02.10.1979 г.

2. Патент США №4242842, МКИ C 08 J 5/14, опубл. 06.01.1981 г.

3. Заявка РБ №950979, МКИ С 01 В 33/18, С 03 В 8/02, опубл. 30.09.1997 г.

4. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник. М., Радио и связь, 1991 г., с.85 (прототип).