Полировальный состав для полупроводников типа а2ivi и способ полирования полупроводников типа а2ivi

 

Изобретение относится к материаловедению полупроводников. Технический результат изобретения заключается в получении высококачественной поверхности полупроводников A^I₂^V1, имеющей высокие электрофизические характеристики. Сущность: используют композицию, содержащую 2 - 20% аморфного аэросила, 3 - 60% кислотного травителя, 20 - 95% воды, при следующих режимах обработки: удельное давление на образцы 100 - 150 г/см², скорость подачи композиции 20 - 25 мл/мин, скорость вращения полировального стола 230 - 280 об/мин, длительность полирования 20 - 90 мин.

Изобретение относится к области обработки поверхности полупроводниковых материалов, в частности к материаловедению полупроводников, и может быть использовано в технологии получения полупроводниковых соединений с ионно-ковалентной связью. В настоящее время распространены четыре основные способа полирования полупроводников, диэлектриков и других материалов электронной техники, а именно способы механического, химического, электрохимического и химико-механического полирования. Из них только химико-механическое полирование, оказывая одновременное химическое и механическое воздействие на поверхность твердого тела, приводит к образованию более совершенной приповерхностной структуры и рельефа, чем применяемые в отдельности способы химического, механического или электрохимического полирования. Исторически способы химико-механического полирования осуществляются на вращающемся полировальнике из мягкой ткани, куда подается полирующая композиция при одновременном воздействии нагрузки на образцы.

Используемые при этом полирующие композиции содержат твердую фазу, диспергированную в химически активной жидкой фазе. В качестве твердофазных компонентов композиций применяются порошки окислов металлов с размером частиц 0,001-0,5 мкм, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, TiO₂, ZnO₂, Cr₂O₃ и др. в смеси или отдельно, а также окислы редкоземельных металлов. В качестве жидкофазных компонентов в композициях применяются щелочи, кислоты, соли и др. вещества, оказывающие химическое действие на поверхность материалов.

Известен способ полирования полупроводниковых материалов типа A^IIIB^V [1] , заключающийся в том, что расположенные на полировальнике образцы полупроводников (например GaP) при относительном вращении и нагрузке подвергаются воздействию композиции, содержащей в качестве механического агента аморфный кремнезем (аэросила) с размером частиц SiO₂ 100-400 , который диспергирован в смеси воды и глицерина. Химическим агентом служит травитель, состоящий из 16 г KOH и 24 г K₃[F(CN₆], растворенных в 200 мл воды.

Известен также способ полирования элементарных (Si, Ge) и сложных (A^IIIB^V, A^IVB^IV) полупроводниковых материалов коллоидными растворами аморфного кремнезема [2], который обеспечивает получение рельефа поверхности ~ ▿ 14 при полном отсутствии перпендикулярной обработки в поверхностном слое. Получаемые в результате образцы, например Si? пригодны для эпитаксильного наращивания без дополнительной обработки.

Наиболее близким техническим решением является способ полирования полупроводников типа A^IIB^VI, включающий в себя операции контактирования полировальника и получаемой поверхности относительно их вращения с одновременной подачей полирующей композиции, состоящей из аморфного аэросила (SiO₂), состоящий из гидроксильной группы, в количестве 7 - 15%, щелочного травителя 5 - 15%, глицерина 3 - 10%, H₂O₅ 5 - 13% и воду [3].

Применение данного способа не обеспечивает высоких геометрических и электрофизических параметров полупроводниковых соединений A₂^IB^VI и применение этих материалов для изготовления полупроводниковых приборов и устройств на их основе.

Целью данного изобретения является разработка способа полирования полупроводников типа A₂^IB^VI, например Cu₂Se, Cu₂Te, Cu₂S и др., формирующего высококачественную поверхность, имеющую высокие геометрические и электрофизические параметры полупроводниковых соединений A₂^IB^VI для изготовления полупроводниковых приборов и устройства на их основе.

Эта цель достигается тем, что в способе полирования поверхности полупроводников, включающих в себя операции контактирования полировальника и получаемой поверхности относительно их вращения с одновременной подачей полирующей композиции, содержащей кремнеземы и травитель, в зону контакта, применяют следующие режимы обработки: - скорость подачи композиции 20 - 25 мл/мин, - удельное давление на образцы 100 - 150 г/см², - скорость вращения полировальника 230 - 280 об/мин, - длительность полирования 20 - 90 мин а на стадии окончательного полирования, для повышения стабильности состава применяется композиция, содержащая 2 - 20% аморфного аэросила (SiO₂), модифицированного карбоновыми кислотами, 3 - 60% кислотного травителя и 20 - 95% воды.

Использование предлагаемого способа полирования полупроводников позволяет получать высокие геометрические и электрофизические параметры полупроводниковых соединений A₂^IB^VI и зеркальную ровную поверхность ~ ▿ 14_a-b, без трещин, царапин, рисок, сколов, ямок травления и др. макродефектов. Данный способ позволяет полировать образцы с различным стехиометрическим соотношением компонентов, например Cu_1.8Se, Cu_1.9Se, Cu₂Se, различной формы, толщины и площади. Это дает возможность впервые применить данные материалы A₂^IB^VI для создания различных полупроводниковых приборов и устройств, например мишеней полупроводниковых квантовых генераторов с электронным возбуждением.

Пример 1 Для придания плоской формы образцы соединений A₂^IB^VI сначала обрабатывались механической шлифовкой водной суспензией микропорошка M3, далее образцы шлифовались микропорошком KЗM14. Затем они подвергались предварительной полировке алмазными пастами, по маршруту ACM5/3 ---> ACM3/2 ---> ACM1/0 и окончательной полировке композициями коллоидного кремнезема в щелочной среде при удельных нагрузках 100 г/см², скорости вращения полировальника 230 об/мин, скорости подачи композиции 20 - 25 мл/мин и времени обработки 75 - 90 мин. Композиция для полирования содержит 2% аморфного аэросила (SiO₂), 60% кислотного травителя на основе CrO₂, HCl или HMO₃ и 38% воды. В результате получена поверхность образцов соединений A₂^IB^VI, соответствующая ▿ 14_a-b классу чистоты.

Пример 2 Образцы соединений A₂^IB^VI сначала подвергались механической шлифовке водной суспензией микропорошка М3, затем шлифовке микропорошком KЗM7, далее полировке алмазными пастами по маршруту ACM5/3 ---> ACM3/2 ---> ACM1/0 и заключительной полировке композициями коллоидного кремнезема в щелочной среде при удельных нагрузках 150 г/см², скорости вращения полировальника 230-280 об/мин, скорости подачи композиции 20-25 мл/мин и времени обработки 20-50 мин. Композиция для полирования содержит 20% аморфного аэросила (SiO₂), 40% кислотного травителя на основе CrO₃, HCl или HNO₃ и 40% воды. В результате получена поверхность образцов соединений A₂^IB^VI, соответствующая ▿ 14_a-b классу чистоты обработки.

Как видно из приведенных примеров, способ позволяет, используя химико-механическое полирование, включающее механическую шлифовку водной суспензией микропорошка M3, KЗM14 (KЗS7) и поочередную полировку алмазными пастами ACM5/3, ACM3/2, ACM1/0 со следующими режимами обработки: - скорость подачи композиции 20 - 25 мл/мин, - удельное давление на образцы 100 - 150 г/см²,
- скорость вращения полировальника 230 - 280 об/мин,
- длительность полирования 20 - 90 мин
и композицию для полирования поверхности материалов, содержащую высокодисперсный аморфный кремнезем (аэросила), травитель и воду, получать гладкую зеркальную поверхность без видимых дефектов, имеющую ▿ 14_a-b класс чистоты обработки.

Этот способ применим для получения высоких геометрических и электрофизических параметров полупроводниковых соединений Cu_2-xB^VI с высокой производительностью.

Источники информации
1. Патент ФРГ 1227307.

2. Патент США 5039376 H 01 L 21/00, 1990.

3. А.с. N 428485 H 01 L 7/50, 1975 (прототип).

Формула изобретения

1. Полировальный состав, содержащий аэросил и травитель, отличающийся тем, что он содержит аморфный аэросил с поверхностью, модифицированной карбоновыми оксикислотами, при следующем соотношении компонентов, %:
Аморфный аэросил с поверхностью, модифицированной карбоновыми оксикислотами - 2 - 20
Кислотный травитель - 3 - 60
Вода - 20 - 95
2. Способ полирования, отличающийся тем, что используют полировальный состав по п.1 при следующих режимах обработки: удельное давление на образцы 100 - 150 г/см²; скорость вращения полировальника 230 - 280 об/мин; скорость подачи композиции 20 - 25 мл/мин; длительность полирования 20 - 90 мин.