способ изготовления нанополированных пластин из карбида кремния

Формула изобретения

1. Способ изготовления нанополированных круглых пластин из карбида кремния, включающий в себя калибрование монокристалла до получения цилиндра заданного диаметра, изготовление базового среза у этого цилиндра, резку цилиндра из монокристалла на пластины, шлифовку поверхностей пластин, изготовление фаски по кромке каждой пластины, отжиг и полировку каждой пластины, при которой сначала осуществляют грубую полировку алмазным крупным зерном, зернистость 10/7, а затем тонкую полировку алмазным мелким зерном, зернистость 3/2, отличающийся тем, что после тонкой полировки осуществляют сначала нанополировку поверхностей пластины суспензией на основе силиказолей, содержащей «детонационные» наноалмазы с размером зерна менее 1 мкм, а затем осуществляют нанополировку суспензией на основе силиказолей без твердых абразивных частиц.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что операции калибрования монокристалла включают в себя вырезку кристаллографически ориентированной цилиндрической заготовки, шлифовку ее торцов с доводкой ориентации, шлифовку заготовки до получения цилиндра заданного диаметра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в микроэлектронике и оптике при производстве пластин из полупроводниковых и оптических материалов, особенно из материалов с повышенной твердостью и хрупкостью, например из карбида кремния.

Известен способ изготовления круглых полупроводниковых пластин [1, 2, 3, 4], по которому из исходных монокристаллов вырезают кристаллографически ориентированную цилиндрическую заготовку, шлифуют ее торцы с доводкой ориентации, шлифуют (калибруют) заготовку до получения цилиндра заданного диаметра, изготавливают базовый срез по всей длине цилиндра, режут цилиндр на пластины, которые затем шлифуют, изготавливают фаску по кромке пластины, отжигают и полируют в две стадии, а именно:

- грубая полировка алмазом (алмазной пастой или суспензией с алмазным порошком) с крупным зерном (для карбида кремния это зернистость 10/7);

- тонкая полировка алмазом с мелким зерном (для карбида кремния это зернистость 3/2).

Данный способ подробно описан в 1. Овчаров В.Ф. и др. «Подготовка пластин большого диаметра» Зарубежная электронная техника. М., ЦНИИ "Электроника", 1979, вып. 23 (218), стр.8-17; 2. Запорожский В.П., Лапшинов Б.А. «Обработка полупроводниковых материалов», М., Высшая школа, 1988, стр.34-62; 3. Никифорова-Денисова С.Н. «Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники». Кн. 4, «Механическая и химическая обработка», М., Высшая школа, 1989, стр.3-24; 4. «Справочник технолога-оптика», ред. Окатов М.А., Санкт-Петербург, Политехника, 2004, стр.286-295.

Данный способ принят в качестве прототипа для заявленного объекта.

Недостатком этого способа является то, что при полировке пластин карбида кремния не удается получить поверхность с шероховатостью менее 5 нм, тогда как для применения полированных пластин карбида кремния в качестве подложек при производстве эпитаксиальных структур требуется поверхность с шероховатостью менее 0,5 нм.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по изменению операций полировки пластин путем дополнения операций грубой и тонкой полировки дополнительными операциями нанополировки суспензиями на основе силиказолей как с добавкой нанокристаллов алмазов зернистостью <1 мкм, так и без добавки абразивного порошка.

Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении качества полированных поверхностей пластин из карбида кремния за счет получения поверхностей с шероховатостью менее 0,5 нм.

В настоящем изобретении предлагается способ изготовления круглых полированных пластин карбида кремния, который обеспечивает получение поверхности с шероховатостью менее 0,5 нм.

Этот технический результат достигается тем, что в способе изготовления круглых пластин полупроводниковых и оптических материалов, содержащем операции калибрования монокристалла, изготовления базового среза, резки монокристалла на пластины, шлифовки пластин, изготовления фаски по кромке пластины, отжига и полировки пластин, полирование пластин проводится в четыре стадии:

- грубая полировка алмазной пастой с крупным зерном;

- тонкая полировка алмазной пастой с мелким зерном;

- нанополировка суспензией на основе силиказолей, содержащей «детонационные» наноалмазы с размером зерна менее 1 мкм;

- нанополировка суспензией на основе силиказолей, не содержащей твердых абразивных частиц.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Согласно настоящему изобретению предлагается новая технология изготовления круглых полированных пластин из карбида кремния.

Этот способ включает в себя следующие операции: калибрование монокристалла (под калиброванием монокристалла понимается вырезка кристаллографически ориентированной цилиндрической заготовки, шлифовка ее торцев с доводкой ориентации, шлифовка заготовки до получения цилиндра заданного диаметра), изготовление базового среза, резку заготовки из монокристалла на пластины, шлифовку пластин, изготовление фаски по кромке каждой пластины, отжиг и полировку пластин, химическую и гидромеханическую отмывку поверхности пластин, последующую сушку центрифугованием, а затем их вакуумную упаковку.

Данные операции по своей последовательности побробно описаны в 1. Овчаров В.Ф. и др. «Подготовка пластин большого диаметра» Зарубежная электронная техника. М., ЦНИИ "Электроника", 1979, вып.23 (218), стр.8-17; 2. Запорожский В.П., Лапшинов Б.А. «Обработка полупроводниковых материалов», М., Высшая школа, 1988, стр.34-62; 3. Никифорова-Денисова С.Н. «Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники». Кн. 4, «Механическая и химическая обработка», М., Высшая школа, 1989, стр.3-24; 4. «Справочник технолога-оптика», ред. Окатов М.А., Санкт-Петербург, Политехника, 2004, стр.286-295.

Особенностью нового способа является то, что операция полировки пластин проводится в четыре стадии:

- грубая полировка алмазной пастой с крупным зерном;

- тонкая полировка алмазной пастой с мелким зерном;

- нанополировка суспензией на основе силиказолей, содержащей «детонационные» наноалмазы с размером зерна менее 1 мкм;

- нанополировка суспензией на основе силиказолей, не содержащей твердых абразивных частиц.

При таком исполнении операции полировки обеспечивается получение поверхности пластин из карбида кремния с шероховатостью менее 0,5 нм.

Пример реализации способа

Изготовление пластин карбида кремния ориентации (0001)±0,1 угл. град. диаметром 50,8±0,1 мм с базовым срезом ориентации (1120)±0,3 угл. град. длиной 15-17 мм, толщиной 430±25 мкм с односторонней полировкой.

Из монокристалла карбида кремния вырезается заготовка ориентации (0001) диаметром 53÷54 мм, на плоскошлифовальном станке алмазным кругом зернистости АС 80/63 проводится доводка ориентации ее торцов, на круглошлифовальном станке с помощью круга зернистостью АС 80/63 изготавливается цилиндр диаметром 51,1±0,1 мм, на плоскошлифовальном станке изготавливается базовый срез ориентации (1120) длиной 16±0,5 мм, на отрезном станке цилиндр режется на пластины толщиной 900±50 мкм алмазными кругами с внутренней режущей кромкой зернистостью АС63/50, проводится двухсторонняя шлифовка свободным абразивом зернистостью М 40/28 до толщины 480÷530 мкм, проводится изготовление полукруглой фаски по копиру алмазным профильным кругом зернистостью АС 40/28 с уменьшением диаметра до номинала 50,8±0,1 мм, отжиг и полировка пластин с доводкой до толщины 430±25 мкм в четыре стадии:

- грубая полировка алмазной пастой с крупным зерном АС10/7 ВОМ;

- тонкая полировка алмазной пастой с мелким зерном АС3/2 ВОМ;

- нанополировка суспензией, содержащей «детонационные» наноалмазы с размером зерна менее 1 мкм;

- нанополировка суспензией на основе силиказолей, не содержащей твердых абразивных частиц.

Пластины, изготовленные в соответствии с изложенным примером, соответствуют требованиям SEMI для подложек при производстве эпитаксиальных структур и могут производиться массово, что подтверждает промышленную применимость способа.