DE2545164A1

DE2545164A1 - Modified silica sol for polishing silicon and germanium - remaining stable without depolymerisation at high pH for rapid polishing

Info

Publication number: DE2545164A1
Application number: DE19752545164
Authority: DE
Inventors: Jun George Wallace Sears
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1975-10-08
Filing date: 1975-10-08
Publication date: 1977-04-21
Also published as: DE2545164C2

Abstract

Si and Ge semiconductor materials are polished to a high degree of surface perfection using a modified colloidal SiO2-sol (a) having a pH 11-12.5, (11.8-12.3) (b) having an SiO2 concn. of 2-50 (5-30) wt.%, (c) in which the colloidal SiO2 particles are coated with chemically combined Al atoms to give a surface coverage of 1-50 (5-40) esp. 15-25 Al atoms on the surface/100 Si atoms on the surface of uncoated particles and (d) the particles having a specific surface area of 25-600 (59-300) esp. 75-200 m2/g. Polishing rates of about 150 mu/hr have been achieved, ef. 50 mu/hr for an unmodified SiO2. The high pH and stability also provide a high degree of scavenging and low haze.

Description

Polieren von Halbleitermaterialien Polishing of semiconductor materials

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren von Halbleitermaterialien in Form von Einkristallsiliciuii und -germanium.The invention relates to a method for polishing semiconductor materials in the form of single crystal silicon and germanium.

Bei der Herstellung von Silicium- und Germaniumhalbleitereinrichtungen ist zur Erzielung eines hochwertigen Produkts eine hochpolierte, spiegelartige Oberflächenschicht auf der Oberfläche des tragenden Silicium- oder Germaniumkristalls wichtig. In dem Bemühen, die benötigte Oberflächenperfektion zu erreichen, sind schon viele Polituren, chemische Nttbehandlungen und Kombinationen derselben angewandt worden.In the manufacture of silicon and germanium semiconductor devices is a highly polished, mirror-like surface layer to achieve a high-quality product important on the surface of the supporting silicon or germanium crystal. By doing Endeavors to achieve the required surface perfection are already many polishes, chemical treatments and combinations thereof have been used.

Nach US-PS 3 328 141 z. 3. wird kristallines Silicium schnell poliert, indem man mit einer Stoffzusammensetaung poliert, die im wesentlichen aus einem Poliermittel für Silicium, z. 3. SilStumdioxidpulver, und einer alkalischen Verbindung in einer Menge besteht, die in Gegenwart von Wasser, das als Suspendiermittel in den Polierzusammensetzungen verwendet wird, einen pH-Wert von mindestens etwa 10 sicherstellt. Nach der Patentschrift sollen optimale Poliergeschwindigkeiten und Oberflächencharakteristiken bei pH-Werten im Bereich von etwa 10,5 bis 12,5 erhalten werden.According to U.S. Patent 3,328,141 e.g. 3. Crystalline silicon is polished quickly, by polishing with a composition of matter that essentially from a polishing agent for silicon, e.g. 3. Silicon dioxide powder, and an alkaline one Compound in an amount which, in the presence of water, acts as a suspending agent used in the polishing compositions has a pH of at least about 10 ensures. According to the patent, optimum polishing speeds should be achieved and surface characteristics at pH values in the range of about 10.5 to 12.5 can be obtained.

In US-PS 3 170 273 ist der Einsatz von Kieselsolen mit Siliciumdioxid-Konzentrationen von 2 bis 50 % und Kieselgelen mit Siliciumdioxid-Xonzentrationen von 2 bis 100 Gew.% zum Polieren von Silicium- und Germaniumkristallen und einer Vielfalt anderer Halbleitermaterialien auf einen hohen Glättegrad beschrieben. Nach der Patentschrift liegt die Teilchenendgrdsse der Sole und Gele im Bereich von 5 bis 200 Millimikron.US Pat. No. 3,170,273 describes the use of silica sols with silicon dioxide concentrations from 2 to 50% and silica gels with silicon dioxide concentrations from 2 to 100 % By weight for polishing silicon and germanium crystals and a variety of others Semiconductor materials described on a high degree of smoothness. According to the patent specification the final particle size of the sols and gels is in the range from 5 to 200 millimicrons.

Es wurde gefunden, dass, wie bei Siliciumdioxidpulvern, bei kolloidalen Kieselsolen die Poliergeschwindigkeit mit zunehmendem pH-Wert zunimmt, aber bei pH-Werten von über 10,5 bis 11,0 eine Depolymerisation des Siliciumdioxids zu Alkalisilicat unter Verminderung des pH-Wertes eintritt. Es besteht dementsprechend ein Bedarf an einem Verfahren zum Polieren von Halbleitermaterialien mit kolloidalen Kieselsolen bei pH-Werten von 11,0 und darüber.It has been found that, as with silica powders, with colloidal Silica sols the polishing speed increases with increasing pH, but at pH values of over 10.5 to 11.0 result in depolymerization of the silicon dioxide to alkali silicate occurs with a reduction in pH. Accordingly, there is a need on a process for polishing semiconductor materials with colloidal silica sols at pH values of 11.0 and above.

Wie sich gezeigt hat, können Silicium- und Germnndllmhalbleitermaterialien durch Einsatz bestimmter modifizierter kolloidaler Kieselsolö bei einem pH-Wert von 11 oder darüber unter Erzielung hochpolierter Oberflächen bei nur geringer oder ohne Depolymerisation des kolloidalen Siliciumdioxids schnell poliert werden.It has been shown that silicon and germanium semiconductor materials by using certain modified colloidal silica sols at a pH value of 11 or more, achieving highly polished surfaces with only low or quickly polished without depolymerization of the colloidal silica.

Speziell wurde gefunden, dass Silicium- und Germaniumhalbleitermaterialien auf einen hohen Grad an Oberflächenperfektion poliert werden können, indem man das Material mit einem modifizierten kolloidalen Kieselsol poliert, das einen pH-Wert im Bereich von etwa 11 bis 12,5 hat und dessen Siliciumdioxidteilchen mit chemisch gebundenen Atomen des Aluminiums auf eine Oberflächenbedeckung von etwa 1 bis 50 Aluminiumatome auf der Oberfläche åe 100 Siliciumatome auf der Oberfläche nichtbeschichteter Teilchen beschichtet sind. Das bei dem Verfahren gemäss der Erfindung eingesetzte, modifizierte kolloidale Kieselsol hat eine Siliciumdioxid-Konzentration von etwa 2 bis 50 Gew.%, wobei die Siliciumdioxid-Teilchen eine spezifische Oberfläche von etwa 25 bis 600 m2/g haben.Specifically, it has been found that silicon and germanium semiconductor materials can be polished to a high degree of surface perfection by using the Material with a modified polished colloidal silica sol, which has a pH in the range of about 11 to 12.5 and its silica particles with chemically bound atoms of aluminum on a surface covering of about 1 to 50 aluminum atoms on the surface åe 100 silicon atoms on the surface uncoated particles are coated. That in the method according to the invention The modified colloidal silica sol used has a silicon dioxide concentration from about 2 to 50 wt.%, the silica particles having a specific surface area from about 25 to 600 m2 / g.

Die bei dem Verfahren gemäss der Erfindung verwendeten modifizierten Kieselsol sind in US-PS 2 892 797 beschrieben. Diese kolloidalen Kieselsol werden von kolloidalen Siliciumdioxidteilchen gebildet, die mit chemisch gebundenen Atomen des Aluminiums auf eine Oberflächenbedeckung von etwa 1 bis 50 Aluminiumatome auf der Oberfläche Je 100 Siliciumatome auf der Oberfläche der nichtbeschichteten Siliciumdioxidteilchen beschichtet sind. Bevorzugt wird eine Oberflächenbedeckung mit 5 bis 40 Aluminiumatomen auf der Oberfläche eines beschichteten Siliciumdioxidteilchens Je 100 Siliciumatome auf der Oberfläche eines nichtbeschichteten Teilchens, wobei eine Bedeckung mit 15 bis 25 Aluminiumatomen besonders bevorzugt wird.The modified ones used in the method according to the invention Silica sols are described in U.S. Patent 2,892,797. These are colloidal silica sol Formed by colloidal silica particles with chemically bonded atoms of aluminum has a surface coverage of about 1 to 50 aluminum atoms of the surface for every 100 silicon atoms on the surface of the uncoated silica particles are coated. A surface coverage with 5 to 40 aluminum atoms is preferred on the surface of a coated silica particle per 100 silicon atoms on the surface of an uncoated particle, with a covering with 15 to 25 aluminum atoms is particularly preferred.

Die in dem modifizierten kolloidalen Kieselsol vorliegende Menge an Aluminium kann nach gewöhnlichen analytischen Techniken bestimmt werden. Der Prozentsatz an Siliciumatomen auf der Oberfläche der nichtbeschichteten kolloidalen Siliciumdioxidteilchen lässt sich aus der folgenden Beziehung errechnen: Numerischer Wert der spezi-Siliciumatome, % " 0,08 x fischen Oberfläche des Siliciumdioxids, ausgedruckt in m2/g Aus dieser Beziehung, aus der Silicium-Konzentration des Sols und aus der. Menge an Aluminium, die in dem modifizierten Sol vorliegt, ist die Oberflächenbedeckung errechenbar. Wenn z. 3.The amount of present in the modified colloidal silica sol Aluminum can be determined by common analytical techniques. The percentage of silicon atoms on the surface of the uncoated colloidal silica particles can be calculated from the following relationship: Numerical value of the speci-silicon atoms, % "0.08 x the surface area of the silicon dioxide, expressed in m2 / g from this Relationship, from the silicon concentration of the sol and from the. Amount of aluminum, which is present in the modified sol, the surface coverage can be calculated. If z. 3.

der numerische Wert der Oberfläche, ausgedrückt in m2/g, 100 und das Molverhältnis von Silicium zu Aluminium 100 : 4 betragen wurde, so wäre die Oberflächenbedeckung gleich 50 %, d. h. 50 % der Oberflächensiliciumatome wären effektiv bedeckt.the numerical value of the surface, expressed in m2 / g, 100 and that The molar ratio of silicon to aluminum would be 100: 4, the surface coverage would be equal to 50%, i.e. H. 50% of the surface silicon atoms would be effectively covered.

Man kann Jedes Kieselsol so behandeln, dass ein kolloidales Kieselsol erhalten wird, bei dem die Oberfläche seiner Teilchen partiell oder vollständig durch chemisch gebundenes Aluminium beschichtet ist. Im allgemeinen werden die für den Einsatz bei dem Verfahren gemäss der Erfindung zu beschichtetden Kiesel sole eine Siliciumdioxid-Konzentration von etwa 2 bis 50 Ges.% haben, wobei die Teilchen des Sols eine spezifische Oberfläche von etwa 25 bis 600 m2/g, vorzugsweise von etwa 50 bis 300 m2/g, in besonders bevorzugter Weise von etwa 75 bis 200 m2/g aufweisen. Die spezifische Oberfläche kann nach vertrauten Methoden bestimmt werden, wie durch Stickstoffadsorption.Every silica sol can be treated like a colloidal silica sol is obtained in which the surface of its particles partially or completely is coated with chemically bonded aluminum. In general, the for the use in the method according to the invention to be coated silica sols have a silica concentration of about 2 to 50 weight percent, the particles of the sol has a specific surface area of about 25 to 600 m 2 / g, preferably of about 50 to 300 m 2 / g, particularly preferably from about 75 to 200 m 2 / g. The specific surface area can be determined by familiar methods, such as by Nitrogen adsorption.

Das Aluminium kann dem nichtbeschichteten Kieselsol in alkalischer Lösung zugeführt werden, wie als Natrium-, Kalium- oder Tetramethylammoniumaluminat. Das bevorzugte Beschichtungsmittel zur Herstellung der bei dem Verfahren gemäss der Erfindung eingesetzten, modifizierten Sole ist Natriumaluminat. Beim Arbeiten mit Natriumaluminat kann es in einigen Fällen notwendig sein, das Kieselsol einer Entionisation zu unterwerfen, bevor die Aluminatlösung hinzugefügt wird.The aluminum can be alkaline in the uncoated silica sol Solution, such as sodium, potassium or tetramethylammonium aluminate. The preferred coating agent for the production of the in the process according to The modified brine used in the invention is sodium aluminate. At work with sodium aluminate it may be necessary in some cases to add a silica sol Subject to deionization before adding the aluminate solution.

Die Lagerbeständigkeit der modifizierten Sole hängt zum Teil von dem Natriumgesamtgehalt des Sols ab, wobei die anderen Begrenzungsfaktoren der Feststoffgesamtgehalt und das Ausmass der Oberflächenbedeckung durch gebundenes Aluminium sind. Allgemein kann dann, wenn ein modifiziertes Sol nicht unmittelbar verwendet, sondern über Zeiträume einer Dauer wie von 2 bis 3 Monaten, vor der Verwendung gelagert werden soll, die maximale Natriumkonzentration modifizierter Sole mit einer spezifischen Oberfläche gleicht 5 näch der empirischen Formel bestimmt werden, worin N Mol Natriumion Je Liter Sol bedeutet 2 und 5 in der Einheit m Teilchenoberfläche/ml Sol ausgedrückt ist.The shelf life of the modified brine depends in part on the Total sodium content of the sol, with the other limiting factors being total solids content and the amount of surface coverage by bonded aluminum. Generally can if a modified sol is not used immediately, but via Periods of duration such as 2 to 3 months should be stored prior to use should, the maximum sodium concentration of modified brine with a specific Surface equals 5 next of the empirical formula to be determined where N mol of sodium ion per liter of sol is 2 and 5 in the unit m particle surface area / ml Sol is expressed.

Die Konzentration der Aluminatlösung kann beliebig gewählt werden, aber bei Lösungen erheblicher Konzentration kann es mechanisch schwierig werden, den Zusatz zum Sol zu bewirken, ohne eine örtliche, unerwünscht hohe Konzentration des Metallions in dem Sol herbeizuführen. Stark verdünnte Lösungen wird man gewöhnlich vermeiden, um keine unangemessene Verdünnung des Produktes zu erhalten. Vorzugsweise arbeitet man mit Lösungen, die 7 bis 22 Gew.% des Aluminatbehandlungsmittels enthalten.The concentration of the aluminate solution can be chosen arbitrarily, but with solutions of considerable concentration it can be mechanically difficult to effect the addition to the sol without a local, undesirably high concentration of the metal ion in the sol. Very dilute solutions are common Avoid in order to avoid undue dilution of the product. Preferably one works with solutions which contain 7 to 22% by weight of the aluminate treatment agent.

Die Oberflächenreaktion des Aluminats mit den Teilchen des Kieselsols wird bewirkt, indem man auf irgendeinem der bekannten Wege zur Herbeiführung einer innigen und unmittelbaren Vermischung ohne Auftretenlassen örtlicher Konzentrationen mischt. Zu solchen Vermischungen gehören die unter Anwendung einer Zentrifugalpumpe, einer Turbinenpumpe oder eines Waring Mischers erhaltenen.The surface reaction of the aluminate with the particles of the silica sol is effected by going in any of the known ways of inducing a intimate and immediate mixing without the occurrence of local concentrations mixes. Such mixtures include those using a centrifugal pump, a turbine pump or a Waring mixer.

Die Menge des einem Sol zuzusetzenden Aluminatbehandlungsmittels muss sorgfältig gelenkt werden. Das Aluminat soll in genügender Menge Verwendung finden, um die gewünschte Behandlung zu bewirken. Eine zu grosse Menge soll nicht Anwendung finden, da das Sol sonst das Aluminat als Verunreinigung enthält oder dieses sogar in dem System eine Ausfällung bilden kann.The amount of the aluminate treating agent to be added to a sol must be be carefully steered. The aluminate should be used in sufficient quantities to effect the desired treatment. Too large a quantity should not be used otherwise the sol contains or even contains the aluminate as an impurity can form a precipitate in the system.

Die Oberflächenreaktion kann bei Umgebungstemperatur bewirkt werden, aber modifizierte Sole, die etwa 30 Minuten bis 2 Stunden auf etwa 85 bis 1000 C erhitst werden, zeigen eine höhere Beständigkeit.The surface reaction can be effected at ambient temperature, but modified brine that is about 30 minutes to 2 hours at about 85 to 1000 C are heated, show a higher resistance.

In der hergestellten Form haben die bei dem Verfahren gemäss der Erfindung eingesetzten modifizierten Kie sel sole einen pH-Bereich von etwa 11 bis 12,5, wobei ein Bereich von etwa 11,8 bis 12,3 bevorzugt wird. Im allgemeinen wird der pH-Wert der Sole während Lagerung ein langsames Absinken unter Verlust an 0,2 bis 0,5 pH-Einheiten im Verlaufe mehrerer Wochen zeigen, aber die Sole lassen sich durch Alkalischmachen, z. B. durch Zusatz von NaOH' unter Erhaltenbleiben von Beständigkeit und Wirkungsgrad des Poliervorgangs wieder auf einen pH-Wert von 12 bis 12,5 bringen. Die spezifische Oberfläche der modifizierten Sole variiert in dem gleichen Bereich von Werten wie bei den nichtmodifizierten Ausgangssolen, wobei etwa 75 bis 200 m2/g besonders bevorzugt werden.In the form produced they have in the method according to the invention modified Kie sel sole used a pH range of about 11 to 12.5, whereby a range of about 11.8 to 12.3 is preferred. In general, the pH the brine slowly sinks during storage with a loss of 0.2 to 0.5 pH units show in the course of several weeks, but the brines can be made alkaline, z. B. by adding NaOH 'while maintaining stability and efficiency Bring the polishing process back to a pH value of 12 to 12.5. The specific Surface area of the modified brine varies in the same range of values as in the case of the unmodified starting sols, about 75 to 200 m 2 / g being particularly preferred will.

Die bei dem Verfahren gemäss der Erfindung verwendeten modifizierten Kieselsol können, wie erwähnt, eine Siliciumdioxid-Konzentration von etwa 2 bis 50 Gew.% haben. Bei niedrigen Siliciumdioxid-Konzentrationen benötigt man längere Polierzeiten, während bei Siliciumdioxid-Konzentrationen von 40 bis 50 % Vorsichtsmassregeln notwendig sind, um zu verhindern, dass ein Abdampfen von Wasser aus dem Sol während dessen Einsatzes eintritt, das zum Gelieren des Sols auf der Polieroberfläche führen würde. Der Fachmann ist mit Vorsichtsmassregeln hierzu vertraut. Der bevorzugte Bereich der Siliciumdioxid-Konzentration in den modifizierten Solen für den Einsatz bei dem Verfahren gemäss der Erfindung beträgt etwa 5 bis 30 Ges.%.The modified ones used in the method according to the invention As mentioned, silica sol can have a silica concentration of about 2 to 50% by weight. Longer periods of time are required at low silicon dioxide concentrations Polishing times, while with silicon dioxide concentrations of 40 to 50% precautionary measures are necessary to prevent water from evaporating from the sol during its use occurs, which lead to the gelling of the sol on the polishing surface would. The specialist is familiar with the precautionary measures. The preferred one Range of silicon dioxide concentration in the modified brines for use in the method according to the invention is about 5 to 30% by weight.

Beim Herstellen von Halbleitermaterialien aus Silicium und Germanium wird ein Einkristallstab aus dem Material mit einer Säge mit Diamantschneide in dünne Scheiben zerschnitten. Ein Vorpolieren der Halbleiterscheibe kann auf einer Vielfalt vertrauter Wege erfolgen. Z. 3. kann man das Anfangspolieren mit einem groben Schleifkorn, wie Aluminiumoxid oder Granat von 2 bis 20 Mikron durchführen. Das folgende Polieren kann unter sehr verschiedener Wahl von haterialien, Polierstufen mit oder ohne Ätzen und Polierzeiten durchgeführt werden. Diese Vorstufen sind nur insofern empfehlenswert, als sie die inagesamt benötigte Polierzeit herabsetzen. Wenn genügend Zeit aufgewandt wird, kann die Oberfläche der Scheibe auch ausgehend von der anfänglichen, rauhen Oberfläche mit den hier beschriebenen modifizierten kolloidalen Kieselsolen auf einen hohen Poliergrad poliert werden. Polieren für die Zwecke der Erfindung kann mit den im technischen Einsatz stehenden Polier- oder Läppmaschinen durchgeführt werden.When manufacturing semiconductor materials from silicon and germanium a single crystal rod is made of the material with a saw with a diamond cutting edge in cut thin slices. A prepolishing of the semiconductor wafer can be carried out on a Variety of familiar paths. Z. 3. you can start polishing with a Carry out coarse abrasive grit, such as aluminum oxide or garnet from 2 to 20 microns. The following polishing can be done under very different choices of materials and polishing levels with or without etching and polishing times. These precursors are only Recommended as they are the inagesamt required polishing time reduce. If enough time is spent, the surface of the disc can also based on the initial, rough surface with those described here modified colloidal silica sols are polished to a high degree of polishing. Polishing for the purposes of the invention can be done with those in technical use Polishing or lapping machines can be carried out.

Wenn das Endpolieren der Silicium- oder Germaniumscheibe nach dem Verfahren gemäss der Erfindung durchgeführt wird, können Druck und Geschwindigkeit der Polierscheiben und die Polierzeit sehr verschieden gewählt werden. Im allgemeinen entspricht die Polierzeit der Zeit, die zur Erzielung eines hohen Grades an Oberflächenperfektion notwendig ist, und Druck und Geschwindigkeit werden so gewählt, dass nachteilige Einwirkungen auf das Halbleitermaterial vermieden werden.If the final polishing of the silicon or germanium wafer after Method according to the invention is carried out, pressure and speed the polishing discs and the polishing time can be chosen very differently. In general the polishing time corresponds to the time it takes to achieve a high degree of surface perfection is necessary, and pressure and speed are chosen so that adverse Effects on the semiconductor material can be avoided.

Während das Verfahren gemäss der Erfindung nicht durch theoretische Vorstellungen über die ablaufenden Vorgänge beschränkt ist, wird angenommen, dass das Endpolieren der Silicium- oder Germaniumhalbleiter mit kolloidalen Kieselsolen einen überwiegenden chemischen Effekt und einen geringeren mechanischen Effekt umfasst. Z. B. dürfte bei Siliciumhalbleitern der chemische Effekt eine Oxidation des Siliciums auf der Oberfläche des Halbleiters zu Silicat umfassen. Die Oxidationsgeschwin digkeit erhöht sich mit zunehmendem pH-Wert des Sols, wobei pH-Werte von 11,5 bis 12,5 als für das Polieren am wirksamsten erscheinen. Es wird angenommen, dass kolloidales Siliciumdioxid sowohl als mechanischer Schleifstoff als auch als Einfangmittel für Silicat wirkt. Bezüglich der letztgenannten Funktion dürfte das kolloidale Siliciumdioxid eine Ablagerung von Silicat auf der Siliciumoberfläche in Form eines "Schleiers" vermindern. Gewöhnliches kolloidales Siliciumdioxid und feine Siliciumdioxidpulver depolymerisieren bei einem pH-Wert von 12 zu Silicat, wodurch der pH-Wert auf etwa 11 vermindert und die Silicat-Konzentration des Poliermittele erhöht wird.While the method according to the invention is not based on theoretical Ideas about what is going on is believed to be the final polishing of silicon or germanium semiconductors with colloidal silica sols comprises a predominant chemical effect and a lesser mechanical effect. For example, in the case of silicon semiconductors, the chemical effect is likely to be an oxidation of the silicon on the surface of the semiconductor to include silicate. The rate of oxidation increases with increasing pH of the sol, with pH values ranging from 11.5 to 12.5 as appear most effective for polishing. It is believed to be colloidal Silica as both a mechanical abrasive and a trapping agent for Silicate works. With regard to the latter function, colloidal silicon dioxide is believed to be a deposit of silicate on the silicon surface in the form of a "veil" Reduce. Ordinary colloidal silica and fine silica powder depolymerize at a pH of 12 to form silicate, reducing the pH to about 11 is reduced and the silicate concentration of the polishing agent is increased.

Der mit dem Verfahren gemäss der Erfindung erhaltene, vorteilhafte Effekt ist vielfältig; der hohe pH-Wert führt zu hohen Poliergeschwindigkeiten, und die höhere Beständigkeit der modifizierten kolloidalen Kieselsol führt zu einem hohen Grad an Einfangwirkung und geringem "Schleier".The advantageous one obtained with the method according to the invention Effect is varied; the high pH value leads to high polishing speeds, and the higher resistance of the modified colloidal silica sol leads to a high degree of trapping and low "haze".

Beim Polieren mit gewöhnlichen kolloidalen Kieselsolen, die auf einen pH-Wert von 12 eingestellt worden sind, überschreiten auf Grund der schon beschriebenen Schwierigkeiten die Geschwindigkeiten, mit denen eine Oberflächenmaterial-Abtragung von dem Halbleiter erfolgt, selten 0,05 mm/Stunde.When polishing with ordinary colloidal silica sols on a pH value of 12 have been set, exceed due to the already described Difficulties the speeds at which a surface material removal from the semiconductor, rarely 0.05 mm / hour.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne dass diese auf sie beschränkt ist.The following examples serve to further illustrate the invention, without this being limited to them.

3eis#iel 1 Ein 580-l-Tank aus rostfreiem Stahl wurde mit 404 kg Kieselsol beschickt, das 52,4 Gew.% SiO2 enthielt und dessen Siliciumdioxidteilchen eine spezifische Oberfläche von 132 m2/g hatten.3eis # iel 1 A 580-liter stainless steel tank was filled with 404 kg of silica sol charged, which contained 52.4 wt.% SiO2 and its silicon dioxide particles a specific Had a surface area of 132 m2 / g.

Das Sol wurde mit Natriumhydroxid stabilisiert, bis das Gewichtsverhältnis von SiO2 zu Na2O 230 betrug. Hierauf wurde das Sol mit 171 kg Wasser verdünnt. Ein Turbinenmischer mit einem Rotor von 5,1 cm, der mit 10 000 U/Nin. zu arbeiten vermochte, wurde so installiert, dass der Rotor mehrere Zentimeter unter die Oberfläche der Flüssigkeit tauchte, und so adåustiert, dass Flüssigkeit nach oben durch das Rotorgehäuse und gegen eine Prallplatte getrieben wurde, die sich ebenfalls unter der Flüssigkeitsoberfläche befand. Ein Zuführrohr für die Einführung einer Natriumaluminat-Lösung wurde so eingebaut, dass sein Abgabeende unmittelbar unter dem Turbinengehäuse lag und auf diese Weise eine fast sofortige Mischung des Natriumaluminats mit dem kolloidalen Siliciumdioxid erhalten wurde. Zur Bildung einer Natriumaluminatlösung wurden 8,3 kg technisches Natriumaluminat, das 72 Gew.% Nasal02 enthielt, in 33,2 kg Wasser gelöst. Diese Lösung wurde dann mit etwa 0,125 1/Sekunde durch das Zuführrohr gepumpt, während der Turbinenmischer mit voller Geschwindigkeit arbeitete. Das anfallende Produkt war ein beständiges Sol mit einem pH-Wert von 11,7 und einem Feststoffgehalt von 35 %, dessen Såliciumdioxidteilchen zu 19,5 % mit Aluminationen beschichtet waren.The sol was stabilized with sodium hydroxide until the weight ratio from SiO2 to Na2O was 230. The sol was then diluted with 171 kg of water. A Turbine mixer with a rotor of 5.1 cm running at 10 000 rev / nin. was able to work was installed so that the rotor was several centimeters below the surface of the Fluid submerged, and so adåustiert that fluid up through the rotor housing and was driven against a baffle, which is also below the surface of the liquid found. A feed pipe for introducing a sodium aluminate solution was thus built in that its discharge end was directly under the turbine housing and on this way an almost instant mixture of the sodium aluminate with the colloidal Silica was obtained. To form a sodium aluminate solution, 8.3 kg of technical grade sodium aluminate containing 72% by weight of NasalO2 in 33.2 kg of water solved. This solution was then pumped through the feed tube at about 0.125 l / second, while the turbine mixer was working at full speed. The resulting product was a stable sol with a pH of 11.7 and a Solids content of 35%, of which 19.5% silicium dioxide particles with alumina were coated.

Siliciumscheiben von 7,5 cm Durchmesser wurden einer Anfangspolierung mit Aluminiumoxid von 10 bis 15 Mikron Teilchengrösse und hierauf mit Diamantpaste und einem Gleitmittel unter Verwendung eines Weichfilz-Polierkissens und einer Standardpoliereinrichtung mit 4 Platten zur Befestigung der Scheibchen unterworfen. Die Scheiben wurden gereinigt und dann mit dem oben beschriebenen, modifizierten Sol poliert, das zuvor mit Natronlauge auf einen pH-Wert von 12 und einen J?eststoffgehalt von 10 bis 12 Gew.% verdünnt worden war. Die Polierplatten wurden mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 150 U/Min. betrieben und die die Scheiben tragenden Platten mit einer Geschwindigkeit von 50 U/nin. laufen gelassen, wobei auf die Scheibenoberfläche ein Druck von 450 g/cm2 ausgeübt wurde. Das Polieren erfolgte bei einer Oberflächentemperatur von 600 C, wobei das modifizierte Kieselsol zur Aufbringung auf die Scheiben mit 95 ml/Nin. auf das Polierkissen tropfengelassen wurde. Im Durchschnitt wurde eine Polier- oder Abtragegeschwindigkeit pro Scheibe von 150 nikron/Stunde erreicht, während ein nichtmodifiziertes kolloidales Kieselsol bei Anwendung der gleichen Technik eine Abtragegeschwindigkeit pro Scheibe von nur 50 nikron/Stunde ergab. Die mit dem modifizierten Sol polierten Scheiben zeigten einen hohen Grad an Oberflächenperfektion.Silicon wafers 7.5 cm in diameter were given an initial polish with aluminum oxide of 10 to 15 micron particle size and then with diamond paste and a lubricant using a soft felt polishing pad and standard polishing equipment Subjected with 4 plates for fastening the washers. The panes have been cleaned and then polished with the modified sol described above, previously done with caustic soda diluted to a pH value of 12 and a jester content of 10 to 12% by weight had been. The polishing plates were rotated at 150 RPM operated and the disks supporting plates at a speed from 50 rpm. run, with a pressure of 450 g / cm2 was exercised. The polishing was carried out at a surface temperature of 600 C, the modified silica sol for application to the panes at 95 ml / nin. was dripped onto the polishing pad. On average, a polishing or removal rate per disc of 150 nikron / hour achieved while an unmodified colloidal silica sol using the same technique resulted in a removal rate per disc of only 50 microns / hour. With Wheels polished to the modified sol exhibited a high degree of surface perfection.

Beia#iel 2 Ein 75-1-Eunststofftank wurde mit 40 kg Kieselsol beschickt, dessen SiO2-Gehalt 50,8 Gew.% betrug und dessen Siliciumdioxid-Teilchen eine spezifische Oberfläche von 130 m2/g hatten. Das Sol wurde mit 21,3 kg Wasser verdünnt. Unter Anwendung eines Turbinenmischers und eines Zuführrohrs ähnlich wie in Beispiel 1 wurde bei mit voller Geschwindigkeit arbeitendem Nischer eine Natriumaluminatlösung eingeführt, zu deren Herstellung 400 g technisches Natriumaluminat in 1600 ml Wasser gelöst worden waren.Example 2 A 75-1 plastic tank was filled with 40 kg of silica sol, its SiO2 content was 50.8% by weight and its silicon dioxide particles a specific one Surface area of 130 m2 / g. The sol was diluted with 21.3 kg of water. Under Application of a Turbine mixer and a feed pipe similar as in Example 1, with the niche operating at full speed, a Introduced sodium aluminate solution, for the production of which 400 g of technical sodium aluminate had been dissolved in 1600 ml of water.

Das anfallende Produkt war ein beständiges Sol von 30 % Feststoffgehalt, dessen Siliciumdioxidteilchen zu 10 % mit Aluminat beschichtet waren. Dieses modifizierte Sol hatte in der bei seiner Herstellung erhaltenen Form einen pH-Wert von 12,0.The resulting product was a stable sol with a solids content of 30%, the silica particles of which were 10% coated with aluminate. This modified Sol had a pH of 12.0 in the form obtained during its manufacture.

Das modifizierte Sol wurde mit der seinem eigenen Gewicht entsprechenden Menge an Wasser verdünnt und zum Polieren von Siliciumscheiben mit einer Einrichtung ähnlich wie in Beispiel 1 verwandt. Die Geschwindigkeit der Siliciumabtragung betrug 75 NiRron/Stunde, und die polierten Oberflächen der Scheiben zeigten einen hohen -Perfektionßgrad.The modified sol was made to match its own weight Amount of water diluted and used for polishing silicon wafers with one device similar to that used in example 1. The rate of silicon removal was 75 NiRron / hour, and the polished surfaces of the disks showed a high -Perfection level.

Claims

Patent application for a method for polishing rough conductor material the silicon and germanium group to a high degree of surface perfection using colloidal silica sol, characterized in that one uses modified colloidal silica sol, which has a pH in the range of about 11 to 12.5 and its colloidal silica particles with chemically bonded atoms of aluminum to a surface coverage of about 1 to 5Q Aluminum atoms on the surface ae 100 silicon atoms on the surface of uncoated Particles are coated, the particles of the modified silica sol having a specific Have a surface area of about 25 to 600 m2 / g and the sol has a silicon dioxide concentration from about 2 to 50% by weight.