Механическая обработка кремния.

Кремниевые слитки диаметром 100, 150, 200 мм режутся на пластины с помощью специальных дисков с алмазной абразивной кромкой. Перед резкой проводится ориентация слитков рентгеновским методом, чтобы поверхность пластин была параллельна нужной кристаллографической плоскости: (100) или (111).

После резки пластины подвергаются шлифовке и полировке. В результате шлифовки удаляется нарушенный при резке слитка слой на поверхности кристалла. Одновременно решаются задачи: получения плоскопараллельности сторон пластины; доведения толщины пластины до нужной величины; получения требуемой чистоты обработки поверхности пластины. Причем шлифовка в зависимости от требований производства может быть как двусторонней, так и односторонней. В процессе шлифовки, таким образом, формируются геометрические размеры пластины. Для уменьшения шероховатости поверхности и глубины нарушенного в кристалле слоя после шлифовки проводится полировка пластин. Она необходима только для обработки рабочей стороны пластины, т.е. стороны, на которой непосредственно создаются структуры элементов. Полировка осуществляется с использованием алмазной пасты и мелкодисперсных абразивов из окислов редкоземельных элементов с величиной зерна 0,1 - 0,3 мкм.

После любой из этих операций на поверхности полупроводника остается нарушенный слой, который существенным образом влияет как на дальнейшую технологическую обработку (травление, окисление), так и в конечном счете на параметры полупроводниковых приборов, особенно с мелкими (меньше 1 мкм) активными слоями. Поэтому контроль структуры нарушенного слоя и способы его удаления представляют важную задачу современной планарной технологии.

Структуру нарушенного слоя полупроводниковой пластины пос-ле резки и шлифовки условно мож-но представить в виде четырех пос-ледовательных областей (рис.3.1)

верхняя область - микрорельеф, под ней расположена область микротре-щин, далее область, содержащая петли и скопления дислокаций, затем следует слой кремния, где число дислокаций повышено по сравнению с остальным объемом полупроводника. В структурном отношении области микрорельефа и микротрещин представляют собой аморфные или мелкокристаллические состояния кремния. Области скопления и повышенной плотности дислокаций имеют монокристаллическую структуру. В нарушенном слое, кроме структурных, возможно образование и концентрационных неоднородностей, которые связаны с сегрегацией примесей на дислокациях, что может изменять электрофизические свойства материала, влияя на электрические параметры элементов микросхем.

Травление.

Классификация методов очистки пластин и подложек К физическим методам удаления загрязнений относят растворение, отжиг, обработку поверхности ускоренными до больших энергий ионами инертных газов. Эти методы используют в основном для удаления загрязнений, расположенных наповерхности. Для удаления загрязнений на поверхности и в приповерхностном слое, в том числе тех, которые находятся в химической связи с материалом пластины или подложки, используют химические методы удаления. Они основаны на переводе путем химической реакции загрязнений в новые соединения, которые затем легко удаляются (травление, обезжиривание). Очистка, при которой удаляется приповерхностный слой пластины илиподложки, называется травлением. Жидкостная очистка предусматривает использование водных и других растворов различных реактивов. Целый ряд органических жировых загрязнений не растворяется в воде и препятствует смачиванию водой и большинством растворов обрабатываемой поверхности (поверхность гидрофобная). Для обеспечения равномерной очистки поверхность пластин и подложек переводят в гидрофильное, т. е. хорошо смачиваемое водой, состояние. Процесс удаления жировых загрязнений, сопровождаемый переводомповерхности из гидрофобного состояния в гидрофильное, называется обезжириванием. Сухая очистка основана на использовании отжига, газового, ионного и плазмохимического травления. Эти способы исключают применение дорогостоящих и опасных в работе жидких химических реактивов; они более управляемы и легче поддаются автоматизации. Процессы сухой очистки являются наиболее эффективными также при обработке локальных участков и рельефной поверхности.

Первым этапом изготовления интегральной микросхемы является подготовка самой кремниевой подложки – пластины. Подложка проходит цикл изготовления слитка кремния, его ориентации, резки на пластины, шлифовки и полировки пластины. В процессе резки слитки и пластины загрязняются жирами и органическими веществами, входящими в состав клеящих паст и мастик, частицами абразива, ворсинками различных материалов. Наконец, на поверхности всегда осаждается пыль из окружающего воздуха. Поэтому первой операцией изготовления ИМС является химическая очистка поверхности пластин. Эта операция делится на два процесса: химическая очистка в растворителях и химическое травление.

Очистка поверхности начинается с обработки пластины в органических растворителях. После механической полировки проводится химико-динамическое травление поверхности пластины в полимерном травителе HF:HNO₃:CH₃COOH = 1:3:1 с последующей отмывкой в деонизованной воде.

Факторы влияющие на скорость химического травления кремния

Дефекты структуры полупроводника

Если полупроводник содержит большое количество структурных дефектов, особенно дислокаций, то в области выхода дислокации на поверхность полупроводника может образоваться ямка травления.

Ориентация поверхности полупроводника

Процессы адсорбции и комплексообразования определяются числом связей, удерживающих атомы на поверхности, направлением этих связей и расстоянием между атомами. Наибольшая скорость травления (100). Наиболее медленно травится плоскость (111). Можно подобрать компоненты травителя таким образом, что скорости травления плоскостей (100) и (111) будут различаться в 50 раз.

Концентрация компонентов травителя

Скорость процесса травления можно регулировать, вводя различные добавки. Замедлителем (ингибитором) реакции является ледяная уксусная кислота, ускорителем (катализатором) служит элементарный бром. Уксусная кислота, введенная в травитель, уменьшает диэлектрическую постоянную раствора и тем самым подавляет диссоциацию азотной кислоты на ионы. Кроме того, она сама диссоциирует с выделением большого количества ионов H⁺. В результате катодные реакции замедляются. На разных этапах технологического процесса могут использоваться полирующие травители с разным соотношением компонентов.

Температура раствора

Скорость химической реакции экспоненциально зависит от температуры. Травление полупроводника идет с большим выделением тепла. Возможная неравномерность травления может привести к неоднородному разогреву пластин и растравливанию в местах с наиболее высокой температурой.

Влияние примесей

При использовании полирующего травителя присутствие различных примесей и загрязнений на поверхности полупроводника может существенно изменить не только скорость, но и характер травления. Большинство неактивных газов (азот, аргон и другие) легко удаляются с поверхности. Напротив, кислород обладает очень высокой теплотой адсорбции, которая уменьшается в четыре раза после того, как на поверхности кремния образуется монослой окисла. Образовавшийся окисел маскирует кремний от воздействия травителя. Поэтому в присутствии ионов, способствующих растворению окисла, например ионов фтора, скорость травления растет.

Примеси, содержащиеся в объеме полупроводника при их сравнительно невысокой концентрации (менее 10¹⁸ см^–3), оказывают пренебрежимо малое влияние на скорость химического взаимодействия травителя с кремнием. При большой концентрации примесей скорость химической реакции может возрастать из-за увеличения концентрации структурных дефектов в поверхностном слое полупроводника, возникающих при введении примесей. Скорость травления на участках с различным типом проводимости может оказаться разной. В результате на поверхности полупроводника возникают ступеньки, полосы, бугорки.

Дата добавления: 2015-12-08