Химические способы очистки поверхностей полупроводниковых пластин (стр. 1 из 5)
Содержание
Стр.
1. Введение 2
2. Подложки интегральных микросхем и их назначение 3
2.1. Назначение подложек 3
2.2. Кремний - основной материал полупроводникового производства 4
3. Виды загрязнений поверхности подложек и пластин 5
3.1. Возникновение загрязнений 5
3.2. Источники загрязнений 6
3.3. Виды загрязнений 6
4. Методы удаления загрязнений 8
4.1. Классификация методов очистки пластин и подложек 8
4.2. Способы жидкостной обработки пластин и подложек 9
4.2.1. Обезжиривание 9
4.2.2. Травление 10
4.2.3. Промывание пластин и подложек 13
4.2.4. Интенсификация процессов очистки 13
4.3. Способы сухой очистки пластин и подложек 15
4.3.1. Термообработка 15
4.3.2. Газовое травление 16
4.3.3. Ионное травление 17
4.3.4. Плазмохимическое травление 17
4.4. Типовые процессы очистки пластин и подложек 19
5. Заключение 20
6. Список литературы 20
1. Введение
Современный этап развития радиоэлектроники характеризуется широким применением интегральных микросхем (ИМС) во всех радиотехнических системах и аппаратуре. Это связано со значительным усложнением требований и задач, решаемых радиоэлектронной аппаратурой, что привело к росту числа элементов в ней. За каждое десятилетие число элементов в аппаратуре увеличивается в 5-20 раз. Разрабатываемые сейчас сложные комплексы аппаратуры и системы содержат миллионы и десятки миллионов элементов. В этих условиях исключительно важное значение приобретают проблемы повышения надежности аппаратуры и ее элементов, микроминиатюризации электро-радиокомпонентов и комплексной миниатюризации аппаратуры. Все эти проблемы успешно решает микроэлектроника.
Интегральная и функциональная микроэлектроника являются фундаментальной базой развития всех современных систем радиоэлектронной аппаратуры. Они позволяют создавать новый вид аппаратуры - интегральные радиоэлектронные устройства.
Микроэлектроника - одно из магистральных направлений в радиоэлектронике, и уровень ее развития в значительной степени определяет уровень научно-технического прогресса страны.
Применяют два основных метода изготовления ИМС - полупроводниковый и пленочный.
Первый метод заключается в локальной обработке микроучастков полупроводникового кристалла и придании им свойств, присущих функциям отдельных элементов и их соединений (полупроводниковые интегральные микросхемы).
Второй метод основан на использовании послойного нанесения тонких пленок различных материалов на общее основание (подложку) при одновременном формировании на них схемных элементов и их соединений (пленочные интегральные микросхемы).
В обоих случаях важное значение имеет качество обработки поверхности полупроводниковых пластин и подложек.
* Подложка - заготовка, предназначенная для нанесения на нее элементов гибридных и пленочных ИМС, межэлементных и (или) межкомпонентных соединений, а также контактных площадок.
2. Подложки интегральных микросхем и их назначение.
Подложки в технологии изготовления и конструировании пленочных и гибридных ИМС в микросборках играют очень важную роль. Подложки являются основанием для группового формирования на них ИМС, главным элементом конструкции ИМС и микросборок, выполняющим роль механической опоры, обеспечивают теплоотвод и электрическую изоляцию элементов.
2.1. Назначение подложек.
В технике ИМС подложки выполняют две функции:
а) являются основанием, на поверхности или в приповерхностном слое которого по заданному топологическому рисунку формируют структуры ИМС;
б) являются элементом конструкции, обеспечивающим практическое применение ИМС в корпусном или бескорпусном исполнении.
Подложки классифицируют как по структурным признакам, так и по назначению. По структурным признакам подложки подразделяют на аморфные, поликристаллические и монокристалличёские, а по назначению - на подложки для полупроводниковых, пленочных, гибридных ИМС и микросборок.
Для изготовления полупроводниковых ИМС применяют в основном полупроводниковые монокристаллические подложки (полупроводниковые пластины), а для пленочных и гибридных ИМС - аморфные поликристаллические (диэлектрические) подложки.
* Полупроводниковая пластина - заготовка из полупроводникового материала, используемая для изготовления полупроводниковых ИМС.
В отдельных случаях при изготовлении полупроводниковых ИМС используют диэлектрические подложки, а при изготовлении гибридных ИМС и микросборок - металлические подложки. К конструкции и материалу подложек предъявляется ряд требований, вытекающих из необходимости воспроизведения и обеспечения заданных электрических параметров элементов и ИМС, их надежности в самых различных условиях эксплуатации, и обусловленных также особенностями технологии изготовления и сборки ИМС.
Монокристаллические пластины из разных полупроводниковых материалов составляют основу для изготовления полупроводниковых ИМС различного конструктивно-технологического исполнения и функционального назначения.
Пригодность полупроводникового материала для использования в интегральных микросхемах определяется в основном параметрами, зависящими от его физических свойств: оптических, термических, термоэлектрических, зонной структуры, ширины запрещенной зоны, положения в ней примесных уровней и др.
Очень важны электрические свойства полупроводникового материала: тип электропроводности, концентрация носителей заряда, их подвижность, удельное сопротивление, время жизни неосновных носителей заряда и их диффузионная длина - существенно зависящие от технологии получения полупроводника.
2.2. Кремний - основной материал полупроводникового производства.
В настоящее время из всех полупроводниковых материалов наибольшее применение для изготовления полупроводниковых ИМС получил кремний.
Кремний - элемент IV группы Периодической системы элементов Д.И.Менделеева, один из самых распространенных элементов на Земле, содержание его в земной коре составляет 29,5%. В природе кремний встречается только в соединениях в виде окисла и в солях кремниевых кислот. Чистота природной окиси кремния в виде монокристаллов кварца иногда достигает 99,99%; в ряде месторождений чистота песка составляет 99,8-99,9%.
Технический кремний, получаемый восстановлением двуокиси кремния SiO2 в электрической дуге между графитовыми электродами, содержит около 1% примесей и как полупроводник не может быть использован; он является исходным сырьем для получения кремния полупроводниковой чистоты, примесей в котором должно быть менее
.Разработана промышленная технология, позволяющая получать особо чистый кремний с содержанием примесей
Более широкое применение кремния обусловлено преимуществом его физических и технологических свойств по сравнению с другими полупроводниками (в частности, с германием).
Для изготовления полупроводниковых приборов и ИМС используют выпускаемые промышленностью пластины кремния четырех |видов:
1) Однослойные p- и n-типов;
2) Двухслойные р- или n-типа с эпитаксиальным n-слоем, покрытые оксидом либо нитридом кремния;
3) Двухслойные р-типа с эпитаксиальным n- слоем и скрытым n+- слоем;
4) Гетероэпитаксиальные структуры типа кремний на сапфире.
Однослойные пластины кремния р- и n-типов получают резкой слитков монокристаллического кремния диаметром 50-150 мм на пластины толщиной 0,25-0,4 мм. Промышленностью выпускаются слитки монокристаллического кремния, которые в зависимости от типа электропроводности и значения удельного сопротивления подразделяются на пять групп.
Подготовка пластин, получаемых из слитков монокристаллического кремния, является одним из важнейших этапов производства ИМС и включает в себя следующие операции: ориентацию слитков по кристаллографическим осям, резку слитков на пластины, шлифование, полирование, травление и очистку поверхностей от загрязнений различных типов, приобретённых на предыдущих этапах обработки.
3. Виды загрязнений поверхности подложек и пластин.
3.1. Возникновение загрязнений.
Электрические характеристики ИМС и их надежность во многом обусловливаются степенью совершенства кристаллической решетки и чистотой обрабатываемой поверхности пластин и подложек. Поэтому обязательным условием получения бездефектных полупроводниковых и пленочных структур является отсутствие на поверхности пластин и подложек нарушенного слоя и каких-либо загрязнений.
Как известно, нарушенный приповерхностный слой полупроводниковых пластин является следствием их механической обработки. Используемые при подготовке пластин методы шлифования, полирования и травления позволяют удалить нарушенный слой (рис. 1).
Рис. 1.
Изменение толщины нарушенного слоя при механической обработке монокристаллических полупроводниковых пластин:
1) после резки; 2) после шлифования; 3)после полирования; 4) после травления.
Однако атомы материала пластины (подложки), расположенные на ее поверхности, имеют намного больше ненасыщенных связей, чем атомы в объеме. Этим объясняются высокие адсорбционные свойства и химическая активность поверхности пластин.
В условиях производства ИМС пластины и подложки соприкасаются с различными средами, и полностью защитить их от адсорбции различного рода примесей невозможно. В то же время получить идеально чистую поверхность (без посторонних примесей) тоже практически невозможно. Поэтому применяемое в технике понятие «чистая поверхность» имеет относительный характер. Технологически чистой считают поверхность, которая имеет концентрацию примесей, не препятствующую воспроизводимому получению заданных значений и стабильности параметров ИМС. Допустимая концентрация примесей на поверхности пластин зависит от сложности ИМС и способа ее формирования, в худшем случае она не должна превышать
.