Химические способы очистки поверхностей полупроводниковых пластин
ие кремния в HBr.
Травление кремниевых пластин в парах тетрахлорида кремния сопровождается
реакцией
[pic] (10)
При хлорном травлении в качестве газоносителя используют гелий. Травление
осуществляют при температуре около 1000°С и содержании хлора в гелии не
более 0,2% в соответствии с реакцией:
[pic] (11)
Травление кремния в парах сероводорода происходит по реакции:
[pic] (12)
[pic]
При этом получаются большие скорости травления (до 15 мкм/мин). Однако
сероводород токсичен. Гексафторид серы, наоборот, не токсичен и
обеспечивает хорошее качество поверхности при травлении кремния и сапфира.
Травление кремния сопровождается реакцией:
[pic] (13)
Газовое травление обеспечивает получение более чистых поверхностей по
сравнению с жидкостной, обработкой. Однако его применение ограничено из-за
высоких температур процессов и необходимости использования газов особой
чистоты.
4.3.3. Ионное травление.
Сущность ионного травления состоит в удалении поверхностных слоев материала
при его бомбардировке потоком ионов инертных газов высокой энергии. При
этом ускоренные ионы при столкновении с поверхностью пластин или подложек
передают их атомам свою энергию и импульс.
* Ионное травление - процесс удаления загрязнений вместе с распыляемым в
вакууме поверхностным слоем обрабатываемой поверхности при ее бомбардировке
ускоренными ионами инертного газа.
Если во время столкновения энергия, передаваемая атому, превышает энергию
химической связи атома в решетке, а импульс, сообщаемый атому, направлен
наружу от поверхности, то происходит смещение атомов, их отрыв от
поверхности - распыление. Для реализации этого процесса требуются
определенные вакуумные условия, а ионы должны обладать определенными
значениями энергий, достаточными для распыления материалов.
Разновидностью ионного травления является ионно-химическое (реактивное)
травление, основанное на введении в плазму химически активного газа, обычно
кислорода. При этом изменяется скорость травления вследствие химического
взаимодействия между подложкой и добавленным газом.
4.3.4. Плазмохимическое травление.
В отличие от ионного плазмохимическое травление основано на разрушении
обрабатываемого материала ионами активных газов, образующимися в плазме
газового разряда и вступающими в химическую реакцию с атомами материала при
бомбардировке поверхности пластин или подложек. При этом молекулы газа в
разряде распадаются на реакционно-способные частицы - электроны, ионы и
свободные радикалы, химически взаимодействующие с травящейся поверхностью.
В результате химических реакций образуются летучие соединения.
Для травления кремния и его соединений (оксида и нитрида кремния) наиболее
часто используют высокочастотную плазму тетрафторида углерода [pic]
(возможно применение гексафторида серы [pic] и фреона-12 - [pic]).
При взаимодействии этих газов с электронами плазмы происходит разложение
[pic] и образуются ионы фтора и другие радикалы:
[pic]
[pic] (14)
[pic]
Ионы фтора, а в ряде случаев и радикал [pic] активно взаимодействуют с
кремнием, образуя летучее соединение [pic]. Уравнения, характеризующие
химические реакции травления кремния, оксида и нитрида кремния в плазме
[pic], имеют вид
[pic] (15)
Характерно, что частицы, участвующие в травлении, травят различные
материалы с разной скоростью. На этом основано свойство плазмохимического
травления. Скорость травления определяется концентрацией атомов фтора и
постоянной скорости химической реакции [pic]:
[pic] (16)
Концентрация [pic] обусловливается скоростью генерации атомов, что
определяется конструкцией и мощностью реактора, а также временем жизни
частиц в реакторе, которое зависит от скорости газового потока, давления и
условий рекомбинации частиц.
Скорость травления строго зависит от температуры; ее влияние
предопределяется физическими свойствами травящегося материала и газовым
составом плазмы. Так, добавка кислорода к чистой плазме [pic] повышает
скорость травления.
В плазме фторсодержащих газов можно травить некоторые металлы. Для
травления применяют также плазму хлорсодержащих газов. Для удаления
органических материалов используют кислородную плазму.
Промышленные конструкции реакторов рассчитаны на групповую обработку
пластин с кассетной загрузкой и программным управлением.
В отечественной промышленности для различных целей плазмохимической
обработки кремниевых пластин используются автоматизированные реакторы
«Плазма 600» (для удаления фоторезиста и очистки поверхности пластин при
изготовлении биполярных ИМС) и «Плазма 600Т» (для удаления фоторезиста,
очистки поверхности пластин и травления диэлектрических слоев).
Плазмохимическое травление применяют также для локальной обработки
поверхностей.
Способы сухой очистки пластин и локальной их обработки наиболее эффективны
при создании БИС и СБИС на элементах с микронными и субмикронными
размерами.
4.4. Типовые процессы очистки пластин и подложек.
Выбор способа очистки зависит от вида загрязнений. Эффективная очистка
достигается при сочетании нескольких способов очистки. В качестве примера в
таблице 2 приведены данные по использованию различных способов очистки в
зависимости от вида загрязнений.
Таблица 2
Виды загрязнений и способы их удаления
|Виды загрязнений |Способы очистки |
|Физические включения (пылинки,|Растворение и одновременное |
|пух, небольшие частицы |ультразвуковое перемешивание |
|полупроводника, металла, | |
|абразива) | |
|Загрязнения ионами (остатки |Промывка в деиониэованной или |
|кислот, осадки, получаемые при|дистиллированной воде до установления |
|электролитическом покрытии, |постоянного сопротивления. Промывка в |
|ионы металлов) |кислотах для удаления адсорбированных |
| |ионов. Ионная очистка |
|Минеральные жиры и |Ультразвуковая промывка в нагретом |
|органические материалы |органическом растворителе. Кипячение в|
| |органическом растворителе. Ионная |
| |очистка |
|Сложные химические включения |Травление кислотами. Промывка |
|(полярный органический |кремниевых пластин в метиловом спирте |
|материал, окислы, сернистые | |
|соединения) | |
|Загрязнения парами |Ионная очистка. Вакуумный отжиг. |
| |Термическое травление. Обработка в |
| |кислотах |
Однако при изготовлении ИМС возможные виды загрязнений проявляются
комплексно, а на различных стадиях изготовления к качеству чистоты
поверхности предъявляются различные требования. Поэтому для качественной и
эффективной очистки пластин и подложек разрабатывают типовые процессы
очистки, представляющие собой комбинирование различных способов очистки,
выполняемых в определенной последовательности. В составе таких процессов
основными операциями являются обезжиривание, травление, промывка, сушка.
На протяжении всех этапов изготовления кристаллов полупроводниковых ИМС
очистку полупроводниковых пластин проводят многократно - после механической
обработки пластин и перед основными операциями формирования структур:
окислением, эпитаксиальным наращиванием, диффузией, металлизацией,
фотолитографией (и после нее), защитой.
5. Заключение.
В заключении своего реферата приведу пример типового процесса обработки
пластин кремния перед термическим окислением, который включает следующие
операции:
обезжиривание в горячем (75-80°С) перекисно-аммиачном растворе;
промывание в проточной деионизованной воде (удаление продуктов реакции
предыдущей обработки);
обработка в горячей (90-100°С) концентрированной азотной кислоте (удаление
ионов металлов);
промывание в проточной деионизованной воде (удаление остатков кислот);
гидродинамическая обработка пластин бельичими кистями в струе
деионизованной воды;
сушка пластин с помощью центрифуги в струе очищенного сухого воздуха;
травление в растворе фтористоводородной кислоты (снятие поверхностного слоя
и удаление загрязнений).
6. Список литературы.
Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. Учебное пособие
для ВУЗов. М., "Высшая школа", 1986.
Зи Ф.М. Технология СБИС. М., "Мир", 1986.
| |  скачать работу |
Химические способы очистки поверхностей полупроводниковых пластин |
