От состояния поверхности полупроводника, его дефектности, зависит совершенство структуры эпитаксиальных слоев, выращиваемых на нее при изготовлении изделий [1, c. 32]. Размеры приповерхностной дефектной области могут достигать десятков и сотен микрометров, поэтому актуальной задачей полупроводникового приборостроения является разработка технологического маршрута подготовки полупроводниковых пластин.
Одной из главных задач полупроводниковой техники является изготовление надежных приборов, способных работать в течение длительного времени. Хорошо известно, что электрические и оптические параметры электронных полупроводниковых приборов и их стабильность зависят от состояния поверхности полупроводниковых пластин [2, c. 4].
Обработка поверхности пластин полупроводников является очень важной в процессе производства интегральных схем различного назначения. Результаты подготовки подложек оказывают решающее влияние на получение различных структур и микроэлектронных изделий на их основе. Так, плохо очищенные полупроводниковые пластины могут являться некачественной подложкой для формирования на их основе наноразмерных структур. В зависимости от сложности получаемых изделий, операции очистки поверхности подложек занимают до трети общего количества всех технологических этапов изготовления полупроводниковых изделий [3, с. 7 – 9].
К чистой поверхности пластин полупроводников предъявляются требования по минимальному содержанию различных загрязнений: органических, примесей металлов, механических частиц [4, c. 26].
Целью статьи является разработка технологического маршрута подготовки пластин полупроводника для дальнейшего его использования в качестве эпитаксиальных слоев.
Хорошо известно, что загрязнения на поверхности полупроводников могут носить органический и неорганический характер. Они могут представлять собой твердые и жидкие загрязнения, частицы и капли, вкрапления и остатки фоторезиста [5, c. 1].
Поверхность полупроводника характеризуется наличием огромного числа дефектов: дефекты упаковки, царапины, трещины, поверхностные дислокации, наколы и т.д.
Загрязнения (рис. 1) на поверхности кристалла присутствуют в виде ионов (катионы и анионы растворов), молекул (частицы материалов – цинк, никель, железо), атомов (пленки или частицы золота, серебра) [7, c. 185; 3, c. 10] . Кроме того, могут образовывать соединения с подложкой (например, оксиды).
Рис 1. Классификация загрязнений по типу взаимодействия с поверхностью
Электрические и оптические параметры электронных полупроводниковых приборов и их стабильность зависят от состояния поверхности полупроводниковых пластин [2, c. 5]. Кроме того, загрязнения являются одной из причин дефектов полупроводника. Это оказывает значительное влияние на характеристики изготовляемых микроэлектронных изделий (табл. 1).
При этом необходимо учитывать, что наибольшую опасность при обработке и хранении образцов представляют собой следующие факторы:
- оборудование;
- персонал,
- воздух.
Подобные источники загрязнений носят характер неконтролируемых или слабо контролируемых.
Поэтому с целью минимизирования количества подобного рода загрязнений на предприятиях и в лабораториях вводят определенные меры: чистые комнаты, стерилизация, спецодежда, вентиляция с ламинарным потоком воздуха, безконтактные методы обработки пластин, удаленное управление технологическими процессами.
Табл. 1. Влияние загрязнения на характеристики микроэлектронных изделий, изготовляемых на основе полупроводника
Тип загрязнения | Примеры загрязнений | Влияние на характеристики прибора |
Механические загрязнения | органические вещества, металлические примеси, оксиды | разлагаются при нагревании; под действием ионной и электронной бомбардировки могут выделять газообразные продукты, что ухудшает условия роста эпитаксиальных слоев, пористых структур |
Металлические загрязнения | тяжелые металлы – Fe, Cu, Ni, Zn и др. | диффундируют вглубь кристалла, при этом образуют энергетические уровни в запрещенной зоне. Это приводит к увеличению токов утечки |
Микронеровности поверхности | Шероховатость | Значительно ухудшается качество диэлектрического слоя |
Дефекты кристалла | Поры, включения у поверхности, окислительные дефекты упаковки, сегрегационные полосы | Снижают плотность тока интегральных схем, затруднят проведение химической и электрохимической обработки, значительно снижают качество материала |
Методы очистки полупроводниковых пластин условно можно разделить на физические и химические (табл. 2).
Табл. 2. Методы очистки и обезжиривания образцов
Физические методы очистки | Химические методы очистки |
- растворение,
- отжиг, - обработка поверхности ионами инертных газов, - механическое удаление загрязнений, - физическое обезжиривание |
- травление, о
- химическое обезжиривание, - жидкостная очистка, - сухая очистка (плазмохимическое, газовое травление), - химическое и электрохимическое травление |
Таким образом, подготовка образцов должна проводиться системно, с использованием как физических, так и химических методов очистки.
Ниже приведены основные этапы технологического маршрута очистки полупроводниковых пластин:.
1) шлифовка образцов алмазным порошком;
2) очищение пластин толуолом, этанолом и изопропанолом;
3) обезжиривание в горячем (75-80°С) перекисно-аммиачном растворе;
4) промывание в проточной деионизированной воде (удаление продуктов реакции предыдущей обработки);
5) обработка в горячей (90-100°С) концентрированной азотной кислоте (удаление ионов металлов);
6) гидродинамическая обработка пластин бельичими кистями в струе деионизированной воды;
7) сушка пластин с помощью центрифуги в струе очищенного сухого воздуха.
8) химическое или электрохимическое травление (химическая полировка пластин,
9) сульфидирование поверхности кристалла (пассивация).
Следует отметить, что некоторые этапы предварительной очистки можно опустить, в зависимости от предъявляемой чистоты поверхности пластин. И напротив, для специфических условий могут быть добавлены дополнительные промежуточные этапы подготовки пластин.
В процессе изготовления микроэлектронных устройств поверхность кристалла подвергается загрязнению от различных источников. Количество загрязнений не всегда можно контролировать, так как этот полупроводниковая пластина не является закрытой системой, постоянно взаимодействуя с внешней средой. Очистка полупроводниковых пластин является важной технологической задачей. В работе рассмотрены основные виды загрязнений и приведен технологический маршрут подготовки кристаллических образцов.
Библиографический список
- Sievert W. New standards improve chemistry between device makers, suppliers // Semiconductor magazine. 2000. V. 1. Iss. 3. Mar. P.30 – 34.
- Syverson D. An advanced dry/wet cleaning process for silicon surfaces // FSI International. Technical report dry cleaning/rinsing/drying. 1991. TR 369. P. 3 – 7.
- Голото И.Д., Докучаев Б.П., Колмогоров Г.Д., Чистота в производстве полупроводниковых приборов и ИС. М. Энергия. 1975. С. 6 – 11.
- Петрова В.З., Ханова Н.А., Гребенькова В.И., Шутова Р.Ф., Борисов А.Г. Химия в микроэлектронике, Ч. 1 // МИЭТ. 1995. С. 26.
- Пат. 58008 Україна, МПК(2006): C03C 15/00 (2011.01). Спосіб видалення поруватого шару з поверхні por-InP / Сичікова Я.О., Кідалов В.В., Сукач Г.О., Балан О.С., Коноваленко А.А.; заявник та патентовласник Сичікова Я.О. – № u201010721; заявл. 06.09.2010; опубл. 25.03.2011, Бюл. № 6/2011.
- Сичікова Я.О. Кідалов В.В., Гайчук А.С. Полірування поверхні монокристалічного n-InP / Я.О. Сичікова, // Ученые записки Таврического национального университета имени В.И. Вернадского: серия «Физико-математические науки». 2010/ Т. 23 (62), № 3. С. 182 – 186.