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

Методы очистки полупроводниковых пластин условно можно разделить на физические и химические (табл. 2).

Табл. 2. Методы очистки и обезжиривания образцов

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.

Несомненно, выброс подобных веществ в атмосферу сопряжен с ее значительными изменениями, поэтому предприятия предусматривают всевозможные способы очистки выбросов в атмосферу. Для каждого «выброса» предусматривается отдельный способ очистки, но в последнее время намечена тенденция на применение комбинированных способов, либо внедрения способа, очищающего несколько типов «выбросов» сразу. Наиболее перспективной в плане очистки воздушных «выбросов» является технология электрофильтрации.

Электрофильтрация является высокоэффективным методом извлечения из выходящих потоков газов взвесей различного состава и разной степени дисперсности.

Рассмотрим опыт применения технологии электрофильтрации в зависимости от типов предприятий, и на основе его анализа попробуем представить дальнейшее ее развитие.

Основными источниками загрязнения атмосферы на предприятиях легкой промышленности являются электролизные ванны, места загрузки и пересыпки сырья, дробильно-мельничное оборудование, смесители, сушильные барабаны, трепальные агрегаты, шлифовальные станки, прядильные и чесальные машины, оборудование для окраски изделий, барабаны для специальной обработки пушно- меховых заготовок и изделий.

В выбросах предприятий легкой промышленности присутствуют диоксид серы (3,9% суммарного выброса в атмосферу), оксид углерода (34,9%), твердые вещества (11,8%), оксиды азота (7,4%), летучие органические соединения (12,6%), прочие газообразные и жидкие вещества (40,2%) и другие вещества. При подобных концентрациях естественно применяются различные способы очистки (таблица 1).

Таблица 1 – Способы очистки газовых выбросов предприятий легкой промышленности

Забегая вперед необходимо сказать, что в последующих типах предприятий эти способы дублируются. Подобное обстоятельство приводит нас к выводу о не состоявшемся еще, но намечающемся уже глубинном подходе к созданию отдельных способов очистки для отдельных типов предприятий. Наиболее целесообразным является внедрение следующих мероприятий по предотвращению выбросов в атмосферу:

1) усовершенствование технологических процессов;

2) модернизация методов пылеулавливания;

3) подавление процессов образования вредных веществ.

В легкой промышленности остро стоит проблема образования отходов производства и потребления. Отсутствие развитых технологий их переработки, а наряду с этим и необходимого количества мощностей специализированного оборудования приводит к тому, что в качестве ресурсов на переработку используется только 22%, а полностью обезвреживается всего 3,5% из общей доли выбросов [1].

В то же время в агропромышленном комплексе [2,3,4,5,6], а именно на предприятиях занимающихся переработкой зерна и производству муки, а также в животноводстве, широко применяются механические способы снижения концентрации пыли, таки как системы приточно-вытяжной вентиляции в комбинации с циклонами, все теми же скрубберами и матерчатыми фильтрами.

Механические пылеуловители, широко применяемые в системах вентиляции данного типа предприятий не способны в требуемой стандартами мере улучшить состояние запыленности воздуха внутри помещения. Этот факт объясняется наличием недостатков в используемых устройствах, а именно:

1. Недостаточная эффективность при улавливании мелкодисперсной пыли;
2. Энергозатратность системы;
3. Большие габаритные размеры.

Ввиду этого, появился ряд внедрений, которые подкреплены теоретическими и экспериментальными исследованиями, и внедрения эти касаются эффективного использования способов электрической фильтрации запыленного воздуха. Электрофильтры обладают рядом преимущества по сравнению с механическими и другими видами пылеуловителей.

Так, например, в статье [7] авторы выделяют следующие основные преимущества применения электрофильтров:

1. Высокая эффективность очистки запыленного воздуха в различных условиях;
2. Низкие энергозатраты (как правило, они не превышают 100–150 Вт на 1000 м³);
3. Простота и надежность конструкции.

Такие преимущества электрофильтров «перебивают» перечисленные выше недостатки механических способов очистки.

На предприятиях тяжелой промышленности имеется проблема очистки воздуха рабочих помещений от масляного тумана. При проведении таких широко распространенных операций, как шлифовка, резка, полировка и температура нагрева материалов подверженных обработке может доходить до 500 ºС. Соответственно, чтобы избежать изменения структурности материалов и параллельно с этим продлить эксплуатационные характеристики применяемых инструментов, обычно используют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), которые неизбежно попадают в воздух и какое-то время находится в воздушно-капельной смеси (туман). В результате образованный туман изобилует различными смесями масел, мелкодисперсными частицами смазочных и поверхностно-активных веществ, которые могут являться токсичными. В итоге отводимый от рабочих поверхностей воздух, смешанный с туманом проходит систему фильтрации перед удалением в атмосферу.

В качестве фильтров -туманоуловителей широкое применение нашли двухзонные электрофильтры, а также комбинированные двух-, трехступенчатые установки или всевозможные, кустарные установки на основе элеткрофильтров.  «Чистые» двухзонные электрофильтры, то есть без внесения дополнительных конструкционных элементов, имеют ряд недостатков[8]:

1. Сложность в изготовлении;
2. Сложность эксплуатации;
3. Недостаточная эффективность очистки (в среднем 85-95%) в связи с особенностью процессов.

Одной из сложных проблем в электрогазоочистке подобных типов предприятий является очистка газов от пыли с высоким удельным сопротивлением, которые также присутствуют на предприятиях тепло-энергетического комплекса, нефтепереработки, химии и нефтехимии. Наличие подобных газов в воздух приводит к снижению степени очистки газов электрофильтрами, также применение электрофильтрации имеет ряд ограничений, особенно если осаждение взвешенных частиц может сопровождаться электрохимическими реакциями с выходом токсичных продуктов или добавлять таковые (например, SO₃, NH₄ и т.п.) для интенсификации процесса электрофильтрации (что возможно на данном типе предприятий).

Решение подобной проблемы, по мнению [9] является создание на предприятиях АСУ ТП (автоматических систем управления технологическими процессами), объединяющей все оборудование электрофильтрации в единую систему.

Таким образом, разработка и реализация новых подходов и алгоритмов ведения технологических процессов электрофильтрации, внедрение новых устройств на современной элементной базе является актуальной задачей.