Виды загрязнений поверхности подложек и пластин.

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

 

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.

 

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 .

Для обеспечения эффективной очистки с целью получения технологически чистой поверхности пластин (подложек) необходимо знать источник и вид загрязнения, характер его поведения на поверхности, методы удаления.

3.2. Источники загрязнений.

Основными источниками загрязнений поверхности пластин и подложек являются: абразивные и клеящие материалы, кремниевая пыль при механической обработке; пыль в производственных помещениях; предметы, с которыми соприкасаются пластины и подложки (оборудование, инструмент, оснастка, технологическая тара); технологические среды; органические и неорганические реагенты, вода; одежда и открытые участки тела операторов и др.

Загрязнение пластин и подложек практически возможно на всех операциях технологического процесса изготовления кристаллов и сборки ИМС.

3.3. Виды загрязнений.

Возможные загрязнения на поверхности пластин и подложек классифицируют, как правило, по их физико-химическим свойствам, так как они определяют выбор методов удаления загрязнений. Наиболее распространенными являются загрязнения следующих видов:

· Физические загрязнения - пылинки, ворсинки, абразивные материалы, силикаты, кремниевая пыль и другие посторонние частицы, химически не связанные с поверхностью пластин и подложек.

· Загрязнения, химически связанные с поверхностью пластин и подложек - оксиды, нитриды и другие соединения.

· Органические загрязнения - неполярные жиры, масла, силиконы и другие неионные примеси.

· Растворимые в воде полярные загрязнения - соли, кислоты, остатки травителей, флюсы и пр.

· Газы, адсорбированные поверхностью пластин и подложек.

На поверхности пластин и подложек одновременно могут присутствовать загрязнения различных видов. Типичные загрязнения и их источники, встречающиеся в технологии полупроводниковых ИМС, приведены в таблице 1.

 

Типичные загрязнения

полупроводниковых пластин и их источники

Таблица 1.

Загрязнения	Возможные источники
Волокна (нейлон, целлюлоза и т. д.)	Одежда, ткани, бумажные изделия
Силикаты	Горные породы, песок, почва, зола, пепел
Окислы и окалина	Продукты окисления некоторых металлов
Масла и жиры	Масла от машинной обработки, отпечатки пальцев, жиры с открытых участков тела, средства для волос, мази, лосьоны
Силиконы	Аэрозоли для волос, кремы, лосьоны после бритья, лосьоны для рук, мыло
Металлы	Порошки и отходы машинной обработки и шлифовки; изготовление металлических частей; частицы из металлических банок для хранения и металлических контейнеров
Ионные примеси	Продукты дыхания, отпечатки пальцев (хлорид на­трия); примеси из очищающих растворов, содержащие ионные детергенты; некоторые флюсы; примеси от предварительной химической операции, такой, как травление или металлизация
Неионные примеси	Неионные детергенты, органические материалы для обработки
Растворимые примеси	Очищающие растворители и растворы

Наиболее трудно удаляются органические и химически связанные с поверхностью загрязнения, а также загрязнения от абразивных материалов, полярные газы и ионы, внедренные в приповерхностный слой пластин.