Типы и основные характеристики подложек

Подложкой (пластиной) ИМС называют ее несущую часть, на (в) которой формируются слои, элементы и компоненты ИМС. Подложка выполняет как конструктивно-технологические, так и электрические функции, являясь обычно изолятором между элемен­тами ИМС.

Реальная поверхность подложки, на (в) которой создаются элементы ИМС, неидеальна. Она имеет большое число всевозмож­ных нарушений в виде микроскопического размера царапин, ско­лов, впадин, бугорков и других дефектов. Естественно, что эти дефекты сильно влияют на механизм процессов зарождения и роста слоев, растворения (травления), протекающих на таких поверхностях. При получении эпитаксиальных, диффузионных и тонких поликристаллических слоев наличие дефектов сказывается отрицательно на большинстве важнейших физико-технологических свойств пленок. В то же время при формировании толстых пленок из композиционных паст определенная степень шероховатости поверхностей подложек необходима для стимулирования адгезии к ним этих пленок. Поэтому при создании различных типов ИМС используются разные ТП обработки подложек. Однако независимо от материала и технологии обработки подложек необходимо стре­миться к тому, чтобы их поверхности были однородными,

т.е. степень шероховатости, глубина нарушенного слоя, конфигурация поверхностных неровностей и другие дефекты не имели больших отклонений от средних величин.

Подложка — один из важнейших конструктивных элементов ИМС. Проходя весь ТП, она подвергается сложным механиче­ским, термическим, физическим и химическим воздействиям. Эти воздействия в разной степени сказываются на свойствах функ­циональных элементов ИМС, сформированных на подложках.

Наиболее жесткие требования к подложкам предъявляет технология полупроводниковых ИМС. Поверхность монокристал­лических подложек должна быть особо чистой и гладкой, иметь совершенную структуру (плотность дефектов не более 10² см~²) и строго заданные электрофизические параметры с минимальным разбросом. При изготовлении тонко- и толстопленочных ИМС при­меняются соответственно ситалловые и керамические подложки, которые, как правило, проходят только химическую очистку.

Если подложки формируются непосредственно в процессе из­готовления ИМС, то технология их получения должна обеспечить заданные значения электрофизических параметров: коэффициента термического расширения (KTP), прочности на изгиб (стрелу прогиба), теплопроводности и др.

По технологическому признаку подложки для полупроводнико­вых ИМС можно разделить на две большие группы. К первой относятся те, которые участвуют в ТП на первых стадиях изго­товления ИМС. Они играют роль не только несущих конструкций, но и исходных поверхностей для диффузии или осаждения эпитаксиального слоя в технологических операциях производства ИМС. На конечных стадиях изготовления ИМС материал таких подложек целиком или частично удаляется, а полученная на них рабочая часть структуры ИМС переносится на другие подложки, которые уже являются не только несущими конструкциями, но и выполняют функциональную роль, обеспечивая электрическую изоляцию между элементами и компонентами ИМС. Данная функциональная роль сохраняется как в последующих операциях производства, так и при эксплуатации ИМС. Типичный предста­витель первой группы — кремниевые подложки полупроводниковых ИМС.

Kо второй группе относятся подложки, играющие роль несу­щих конструкций и выполняющие электронные функции ох начала и до конца ТП, сохраняя их и при эксплуатации ИМС. Предста­вителями второй группы являются: подложки на полупроводни­ковых кремния, арсенида галлия и другие, осуществляющие электрическую изоляцию обратносмещенным р— n-переходом; полу­проводниковые подложки для МОП-ИМС.

Проблема качественной подготовки поверхности подложек в производстве полупроводниковых ИМС крайне важна для всех классов изделий. Параметрами качества обработки подложек вы­бирают следующие характеристики: толщину оксидов на поверх­ности обработанных подложек; микронеровности рельефа поверх­ности; микронапряженность поверхностного слоя; плотность дис­локаций в приповерхностном слое; степень физической и химической загрязненности поверхности; структурное совершен­ство эпитаксиальных слоев, выращенных на подложке; плотность поверхностных состояний на границе раздела Si—Si0₂.

Технологические факторы, влияющие на параметры качества пластин, чрезвычайно разнообразны, и степень этого влияния с различных позиций изучалась многими исследователями. Слож­ность проблемы усугубляется тем, что химико-механическая обработка пластин осуществляется на са­мых различных стадиях технологии ИМС. Поэтому дефекты, возникающие при этой обработке, могут появляться и проявлять­ся на различных этапах производства ИМС. Но, очевидно, суще­ствуют какие-то общие закономерности формирования качествен­ной поверхности кремниевых пластин, которые связывают техно­логические факторы и зависящие от них параметры качества пластин. Была выявлена технологическая наследственность появ­ления дефектов в структурах, созданных на подложках, прошед­ших различные (механическую, химико-механическую и термиче­скую).

В большинстве типовых ТП изготовления ИМС подложки по­ступают в производство как исходные материалы. Тогда процессы их очистки и до нужного качества могут рассматри­ваться как подготовительные операции перед основными процес­сами создания элементов ИМС.

Высокое совершенство структуры монокристаллических под­ложек необходимо для любого их применения, так как концентра­ция дефектов структуры непосредственно влияет на выход годных ИМС.