Очистка пластин кремния в процессах полупроводникового производства

Для того, чтобы провести прямое связывание пластин большого диаметра и избежать большого количества пор, обе поверхности пластин не должны содержать загрязнений в виде частиц, пленок органических соединений, ионных загрязнений. Существующие методы обработки кремниевых пластин позволяют достигать достаточно высокого уровня очистки.

В производстве интегральных схем процессы химической обработки занимают около трети всех технологических операций. Существует множество способов химической обработки [25]. Метод погружения полупроводниковых структур в растворы (технологические среды) является доминирующим на предприятиях, использующих жидкостные способы очистки и травления. Комплект оборудования данного способа очистки состоит из ванн различного назначения, скомпонованых в единую технологическую линию, применяемых в соответстви с необходимыми требованиями к уровню производства ИС [26, 27].

Завершающей стадией жидкостной химической обработки структур является сушка. Среди наиболее известных методов сушки пластин, таких как сушка паром, сушка по методу движущейся зоны Марангони, сушка центрифугированием является самым распространенным [26, 27]. Проведенные исследования показали, что сушка является критической операцией процесса химической обработки кремниевых пластин. Очистка без обеспечения соответствующего уровня сушки приводит к повторному загрязнению поверхности.

В процессе проведения химических обработок применяют различные способы контроля чистоты поверхности структуры. Различают различные загрязнения: механические и ионные, органические и неорганические. Например, в отечественном производстве ИС для экспрес-анализа качества отмывки при выходном контроле партий пластин с операции химической обработки обычно учитывают механические загрязнения. Методика контроля постоянно совершенствуется и изменяется соответственно изменению требованиям к качеству отмывки.

В технологии производства полупроводниковых структур используются разнообразные процессы жидкостной химической обработки. Нами были проведены эксперименты по выявлению влияния химической обработки на состояние поверхности полупроводниковых структур. Контроль качества поверхности осуществляли с помощью зондовой микроскопии применением сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) SOLVER, производства фирмы NT-MDT. Образцами служили пластины КДБ–12(100) диаметром 150 мм. Процессы химической обработки проводили методами погружения в растворы и воздушно – капельного распыления растворов в кислотном процессоре «Mercury MP». Сравнение полученных результатов воздействия реактивов и методов обработки пластин проводили на основе анализа изображения поверхности исследуемых образцов. На поверхности исходной пластны максимальный размер неровностей (R_max) равен 1,0 нм, шероховатость (Ra) составляет величину большую 0,1 нм. На структуре, прошедшей обработку в течение 10 сек в буферном травителе (аммоний гидродифторид - NH₄(HF)₂), величина максимальных микронеровностей имела значения около R_max=0,659 нм, что соответствовало наименьшим значениям из всех образцов в проведенных экспериментах. Нами были исследованы поверхность исходной и пластины обработанной в ваннах методом погружения и аэрозольно-капельного распыления. Обработку проводили в смеси серной кислоты и перекиси водорода, затем в смеси аммиака, воды и перекиси водорода. Аэрозольно-капельное распыление проводили в кислотном процессоре «Mercury MP» с последовательной обработкой в растворах серной кислоты и перекиси водорода, раствора плавиковой кислоты, смеси аммиака, воды и перекиси водорода, водного раствора соляной кислоты с перекисью водорода.

На пластине, обработанной в кислотном процессоре и термически окисленной до 0,6 мкм (во влажном О₂ при температуре 900⁰ С) наблюдались значения R_max=3,240 нм и Ra=0,195 нм, что представляло наибольшие значения.

Таким образом, проведенные нами исследования позволили проанализировать основные факторы, влияющие на чистоту полупроводниковых структур в процессе производства интегральных схем и КНИ структур. В процессе работы было установлено, что одним из основных факторов, влияющих на показатель уровня дефектности пластин кремния является оборудование. Технологический процесс сушки кремниевых пластин после химической обработки может быть причиной высокого уровня привносимых загрязнений. Исследование распределения загрязнений при сушке структур различными методами позволило выявить, что использование центрифуг с фронтальной загрузкой пластин позволяет существенно снизить уровень привносимых загрязнений. Исследование влияния химической обработки пластин кремния на морфологию поверхности на сканирующем зондовом микроскопе позволило выявить происходящие изменения, определить шероховатость и величину микронеровностей поверхности. Отметим, что подробные исследования очистки пластин кремния и германия в настоящее время нам неизвестны.