Реферат: Химические способы очистки поверхностей полупроводниковых пластин

* 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.

3. 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.