Классификация загрязнений

Технология очистки подложек для производства микроэлектронных изделий

Химическая обработка полупроводниковых пластин является очень важной в процессе производства ИС различного назначения. Результаты подготовки подложек оказывают решающее влияние на получение различных структур и микроэлектронных изделий на их основе [6,7]. В зависимости от сложности получаемых изделий операции очистки поверхности подложек занимают до трети об­щего количества всех технологических этапов изготовления полу­проводниковых изделий. Степень очистки оказывает непосредст­венное влияние на качество продукции, поэтому все больше мик­роэлектронных компаний прилагает усилия в этом направлении [8-11].

Важность снижения уровня загрязнений

Микроэлектроника развивается в сторону совершенствования полупроводниковых изделий, технологический маршрута изго­товления которых усложняется (табл.2.1) [1].

Таблица 2.1

Характеристики ИС

C уменьшением минимальных размеров элементов B_min и меж­соединений в интегральных схемах механические загрязнения (частицы) малых размеров оказывают все большее отрицательное влияние на работу приборов. Так, линейное увеличение плотности дефектов на кремниевой пластине экспоненциально уменьшает выход годных изделий [12].

Требования к чистоте поверхности зависят от уровня реализуе­мой технологии и параметров изготавливаемого изделия. К при­меру, размер механических загрязнений на пластине должен быть на порядок меньше минимального топологического размера эле­ментов. По мере снижения размеров загрязнений сложность их удаления с поверхности резко увеличивается, поэтому в мировом производстве микроэлектронных изделий проводится непрерывный поиск оптимальных процессов химической обработки подложек [13].

Классификация загрязнений

К чистой поверхности кремниевых пластин предъявляются тре­бования по минимальному содержанию различных загрязнений: органических, примесей металлов, механических частиц [14].

Загрязнения на поверхности пластин кремния могут быть орга­нического и неорганического происхождения и их можно условно разделить по форме на жидкие и твердые пленочные загрязнения, частицы. Частицы и пленочные загрязнения могут состоять из ио­нов, атомов, молекул и т.д. Органические загрязнения присутст­вуют в остатках фоторезиста, различного вида жиров, смазки и ма­сел, использующихся в производстве.

Загрязнения могут присутствовать в виде молекул, ионов, ато­мов, а также образовывать соединения между собой и подложкой. Атомные загрязнения представляют собой металлические пленки или частицы, например, электрохимически осажденные пленки ме­таллов (Au, Ag, Cu и др.); частицы материала (Si, Fe, Ni и др.). Ионные загрязнения представляют собой катионы или анионы из неорганических химических растворов, например, Na⁺, Cl^-, SO₃^2-.

Загрязнения могут быть разделены по типу их физико-химиче­ского взаимодействия с поверхностью полупроводника. Физиче­ские (или механические) загрязнения (пыль, волокна, абразивные и металлические частицы, органические загрязнения) связаны с поверхностью силами физической адсорбции. Наиболее опасными являются химические загрязнения, так как требуют большей энер­гии для удаления с поверхности, поскольку связаны с ней силами хемосорбции. В качестве примера химических загрязнений можно назвать окисные и сульфидные пленки, катионы, атомы металлов и др. [15].

Кроме того, при очистке подложек предъявляются требования к состоянию поверхности, а именно: изменение шероховатости по­верхности в процессе химической обработки и наличие естествен­ного слоя SiO₂ [5]. Особенно актуальным вопрос шероховатости поверхности становится при изготовлении ИС с B_min < 1 мкм при получении структур КНИ методом соединения двух полупровод­никовых подложек.