3.4. Шлифовка и полировка пластин

Как уже говорилось ранее, пластины после резки имеют различные типы дефектов (неплоскостность, изгиб, глубокий нарушенный слой, разброс по толщине). Поэтому необходима дальнейшая обработка подложек шлифовкой и полировкой, которые являются важным процессом для технологии изготовления любой ИС.

Шлифовка – вторая по важности операция обработки ИС, позволяющая достичь минимальных шероховатостей и неровностей подложек. Обработка осуществляется на специальных установках при помощи шлифующих материалов, обладающих большей или соизмеримой твердостью по сравнению с материалом самих подложек. Шлифовка бывает предварительной и окончательной.

В промышленности применяют два вида шлифовки:

• высокоскоростная обработка кругами с закрепленным абразивом (частота вращения круга доставляет 1000 вращений в минуту, при этом происходит значительное повышение температуры образца);

• малоскоростная обработка с помощью свободного абразива (влияние нагрева незначительно).

Полировка пластин. Основная цель процесса – обеспечить высокую чистоту обрабатываемой поверхности и оставить минимально нарушенный слой. Так же как и шлифовка, полировка может быть предварительной и окончательной (тонкой).

Предварительную полировку выполняют специзделиями и пастами зернистостью от 3 мкм до 1 мкм, а окончательную – субмикронными мягкими полирующими составами, при этом полированные поверхности пластин имеют 13-14 класс шероховатости.

По характеру воздействия на обрабатываемую поверхность полировка может быть:

• механической (используют абразивные пасты и суспензии). Осуществляется за счет микрорезания, пластических деформаций и сглаживания. Недостатком механической полировки является остаточный «фон»;

• химической (осуществляется травителями – спецрастворами). Выполняется за счет растворения материала пластины и удаления загрязнений физической и химической природы. Обычно при такой обработке стравливается от 10 мкм до 20 мкм материала пластины. Недостатком химической полировки является необходимость использования промывки и сушки;

• химико-механической (осуществляется с помощью химических реакций и абразивов): а) полировка ZrO₂ или SiO₂ в растворах KOH или NaOH; б) ионообменная (в суспензиях азотно- или сернокислой меди, азотной кислоты, фтористого аммония за счет реакции замещения).

В случае химико-механической полировки пластины не имеют сетчатого ″фона″, а нарушенный слой не превышает 2-3 мкм. Особенно выгодна ионообменная полировка, т.к. в этом случае мы вообще получаем бездефектную поверхность, поскольку механический абразив отсутствует. Данный метод заключается в реакции восстановления меди до металла и окислении кремния согласно реакции: 2Cu²⁺+Si⁰→Si⁴⁺+2Cu⁰. Медь осаждается на поверхности пластины, а потом удаляется полировальным полотном. Одновременно окисленный кремний взаимодействует с ионами фтора: Si⁴⁺+6F→SiF₆^2-, образуя фторосиликат. Данный процесс идет непрерывно и в кислой среде с pH<5. После процесса ионно-обменной полировки пластины тщательно промывают и сушат. Несмотря на возможность получения бездефектной поверхности, этот метод не получил широкого распространения вследствие большой сложности управления реакцией ионного замещения, а также необходимости особо тщательной промывки обработанной пластины для удаления реагентов, оставшихся после реакции замещения. Тем не менее, когда к поверхности ИС предъявляются особые требования, то альтернативы методу ионной полировки пока не существует.