Методы отчистки поверхности

Существуют различные методы отчистки поверхности полупроводников: погружение в промывную жидкость, промывка в протоке, кипячение, обработка в парах, полив с применением УЗ, ионно-плазменная обработка. Наиболее эффектным видом отработки является отчистка в протоке жидкости с применением УЗ. Выбор метода зависит от типа загрязнений.

Физические загрязнения (1÷100 мкм) удаляются механическим удалением (беличьи кисти, обдув струей инертного газа.)

Ионные загрязнения удаляют промывка в деионизованной воде, обработкой в кислотах, растворах комплексообразователей, бомбардировкой ионами инертных газов.

Органические загрязнения удаляют УЗ промывкой в нагретом органическом растворителе, кипячением в органическом растворителе (бензол, толуол, спирты, кетоны, их смеси).

Для отчистки пластин кремния в планарной технологии используют следующие технологические операции:

После механической обработки:

1. Многократное кипячение в органических растворителях (последний раз в имеющем квалификацию «осч»);

2. Кипячение в HNO₃;

3. УЗ обработка (дважды в смеси H₂SO₄ и ацетона 1:1);

4. Промывка в протоке деионизованной воды;

5. Сушка в центрифуге или под струей очищенного воздуха.

Перед вакуумным напылением и диффузией:

1. Обработку в органическом растворителе (осч);

2. Кипячение в HNO₃;

3. Промывку водой с использованием кистей;

4. УЗ обработку в смеси H₂SO₄, ацетона и Н₂О;

5. Промывку в деионизованной воде;

6. Сушку в центрифуге.

Для сохранения чистоты поверхности пластин их перемещение в цехе проводят во фторопластинных кассетах под слоем деионизованной воды.

Хранят обработанные пластины в герметических боксах при избыточном давлении инертного газа или покрывают тонким слоем химически стойкого лака.

В полупроводниковом производстве применяют дистиллированную и деионизованную воду. Дистиллят используют в неответственных операциях для предварительной промывки ρ= 10⁵-310⁵ Омсм, окисляемость < 12 мг/л [H₂SiO₃]<10 мг/л.

Деионизированная вода может быть марки «А» и «Б». Вода марки «А» используется для промывки пластин и приготовления растворов для основных операций. Вода марки «Б» используется для промывки конструкций, приборов и для приготовления растворов вспомогательных материалов.

Характеристика: «Б» ρ >10⁶ Омсм; окисляемость < 2,5 [H₂SiO₃]< 1,0 мг/л

«А» ρ >10⁶ окисляемость < 1,3 [H₂SiO₃] < 0,2 мг/л

Деионизованную воду получают с помощью катионовых и анионовых фильтров с последующим пропусканием через мембранные фильтры для отчистки от кремнекислоты (диаметр пор 0,02 ÷ 0,05 мкм), р =30-50 атм. Производительность ~ 1 л/сутки/м² . Есть установки с производительностью ~ 8 10⁴ л/сутки.

Фотолитография (операции, материалы)

Это процесс формирования на поверхности пластины или подложке изображения элементов прибора (схемы).

Именно развитие фотолитографии послужило основой для создания планарной технологии. В технологическом производстве БИС процессе фотолитография на разных уровнях повторяются 10-12 раз.

Процесс фотолитографии состоит из следующих операций:

1. Подготовка полупроводниковой пластины.

2. Нанесение слоя фоторезиста на пластину.

3. Сушка слоя фоторезиста.

4. Экспонирование фоторезиста через фотошаблон.

5. Проявление фоторезиста.

6. Травление полупроводниковой пластины. В местах, не защищенных слоем фоторезиста.

7. Удаление остатков слоя фоторезиста.

В прецизионной фотолитографии кроме химического применяют так же механические методы кистевой отчистки. Специальные механизмы с закрепленными в них беличьими и колонковыми кистями очищают поверхность. Загрязнения удаляются деионизованной водой.

В фотолитографии используют позитивные и негативные фоторезисты. Это сложные многокомпонентные системы, изменяющие свою растворимость при облучении (УФ). Основные требования к ним: высокая светочувствительность, высокая разрешающая способность, хорошая адгезия, возможность получения на поверхности полупроводника однородного по толщине слоя.

При УФ облучении негативного фоторезиста в нем протекают процессы приводящие к потере растворимости. После обработки проявителем удаляются только необлученные участки пленки. В результате на подложке возникает негативное изображение фотошаблона.

При облучении позитивного ФР в нем протекают процессы, приводящие к появлению функциональных групп, изменяющих характер растворимости. Проявителем удаляются только облученные участки (позитивное изображение фотошаблона). Фоторезист ФП-383.

Фоторезисты наносят центрифугированием. При 2000 об/мин разброс по толщине ±10%, при 6000-8000 об/мин разброс ~±2%.

Нанесенный слой фоторезистов должен быть подвергнут предварительной сушке ИК-лучами для удаления растворителя. В жидком состоянии чувствительность фоторезиста к свету ниже, чем в твердом.

Процесс экспонирования (установка ЭМ-576). Засветку слоя фоторезиста проводят УФ-лучами от ртутной лампы через плотно прижатый к нему фотошаблон или маску. Время экспонирования должно выдерживаться с высокой точностью. Экспонированный слой должен быть просушен, это повышает его химическую стойкость.

В качестве проявителей используют вещества, растворяющие фоторезист. Как правило, это растворы щелочей. Проявление проводят в специальных установках (полуавтомат для проявления фоторезист ППФ-2).

Травление материала полупроводника проводят травителями при определенной температуре и с выбранной скоростью.

Получение заданной конфигурации обеспечивается за счет использования фотошаблонов. Фотошаблон это точное (1:1) изображение составных элементов микросхемы на фотопленке или фотопластинке. Фотошаблон может быть негативным или позитивным.

В последнее время наиболее распространены хромированные фотошаблоны, рисунок на которых обеспечивается за счет напыления тонкой пленки Cr (выдерживает 200-300 совмещений). Получение требуемой конфигурации может быть обеспечено различными методами:

1) Метод «свободных» масок. Основан на экранировании подложки с помощью обособленно изготовленного экрана из тонкой фольги (максимальное разрешение 12мкм, минимальный размер воспроизводимой структуры – 60мкм).

2) Контактная фотолитография. Основана на использовании фотошаблона, который плотно прижимают к покрытым слоем фоторезиста подложке, после чего экспонируют. Одновременно предъявляются высокие требования к совмещению рисунка на подложке и на фотошаблоне.

3) Проекционная фотолитография – изображение фотошаблона проецируется на пластину через специальный объектив (максимальное разрешение – 0,4 мкм, минимальный размер структуры – 2-3 мкм).

4) Электронолитография. Для облучения используется электронный пучок (λ<λ_уф) в вакууме. Максимальное разрешение 0,2 мкм, минимальная структура 1,0 мкм.

5) Рентгенолитография использует для облучения рентгеновское излучение (λ ≈ 10^-3 мкм), максимальное разрешение 0,05 мкм, минимальная структура 0,4 мкм. Её недостаток – слабая чувствительность фоторезистов к мягкому рентгеновскому излучению.