Полупроводникаовые пластины. Методы их получения

В производстве чаще всего используют способ формирования фасок профильным алмазным кругом. Схема обработки пластины 1 алмазным кругом 2 показана на рис.. 10. Этим способом могут быть изготовлены фаски разнообразной формы (рис. 11, а-в). На практике чаще всего формируют фаски, форма которых показана на рис. 11, а. В процессе обработки пластина закрепляется на вакуумном столике станка и вращается вокруг своей оси. 
Частота вращения пластины 10-20 об/мин, алмазного круга 4000-10000 об/мин. 
Алмазный круг прижимается к пластине с усилием 0,4-0,7 Н. Ось вращения круга перемещается относительно оси вращения вакуумного столика так, чтобы обработке

[pic]

Рис. 10. Схема

Рис. 11

формирования  фаски про- Варианты исполнения фаски:

фильным алмазным кругом: а - с закругленнными кромками;

1-полупроводниковая  пластина б - закругленной переферией

2 - алмазный круг. в - со скошенными кромками.

никовые соединения шлифуют при давлении в 1,5-2,5 раза меньшем, чем кремний. В процессе шлифования пластины периодическиподвергают визуальному осмотру и контролю по толщине.

Наряду с двусторонним шлифованием широкое распрестранение  получило одностороннее шлифование пластин, схема которого приведена  на рис. 12. 
Пластины 2 помещают , в сепаратор 3 и прижимают грузом 4 к шлифовальнику 1.

[pic]

Рис. 12 Схема  одностороннего

шлифования связанным  абразивом:

1 - шлифовальщик, 2- пластина, 3 -сепататор,

4 - груз

На шлнфовальник подают абразивную суспензию. Обработка, происходит так же, как и при двустороннем шлифовании. Таким способом возможно шлифовать пластины разной толщины. Однако между пластиной и грузом может попадать инородное включение (абразив, частицы полупроводникового материала, металлическая стружка и т. п.), ухудшающее точность обработки. Поэтому - чаще пластины при одностороннем шлифовании крепят к шлифовальной головке.

При шлифовании используют три способа крепления  пластин: приклеиванием, оптическим контактом  и вакуумной фиксацией. Основными  требованиями крепления пластин являются строгая параллельность базовой поверхности пластин поверхности шлифовальной головки, а также надежность крепления.

§ 7. Шлифование пластин свободным и связанным  абразивом

Основным назначением  шлифования полупроводниковых пластин  является исправление погрешностей их геометрической формы после резки Несмотря нате что глубина нарушенного слоя после шлифования примерно такая же, как и после резки,следует указать на большую равномерность глубины нарушений, вносимых шлифованием.

[pic]

Рис. 13. Схема двустороннего шлифования свободным абразивом:

1 - система охлождения, 2,7 - шлифовальники,

3,6 - внутренняя  и наружная шестерни,

4 - сепараторы , 5 - пластины

По характеру  воздействия абразива на полупроводниковые  пластины различают шлифование свободным  и связанным абразивом. В зависимости от зернистости используемого абразива, режимов обработки и качества полученной поверхности различают предварительное (черновое) и окончательное (чистовое) шлифование.

Шлифование свободным  абразивом обладает рядом преимуществ, которые обусловили широкое промышленное использование при изготовлении полупроводниковых пластин Обработанике пластины не имеют на поверхности заметных следов направленного движения абразива, их стороны отличаются матовым однородным блеском. Возможность самоустанавливания шлифовальника и обрабатываемых пластин обеспечивает улучшение геометрии как самих пластин, так и шлифовальника. При свободной укладке пластин (без жесткого крепления) отсутствуют напряжения в пластинах, снижается влияние погрешностей изготовления и вибраций станка на точность обработки.

Схема двустороннего  шлифования пластин свободным абразивом  показана на рис. 13.Пластины 5 помещают в сепараторы 4, выполненные в  виде пластин с наружным зубчатым венцом. Зубья сепараторов входят в зацепление с зубчатыми шестернями 3 и 6. Внутренняя шестерня 3 имеет наружный зубчатый венец, а внешняя шестерня 6-внутренний. Шестерни 3 и 6 приводятся во вращение и через зубчатые зацепления вращают сепараторы. Одновременно сепараторы перемещаются вокруг оси шлифовальников 2, 7. Центры отверстий в сепараторах не совпадают с центрами самих сепараторов, поэтому при их вращении пластины совершают дополнительное движение вокруг центров сепараторов, способствующее более равномерной обработке пластин и равномерному износу шлифовальников. Нижний шлифовальник 7 неподвижно закреплен на станине станка, а верхний шлифовальник 2 свободно устанавливается на обрабатываемых пластинах.

Рабочее давление на пластины создается гидравлическими  устройствами и передается верхним  шлифовальником. Рабочее давление плавно регулируется, что позволяет осуществлять

[pic] 
Рис. 14. Форма износа шлифовальника в виде вогнутости (а) или выпуклс- сти

(б) и ее  влияние на формообразование  пластин непрерывный переход  от чернового шлифования к  чистовому. Частота вращения шестерен также плавно регулируется, исключая толчки и удары в моменты запуска и остановки станка, что важно при обработке полупроводников. 
Шлифовальники снабжены системами охлаждения и контроля температуры, поддерживающими стабильные условия обработки. Постоянство температуры в зоне шлифования исключает нежелательные термические деформации шлифовальников, которые могут снизить точность обработки, и поддерживает одинаковую вязкость абразивной суспензии во времени, что важно для поддержания постоянной скорости обработки.

§ 8. Способы доводки  полупроводниковых пластин полированием

Полирование полупроводниковых  пластин производят для удаления приповерхностных структурно-дефектных  слоев, образовавшихся при резке  и шлифовании. Если полирование овода? а после химического травления, то оно исправляет дефекты геометрической формы пластин, возникающие из-за неравномерности травления. По характеру съема материала различают механическое, химическое и химико-механическое полирование. ;

Механическое полирование осуществляют срезанием микроскопических частиц в результате воздействия абразивных, зерен на обрабатываемую поверхность. В качестве абразива используют порошки синтетических и природных алмазов, оксидов хрома, церия и др.

Х и м и  ч е с к о е п о л и р о в а н и е осуществляют погружением пластин в полирующий травитель. Для обеспечения большей равномерности съема материала со всей поверхности пластин кассеты с пластинами приводятся во вращение, в результате чего к ним постоянно подводится свежий травитель 
(рис. 15). Травители, используемые для полирования пластин, многообразны по составу. Кремниевые пластины травят преимущественно в смесях азотной, плавиковой и уксусной кислот, применяя различные пропорции компонентов. В эти смеси могут добавляться вещества, стабилизирующие скорость травления или же катализирующие его реакции. Соединения А3В5 травят чаще всего в водных растворах перекиси водорода и одной из кислот, например серной, плавиковой, бромистоводородной и др. Кроме того, химическое полирование можно осуществлять в газовой среде.

[pic]

Рис. 15 Химическое полирование пластин:

1- держатель, 2 - кассета, 3 - полупроводниковые

пластины , 4 -ванна  с травителем

х и м и  к о - м е х а н и ч  е с к о е п о л и  р о в а н и е осуществляют в результате совместного воздействия химических и механичкских факторов.

Наибольшее распространение  из разнообразных методов механического  полирования получило полирование  алмазними порошками, которое производят суспензиями или пастами. В мазеобразной основе пасты равномерно распределен алмазный порошок. В некоторых случаях в пасту добавляют наполнитель. В зависимости от зернистости алмазного порошка пасту окрашивают в различные цвета.

§ 9. Очистка поверхности  полупроводниковых пластин

Проблеме очистки  поверхности полупроводниковые пластин уделяется большое внимание. В микроэлектронных приарах и схемах высокой степени интеграции, где размер отдельного элемента может быть меньше размера пылинки, влияние загрязкния особенно опасно. При изготовлении больших интегральных схем снижение плотностей дефектов, вызванных загрязнениями с 8 до 2 см-2, позволяет повысить выход годных изделий в 3-5 раз.

Загрязнения, содержащиеся на поверхности пластин, можно условно  подраразделить на следующие основные группы.

Т в е р  д ы е в к л ю ч е н и я - загрязнения частицами кремния или другого полупроводникового материала, кварца, абразива, пылью, почвой, золой, пеплом и др. Они могут попадать на пластину в процессе ее механической обработки, а также из атмосферы. К этому же типу загрязнений можно отнести отдельные натуральные и синтетические волокна, попадающие на пластины с полировальников, технических тканей и спецодежды.

Органические  пленки образуются на пластинах практически  всех стадиях изготовления приборов. Их образуют масла от машинной обработки, отпечатки пальцев, жиры, воски и смолы, используемые для крепления слитков и пластин при обработке, остатки фоторезистов, поверхностно-активные вещества.

Ионные загрязнения  образуются на поверхности после  обработки в водных растворах, содержащих диссоциированные на ионы соединения. Так, широко применяемые растворы плавиковой кислоты и щелочей могут загрязнять поверхность ионами фтора, галия, натрия. Ионные загрязнения могут также возникать на поветхности в результате попадания продуктов дыхания, пота 
(хлорид натрия).

Атомные загрязнения-это  атомы тяжелых металлов (золота, серебра, меди, олова), которые чаще всего остаются на пластинах в  результате восстановления из растворов. Металлы могут также вноситься  порошками и отходами машинной обработки, пинцетами, частицами металлических банок для хранения и др.

Наиболее распространенными  способами удаления загрязнений  являются: растворение загрязнений  в веществе; превращение загрязнений  в растворимые продукты в результате химической реакции и последующий  их смыв; механическая очистка потоком жидкости ёили газа; газоплазменное травление.

Твердые частицы, оседающие  на поверхности полупроводниковых  пластин, после резки, шлифования, скрайбирования удаляют мягкими кистями с  помощью моющих средств. Такой способ очистки называется скруббированием. Кисти изготовляют из беличьего или колонкового меха, мохера, нейлона и др. 
Процесс скруббирования происходит следующим образом. На вращающийся рабочий стол помещают кассету с пластинами, подают деионизованную воду и щетками начинают обрабатывать поверхность пластин. Затем подают воду с добавлением моющего вещества, способствующего отделению от поверхности пластин твердых частиц. После обработки раствором моющего вещества снова отмывают поверхности пластин деионизованной водой и сушат пластины центрифугированием.

Недостаток скруббирования заключается в том, что щетки  не могут проникать в углубления и неровности микронных размеров. Поэтому наибольшее распространение  получил способ очистки, сочетающий отмывку кистями и промывку струей растворителя или деионизованной воды. Давление жидкости в струе регулируется и достигает 3*107 Па.

Органические пленки с  поверхности пластин удаляют  с помощью органических растворителей: трихлорэтилена, хлористого метилена, хладона, толуола, ксилола, метилового, этилового или изопропилового спирта, ацетона, уайт-спирита и др. Пластины обрабатывают в жидком растворителе либо в его парах. Возможно также сочетание паровой и жидкостной обработок. 
Часто растворитель доводят до кипения, после чего производят очистку. 
Широко используют ультразвуковую очистку пластин в органических растворителях. При таком способе очистки в ванну с растворителем помещают излучатели ультразвуковых колебаний, под действием которых в жидкостях образуются мельчайшие пузырьки, обладающие высокой проникающей способностью и способствующие отделению загрязнений от поверхности.

Ввиду токсичности органических растворителей широкое применение находят водные моющие растворы. Растворыщелочей  разлагают растительные и животные жиры при 80-100°С, причем продукты разложения легко растворяются и смываются водой. Минеральные масла удаляют 0.5-1.0 %-ными растворами поверхостно-активных веществ.

Атомные и ионные загрязнения, как правило, удаляют промывкой  в кислотах и деионизованной воде. Проммвка в кислотах позволяет удалить адсорбированные ионы металлов и растворить оксидные пленки на поверхности полупроводников. Чаще всего используют азотную, плавиковую, серную, соляную, уксусную и фосфорную кислоты. Процесс отмывки полупроводниковых пластин деионизованной водой ведут, постоянно измеряя электрическое сопротивление воды. По мере снижения концентрации примесей сопротивление воды постепенно повышается. При установлении постоянного сопротивления воды процесс отмывки считается законченным.

Кроме кислот для удаления ионных загрязнений используют водные растворы, содержащие перекись водорода и аммиак. Обработку такими растворами ведут в течение 10-20 мин при 75- 80 С.

После отмывки пластин  в жидкости их необходимо просушить. Обычно после обработки в водных растворах пластины обрабатывают в органических растворителях, которые легче и надежнее очищаются от примесей, чем вода. 
Поэтому сушку лучше производить после финишной отмывки, например, в ацетоне или этиловом спирте. Сушку нагревом в термостатах или под инфракрасными лампами применяют в том случае, когда к поверхности предъявляют сравнительно низкие требования, так как при испарении с поверхности пластин на них остаются растворенные в пленке жидкости примеси. 
Более качественную сушку пластин производят центрифугированием или обдувом горячим очищенным газом. В этих случаях значительная часть жидкости сдувается с поверхности пластин вместе с растворенными в ней примесями.