2.1. Очистка поверхности пластин для ис
Качеству очистки поверхности пластин придается большое значение, поскольку надежность и электрические характеристики ИС во многом определяются состоянием их поверхности. Кроме того, в ИС высокой степени интеграции влияние загрязнений на надежность компонентов может быть особо негативным.
В настоящее время применяют три основных метода очистки: растворение, механическая очистка, удаление частиц загрязнения потоком жидкости или газа. Выбор метода очистки определяется типом загрязнений, их влиянием на технологические операции изготовления ИС и свойства элементов и компонентов ИС.
Наибольшее применение получили следующие методы:
промывка в деионизированной воде;
ультразвуковая промывка в растворителях;
кипячение в растворителях;
травление кислотами;
обработка ионной бомбардировкой в тлеющем разряде.
Заметим, что очистка пластин производится перед каждой операцией формирования ИС.
2.2. Получение полупроводниковых монокристаллов методом вытягивания из расплава
Для изготовления ИС в основном используются пластины из кремния и арсенида галлия, вырезаемые из монокристаллических слитков. Для получения заготовок используют очищенный материал, который загружается в тигель ростовой установки. Монокристаллы Si и GaAs выращиваются разными способами. Для этой цели используют методы Чохральского и Киропулоса.
Рис. 2.1. Выращивание монокристалла методом Чохральского
В методе Чохральского (рис.2.1) монокристалл-затравка, закрепленный на торце держателя, вводится в расплав Si или GaAs и медленно вытягивается из него при непрерывном медленном вращении. Охлаждение расплавленного кремния на гранях кристалла-затравки вызывает рост монокристаллического кремния в точном соответствии со структурой затравочного кристалла. Преобразование расплавленного Si в монокристаллические цилиндрические слитки продолжается по мере их медленного вытягивания из расплава. При этом монокристаллы кремния получаются как в виде цилиндров, так и с естественными гранями роста.
Критическими параметрами в данном методе являются: скорость вращения и вытягивания затравки, чистота материала, однородность температурного поля в расплаве.
Вышеописанным способом производят слитки достаточно больших диаметров (от 80 до 250 мм) с равномерно распределенными электро-химическими характеристиками по длине и сечению.
На одной стороне каждого слитка по всей его длине сошлифовывают плоскую грань, параллельно оси выращивания. Эту грань используют для совмещения рисунка слоев. Далее слиток разрезают с помощью алмазных дисков на отдельные пластины (толщиной от 0,5 до 1 мм), с их последующей шлифовкой и полировкой. На финальной стадии процесса производится тщательный контроль качества полученных пластин.
2.3. Термическое окисление
Данный процесс предназначен для создания защитных слоев на поверхности полупроводниковых структур. Термическое окисление – всего лишь один из методов создания таких слоев, поскольку наряду с ним используют еще анодное окисление и пиролитическое нанесение окисла. Термическое окисление получило наибольшее распространение вследствие простоты и качества получаемых защитных слоев.
Кинетика роста слоев при термическом окислении определяется следующими основными процессами:
адсорбция молекул окислителя на поверхности исходной пластины;
прохождение атомов окислителя через слой образовавшегося окисла;
взаимодействие окислителя с атомами кремния на границе раздела “кремний-окисел” с образованием нового слоя окисла.
Обычно термическое окисление Si по планарной технологии выполняется либо в атмосфере кислорода, либо водяного пара:
Si + O2
SiO2
;
T = 1000-1300оC,
(2.1)
Si + 2H2O
SiO2
+
2H2;
T = 1000-1200оC.
(2.2)
Реакция (2.2) проходит при повышенном давлении. Эффективность такой реакции на порядок выше, чем окисление кремния в кислороде согласно 2.1.
Толщина полученного слоя окисла определяется различными способами, в частности, например, по времени окисления.
Рис. 2.2. Установка для окисления пластин Si в парах воды
В промышленном производстве чаще всего используют комбинированное окисление Si-пластин: сначала выращивают тонкий слой SiO2 в атмосфере кислорода, затем более толстый слой в парах воды и завершают процесс снова в атмосфере кислорода. Такой комбинированный метод позволяет получить необходимые свойства границ раздела Si – SiO2 и слоя SiO2 при минимальных температурах и за более короткое время. При этом выдерживание малых температур является выгодным с точки зрения сохранения геометрии и свойств электронно-дырочных переходов элементов ИС.