Рис. 5

Особый интерес с точки зрения производительности и качества очистки представляет способ, основанный на возникновении кавитации в пограничном слое очищаемой поверхности. Условия кавитации создают механическим путем (центрифугированием), а в качестве растворителя используют дистиллированную воду с растворенным кислородом.

Способы жидкостной очистки используют на различных стадиях изготовления ИМС.

4.3. Способы сухой очистки пластин и подложек.

Наряду с жидкостной обработкой в технологию изготовления ИМС в последнее время интенсивно внедряются различные способы сухой очистки. Наряду с традиционными термообработкой (отжигом) и газовым травлением успешно используют ионное и |плазмохимическое травление.

4.3.1. Термообработка.

Сущность термообработки состоит в нагреве пластины или подложки до температуры, при которой происходят удаление адсорбированных поверхностью загрязнений, разложение поверхностных загрязнений и испарение летучих соединений.

Отжиг осуществляют в вакуумных или термических установках непосредственно перед проведением основных операций формирования полупроводниковых или пленочных структур.

Эффективность очистки зависит от температуры, максимальное значение которой ограничено температурой плавления очищаемых материалов и процессами диффузии примесей.

4.3.2. Газовое травление.

Сущность газового травления заключается в химическом взаимодействии материала пластин с газообразными веществами и образовании при этом легко улетучиваемых соединений. В процессе газового травления загрязнения удаляются вместе со стравливаемым приповерхностным слоем пластин.

Газовое травление как метод окончательной очистки применяют в первую очередь непосредственно перед теми технологическими процессами, в которых определяющую роль играет структура поверхностного слоя (например, перед эпитаксиальным наращиванием). В качестве травителей используют смеси водорода или гелия с галогенами (фтор, хлор, бром), галогеноводородами (HBr, HC1), сероводородом, гексафторидом серы.

Молярное содержание этих веществ в водороде или гелии может изменяться от десятых долей процента до единиц процентов. Очистку осуществляют при температурах 800-1300°С в установках термического окисления либо непосредственно в реакторах эпитаксиального наращивания.

Наибольшее распространение получило травление кремниевых пластин хлористым водородом при температурах 1150-1250°С, при этом происходит реакция:

(9)

Скорость травления зависит от температуры и концентрации HC1 в водороде. Аналогично происходит травление кремния в HBr.

Травление кремниевых пластин в парах тетрахлорида кремния сопровождается реакцией

(10)

При хлорном травлении в качестве газоносителя используют гелий. Травление осуществляют при температуре около 1000°С и содержании хлора в гелии не более 0,2% в соответствии с реакцией:

(11)

Травление кремния в парах сероводорода происходит по реакции:

(12)

При этом получаются большие скорости травления (до 15 мкм/мин). Однако сероводород токсичен. Гексафторид серы, наоборот, не токсичен и обеспечивает хорошее качество поверхности при травлении кремния и сапфира. Травление кремния сопровождается реакцией:

(13)

Газовое травление обеспечивает получение более чистых поверхностей по сравнению с жидкостной, обработкой. Однако его применение ограничено из-за высоких температур процессов и необходимости использования газов особой чистоты.

4.3.3. Ионное травление.

Сущность ионного травления состоит в удалении поверхностных слоев материала при его бомбардировке потоком ионов инертных газов высокой энергии. При этом ускоренные ионы при столкновении с поверхностью пластин или подложек передают их атомам свою энергию и импульс.

* Ионное травление - процесс удаления загрязнений вместе с распыляемым в вакууме поверхностным слоем обрабатываемой поверхности при ее бомбардировке ускоренными ионами инертного газа.

Если во время столкновения энергия, передаваемая атому, превышает энергию химической связи атома в решетке, а импульс, сообщаемый атому, направлен наружу от поверхности, то происходит смещение атомов, их отрыв от поверхности - распыление. Для реализации этого процесса требуются определенные вакуумные условия, а ионы должны обладать определенными значениями энергий, достаточными для распыления материалов.

Разновидностью ионного травления является ионно-химическое (реактивное) травление, основанное на введении в плазму химически активного газа, обычно кислорода. При этом изменяется скорость травления вследствие химического взаимодействия между подложкой и добавленным газом.

4.3.4. Плазмохимическое травление.

В отличие от ионного плазмохимическое травление основано на разрушении обрабатываемого материала ионами активных газов, образующимися в плазме газового разряда и вступающими в химическую реакцию с атомами материала при бомбардировке поверхности пластин или подложек. При этом молекулы газа в разряде распадаются на реакционно-способные частицы - электроны, ионы и свободные радикалы, химически взаимодействующие с травящейся поверхностью. В результате химических реакций образуются летучие соединения.

Для травления кремния и его соединений (оксида и нитрида кремния) наиболее часто используют высокочастотную плазму тетрафторида углерода (возможно применение гексафторида серы и фреона-12 - ).

При взаимодействии этих газов с электронами плазмы происходит разложение и образуются ионы фтора и другие радикалы:

(14)

Ионы фтора, а в ряде случаев и радикал активно взаимодействуют с кремнием, образуя летучее соединение . Уравнения, характеризующие химические реакции травления кремния, оксида и нитрида кремния в плазме , имеют вид

(15)