Способ геттерирующей обработки полупроводниковых пластин
Использование: в полупроводниковой технике, в способах очистки пластин от фоновых примесей и протяженных структурных дефектов при производстве пластин и структур для изготовления интегральных схем и дискретных полупроводниковых приборов. Технический результат: повышение однородности распределения электрофизических характеристик полупроводниковых пластин за счет снижения концентрации структурных дефектов. Сущность изобретения: в способе геттерирующей обработки полупроводниковых пластин, включающем операции изготовления пластин и обработку ультразвуком в химически неактивной жидкости в течение 2,5-3,0 ч, во время обработки ультразвуком к пластинам прикладывают постоянное напряжение V, величину которого определяют в приведенной в описании формуле. 1 с.п.ф-лы, 3 табл.
Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к способам очистки пластин от фоновых примесей и протяженных структурных дефектов (т. н. геттерирующие обработки), и может использоваться в производстве пластин и структур для изготовления интегральных схем и дискретных полупроводниковых приборов.
Как известно, наличие в полупроводниковых пластинах - подложках фоновых примесей и дефектов дислокационного типа в существенной мере ухудшает электрофизические, функциональные и надежностные характеристики приборов. Поэтому в технологии микроэлектроники широко используют различные методы геттерирования. Известен способ [1], включающий формирование на нерабочей стороне пластин, т.е. стороне, на которой не будут формироваться активные области приборов, структурно нарушенного слоя с помощью механической обработки, лазерного воздействия или ионного облучения и последующий высокотемпературный отжиг в инертной или окислительной атмосферах. Температура отжига обычно превышает 0,5 Тm, где Тm - температура плавления материала пластины. При такой геттерирующей обработке удается значительно снизить концентрацию дефектов и, как следствие, подавить образование структурных нарушений на последующих операциях эпитаксии, окисления или диффузии. Недостаток способа [1] в том, что при высоких температурах происходит термическая эрозия поверхности пластин, что ограничивает минимальные глубины для формируемых активных областей приборов (т.е. ограничивает степень интеграции) и снижает процент выхода годных. Кроме того, наличие структурно нарушенного слоя на нерабочей стороне обуславливает коробление пластин из-за пространственного неоднородного распределения упругих напряжений, что приводит к браку на операциях литографии. Наиболее близким к заявляемому является способ [2], используемый при изготовлении полупроводниковых подложек. Способ [2] включает в себя механическое полирование и очистку поверхности с помощью ультразвука и химико-механическое полирование рабочей стороны подложек. После механического полирования и очистки поверхности на рабочей стороне подложек путем селективного или анизотропного химического травления на глубину нарушенного полированием слоя формируют микрорельеф и обрабатывают подложки ультразвуком в течение 2,5-3,0 ч в деионизованной воде, а затем не позднее чем через сутки проводят химико-механическое полирование для удаления микрорельефа на рабочей стороне подложек. Применение способа [2] позволяет повысить качество подложек за счет снижения концентрации структурных дефектов. Недостаток способа [2] в том, что он применим только на этапе изготовления исходных подложек, на которых возможно создание микрорельефа селективным или анизотропным травлением. Это становится невозможным на готовых подложках или структурах, например, с эпитаксиальными слоями. Кроме того, обработка пластин (подложек или структур) только ультразвуком малоэффективна для геттерирования кластеров дефектов и дислокации вследствие того, что они окружены примесными атмосферами, препятствующими взаимодействию возникающих в поле упругих волн неравновесных собственных точечных дефектов с протяженными структурными нарушениями. Такие нарушения (кластеры, дислокационные образования) образуются даже в качественных подложках, изготовленных по способу [2] , уже на первых технологических операциях, где используются высокотемпературные воздействия (эпитаксия, окисление, постимплантационный отжиг и т.д.), сопровождающиеся пересыщением материала собственными точечными дефектами и комплексообразованием, а также возникновением термомеханических напряжений в пластинах. Это приводит к неоднородному изменению электрических, оптических, структурных и т.п. характеристик полупроводниковых пластин вдоль поверхности, на которой должны формироваться активные области приборов. Как следствие, и параметры самих приборов могут отличиться от заданного номинала. Техническим результатом заявляемого способа является повышение однородности распределения электрофизических характеристик полупроводниковых пластин за счет снижения концентрации структурных дефектов. Технический результат достигается тем, что в способе геттерирующей обработки полупроводниковых пластин, включающем операции изготовления пластин и обработку ультразвуком в химически неактивной жидкости в течение 2,5-3,0 ч, во время обработки ультразвуком к пластинам прикладывают постоянное электрическое напряжение V (В), величину которого определяют по формуле![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/66/663051.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/949.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/66/663052.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/949.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/66/663053.gif)
где
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/949.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/949.gif)
е - заряд электрона. После преобразования с учетом того, что Lд=h,
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/949.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/934.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/66/663054.gif)
где А=9
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
n=[м-3],
h=[м]. Заявляемый способ реализуется следующим образом. Обрабатываемую пластину размещают между металлическими электродами, изолированными от внешней среды, помещают в ультразвуковую ванну с химически неактивной жидкостью (спирт, деионизованная вода и т.п.), прикладывают необходимое постоянное напряжение и обрабатывают ультразвуком в течение 2,5-3,0 часов. После геттерирующей обработки и отмывки поверхности пластину передают на следующую технологическую операцию. Обработку ультразвуком осуществляют на промышленных серийных установках типа УЗМУ-1, УЗУ - 0,25, соответственно, работающих на частотах 40 и 20 кГц. Наиболее эффективно применение заявляемого способа для обработки полупроводников с низким уровнем легирования. Примеры реализации заявляемого способа. Пример 1. Кремниевые пластины марки КДБ - 12(001) толщиной 420 мкм обрабатывали по заявляемому способу на установке УМЗУ - 1 в деионизованной воде в течение 3 ч при различных значениях электрического потенциала на поверхности. После обработки методом селективного травления в растворе Сиртла в сочетании с послойным химико-динамическим полированием определяли плотность микродефектов и профиль распределения концентрации микродефектов по глубине. В табл. 1 представлены результаты измерений среднего значения плотности микродефектов и дисперсии плотности по поверхности пластины, а также значения глубины (толщины стравленного слоя), на которой плотность дефектов становится сравнимой с исходной. Как видно из табл. 1, приложение постоянного напряжения к пластине кремния во время ультразвуковой обработки позволяет существенно снизить как среднее значение, так и плотность микродефектов по поверхности. Измерения поверхностного электрического сопротивления четырехзондовым методом показали, что на исходных пластинах дисперсия значений сопротивления по поверхности составляет 88 Ом /
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/9633.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/9633.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8776.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/9633.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/9633.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/9633.gif)
1. Современные методы геттерирования в технологии полупроводниковой электроники / В.А. Лабунов, И.Л. Баринов, В.П. Бондаренко, А.М. Дорофеев // Зарубежная электронная техника, 1983, 11, с.3-66. 2. Патент РФ 2072585 " Способ подготовки полупроводниковых подложек" / В.Д. Скупов.
Формула изобретения
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/66/663055.gif)
где А=9
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
n - концентрация основных носителей заряда в пластине, м-3;
h - глубина зоны геттерирования, м;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/949.gif)
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3