Способ химической обработки пластин кремния

 

Использование: при производстве пластин монокристаллического кремния для изделий микроэлектроники. Сущность изобретения: для окисления поверхности кремниевых пластин используют водный раствор надсернокислого сульфата аммония. Техническим результатом изобретения является получение защитного слоя диоксида кремния высокой чистоты и плотности без увеличения стоимости процесса.

Данный способ обработки применяется при производстве полированных пластин монокристаллического кремния для изделий микроэлектроники.

Известен способ очистки поверхности кремния по авторскому свидетельству № 1424072. В соответствии с этим изобретением отмывку поверхности кремния осуществляют в аммиачном растворе с уровнем рН 9-12,5 при температуре 40-90С, причем в процессе отмывки его перемешивают с окислительной газообразной смесью озона с кислородом с концентрацией озона 1-10%. Финишная отмывка осуществляется в деионизованной воде, барботируемой озон-кислородной смесью.

Недостатком данного способа является необходимость постоянного перемешивания растворов, что усложняет технологическое оборудование. К недостаткам можно отнести сложность поддержания соотношения концентраций озона и кислорода в подаваемой газовой смеси.

Также известен способ промывки в соответствии с заявкой Японии № 135024, в котором используется сосуд с серной кислотой, через которую пробулькивают газовую смесь с добавлением озона. Недостатком данной системы является недостаточная воспроизводимость результатов, т.к. озон - нестабильное соединение и его концентрация в процессе каждый раз различна. Кроме того, в больших концентрациях озон опасен как для обслуживающего персонала, так и для оборудования.

Наиболее близким аналогом, принятым нами за прототип предлагаемого способа, является способ отмывки полупроводников по заявке Японии № 61-220434, в котором используется раствор надсерной кислоты с пробулькиванием через него кислорода с одновременным УФ-облучением и дополнительным вращением пластин в УЗ-поле. Таким образом, кремниевая подложка в ванне с надсерной кислотой подвергается окислению под воздействием пузырьков кислорода, УФ-облучения, УЗ-колебаний при принудительном вращении посредством ременной передачи в среде надсерной кислоты. Ременная передача в данном случае является генератором микрочастиц и существенно усложняет конструкцию системы, снижая ее надежность. К недостаткам этого способа можно отнести высокую стоимость обработки.

Цель изобретения: реализация качественной обработки поверхности кремниевой пластины с высоким уровнем химической чистоты и плотности сформированного защитного слоя SiO₂ без увеличения стоимости процесса обработки.

Сущность изобретения сводится к обработке поверхности кремниевой пластины в растворе надсернокислого сульфата аммония при температуре в диапазоне 50-90С. При данной обработке на поверхности кремниевой пластины под воздействием сильного окислителя - надсернокислого сульфата аммония (NH₄)₂S₂O₈ формируется слой SiO₂ высокой плотности, не содержащий посторонних быстродифундирующих примесей ионов металлов в своем составе, а также в приборном слое пластины, что позволяет эффективно “законсервировать” оборванные связи структуры монокристалла пластины без ухудшения электрофизических параметров приборного слоя. Кроме того, процесс экологически чист, т.к. продуктами реакции являются экологически безвредные соединения: кислород, сульфат аммония (удобрение в сельском хозяйстве), серная кислота, легко нейтрализуемая щелочью или аммиаком.

Новизна изобретения заключается в применении ранее не используемого в технологии обработки пластин монокристаллического кремния надсернокислого сульфата аммония. Преимущество данного изобретения по сравнению с прототипом: простота в использовании, т.е. позволяет использовать существующее оборудование; технология экологически чистая, т.к. продуктами реакции являются экологически безвредные соединения; доступность реактивов, т.к. надсернокислый сульфат аммония выпускается в достаточном объеме химической промышленностью; дешевизна процесса при его реализации в производстве, т.к. себестоимость предлагаемой обработки не превышает себестоимость применяемых технологий.

Конкретным примером реализации данного изобретения в производстве является мелкосерийное производство кремниевых пластин в лабораторных условиях. В отличии от серийной технологии отмывки полированных пластин в данном случае в качестве окислителя поверхности подложек используется водный раствор надсернокислого сульфата аммония с концентрацией не менее 10%. Способ осуществляется следующим образом: кассета с пластинами обрабатывается в данном растворе в течение не менее 15 минут при температуре в диапазоне 60-90С. После такой обработки поверхность подложки становится гидрофильной и дальнейшая обработка проводится по серийной технологии.

Положительный эффект от применения данного способа обработки очевиден, т.к. плотность формируемого окисла на поверхности кремниевых пластин существенно выше, чем на пластинах, выпускаемых по стандартной технологии. Исследования лабораторных и серийных пластин показали существенное снижение концентрации посторонних примесей в приборном слое лабораторных пластин.

Формула изобретения

Способ химической обработки пластин кремния, включающий окисление поверхности кремниевых пластин, отличающийся тем, что окисление проводят в водном растворе надсернокислого сульфата аммония.