Основные характеристики оборудования автоматизированного производства микроэлектроники

Обработка поверхности пластин

В формировании элементов ИМС большую роль играют свойства поверхности полупроводникового материала и слоев, наносимых на пластину в различных технологических целях. Обработка поверхности может быть направлена на придание всей поверхности необходимых свойств или измепение свойств в локальной области. Основными операциями, проводимыми на поверхности, являются:

• • химическое полирование — удаление на всей пластине слоя с нарушенной кристаллической решеткой;
• • травление — селективное удаление материала слоя или пластины;
• • очистка — удаление с поверхности материалов после выполнения ими технологических функций и различных загрязнений.

Операции очистки и травления производятся многократно, а технологические процессы различаются применяемыми веществами и режимами, выбираемыми в зависимости от свойств подложек и удаляемого материала. Так, при травлении существенно различаются методы, применяемые при обработке поверхности диоксида кремния, металлов и диэлектриков.

Загрязнения, появляющиеся на поверхности пластин, принято делить на две группы:

• • внешние, определяемые качеством окружающей среды (влажностью воздуха в помещении, запыленностью, наличием паров агрессивных веществ и др.);
• • внутренние, возникающие как побочные эффекты при выполнении технологических операций. Борьба с этим видом загрязнений особенно сложна.

Для обработки поверхности применяются два метода: химический — «жидкостной» и вакуумно-плазменный — «сухой».

Технология химического метода обработки включает в себя:

• • удаление органических соединений, химически не связанных с пластиной, с помощью специальных растворителей (толуола, изопропилового спирта, аммиака и т.н.);
• • удаление загрязнений, химически связанных с пластиной, оксидов и других соединений с помощью кислот (плавиковой, соляной или сложными смесями);
• • механическое удаление частиц с поверхности пластины, как правило, гидромеханическим способом, совмещающим механическое и химическое воздействия, промывку пластин в депонированной воде, сушку пластин после промывки.

Разнообразие реактивов и режимов обработки, требования высокой чистоты применяемых веществ потребовали разработки оборудования, в котором для каждой операции создается свой рабочий объем — ванна. Материал ванны и активация процесса в ней могут быть различными.

Общими недостатками химического метода обработки являются:

• • неуниверсальность, приводящая к необходимости использования различных сред для обработки, что требует выбора специальных конструкционных материалов и способов нейтрализации продуктов реакции;
• • возникновение вредных для изделия реакций на поверхности кремния;
• • внесение загрязнений.

Кроме того, химическое травление, как правило, изотропно, т. е. при формировании локальных областей удаление пленки проходит с одинаковой скоростью вдоль пленки и по толщине. Это приводит к существенному ограничению линейных размеров элементов ИМС (предельное разрешение — около 1 мкм).

Вакуумно-плазменные методы обработки позволяют избежать некоторых указанных недостатков и обладают большим разрешением. «Сухие» методы более универсальны и обеспечивают:

• • низкий уровень загрязнения поверхности;
• • хорошую воспроизводимость скорости травления материалов от цикла к циклу;
• • высокую равномерность травления поверхности;
• • малый уровень загрязнения окружающей среды;
• • безопасность работы персонала.

Физико-химический механизм вакуумно-плазменной технологии позволяет выделить следующие типы процессов обработки поверхности.

Ионное травление (ИТ), при котором поверхностные слои материала удаляются в результате физического распыления. Процесс не сопровождается химическими реакциями. Если обрабатываемый материал помещен на электродах или держателях, соприкасающихся с плазмой разряда, то травление называют ионно-плазменным, если же материал отделен от области плазмы — ионно-лучевым.

Плазмохимическое травление (ПХТ) происходит при взаимодействии между поверхностью и химически активными частицами, к которым относятся свободные атомы и радикалы. Если при этом материал находится в области плазмы разряда, то травление называют плазменным, если область реакции отделена от плазмы — радикальным.

Ионно-химическое (ИХТ), или реактивное ионное травление, характеризуется совместным действием физического распыления и химических реакций. Аналогично предыдущему при материале, находящемся в области плазмы, процесс называют реактивным ионно-плазменным, альтернативным процессом является реактивный ионно-лучевой.

Сравнительные характеристики химического «жидкостного» травления (ЖХТ) и вакуумно-плазменных методов приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Показатели процесса травления

Примечание. L_m — ширина линии; 8 — толщина пленки фоторезиста.

Оборудование вакуумно-плазменной обработки более сложно, чем химической, но оно перспективнее с точки зрения автоматизации. Сопоставление разных методов вакуумноплазменного травления приведено в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Характеристика режимов вакуумноплазменного травления